基于主动控制技术的高层框架柱混凝土置换施工方法技术

本发明专利技术涉及一种基于主动控制技术的高层框架柱混凝土置换施工方法，在拟置换混凝土框架柱取孔插入钢插销，钢斜撑一端固定至钢销插上，另一端安装于梁板上且可水平向滑动，混凝土框架柱两侧的连接节点II设置对拉预应力筋；安装拟置换混凝土框架柱所在楼层的垂直钢支撑，安装位置与钢斜撑位置对应；安装应变计、位移监测点，实时监测受力变化，结构变形；通过对拉预应力筋的张拉和监测数据，主动控制钢支撑轴力，实现混凝土框架柱轴力的卸载；进行混凝土的分块拆除和重新浇筑，并埋设混凝土应变计；混凝土养护至强度满足要求后，拆除钢支撑的并周转使用，实现高层框架柱混凝土的置换。本发明专利技术通过施工实时监测，实现混凝土框架柱轴力卸载的主动控制。

【技术实现步骤摘要】
基于主动控制技术的高层框架柱混凝土置换施工方法
本专利技术涉及一种高层框架柱混凝土置换的施工方法，属于建筑施工

技术介绍
钢筋混凝土结构是高层建筑最普通的结构形式，混凝土柱的强度直接影响建筑安全。但在实际工程中，由于各种因素影响容易出现工程质量事故，特别是混凝土强度问题。当混凝土强度等级与设计要求相差较大时，一般采用的处理方式是：将不合格楼层的混凝土柱及其以上楼层建筑全部拆除，彻底返工，该方法虽然可以弥补工程质量问题，但经济损失较大。另一种是采用诸如加大截面加固法、外包型钢加固法、置换混凝土加固法等各种加固措施，以达到设计要求。置换混凝土加固法是将不合格的框架混凝土剔除干净，重新浇筑满足设计要求的混凝土。不仅能将不合格的混凝土彻底返工，使建筑物完全满足设计要求，而且施工期间，上部主体结构可继续施工。经济损失相对整栋建筑拆除返工要小得多，但难点在于要有一套可靠的结构支撑系统，用于卸除该柱上部结构传来的荷载，保证上部结构不变形，不开裂。已见的框架柱混凝土置换时钢支撑托换均是采用在拟置换框架柱的上、下多个楼层设置垂直钢支撑卸载方法，该方法采用垂直设置的钢支撑代替原结构框架柱传递竖向荷载，一般仅在钢支撑根部打入钢质契块进行垂直钢支撑初紧，不能够主动控制垂直钢支撑的轴力大小；而且，垂直钢支撑需要一直支撑至地下室底板上，以避免框架结构的梁柱节点在置换施工阶段要承受比较大的剪力而发生剪切破坏，所需的垂直支撑用量大，且无法快速周转使用。孙作轩等，高层建筑混凝土柱置换加固施工方法(《中国高新科技》2017年第1卷第8期p58-60)，采用的加固方法是：(1)布置支撑系统，支撑系统是在替换柱四周梁的下方设置支撑，利用钢管形成组合钢管支撑。组合钢管下端设置螺旋千斤顶，通过千斤顶的顶升实现对柱子的卸荷目的。(2)分批次人工凿除一定尺寸的混凝土(可截断相应区域的箍筋但保留纵筋)；(3)放置型钢并焊接形成格构柱；(4)安装模板浇筑混凝土；养护、检测与拆除。该施工方法是针对构架式混凝土柱提出的半置换混凝土加固方法，保留原有中心部分的混凝土承载力，同时加入型钢提高支撑力，量化了加固效果，不改变原有截面尺寸。但对施工工艺水平要求较高。需要熟练人员剔除混凝土、焊接钢板等作用。郑育新等，高层建筑混凝土柱整体置换混凝土加固施工方法(《施工技术》2011年11月上，第40卷第352期，p91-100)，针对上部楼层较多(8层甚至10余层以上)，不合格混凝土柱已承受的荷载较大时，整根柱置换混凝土的加工施工。其中，钢管支撑能卸除的荷载按单根钢管支撑能力、螺旋千斤顶支撑能力、梁端混凝土斜压抗剪承载能力计算。但需要严格按照支撑系统的设计次序进行，每阶段剔除混凝土时，剔除截面应该尽量小，不得超过截面的1/4，尽量使得剩余混凝土截面大一些。而且需要采用专业人员操作千斤顶等。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于主动控制技术的高层框架柱混凝土置换施工方法，具有钢支撑用量少、重量轻、便于人工运输和安装，周转使用周期短，全程实时监控，主动控制的特点。为解决上述技术问题，本专利技术是这样实现的：基于主动控制技术的高层框架柱混凝土置换施工方法，步骤如下：步骤1、取芯打孔：在拟置换混凝土框架柱的上一层以及下一层的框架柱上水平取芯得到钢销插孔，取芯直径46mm、上下层各取8个芯孔，取芯时应确保取芯的垂直度；避开柱的主筋、箍筋。步骤2、连接节点I的安装：在所得钢销插孔内插入钢插销，安装用于受力体系转换的连接节点I；耳板一端带孔用于固定钢斜撑，另一端焊接于带孔的连接钢板上形成上连接节点I。步骤3、连接节点II的安装：连接节点II安装于上一层以及下一层梁板上，距离混凝土框架柱800mm～1000mm的位置，在连接节点II与梁板之间垫不锈钢片以减少摩擦力，且混凝土框架柱左右两侧连接节点II之间安装对拉预应力筋，并初紧该预应力筋，确保钢斜撑受力。即连接节点I、II分别连接于同一钢斜撑的两端，便于其同时连接于混凝土框架柱和梁板。