工程質(zhì)量是關(guān)系到國(guó)家財(cái)產(chǎn)和人民生命安全的大事。今年，我國(guó)連續(xù)發(fā)生了幾起重大工程質(zhì)量事故，引起了全國(guó)的關(guān)注。1996年10月。建設(shè)部組織召開(kāi)全國(guó)建設(shè)工程質(zhì)量工作會(huì)議，全面分析工程質(zhì)量情況，提出關(guān)注工程質(zhì)量綜合治理的措施。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是目前應(yīng)用最多的結(jié)構(gòu)型式，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于各種原因無(wú)法滿足安全性、適用性、耐久性的要求，建筑物的可靠性被認(rèn)定為c級(jí)或d級(jí)時(shí)，必須進(jìn)行加固處理[1]。

柱是建筑結(jié)構(gòu)中的基本受力部件之一，氣體承載力的大小對(duì)結(jié)構(gòu)的我的昂貴應(yīng)用起著重要的作用。柱子是壓彎部件，受到很大的軸力，這種受力狀態(tài)決定柱子的延展性小，作為結(jié)構(gòu)的主要承載部分，柱子的破壞會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的結(jié)果，難以修復(fù)，結(jié)構(gòu)倒塌。因此，在鋼筋混凝土框架設(shè)計(jì)中，要控制梁柱的相對(duì)強(qiáng)度，使塑性鉸鏈?zhǔn)紫瘸霈F(xiàn)在梁端，盡量避免或減少柱中的塑性鉸鏈【2】。在國(guó)內(nèi)歷史的大地震中，鋼筋混凝土柱失效引起的震災(zāi)很多。我國(guó)也是很多地震國(guó)家，很多地區(qū)都在地震地區(qū)，在這些地區(qū)，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震加固，一級(jí)地震結(jié)構(gòu)的修補(bǔ)往往是結(jié)構(gòu)工程師的主要工作內(nèi)容。

2框架柱加固的特點(diǎn)及常用方法

我國(guó)從50年代開(kāi)始進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固處理，及時(shí)年來(lái)，國(guó)內(nèi)眾多混凝土結(jié)構(gòu)加固工程實(shí)例，積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。90年代初，中國(guó)頒布了《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》(CECS25；9)，總結(jié)了中國(guó)成熟的加固技術(shù)，適用于各種原因造成的結(jié)構(gòu)、部件的加固處理，對(duì)加固技術(shù)的發(fā)展起著很大的作用。無(wú)論是工廠的應(yīng)用還是結(jié)構(gòu)理論，柱的加固，近年來(lái)特別是框架結(jié)構(gòu)柱的加固，都是結(jié)構(gòu)加固工程的重要組成部分。

鋼筋混凝土柱承載力不足的原因大致有設(shè)計(jì)錯(cuò)誤、施工粗糙、使用不當(dāng)、改變用途、遭遇自然災(zāi)害等。框架結(jié)構(gòu)柱的加固與新建工程框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不同，主要是對(duì)已建工程，受客觀條件的制約，對(duì)具體現(xiàn)存條件進(jìn)行加固設(shè)計(jì)和施工。在不停產(chǎn)或盡量不停產(chǎn)的條件下施工，施工速度快，工期短。另外，施工現(xiàn)場(chǎng)狹窄、擁擠，經(jīng)常受到生產(chǎn)設(shè)備、配管和現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的制約，大型施工機(jī)械難以發(fā)揮作用，往往對(duì)現(xiàn)有和相鄰的結(jié)構(gòu)、部件產(chǎn)生不良影響�？蚣芙Y(jié)構(gòu)柱的加固工程經(jīng)常分階段進(jìn)行，分階段進(jìn)行，因各種干擾而中斷，工程復(fù)雜，往往存在很多不安全因素�？蚣芙Y(jié)構(gòu)柱的加固設(shè)計(jì)包括原結(jié)構(gòu)的檢查和加固設(shè)計(jì)的計(jì)算，要求考慮新、舊的連接股的強(qiáng)度、剛性、適用壽命的平衡和新、舊的構(gòu)造的協(xié)調(diào)作業(yè)。

有框架結(jié)構(gòu)柱加固工程的特點(diǎn)，根據(jù)幾十年來(lái)建筑物加固的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)前常用的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)柱加固方法有：改變結(jié)構(gòu)傳力途徑加固法、預(yù)應(yīng)力加固法、加大截面加固法、外包鋼加固法以及粘貼碳纖維加固法等。各種加固方法各有優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，應(yīng)根據(jù)情況選擇【4】。

改變結(jié)構(gòu)傳輸力路徑加固法是指通過(guò)增設(shè)支點(diǎn)(柱或支架)的方法，改變結(jié)構(gòu)受力系統(tǒng)(即計(jì)算簡(jiǎn)單圖)，改善框架柱的受力和內(nèi)力狀況的加固方法。增加支點(diǎn)，減少計(jì)算跨度，大大提高柱的承載能力，減少柱的變形和限制。該方法主要有增設(shè)支點(diǎn)赫爾托梁柱法兩種形式。該方法對(duì)框架結(jié)構(gòu)柱的強(qiáng)化強(qiáng)化效果很好，但對(duì)建筑物空間的使用影響很大，施工復(fù)雜性也很高。

