钢筋混凝土柱,属于典型的受压构件,是建筑结构中重要的承重构件。在实际使用过程中,由于上部荷载的分布存在差异性,柱的实际破坏状态也不尽相同。
当柱轴心受压时,截面上轴向力作用线与柱截面重心轴重合,截面上钢筋与混凝土应变相同,且均匀分布。在发生强度破坏时,柱四周明显出现纵向裂缝,箍筋间的纵筋屈服并外鼓,最终混凝土被压碎。
偏心受压是结构力学、材料力学里面都涉及的定义,与轴心受压相反即就是压力作用线与构件轴线不重合,且根据实际情况偏心受压还分为大偏心受压和小偏心受压。
大偏心受压:
当柱偏心距较大,且受拉区钢筋配置不多,此时柱出现横向裂缝,随着荷载不断加大,受拉区混凝土退出工作,致使混凝土达到极限压应变而破坏,属于一种延性破坏。
小偏心受压:
当柱偏心距较小,或虽然偏心距较大,但所配受拉钢筋过多时截面全部或大部分受压,受压混凝土出现纵向裂缝并先达到极限压应变而破坏,此时钢筋未达到屈服,受压破坏属于脆性破坏。
粘贴碳纤维布加固法,此种方法可以有效提高柱轴心受压承载力、斜截面承载力以及位移延性加固。
方法:
1.当柱轴心受压的正截面承载力不足时,可采用环向围束法对其进行加固,即就是沿柱全长进行无间隔地环向连续粘贴碳纤维布来对其进行加固。
2.当采用纤维布环向围束对钢筋混凝土柱进行正截面加固或提高其延性的抗震加固时,环向围束纤维布层数,对圆形截面不应少于2层,对正方形和矩形截面柱不应少于3层。
以圆形截面柱为例,直径为D,环向粘贴一级300g碳布2层,(碳布每层厚度0.167mm、弹性模量≥2.3×10的5次方MPa)。
参考GB50367-2013计算公式:
环向围束体积比:(圆形截面柱)
参考GB50010-2015计算公式:
对比两个公式我们发现,当我们取构件的稳定系数为1时,我们粘贴碳布相比之前增加承载力即为:=0.9×4×有效约束应力×环向围束内混凝土面积
又因:有效约束应力=0.5×1.0(≤C50混凝土取1.0)×0.95(圆形截面柱)×环向围束比×纤维材弹性模量×有效拉应变设计值
带入计算化简公式:
增加承载力=2364.52÷D(圆柱直径mm)×环向围束内混凝土面积
增加的抗压强度(增加力÷面积)即为:
如果圆柱直径为1000mm,经计算得:增加2.36MPa,查询C40混凝土抗压设计值为19.1MPa,即承载力提高约12.36%;若圆柱直径为500mm即承载力提高约24.72%。