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7.4 型钢预应力撑杆的加固计算

7.4.1 采用预应力双侧撑杆加固轴心受压的钢筋混凝土柱时，应按下列规定进行计算：
    1 确定加固后轴向压力设计值N；
    2 按下式计算原柱的轴心受压承载力N0设计值；
柱的轴心受压承载力N0设计值        （7.4.1-1）
式中：φ——原柱的稳定系数；
      Ac0——原柱的截面面积(mm²)；
      ƒc0——原柱的混凝土抗压强度设计值(N/mm²)；
      A′s0——原柱的纵向钢筋总截面面积(mm²)；
      ƒ′y0——原柱的纵向钢筋抗压强度设计值(N/mm²)。
    3 按下式计算撑杆承受的轴向压力N1设计值：
撑杆承受的轴向压力N1        （7.4.1-2）
式中：N——柱加固后轴向压力设计值(kN)。
    4 按下式计算预应力撑杆的总截面面积：
预应力撑杆的总截面面积        （7.4.1-3）
式中：β2——撑杆与原柱的协同工作系数，取0.9；
      ƒ′py——撑杆钢材的抗压强度设计值(N/mm²)；
      A′p——预应力撑杆的总截面面积(mm²)。
    预应力撑杆每侧杆肢由两根角钢或一根槽钢构成。
    5 柱加固后轴心受压承载力设计值可按下式验算：
柱加固后轴心受压承载力设计值         （7.4.1-4）
    6 缀板应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017进行设计计算，其尺寸和间距应保证撑杆受压肢及单根角钢在施工时不致失稳。
    7 设计应规定撑杆安装时需预加的压应力值σ′p，并可按下式验算：
设计应规定撑杆安装时需预加的压应力值σ′p        （7.4.1-5）
式中：φ1——撑杆的稳定系数；确定该系数所需的撑杆计算长度，当采用横向张拉方法时，取其全长的1/2；当采用顶升法时，取其全长，按格构式压杆计算其稳定系数；
      β3——经验系数，取0.75。
    8 设计规定的施工控制量，应按采用的施加预应力方法计算：
        1)当用千斤顶、楔子等进行竖向顶升安装撑杆时，顶升量△L可按下式计算：
顶升量△L        （7.4.1-6）
 
式中：Ea——撑杆钢材的弹性模量；
      L——撑杆的全长；
      a1——撑杆端顶板与混凝土间的压缩量，取2mm～4mm；
      β4——经验系数，取0.90。
        2)当用横向张拉法(图7.4.1)安装撑杆时，横向张拉量△H按下式验算：
横向张拉量△H        （7.4.1-7）
式中：a2——综合考虑各种误差因素对张拉量影响的修正项，可取a2＝5mm～7mm。
    实际弯折撑杆肢时，宜将长度中点处的横向弯折量取为△H＋(3mm～5mm)，但施工中只收紧△H，使撑杆处于预压状态。
图7.4.1 预应力撑杆横向张拉量计算图 1—被加固柱；2—撑杆
 
图7.4.1 预应力撑杆横向张拉量计算图
1—被加固柱；2—撑杆
7.4.2 采用单侧预应力撑杆加固弯矩不变号的偏心受压柱时，应按下列规定进行计算：
    1 确定该柱加固后轴向压力N和弯矩M的设计值。
    2 确定撑杆肢承载力，可试用两根较小的角钢或一根槽钢作撑杆肢，其有效受压承载力取为0.9ƒ′pyA′p。
    3 原柱加固后需承受的偏心受压荷载应按下列公式计算：
        （7.4.2-1）
        （7.4.2-2）
 
    4 原柱截面偏心受压承载力应按下列公式验算：
        （7.4.2-3）
        （7.4.2-4）
        （7.4.2-5）
        （7.4.2-6）
式中：b——原柱宽度(mm)；
      χ——原柱的混凝土受压区高度(mm)；
      σs0——原柱纵向受拉钢筋的应力(N/mm²)；
      e——轴向力作用点至原柱纵向受拉钢筋合力点之间的距离(mm)；
      a′s0——纵向受压钢筋合力点至受压边缘的距离(mm)。
    当原柱偏心受压承载力不满足上述要求时，可加大撑杆截面面积，再重新验算。
    5 缀板的设计应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017的有关规定，并应保证撑杆肢或角钢在施工时不失稳。
    6 撑杆施工时应预加的压应力值σ′p宜取为50MPa～80MPa。
7.4.3 采用双侧预应力撑杆加固弯矩变号的偏心受压钢筋混凝土柱时，可按受压荷载较大一侧用单侧撑杆加固的步骤进行计算。选用的角钢截面面积应能满足柱加固后需要承受的最不利偏心受压荷载；柱的另一侧应采用同规格的角钢组成压杆肢，使撑杆的双侧截面对称。
    缀板设计、预加压应力值σp的确定以及横向张拉量ΔH或竖向顶升量ΔL的计算可按本规范第7.4.1条进行。
 
条文说明
7.4.1 采用预应力撑杆加固轴心受压钢筋混凝土柱的设计步骤较为简单明确。撑杆中的预应力主要是以保证撑杆与被加固柱能较好地共同工作为度，故施加的预应力值σp不宜过高，以控制在50MPa～80MPa为妥。
    根据国内外有关的试验研究成果，当被加固柱需要提高的受压承载力不大于1200kN时，采用预应力撑杆加固是较为合适的。若需要通过加固提高的承载力更大，则应考虑选用其他加固方法。
7.4.2、7.4.3 采用预应力撑杆加固偏心受压钢筋混凝土柱时，由于影响因素较多，其计算方法较为冗繁。因此，偏心受压柱的加固计算应主要通过验算进行。但应指出，采用预应力撑杆加固偏心受压柱时，其受压承载力、受弯承载力均只能在一定范围内提高。
    验算时，撑杆肢的有效受压承载力取0.9ƒ′pyA′p是考虑协同工作不充分的影响，即撑杆肢的极限承载力有所降低。其承载力降低系数取0.9是根据国内外试验结果确定的。
    当柱子较高时，撑杆的稳定性可能不满足现行《钢结构设计规范》GB 50017的规定。此时，可采用不等边角钢来做撑杆肢，其较窄的翼缘应焊以缀板，其较宽的翼缘，应位于柱子的两侧面。撑杆肢安装后再在较宽的翼缘上焊以连接板。
    对承受正负弯矩作用的柱(即弯矩变号的柱)，应采用双侧撑杆进行加固。由于撑杆主要是承受压力，所以应按双侧撑杆加固的偏心受压柱的公式进行计算，但仅考虑被加固柱的受压区一侧的撑杆受力。
 
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