預(yù)應(yīng)力加固法即用預(yù)應(yīng)力型鋼撐桿對(duì)框架結(jié)構(gòu)柱進(jìn)行加固的方法�？煞譃閱蝹�(cè)預(yù)應(yīng)力支撐桿加固(適用于偏心受壓柱加固)和雙側(cè)預(yù)應(yīng)力支撐桿加固(適用于軸心受壓柱加固)。該加固方法具有預(yù)制、凈空少、停產(chǎn)、施工簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。但是，該方法不適用于高溫環(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu)，還需要特別注意盡量減少預(yù)應(yīng)力損失。

加大截面加固法，通過(guò)增大框架構(gòu)造柱的截面面積和筋，提高強(qiáng)度、剛性、穩(wěn)定性和抗裂性，滿足正常適用要求。該加固方法的缺點(diǎn)也比較顯著，主要是現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)量大，生產(chǎn)生活影響大，影響住宅外觀的清潔等。

外包鋼加固法在框架結(jié)構(gòu)柱周?chē)�用型鋼提高承載力。分為干式和濕式兩種。干式外包鋼加固將型鋼直接外包到加固部件周?chē)�，型鋼在部件之間沒(méi)有任何連接，或者填充水泥砂漿，但不能滿足結(jié)合面的剪力傳遞要求。用乳膠水泥或環(huán)氧樹(shù)脂化學(xué)灌漿等方法粘貼型鋼時(shí)，稱(chēng)為濕式外包鋼加固。該加固方法的優(yōu)點(diǎn)是大大提高柱承載能力，施工簡(jiǎn)單，工期短。但外包鋼必須進(jìn)行防腐處理，防止高溫環(huán)境，以提高其耐久性。

近年來(lái)，土木工程領(lǐng)域出現(xiàn)了各式各樣的新型材料，如各種高強(qiáng)度混凝土，纖維增強(qiáng)材料等。其中碳纖維布因其強(qiáng)度高、重量輕、耐腐蝕、耐久性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，在混凝土結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展尤為迅速。碳纖維加固法是指用碳纖維布配合用膠水將碳纖維布粘貼在混凝土構(gòu)件表面的加固方法。碳纖維布加固鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)柱具有廣泛應(yīng)用面的優(yōu)點(diǎn)，具有優(yōu)異的耐腐蝕性、耐滲性和耐久性，耐疲勞性和減震性能好的施工方便，質(zhì)量容易保證等。當(dāng)然，該方法的理論研究還不成熟，但應(yīng)用前景確實(shí)很廣。

3大截面柱加固工程實(shí)例分析

以下是框架結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土大截面柱加固方法的比較分析。一座鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)住宅，開(kāi)始建設(shè)15層，設(shè)計(jì)施工也同樣進(jìn)行。后來(lái)，為了增加兩層，改為17層，需要采取牟宗加固措施來(lái)提高結(jié)構(gòu)的承載能力。本文主要介紹一根柱子的加固，一根柱子的高度為3.8米，700*600mm矩形截面，受力縱筋為20根直徑為25mm的鋼筋，帶子采用間距為100mm直徑為10mm的鋼筋，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30.

考慮到本工程的實(shí)際情況，本樓為門(mén)戶(hù)，因此改變結(jié)構(gòu)傳輸途徑加固法，加大截面加固法等影響房屋凈空和外觀的方法不太實(shí)用�？紤]到新舊兩部分共同工作的因素，本工程采用預(yù)應(yīng)力支撐棒加固法

L0/b=6.3，檢查表為:b=1，原柱承載力N0為【5】:

N0=(1)

加層后，設(shè)計(jì)負(fù)荷n為10576kn，支撐棒承受的壓力N2為:

N2=N-N0=1233KN(2)

角鋼截面積為:

角鋼截面積為:

N==1303KN （4）

另外，選用軸心間距為200mm寬為60mm厚為6mm的綴板，經(jīng)驗(yàn)符合要求[6].采用橫向張拉，預(yù)壓應(yīng)力控制值確定為80Mpa。

施工時(shí)為了保證上述壓應(yīng)力控制值，在進(jìn)行橫向張力的同時(shí)對(duì)型鋼撐桿的應(yīng)變進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)，至應(yīng)變?nèi)缦聰?shù)值時(shí)結(jié)束張拉：

（5）

按照上述加固方案進(jìn)行施工，基本不影響結(jié)構(gòu)的凈空及外觀，且施工不簡(jiǎn)潔，不要求停工，還可以使新舊部分能較好地共同工作，可其不失為此類(lèi)工程加固的一種較為實(shí)用的方法。

