剪力墙无外支撑分段式置换加固方案的优化

2020-09-05赵锐朱华周安

安徽建筑 2020年9期

赵锐，朱华，周安

（1.合肥工业大学土木与水利工程学院，安徽合肥 230009；2.安徽省建筑科学研究设计院，安徽合肥 230031）

1 引言

无外支撑剪力墙分段式置换加固法[1]-[2]是混凝土结构加固方法中较为常见的一种，该方法的特点在于不需要外加其他支撑体系，便可对有严重质量问题的墙体进行分段分批置换加固，并且与传统剪力墙置换加固方法相比优点明显，当采用无外支撑分段式置换加固法时，由于是利用其它剩余墙段作为支撑体系，所以不需要安装大量的钢支撑用来卸载，极大地降低了施工成本，缩短了施工工期。并且采用传统剪力墙置换加固法时，一般会选择将墙体一次性凿除完，这往往造成钢支撑作用位置的支撑力太大，可能会产生构件局部损坏现象，因此无外支撑剪力墙分段式置换加固在实际混凝土加固项目中运用越来越广泛，但是由于应力滞后效应[3]-[4]的影响，使得各置换墙段之间的应力差值较大，从而影响剪力墙加固效果。

2 原置换加固施工方案

2.1 工程概况

本工程为某高层住宅楼，结构形式为剪力墙结构，建筑高度约为99m，共32层；该工程设计地上3层为商业裙楼，结构形式为框架结构，本工程总的建筑面积约为82730m2，地下建筑面积为66790m2，抗震设防烈度为6度，设计使用年限50年，但在施工过程中发现第9层有部分剪力墙的混凝土强度不满足设计要求，经专家讨论研究后，决定对该栋楼9层部分无外支撑剪力墙进行分批置换加固。

2.2 施工方案

第9层的剪力墙的施工置换顺序是按照轴线自西向东进行置换，每片剪力墙置换长度大致分为400mm～500mm，并对每个批次墙体构件进行编号，按编号依次置换加固。对于同层的剪力墙要间隔施工，严禁相邻墙体同时施工，如图1、图2所示，本文选取第9层17/B-C的剪力墙进行分析。

图1 9层剪力墙加固布置示意图

图2 原剪力墙分段置换示意图

2.3 原加固方案的剪力墙应力分析

本文通过有限元软件中的“生死单元”技术[5]-[6]模拟出各置换墙段的凿除和灌浆，有限元模型如图 3a、b、c、d 所示。

根据有限元模拟结果可得：

①第一批次墙段置换完工后，未置换墙段A的应力相比于其他墙段的应力要大，其中应力最大值为13.36MPa，主要在未置换墙段A的顶端和底端位置，第二批次墙段的应力要大于其他置换墙段，并且新置换的墙段应力很小。

②第二批次墙段置换完工后，未置换墙段A的平均竖向应力降到了8.0MPa左右，但是第一批置换后的新墙段平均竖向应力增加到11.0MPa左右，其他各墙段的应力差距较小。

③第三批次置换墙段置换完工后，未置换墙段A的平均竖向应力维持在8.0MPa～8.9MPa之间，而此时的第一、二两段置换后的新墙段的应力差距较小，并且都在10.0MPa～10.5MPa之间，未置换墙段B和第四批次置换墙段应力相比上一个工况，应力变化浮动不明显。

④剪力墙置换完工后，各置换墙段的应力分布按照置换次序依次递减。

3 同批次不同宽度的置换加固的优化方案

3.1 各置换墙段的宽度划分

主要研究分析剪力墙在不增加置换墙段的情况下，通过ABAQUS模拟不同置换墙段的宽度，其置换后的剪力墙的应力分布，在采用有限元模拟之前，先用PKPM软件计算第一批置换墙段最大宽度的限值，以防在墙体凿除后出现应力超限情况。通过计算得出当凿除的置换墙段的宽度为0.7m时，剩余墙体的轴压比为0.58，接近于规范限值，因此将宽度为0.8m设为置换墙段的最大限值，并且考虑实际工程中的施工的方便性，需设置一个宽度最小值，为了方便现场施工操作，置换墙段的最小宽度不宜低于0.4m。

结合监测数据和有限元分析结果得出，各批次置换墙段的应力按照置换次序逐渐减小，并且当首批置换墙段凿除时，其剩余墙体的应力会有超限情况，为了解决这类问题，划分剪力墙置换墙段的宽度时，按照剪力墙置换的次序，从小到大依次置换，再根据置换墙段宽度的上下限定值，得出三组剪力墙宽度划分方式，将其与原划分方式进行对比，表1为每组剪力墙中各置换墙段的划分宽度。