Усиление колонн

В многоэтажной железобетонной каркасной конструкции было обнаружено, что прочность бетона 9 колонн каркаса не может соответствовать проектным требованиям во время приемки строительства, что приводит к чрезмерному коэффициенту осевого сжатия, который не может соответствовать требованиям пластичности, требуемым предельным значением коэффициента осевого сжатия. С одной стороны, обмотка CFRP может в определенной степени повысить прочность бетона на осевое сжатие. С другой стороны, эффект поперечного ограничения обмотки углеродным волокном на колоннах также может значительно улучшить пластичность колонн при горизонтальных нагрузках и соответствовать требованиям пластичности коэффициента осевого сжатия.

Расчетом несущей способности и пластичности три колонны с меньшей прочностью оборачиваются тремя слоями обмотки CFRP по всей высоте колонны. Для остальных 6 колонн 2 слоя обмотки углеродным волокном будут оборачиваться по высоте колонны.

Анализ несущей способности и пластичности арматуры обмотки CFRP

После армирования обмоткой углеродным волокном можно значительно улучшить сдвиговую способность и пластичность колонн каркаса.

Исходная конструкция представляет собой рамную колонну 800 x 800 мм высотой 3,6 м. Согласно результатам соответствующих исследований, прочность на сдвиг оболочки из углепластика может быть улучшена путем расчета прессования.

Для всей схемы обертывания проекта формула имеет вид

Проектная прочность бетона составляет C40. Согласно этому расчету, прочность на сдвиг одной колонны должна составлять 1312 кН. Для трех колонн с меньшей прочностью самая низкая прочность бетона составляет 28,3 МПа, а прочность на сдвиг составляет 1031 кН без армирования. При обертывании тремя слоями углепластика увеличение несущей способности составляет 319 кН, а общая несущая способность составляет 1350 кН, что выше проектной несущей способности. Для остальных 6 колонн минимальная прочность бетона составляет 35 МПа, а прочность на сдвиг 1209 кН без армирования. При обертывании двумя слоями углеродного волокна увеличение несущей способности составляет 246 кН, а общая несущая способность составляет 1455 кН, что выше проектной несущей способности.

Согласно результатам испытаний, при определении степени осевого сжатия коэффициент пластичности колонн оболочки из углепластика линейно увеличивается с прочностью на сдвиг и коэффициентом слабого изгиба Vs / Vm. При степени осевого сжатия 0,48 имеет место следующая подгоночная формула.

μ=-1.278+5.233V_s/V_M

Из верхней формулы видно, что чем больше прочность на сдвиг углеродного волокна, тем больше Vs/VM и больше коэффициент пластичности.

Кроме того, согласно литературным данным, при неизменном коэффициенте пластичности коэффициент характеристики хомута имеет следующую связь с осевой степенью сжатия:

Верхняя формула показывает, что при увеличении коэффициента осевого сжатия следует соответствующим образом увеличить коэффициент окружности, чтобы коэффициент пластичности оставался неизменным.

Согласно консервативной оценке, предполагая, что коэффициент осевого сжатия колонн увеличивается на 0,3 из-за снижения прочности бетона, соответствующее увеличение коэффициента характеристики хомута составляет 0,066, а новый коэффициент характеристики хомута из углепластика составляет 0,097, что полностью соответствует требованиям.

Из вышеприведенного анализа видно, что количество обертки из углепластика следует определять в соответствии с несущей способностью и индексом пластичности, когда железобетонные колонны усиливаются оберткой из углепластика для повышения сейсмостойкости.