步骤4、安装拟置换混凝土框架柱所在楼层的垂直钢支撑，安装位置与位于其上面一层以及下面一层钢斜撑与混凝土梁板连接节点对应，安装完成且垂直度调整后，对垂直钢支撑的可调节柱脚施加预应力，实现垂直钢支撑的初紧。在钢支撑安装完成后，形成的整体格局是：拟置换混凝土框架柱所在楼层的上下梁板之间安装垂直钢支撑，在拟置换框架柱所在楼层的上面一层、下面一层均安装钢斜撑，钢斜撑一端借助于连接节II一端固定于拟置换框架柱楼层的上(下)梁板，且可水平向滑动；另一端借助于连接节点I固定于混凝土框架柱的钢插销上。为了平衡应力，钢斜撑、垂直钢支撑均对称于混凝土框架柱布置，在两个对称的钢斜撑根部还安装对拉预应力筋。步骤5、在钢斜撑、垂直钢支撑上安装应变计，监测施工过程中的受力变化；在连接节点I处安装位移监测点，监测施工过程中的结构竖向变形；应变、变形监测均应采用实时监测系统。步骤6、通过钢斜撑连接节点II对拉预应力筋的张拉和监测数据，控制垂直钢支撑的轴力，实现拟置换混凝土框架柱轴力卸载的主动控制，预应力张拉力根据计算分析与施工监测结果确定，以确保满足设计与安全控制要求。步骤7、拟置换混凝土框架柱的混凝土置换：根据设计方案进行混凝土的分块拆除和重新浇筑，并在埋设混凝土应变计。步骤8、待新浇筑的混凝土强度养护满足要求后进行垂直钢支撑的卸载，通过放松对拉预应力筋实现受力转换，是否卸载完成通过安装在钢斜撑、垂直钢支撑上的应变监测数据判断。步骤9、完成受力体系转换后，钢支撑暂不拆除；观测新浇筑混凝土的外观裂缝变化及内埋混凝土应变计的数据变化。步骤10、静置待新浇筑混凝土柱，待置换后的框架柱应变和裂缝均稳定后，进行钢支撑的拆除和周转使用，实现高层框架柱混凝土的置换。本专利技术有以下积极的效果：①混凝土框架柱卸载用钢支撑用量少、重量轻、便于人工运输和安装；②通过连接节点II对拉预应力筋的张拉和钢支撑轴力的施工实时监测，主动控制钢支撑轴力，实现混凝土框架柱轴力卸载的主动控制；③拟置换混凝土框架柱所在楼层的垂直钢支撑底部设置可调节柱脚，可以在安装阶段进行垂直钢支撑的初紧和混凝土置换完成后受力体系转换阶段垂直钢支撑的卸载；④实际施工中连接节点I、II均为干连接，便于施工中快速安装和周转使用；⑤通过计算分析和施工实时监测，确定预应力筋张拉力的大小；⑥受力体系转换完成后静置6h后再拆除钢支撑，以防突发的安全事故。附图说明图1是混凝土取芯位置示意图；图1中，标注阴影的部位是拟置换的混凝土框架柱12；图2是抗剪钢板与连接节点I(钢斜撑与混凝土框架柱的连接节点)安装示意图；其中，31-钢插销；32-连接钢板；33-抗剪钢板；34-抗剪螺栓；图3是钢支撑安装完成的立体图；其中：1混凝土框架柱；2-混凝土梁板；3-钢斜撑与混凝土框架柱的连接节点(连接节点I)；4-钢斜撑；5-钢斜撑与混本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于主动控制技术的高层框架柱混凝土置换施工方法 ，其特征在于，步骤如下：/n步骤1、取芯打孔：在拟置换混凝土框架柱的上一层以及下一层的框架柱上水平取芯得到钢销插孔，取芯时应确保取芯的垂直度，避开柱的主筋、箍筋；/n步骤2、连接节点Ⅰ的安装：在所得钢销插孔内插入钢插销，安装用于受力体系转换的连接节点Ⅰ；/n步骤3、连接节点Ⅱ的安装：连接节点Ⅱ安装于上一层以及下一层梁板上，距离混凝土框架柱800mm~1000mm的位置，且混凝土框架柱左右两侧连接节点Ⅱ之间安装对拉预应力筋，并初紧该预应力筋，确保钢斜撑受力；/n步骤4、安装拟置换混凝土框架柱所在楼层的垂直钢支撑，安装位置与位于其上面一层以及下面一层钢斜撑与混凝土梁板连接节点对应，安装完成且垂直度调整后，对垂直钢支撑的可调节柱脚施加预应力，实现垂直钢支撑的初紧；/n步骤5、在钢斜撑、垂直钢支撑上安装应变计，监测施工过程中的受力变化；在连接节点Ⅰ处安装位移监测点，监测施工过程中的结构竖向变形；应变、变形监测均应采用实时监测系统；/n步骤6、通过钢斜撑连接节点Ⅱ对拉预应力筋的张拉，控制垂直钢支撑的轴力，实现拟置换混凝土框架柱轴力卸载的主动控制，预应力张拉力根据计算分析与施工监测结果确定，以确保满足设计与安全控制要求；/n步骤7、拟置换混凝土框架柱的混凝土置换：根据设计方案进行混凝土的分块拆除和重新浇筑，并在埋设混凝土应变计；/n步骤8、待新浇筑的混凝土强度养护满足要求后进行垂直钢支撑的卸载，通过放松对拉预应力筋实现受力转换，是否卸载完成通过安装在钢斜撑、垂直钢支撑上的应变监测数据判断；/n步骤9、完成受力体系转换后，钢支撑暂不拆除；观测新浇筑混凝土的外观裂缝变化及内埋混凝土应变计的数据变化；/n步骤10、静置待新浇筑混凝土柱满足应力要求后，进行钢支撑的拆除和周转使用，实现高层框架柱混凝土的置换。/n...

