基于PK-PM的老化工业建构筑物加固研究

[摘要] 北京首钢股份有限公司烧结作业区建造于1992年6月份，生产运行至今，通廊、转运站等工业建筑物已经出现裂缝、钢筋锈胀，露筋、混凝土保护层剥落等老化现象，在一定程度上存在安全隐患的问题。本文对以烧结某转运站加固论证及实施过程进行了论述，并重点介绍了运用PK-PM软件对混凝土框架结构进行整体建模计算分析，进而进行结构验算，提出针对性加固方案。

[关键词]工业建筑物；转运站；加固

中图法分类号  TU755.7；              文献标志码  B 

Research on reinforcement of aging industrial structures based on PK-PM

Zhang Ge,Yangming,Wang Erlin

(064400,Tangshan, HebeiBeijing Shougang co., ltd)

[Abstract]  Beijing Shougang Co., Ltd. Sintering operation area was built in June 1992. Up to now, cracks, rust expansion of steel bars, exposed ribs, peeling of concrete protective layer and other aging phenomena have appeared in industrial buildings such as corridors and transfer stations, which have hidden safety problems to a certain extent. This paper discusses the reinforcement demonstration and implementation process of a sintering transfer station, and focuses on the use of PK-PM software for the overall modeling calculation and analysis of the concrete frame structure, and then check the structure, put forward the targeted reinforcement scheme.

[Key words]  Industrial building; Transfer station;strengthen

在工业生产中，转运站一般为敞开式的结构，结构形式是由钢筋混凝土构成的框架结构，其特点是填充墙比较少，一般指在设备所在层设置楼板，且洞口较多，设备层层高较大，柱子均为承重的框架柱。

目前北京首钢股份有限公司炼铁作业部烧结作业区15#转运站自1992年建造至今，年代久远，且在设备长期振动的影响下，对转运站的框架柱产生了一定程度的影响，比如保护层脱落，钢筋锈胀等，存在安全隐患。如果采用拆除重建的方式处理此类问题，会致使工程施工投资预算的大幅度增加及施工工期的延长，这将直接影响正常的工业生产秩序。此文主要是通过运用软件验算主体结构的承载能力，进而针对承载力不足的部位采取加固的方式进行处理，并在满足强度要求基础上尽量寻求一种工期短、成本低的方案。

1  15#转运站概况

1.1  15#转运站基本概况

15#转运站，为七层钢筋混凝土框架结构房屋，设计建造年代为1992 年左右。混凝土强度设计等级为C23级。受力钢筋主要采用HRB335 级。基础采用桩基础。房屋平面示意图如图1所示。

1.2  15#转运站现状

所有柱子存在钢筋锈胀，露筋情况，梁（2轴/B-C轴、2-3轴/B轴）承载力不满足要求的，板（22.00米标高、26.00米、屋面）存在普遍渗水、钢筋锈胀，露筋情况及承载力不满足要求，如图2所示。

图1 15#转运站一层平面示意图

图2  26.000m标高平台楼板普遍渗水，钢筋锈胀

2  15#转运站结构验算分析

2.1  材料材性测试

采用回弹法对混凝土板强度进行抽查测试，根据现场检测条件并结合结构自身特点，共选取10个构件。

房屋混凝土构件的实测混凝土强度推定值分布于27.0MPa-42.9MPa之间（已进行龄期修正，系数取0.92），平均值为37.4MPa，标准差为6.25MPa。构件混凝土强度最小值为27.0MPa。受检混凝土构件强度均满足原设计C23等级要求。

