包钢加固混凝土的钢柱承载性分析及其原理是什么样的

包钢加固是将将型钢或钢板包在原结构表面、四角或两侧，以减轻或取代原结构受力的一种间接加固法。这个整体类似于外套竖向空间构架组合结构或相当于型钢劲性混凝土柱，其型钢结构自身具有较高的承载力。

具体原理是怎样的呢

型钢对混凝土柱的外包，类似方钢管混凝土结构，一方面钢管对核心混凝土的约束作用使混凝土处于三向压应力状态，从而提高了混凝土材料的强度和延性。另一方面核心混凝土阻止钢管壁向内屈曲，增强了柱体系的稳定性和承载力。

对轴压方钢管柱的性能研究，国内外很多学者也都做了大量的工作。但包钢加固柱又有别于方钢管混凝土柱。包钢加固柱是利用粘贴薄钢板与角钢组合的空间构架对构件进行加固，是在柱子一次受力后、具有一定应力水平时加上去的，只有当柱子二次受力时，包钢结构才对原混凝土柱产生被动约束力。

包钢结构在梁板楼盖节点处往往在构造上不能连续，梁柱节点处将成为加固的薄弱部位。但包钢加固与方钢管混凝土结构也有其共性，它们自身就是一个承重构架，具有较大的承载力。此外都是通过钢结构对混凝土柱产生横向约束力，使柱中混凝土成为三向压应力状态，从而提高混凝土柱中混凝土的抗压强度，进而提高了柱子的承载能力和延性。

对于矩形构件，大多在矩形构件四角包角钢，横向用箍板连接，对于圆形柱、烟囱等圆形构件，用扁钢加套箍的办法加固较多。

建筑工程中常因各种原因要在已有梁柱上大幅度增加荷载，对这类问题往往不仅需要通过加固大幅度提高原结构的承载能力，而且还要求加固后结构的截面增加不多、加固速度快、整体工作性能强、可靠性高等。如梁弯矩增加幅度超过原结构抗力的40%，且采用粘钢板加固方法加固正弯矩受拉边，则结构加固后的裂缝宽度和刚度大小往往不满足要求。

对于受压柱，有时不但要求大幅提高其承载能力，还要求降低轴压比，以满足抗震设防的延性要求。如果采用粘钢板加固法加固受压构件，柱子在轴向力作用下，钢板与混凝土之间产生很大的剥离应力，在钢板承受的竖向应力还很小时，钢板将向外屈曲从而使得加固效果甚微。需要寻求一种既能大幅度提高其承载力，又能使加固后构件截面增加不多，而且具有很好的延性和整体工作性能的加固方法。

包钢加固混凝土承载性分析

不考虑稳定系数，型钢的轴压承载力为1 800 kN，对初应力系数为0%，20%，40%，50%的加固叠合柱，分别施加初应力0，360，720，900 kN，得到预加载分析步的位移分别为0，1，2，2.5 mm。

轴压破坏形态

有限元计算时典型构件混凝土及内部原钢柱的破坏形式，轴压构件破坏时，柱脚混凝土先剥落，低初应力系数的叠合柱柱脚混凝土先被压碎，然后力转移到型钢上型钢屈服；高应力系数的叠合柱型钢先进入屈服，然后混凝土被压碎，柱子丧失承载能力。

加固时初应力系数对承载力及应力－应变关系的影响

为不同初应力系数加固的钢柱在不同阶段的反力、位移，混凝土退出工作时，混凝土跨中位移分别为5.99，9.55，2.69，1.12 mm，加固时初应力比越高，混凝土延性越差；混凝土达到极限压应变0.003 3时，钢骨跨中位移分别为1.58，2.96，3.1，3.5 mm，有初应力的叠合柱型钢位移更大，型钢应变超前。初应力系数大于20%时，初应力系数越大，峰值承载力越小，破坏时钢骨受力越大。

近年来，用外包钢加固以提高构件承载能力的方法，已被工程界广泛采用。

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