【技术特征摘要】
1.基于主动控制技术的高层框架柱混凝土置换施工方法，其特征在于，步骤如下：
步骤1、取芯打孔：在拟置换混凝土框架柱的上一层以及下一层的框架柱上水平取芯得到钢销插孔，取芯时应确保取芯的垂直度，避开柱的主筋、箍筋；
步骤2、连接节点Ⅰ的安装：在所得钢销插孔内插入钢插销，安装用于受力体系转换的连接节点Ⅰ；
步骤3、连接节点Ⅱ的安装：连接节点Ⅱ安装于上一层以及下一层梁板上，距离混凝土框架柱800mm~1000mm的位置，且混凝土框架柱左右两侧连接节点Ⅱ之间安装对拉预应力筋，并初紧该预应力筋，确保钢斜撑受力；
步骤4、安装拟置换混凝土框架柱所在楼层的垂直钢支撑，安装位置与位于其上面一层以及下面一层钢斜撑与混凝土梁板连接节点对应，安装完成且垂直度调整后，对垂直钢支撑的可调节柱脚施加预应力，实现垂直钢支撑的初紧；
步骤5、在钢斜撑、垂直钢支撑上安装应变计，监测施工过程中的受力变化；在连接节点Ⅰ处安装位移监测点，监测施工过程中的结构竖向变形；应变、变形监测均应采用实时监测系统；
步骤6、通过钢斜撑连接节点Ⅱ对拉预应力筋的张拉，控制垂直钢支撑的轴力，实现拟置换混凝土框架柱轴力卸载的主动控制，预应力张拉力根据计算分析与施工监测结果确定，以确保满足设计与安全控制要求；
步骤7、拟置换混凝土框架柱的混凝土置换：根据设计方案进行混凝土的分块拆除和重新浇筑，并在埋设混凝土应变...

【专利技术属性】
技术研发人员：王永泉，杜吉坤，邵翔，李天福，李世宏，
申请(专利权)人：王永泉，
类型：发明
国别省市：江苏;32