趙銳 ，朱華 ，周安

（1.合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230009；2.安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計院，安徽 合肥 230031）

1 引言

無外支撐剪力墻分段式置換加固法[1]-[2]是混凝土結(jié)構(gòu)加固方法中較為常見的一種，該方法的特點(diǎn)在于不需要外加其他支撐體系，便可對有嚴(yán)重質(zhì)量問題的墻體進(jìn)行分段分批置換加固，并且與傳統(tǒng)剪力墻置換加固方法相比優(yōu)點(diǎn)明顯，當(dāng)采用無外支撐分段式置換加固法時，由于是利用其它剩余墻段作為支撐體系，所以不需要安裝大量的鋼支撐用來卸載，極大地降低了施工成本，縮短了施工工期。并且采用傳統(tǒng)剪力墻置換加固法時，一般會選擇將墻體一次性鑿除完，這往往造成鋼支撐作用位置的支撐力太大，可能會產(chǎn)生構(gòu)件局部損壞現(xiàn)象，因此無外支撐剪力墻分段式置換加固在實(shí)際混凝土加固項目中運(yùn)用越來越廣泛，但是由于應(yīng)力滯后效應(yīng)[3]-[4]的影響，使得各置換墻段之間的應(yīng)力差值較大，從而影響剪力墻加固效果。

2 原置換加固施工方案

2.1 工程概況

本工程為某高層住宅樓，結(jié)構(gòu)形式為剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑高度約為99m，共32層；該工程設(shè)計地上3層為商業(yè)裙樓，結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)，本工程總的建筑面積約為82730m2，地下建筑面積為66790m2，抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計使用年限50年，但在施工過程中發(fā)現(xiàn)第9層有部分剪力墻的混凝土強(qiáng)度不滿足設(shè)計要求，經(jīng)專家討論研究后，決定對該棟樓9層部分無外支撐剪力墻進(jìn)行分批置換加固。

2.2 施工方案

第9層的剪力墻的施工置換順序是按照軸線自西向東進(jìn)行置換，每片剪力墻置換長度大致分為400mm～500mm，并對每個批次墻體構(gòu)件進(jìn)行編號，按編號依次置換加固。對于同層的剪力墻要間隔施工，嚴(yán)禁相鄰墻體同時施工，如圖1、圖2所示，本文選取第9層17/B-C的剪力墻進(jìn)行分析。

圖1 9層剪力墻加固布置示意圖

圖2 原剪力墻分段置換示意圖

2.3 原加固方案的剪力墻應(yīng)力分析

本文通過有限元軟件中的“生死單元”技術(shù)[5]-[6]模擬出各置換墻段的鑿除和灌漿，有限元模型如圖 3a、b、c、d 所示。

根據(jù)有限元模擬結(jié)果可得：

①第一批次墻段置換完工后，未置換墻段A的應(yīng)力相比于其他墻段的應(yīng)力要大，其中應(yīng)力最大值為13.36MPa，主要在未置換墻段A的頂端和底端位置，第二批次墻段的應(yīng)力要大于其他置換墻段，并且新置換的墻段應(yīng)力很小。

②第二批次墻段置換完工后，未置換墻段A的平均豎向應(yīng)力降到了8.0MPa左右，但是第一批置換后的新墻段平均豎向應(yīng)力增加到11.0MPa左右，其他各墻段的應(yīng)力差距較小。

③第三批次置換墻段置換完工后，未置換墻段A的平均豎向應(yīng)力維持在8.0MPa～8.9MPa之間，而此時的第一、二兩段置換后的新墻段的應(yīng)力差距較小，并且都在10.0MPa～10.5MPa之間，未置換墻段B和第四批次置換墻段應(yīng)力相比上一個工況，應(yīng)力變化浮動不明顯。

④剪力墻置換完工后，各置換墻段的應(yīng)力分布按照置換次序依次遞減。

3 同批次不同寬度的置換加固的優(yōu)化方案

3.1 各置換墻段的寬度劃分

主要研究分析剪力墻在不增加置換墻段的情況下，通過ABAQUS模擬不同置換墻段的寬度，其置換后的剪力墻的應(yīng)力分布，在采用有限元模擬之前，先用PKPM軟件計算第一批置換墻段最大寬度的限值，以防在墻體鑿除后出現(xiàn)應(yīng)力超限情況。通過計算得出當(dāng)鑿除的置換墻段的寬度為0.7m時，剩余墻體的軸壓比為0.58，接近于規(guī)范限值，因此將寬度為0.8m設(shè)為置換墻段的最大限值，并且考慮實(shí)際工程中的施工的方便性，需設(shè)置一個寬度最小值，為了方便現(xiàn)場施工操作，置換墻段的最小寬度不宜低于0.4m。

結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)和有限元分析結(jié)果得出，各批次置換墻段的應(yīng)力按照置換次序逐漸減小，并且當(dāng)首批置換墻段鑿除時，其剩余墻體的應(yīng)力會有超限情況，為了解決這類問題，劃分剪力墻置換墻段的寬度時，按照剪力墻置換的次序，從小到大依次置換，再根據(jù)置換墻段寬度的上下限定值，得出三組剪力墻寬度劃分方式，將其與原劃分方式進(jìn)行對比，表1為每組剪力墻中各置換墻段的劃分寬度。

3.2 優(yōu)化方案的剪力墻應(yīng)力分析

根據(jù)有限元模擬分析得到以下結(jié)果。

①第一組置換完工的剪力墻中，未置換墻段A的應(yīng)力相比于加固前的初始應(yīng)力增加4.705%，未置換墻段B的應(yīng)力相比于加固前的初始應(yīng)力減少了7.877%；第二組置換完工的剪力墻中，未置換墻段A的應(yīng)力增幅為21.2%，墻段B的應(yīng)力減少了16.15%。

②第一、二兩組各置換墻段的應(yīng)力分布規(guī)律與第三組各置換墻段的應(yīng)力分布規(guī)律不同，第一、二兩組置換墻段的應(yīng)力隨著置換次序依次遞增，而第三組各置換墻段的應(yīng)力依次遞減。

③由表2所示，第一組置換完工的剪力墻中，各置換墻段中的應(yīng)力差值最大為 3.512MPa，最小差值為 0.977 MPa；第二組各置換墻段的應(yīng)力差值最大為0.78MPa，最小差值為0.214MPa。

圖3 剪力墻在不同工況下的應(yīng)力云圖

三組剪力墻置換墻段的劃分寬度（m） 表1

圖4 三組置換完成后的剪力墻應(yīng)力云圖

三組剪力墻置換完工后的各墻段應(yīng)力對比 表2

4 結(jié)論

①根據(jù)對比分析，整個置換過程中，各組剪力墻的最大軸壓比分別為0.595、0.585、0.632，從施工安全性的方面考慮，選擇第二組較為合適。

圖5 三組剪力墻置換完工后的各墻段應(yīng)力對比圖

②按照第二組 0.4m、0.5m、0.5m、0.6m這種寬度劃分方式，其各置換墻段的應(yīng)力分布要比第一、三兩組各置換墻段的應(yīng)力分布要更加均勻，整體的受力性能更好。