柱外包鋼加固是一種常見的結(jié)構(gòu)加固方法，通過在外包角鋼或鋼板并灌注結(jié)構(gòu)膠或水泥砂漿，顯著提升原柱的承載力和抗震性能，其計(jì)算方法和步驟如下：首先需檢測原柱的混凝土強(qiáng)度、截面尺寸及配筋情況，確定加固需求；其次根據(jù)荷載要求設(shè)計(jì)外包鋼的截面尺寸和材料（通常采用Q235或Q345鋼材），并驗(yàn)算加固后的組合截面承載力，包括軸壓、偏壓及抗剪能力，關(guān)鍵步驟包括：1. **界面處理**，清除原柱表面疏松層并鑿毛；2. **鋼骨架安裝**，通過焊接或螺栓連接角鋼形成整體框架；3. **注膠或灌漿**，確保鋼材與原柱協(xié)同工作；4. **防腐防火處理**，延長加固層壽命，計(jì)算時(shí)需考慮二次受力影響，采用《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50367）中的組合截面公式，并復(fù)核剛度比以避免應(yīng)力集中，該方法施工快捷、占用空間小，適用于框架柱或橋墩的抗震加固，但需注意節(jié)點(diǎn)連接質(zhì)量和環(huán)境耐久性要求。

柱外包鋼加固的基本原理

柱外包鋼加固的核心原理是通過在混凝土柱外包裹鋼板或型鋼，使其與原結(jié)構(gòu)形成組合受力體系，加固后的柱體能夠承受更大的軸向壓力、彎矩和剪力，同時(shí)提高結(jié)構(gòu)的抗震性能,加固方式主要包括以下幾種：

1. 外包鋼板加固：在柱四周焊接鋼板,并通過灌漿或化學(xué)錨栓固定。
2. 外包角鋼加固：在柱四角設(shè)置角鋼，并用綴板或綴條連接,形成鋼構(gòu)架。
3. 外包鋼管加固：在柱外包裹鋼管，并灌注高強(qiáng)灌漿料,形成鋼管混凝土組合柱。

柱外包鋼加固的計(jì)算方法

承載力計(jì)算

柱外包鋼加固后的承載力計(jì)算需綜合考慮原混凝土柱和外包鋼結(jié)構(gòu)的共同作用,主要計(jì)算內(nèi)容包括：

（1）軸壓承載力計(jì)算

加固后的軸壓承載力 ( N_u ) 可按下式計(jì)算： [ N_u = \alpha_1 f_c A_c + \alpha_2 f_y A_s + \alpha3 f{sy} A_{sy} ]

• ( \alpha_1, \alpha_2, \alpha_3 ) 為材料協(xié)同工作系數(shù)；
• ( f_c ) 為混凝土抗壓強(qiáng)度；
• ( A_c ) 為混凝土柱截面積；
• ( f_y ) 為原柱縱筋屈服強(qiáng)度；
• ( A_s ) 為原柱縱筋面積；
• ( f_{sy} ) 為外包鋼材屈服強(qiáng)度；
• ( A_{sy} ) 為外包鋼材截面積。

（2）抗彎承載力計(jì)算

加固后的抗彎承載力 ( M_u ) 可近似按疊加法計(jì)算： [ Mu = M{c0} + M_s ]

• ( M_{c0} ) 為原混凝土柱抗彎承載力；
• ( M_s ) 為外包鋼結(jié)構(gòu)提供的附加抗彎承載力。

（3）抗剪承載力計(jì)算

加固后的抗剪承載力 ( V_u ) 可按下式計(jì)算： [ V_u = V_c + Vs + V{sy} ]

• ( V_c ) 為混凝土柱抗剪承載力；
• ( V_s ) 為箍筋抗剪承載力；
• ( V_{sy} ) 為外包鋼板或綴板提供的抗剪承載力。

剛度計(jì)算

加固后的柱剛度 ( K ) 可近似按組合截面計(jì)算： [ K = K_c + K_s ]

• ( K_c ) 為原混凝土柱剛度；
• ( K_s ) 為外包鋼結(jié)構(gòu)剛度。

穩(wěn)定性驗(yàn)算

對(duì)于長細(xì)比較大的柱，需進(jìn)行整體穩(wěn)定性驗(yàn)算，防止屈曲破壞，可參考《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50017）進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。

柱外包鋼加固的施工步驟

前期準(zhǔn)備

• 結(jié)構(gòu)檢測：對(duì)原混凝土柱進(jìn)行檢測,評(píng)估其損傷程度和承載力。
• 設(shè)計(jì)計(jì)算：根據(jù)檢測結(jié)果，確定加固方案,并進(jìn)行承載力計(jì)算。
• 材料準(zhǔn)備：采購鋼板、角鋼、灌漿料、結(jié)構(gòu)膠等材料。

柱表面處理

• 清除柱表面粉刷層、油污及松散混凝土,露出堅(jiān)實(shí)基面。
• 對(duì)裂縫進(jìn)行灌漿或封閉處理。
• 對(duì)銹蝕鋼筋進(jìn)行除銹并涂刷防銹漆。

外包鋼結(jié)構(gòu)安裝

（1）外包鋼板加固

• 按設(shè)計(jì)尺寸切割鋼板,并在柱四周定位。
• 采用化學(xué)錨栓或焊接方式固定鋼板。
• 在鋼板與原柱之間灌注高強(qiáng)灌漿料,確保密實(shí)。

（2）外包角鋼加固

• 在柱四角安裝角鋼,并用綴板或綴條焊接成整體框架。
• 通過螺栓或焊接方式固定角鋼與混凝土柱。

（3）外包鋼管加固

• 將鋼管套在柱外,并調(diào)整垂直度。
• 在鋼管與原柱之間灌注高強(qiáng)灌漿料,確保無空洞。

連接節(jié)點(diǎn)處理

• 加固柱與梁、板的連接部位需進(jìn)行加強(qiáng)處理,可采用鋼板或鋼套箍加固。
• 確保節(jié)點(diǎn)區(qū)域的傳力路徑合理,避免應(yīng)力集中。

防腐防火處理

• 對(duì)鋼結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行除銹并涂刷防銹漆。
• 根據(jù)防火要求,噴涂防火涂料或包裹防火板。

質(zhì)量驗(yàn)收

• 檢查鋼結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量、灌漿密實(shí)度及垂直度。
• 進(jìn)行荷載試驗(yàn)或非破損檢測,驗(yàn)證加固效果。

常見問題及解決方案

1. 灌漿不密實(shí)：可采用壓力灌漿或分段灌注方式,確保填充飽滿。
2. 焊接變形：采用對(duì)稱焊接工藝,減少熱變形影響。
3. 新舊材料協(xié)同性差：在鋼板與原柱之間涂刷結(jié)構(gòu)膠,增強(qiáng)粘結(jié)性能。