但是，對(duì)于這樣的工程這樣的大截面柱，加固前柱的設(shè)計(jì)負(fù)荷很大，采用預(yù)應(yīng)力支撐桿加固法加固的幅度相對(duì)較低，支撐桿的承載力與加固后柱整體的承載力的比例為1303/(1303+9343)=0.12。根據(jù)各種研究和實(shí)驗(yàn)，混凝土的力學(xué)性能與所處的應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)，對(duì)靜水壓力敏感，在雙向或三向的壓力下強(qiáng)度和伸長(zhǎng)性大幅度提高，可以考慮減少裝飾板的間隔，處理原柱在裝飾板之間的局部剪力傳遞，裝飾板起到約束混凝土橫向變形的作用。根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(GBJ10-89)，以下公式計(jì)算:

N=(6)

其中，混凝土軸心的抗壓強(qiáng)度、Acor為柱的核心截面積、縱筋強(qiáng)度、縱筋截面積、間接鋼筋截面積、Asso為間接鋼筋的換算截面積、

Aso=(7)

其中，dcor為柱的核心直徑為柱的核心直徑、Asl為單根間接鋼筋的截面積、s為沿柱軸線的間接鋼筋的間接間距離。

還可根據(jù)建筑使用要求，纏繞鋼絲網(wǎng)，分層抹灰高強(qiáng)度水泥砂漿。這不僅利用支撐桿直接承受軸向力，還挖掘支撐桿結(jié)構(gòu)約束混凝土柱橫向變形能力，充分利用加固材料的作用。鋼絲網(wǎng)筒可以解決支撐桿的防銹和防火問(wèn)題，也可以起到緊固混凝土柱的作用。通過(guò)約束混凝土柱橫向變形，提高核心混凝土的壓力強(qiáng)度，充分發(fā)揮原大截面框架柱混凝土的軸心壓力強(qiáng)度，提高柱的壓力負(fù)荷能力2~3

倍。這是預(yù)應(yīng)力支撐桿結(jié)構(gòu)法的改進(jìn)，也是應(yīng)用于大截面框架柱的其他加固方法。

但預(yù)應(yīng)力支撐桿的加固法容易損壞預(yù)應(yīng)力，難以控制支撐桿的預(yù)應(yīng)力值，容易集中在加固部件的上端，局部破壞。通常，為了防止鋼材因環(huán)境潮濕而腐蝕承載力下降，定期維護(hù)，增加了加固費(fèi)用。

前面提到，適用碳纖維布加固有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在約束混凝土方面也能取得很好的效果。碳纖維布加固鋼筋混凝土柱的原理是用粘合劑將碳纖維布粘貼在柱構(gòu)件的表面，約束混凝土的橫向變形，達(dá)到加固柱構(gòu)件，改善構(gòu)件的受力性能的目的，其受力機(jī)理使螺旋箍混凝土和鋼管混凝土等約束混凝土疲勞。螺旋箍筋混凝土與鋼管混凝土受力特點(diǎn)、破壞過(guò)程及計(jì)算公式等研究已經(jīng)比較成熟，而碳纖維布加固鋼筋混凝土柱在正截面受荷時(shí)的力、變形和約束混凝土的情況一致，可以引用現(xiàn)有約束混凝土的分析方法討論碳纖維布對(duì)鋼筋混凝土柱的約束作用。另外，粘貼碳纖維布加固法除了具有預(yù)應(yīng)力支撐桿加固法的各種優(yōu)點(diǎn)外，還可以避免預(yù)應(yīng)力支撐桿加固法的前述缺點(diǎn)，確實(shí)是框架機(jī)構(gòu)鋼筋混凝土大截面柱加固的應(yīng)用前景廣闊的方法。

碳纖維布對(duì)柱承載力的初步計(jì)算可以找到以下類(lèi)型:

N=(8)

其中，為了反映碳纖維相對(duì)用量的無(wú)限綱量，碳纖維布與約束混凝土的體積比，為了測(cè)量混凝土立方體的強(qiáng)度，為了測(cè)量碳纖維的折斷抗拉強(qiáng)度，在2/3中的2/3中約束混凝土達(dá)到極限強(qiáng)度的情況下，實(shí)際測(cè)量碳纖維布的應(yīng)變只變的2/3左右引入的折斷系數(shù)。柱的穩(wěn)定系數(shù)、Ac分別為混凝土的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值和柱的截面積、鋼筋的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值和縱筋的面積。

當(dāng)然，粘貼纖維布加固方法還只是一種新興的尚不成熟的加固方式，其受力原理，尤其是界面的受力情況研究還不是很完善。此外，必須采取足夠的錨固措施，防止碳纖維布和混凝土粘合面的剝離破壞。只有這樣，高中碳纖維布的加固才能取得預(yù)期的效果【7】

4結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)框架結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土的大截面柱進(jìn)行分析和比較，指出各種加固方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用情況，為今后這種結(jié)構(gòu)柱的加固提供參考。此外，本文還介紹了碳纖維布這種新型高強(qiáng)度高效率材料，對(duì)框架結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土大截面柱進(jìn)行加固加固，這種應(yīng)用前景十分廣闊的新型加固方法，為工程加固設(shè)計(jì)提供了新的構(gòu)思。