2.2 结构验算分析

结合现场监检测数据，采用中国建筑科学研究院研制的PK-PM系列软件（PKPM2010-V4.3）对混凝土框架结构进行整体建模计算分析。整体三维计算模型见图3。

2.2.1材料强度

（1）材料：混凝土强度等级取C23；

（2）钢筋：HRB335级钢筋取300N/mm2，HPB235级钢筋取210N/mm2。

2.2.2作用荷载

依据国家（行业）相关规范，验算时所取荷载如下：

（1）恒荷载

楼面恒载：5.0kN/m2；

屋面恒载：6.0kN/m2；

（2）活荷载

    楼面活载：3.0kN/m2（22.000m）；6.0kN/m2（26.000m）；

屋面活载：0.5kN/m2；

楼梯活载：3.5kN/m2；

设备荷载：机头在26.000m平台，区域内均布荷载6kN/m2；机重8t；

机尾在22.000m平台，均布荷载3kN/m2，机重6t。

（3）风荷载

基本风压：0.40kN/m2；地面粗糙度类别：B类。

（4）地震作用

抗震设防烈度按原设计：7度，设计基本地震加速度为0.15g，场地类别：Ⅱ类，设计地震分组为第二组。

2.2.3计算结果及分析

本次计算采用PKPM结构计算软件对主厂房钢框架柱、框架梁、钢檩条进行承载力验算。主要计算结果如下：

（1）混凝土框架柱

经验算，房屋混凝土框架柱承载力基本满足要求。

（2）混凝土框架梁

经验算，房屋22.000m及26.000m平台B轴混凝土框架梁承载力不满足要求，其余混凝土框架梁承载力基本满足要求。

（3）混凝土板

经验算，房屋22.000m（（1/3）-（3/3））/(A-C)轴混凝土板、26.000m（（1/2）-（2/2））/(（2/C）-C)轴混凝土板、26.000m（2-（1/3））/(A-B)轴混凝土板承载力不满足要求，其余混凝土框架梁承载力基本满足要求。

3  15#转运站加固方案

3.1  加固方案设计

鉴于结构验算分析结果，计划针对不满足承载力要求的部位进行二次加固，对存在钢筋锈胀、露筋情况及承载力不满足要求的梁、板、柱，对钢筋进行除锈后，采用粘贴碳纤维布的方法进行加固修复，参看文献[1]。

3.2  施工方案

本工程各主要分项工程包括：基础截面加大、柱截面加大灌浆料浇筑工程、新增钢桁架工程及柱梁板碳纤维加固施工。

本文主要论述梁板碳纤维加固的工艺流程及质量验收标准。

3.2.1梁板碳纤维加固

(1）材料选用

本工程中选用某品牌碳纤维布各项性能指标如下所示：

表1  碳纤维布性能指标一览表

（2）施工步骤

1)工地勘察

2)弹线放样

3)混凝土面机械打磨

4)涂刷修补胶

5)涂刷面胶

6)按图裁剪纤维布

7)粘贴纤维布

8)表面处理

3.2.2质量验收标准

验收内容主要包含以下3个方面：

（1）粘贴位置检验：要求实际的粘贴位置与设计要求的位置相比较，中心线偏差数值应该满足≤10mm，即视为合格，采用钢尺测量，参看文献[2]；

（2）粘贴量检验：以不小于设计数量为合格，根据测量计算；

（3）检查空鼓，空鼓每平方米≥5%为不合格，采用小锤敲击探测；

不合格处理方式：空鼓率大于10%的部位可用美工刀顺着纤维方向切开，注入粘贴胶填满并压平，外部再补上面胶。

施工后，委托了具有专业资质的单位进行了碳纤维现场拉拔试验。拉拔试验采用在施工现场选点，粘帖试块，采用穿心式油压千斤顶配合传感器为力源，以受力达到破坏，碳纤维试块粘帖混凝土剥落或碳纤维试块剥落受力达到验收标准为合格。验收结果见表2、表3。

表2 碳纤维布准用胶试验结果

表3 碳纤维布实验结果

4  结术语

15#转运站加固处理后，目前情况稳定，现场观测无异样。该加固处理过程是在综合考虑了投资和工期的前提下，采用了梁板柱加固的方式进行了处理。该加固方式从最大程度上降低了结构重建造成的损失，为其它后续同类项目的处理提供了参考。

参 考 文 献

1 杨 熙,等.某砌体结构开裂原因分析及加固 [J]. 山西建筑期刊, 2008, 34(35): 82-84.

2 陈夏伟,等.碳纤维加固施工技术[J]. 西部探矿工程期刊, 2008, (06):177-179.