建筑工程混凝土剪力墙构件加固施工

秦飞龙

摘要：文章基于虚拟工程项目背景下，针对建筑工程混凝土剪力墙构件加固施工提出几点简单看法，以供参考。

关键词：建筑工程；混凝土剪力墙；构件加固；施工技术；受力分析

1建筑工程概况

某建筑工程P整体均采用混凝土剪力墙结构设计施工。该建筑工程的总体设计层数为地面20层，地下2层，建筑工程总面积为24527.38m2。根据建筑工程的结构设计图纸可知，该建筑工程在不同高度层使用混凝土剪力墙厚度分别为200、250、300mm，剪力墙构件分别使用直径不同的钢筋进行拉伸固定。建筑工程剪力墙构件浇筑混凝土时，水平和纵向结构钢筋均为直径8mm的HRB400热轧钢筋；构件拉伸钢筋直径为6mm。建筑工程考虑到施工高度对低层结构的影响，在施工进度到12层时，对低层建筑工程进行混凝土剪力墙构件强度检测。经构件抽样取芯后，构件强度没有达到设计标准，需要进行加固处理。

2剪力墙构件加固施工

2.1混凝土剪力墙构件受力分析模型

为使用较少的加固材料达到预期的剪力墙构件加固效果，首先建立构件的受力分析模型。通过钻芯取样的方式确定加固范围，对待加固的构件进行受力分析。使用ETABS有限元分析软件，建立剪力墙构件的模拟单元。根据建筑工程设计参数定义构件的混凝土材料强度以及构件基本信息。首先建立建筑工程的整体三维模型，根据构件类型，使用软件中的板单元、梁单元设计含有6自由度的基础构件。对于板、梁之间的连接，使用铰接节点辅助连接。为了保证剪力墙构件使用的混凝土材料强度达到设计标准，避免构件混凝土出现塑性损伤，计算构件的单轴拉伸受力如下所示：

上式中，Eb表示剪力墙加固前构件的测量瞬时弹性模量；ε表示构件的拉伸应变量，即构件受力中心偏移值；dc为构件的损伤率，其取值按下式计算：

上式中，ηq表示构件混凝土发生单位应力形变时，构件的单轴抗压强度；aq表示构件受力发生应变时的理论参考值；x为构件实际应变量与峰值应变量的比值；w表示构件应变强度与抗压强度的比值。构件还会受到其他接触构件的压力，在构件单轴受压前期，压力未超过最大极限值，构件混凝土结构未出现损伤。当压力超过混凝土最大压力值时，混凝土受压产生应力形变，出现损伤。剪力墙构件的受压应力可以按照下式计算：

上式中，E0表示构件材料的正常弹性模量；εp表示构件的塑性应变量。对混凝土构件加固处理时，构件内部的植筋为构件提供胶结力、机械摩擦力和咬合力，以避免加固操作出现更大的损伤。剪力墙构件内部植筋与加固处理的弹塑性本构关系如下：

上式中，Ej表示钢筋的弹性模量；εmp表示植筋的拉压应变；Qa表示植筋的屈服强度；εa表示刚达到最大屈服强度时的拉压应变；εh表示服务强度最大情况下，应力不变所对应的最大拉压应变。按照上述内容建立构件受力分析模型后，计算加固施工各个环节间的状态影响。

2.2施工环节初始状态相互影响分析

本研究采用置换法对混凝土剪力墙进行加固处理。置换加固过程中，各个使用环节的初始状态对下一环节构件受力会产生影响，分析影响程度，保持剪力墙构件的受力平衡。加固作业中及加固完成后构件承载力状态，构件所处受力区域、受力中心的位移都会导致剪力墙受到的压应力差异。从加固过程中应保持混凝土剪力墙构件受力平衡的角度着手，分析加固施工当前环节对下一环节初始状态的影响。若构件置换加固施工结构构件空间体积为Vg，在建筑工程有限元模型中，该构件的等效节点载荷量为mg。未对剪力墙构件进行加固或前一施工环节中，构件的初始应力可以由上文中的模型计算。

