混凝土置换加固是一种新兴的钢筋混凝土结构加固改造方法,可从根本上解决由于混凝土强度不足导致的工程质量问题。对于高层建筑结构而言,混凝土强度不满足设计要求时,对其进行置换加固往往需要搭设大量的支撑,从而导致施工成本和工期的增加。近年来,无支撑置换加固技术因其无需搭设大量支撑,施工方便等优点,得到广泛工程应用并取得了显著经济效益。本文以洛阳某混凝土剪力墙无支撑置换加固项目为背景,探讨了无支撑置换加固的方案设计、临时支撑的搭设、不合格混凝土的拆除和重新浇筑过程以及施工监测系统的布置等关键技术。通过ABAQUS有限元软件对无支撑置换加固施工全过程进行了数值模拟;结合传感器监测数据以及有限元模拟结果,详细分析了置换施工阶段与被置换墙体相连的梁、楼板及其所对应的上层墙体应力变化规律;研究了置换施工阶段由于墙段拆除过程导致的应力重分布的影响范围;分析了由于墙段开洞产生的应力集中现象对加固效果的影响;通过分析置换加固前后剪力墙的正截面承载力对加固后的剪力墙进行安全性分析。最后,针对无支撑置换加固后剪力墙结构出现的应力滞后现象,通过不同方案的对比分析,给出了具有通用性的置换施工方案。主要结论如下:(1)采用PKPM对初步设计的无支撑置换加固方案进行裂缝和挠度验算后,根据验算结果对施工方案进行再优化可以满足无支撑置换加固方案设计阶段的要求,而且PKPM计算结果还可以指导监测方案的设计。(2)采用ABAQUS有限元软件,利用生死单元法、等效升温法以及添加场变量实现了无支撑置换加固施工阶段剪力墙的结构时变和材料时变效应,并通过与监测数据对比验证了该模拟方案的准确性。(3)通过监测数据以及有限元模拟结果的分析可知,剪力墙进行墙段拆除时会在拆除洞口四周出现明显的应力集中现象,当施工完成后由于应力转移使得应力集中会明显减缓。与置换墙体相连的梁、板以及置换墙体上一层剪力墙都会由于墙段的拆除和重新浇筑过程导致的应力重分布现象使得应力增加,但应力增加有限,不会造成梁、板以及墙体的破坏。而加固完成后的剪力墙由于墙段拆除时间的差异会出现明显的应力滞后现象,在无支撑置换方案的设计中应予以考虑。(4)为了减小应力滞后对加固效果的影响并使得无支撑置换加固方案更具有普适性,通过ABAQUS软件对不同的施工方案进行施工模拟,最后针对不同轴压比及不同剪力墙长度给出了用于指导无支撑置换加固的施工顺序、墙体分段置换长度及置换材料的建议。