砌体结构加固角钢承重柱的弯矩设计计算问题解析

2023-09-17 理论教育版权反馈

【摘要】：从试验破坏情况来看，角钢多是在两缀板间弯扭屈曲破坏；这也说明角钢与砌体不能形成整体截面共同工作。因此无论是干式还是湿式，不论角钢与砌体柱接触面处涂布或灌注任何黏结材料，计算中均不能考虑其黏结作用。由于以上原因，计算加固后构件承载力时，外包型钢与原构件所承受的外力按各自的刚度比例进行分配，然后分别计算。同时，应先剔除腐蚀层并修补后再进行加固，并根据缺陷情况选取原砌体的刚度降低系数km。

【规范规定】

《砌体结构加固设计规范》（GB 50702—2011）

7.2.1 当采用外包角钢（或其他型钢）加固砌体承重柱时，其加固后承受的轴向压力设计值N和弯矩设计值M，应按刚度比分配给原柱和钢构架，并应符合下列规定：

1.原柱承受的轴向力设计值N_m和弯矩设计值M_m应按下列公式进行计算：

2.钢构架承受的轴向力设计值N_a和弯矩设计值M_a应按下列公式进行计算：

N_a=N_a-N_m （5-11）

M_a=M-M_m （5-12）

式中 k_m——原砌体刚度降低系数，对完好原柱，取k_m=0.9；对基本完好原柱，取k_m=0.8；对已有腐蚀迹象的原柱，经剔除腐蚀层并修补后，取k_m=0.65。若原柱有竖向裂缝，或有其他严重缺陷，则取k_m=0，即不考虑原柱的作用；全部荷载由角钢（或其他型钢）组成的钢构架承担。

E_m0和E_a——分别为原砌体和新增型钢的弹性模量。

A_m0和A_a——分别为原砌体截面面积和新增型钢的全截面面积。

I_m0——原砌体截面的惯性矩。

I_a——钢构架的截面惯性矩；计算时，可忽略各分肢角钢自身截面的惯性矩，即：I_a=0.5A_a·α²（α为计算方向两侧型钢截面形心间的距离）。

η——协同工作系数，可取η=0.9。

【解析】

试验表明，外包型钢对原柱的横向变形有约束作用，使原柱处于三向受压状态，从而间接地提高了原柱的承载力。由于约束作用与钢构架的构造及施工质量有很大关系，受力机理复杂，研究不够充分，因此计算中不考虑约束作用对承载力的提高，仅将其作为安全储备。

外包型钢加固法可分为干式和湿式两种。干式外包型钢加固法是型钢直接外包于被加固构件四周，型钢与构件间无任何连接。这种加固法不考虑结合面传递剪力。湿式加固法又分成两种：一种是用改性环氧树脂胶压注的方法，将角钢粘贴在砌体构件上；另一种是角钢与被加固构件之间留有一定的间距，中间压注灌浆料，实际上是一种外包型钢和外包混凝土相结合的复合加固法。由于砌体强度等级偏低，整体性差，其界面即使采用结构胶黏结，也难以有效地传递剪力。从试验破坏情况来看，角钢多是在两缀板间弯扭屈曲破坏；这也说明角钢与砌体不能形成整体截面共同工作。因此无论是干式还是湿式，不论角钢与砌体柱接触面处涂布或灌注任何黏结材料，计算中均不能考虑其黏结作用。由于以上原因，计算加固后构件承载力时，外包型钢与原构件所承受的外力按各自的刚度比例进行分配，然后分别计算。

对已有腐蚀、裂缝或其他严重缺陷的原柱，原柱强度和刚度均受到削弱，因此引入刚度降低系数。同时，应先剔除腐蚀层并修补后再进行加固，并根据缺陷情况选取原砌体的刚度降低系数k_m。考虑到外包型钢与原构件的协同工作条件较差，因此弯矩分配时引入协同工作系数_η=0.9。

砌体结构加固角钢承重柱的弯矩设计计算问题解析

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