2.3剪力墙构件加固过程

考虑到建筑工程整体稳定性、受力载荷转移情况以及加固混凝土的干结速度，剪力墙构件置换加固需要分批次完成。对于本次研究的建筑工程项目P采用从低层向高层的顺序完成混凝土构件置换。本次置换剪力墙构件的长度最大值为500mm，置换构件时应该优先对空间分布对称的构件进行分批次置换，以维持墙体稳定。建筑工程剪力墙构件置换加固的平面布置图见图1所示。

据上文对剪力墙构件的受力分析，计算原有构件的载荷。使用方木、钢管等支顶将原有构件载荷转移至卸荷件上。卸荷件的间隔距离为600mm，对于上层楼板的顶升力不能大于原有构件受到的压应力。卸荷件辅助支撑剪力墙的连接示意图如图2所示。

根据上文建立剪力墙构件受力平衡模型，计算卸荷件的支撑强度：

上式中，N为由受力平衡模型计算得到的待加固构件的最大剪力值；a表示卸荷件替代支撑的安全系数；λ表示卸荷件水平和轴向受压稳定系数；s为卸荷件的横截面面积；i为卸荷件数量。若卸荷件的支撑强度小于屈服强度，则使用对应数量的钢管、方木可以达到稳定支撑楼板的要求。拆除原有剪力墙构件后，及时清理作业空间的混凝土残渣，同时对混凝土接触面进行清洁。在拆除构件过程中会对构件内部植筋造成损伤，应在浇筑混凝土前检测植筋的拉伸、弯曲情况，及时采取措施进行更新替换。按照建筑工程设计图纸，在剪力墙构件原有位置架设浇筑模板。采用微膨胀混凝土作为填入材料，浇筑高度应高出新旧构件连接面80[100mm。实时监测浇筑过程，待新浇筑的混凝土强度达到设计要求后，拆除模板并进行下一组构件加固处理。重复上述过程对所有待加固的构件进行置换加固，完成对建筑工程剪力墙构件的加固处理。

3施工技术试验研究

上文针对建筑工程项目P中强度不达标的剪力墙加固提出了一种置换加固施工技术，现随机在建筑工程中选择10个待加固处理的剪力墙构件对该施工技术的应用效果进行试验。将构件随机均分为两组，分别应用本文技术与增大截面技术进行加固施工。从加固后剪力墙构件在极限载荷条件下的受压承载力富余比和变形位移两个角度，对比加固施工技术效果。两种技术对建筑工程剪力墙构件进行加固处理后。

从计算数据可知，置换加固后，构件应力最大位置(轴压比为0.55)处的构件承压富余比高于63%。在轴压比为0.35的位置，构件承压富余比高于76%。与增大截面加固技术相比，置换加固后构件的承压富余比更高，改善了加固施工质量。使用两种技术加固后，剪力墙构件的载荷变形位移统计结果如下图3所示。

分析图3中的曲线可知，随着剪力墙构件载荷的增加，使用增大截面技术加固的构件变形位移逐渐增大，并且其加固后的构件极限载荷值为15.4KN1m2。而使用置换加固技术的构件变形位移量相对较小，最大值仅为31.2mm，可承受极限载荷值为33.3KN1m2。相比较增大截面技术加固的构件，使用本文技术加固的构件承载力和抗压变形能力提升，加固质量更佳。根据以上的施工技术应用试验结果，本文所提出的建筑工程混凝土剪力墙构件加固施工技术在对项目P进行施工时，可以提升构件的结构稳定性，并且增加了墙体构件的抗变形能力。

参考文献

[1]滑辉. 短肢剪力墙结构混凝土模板浇筑工程施工技术浅析[J]. 建筑工程技术与设计, 2014(006):51-51.

[2]胡春波. 高层建筑层间剪力墙混凝土置换加固施工技术[J]. 中国房地产业, 2019.

[3]唐艳琴. 高层建筑层间剪力墙混凝土置换加固的施工技术[J]. 中国高新科技, 2019(14):3.

[4]温斌, 徐芳. 高层建筑层间剪力墙混凝土置换加固施工技术[J]. 施工技术, 2018, 47(16):3.