鋼筋混凝土梁加固方法及分析

劉相

(遼東學院城市建設學院，遼寧丹東118003)

在實際工程中，常常因為設計不周、施工質量差、施工現場管理不善等原因，導致鋼筋混凝土梁等受彎構件承載力不足，引起承載力不足的原因還有火災使鋼筋混凝土梁的混凝土及鋼筋強度降低，或者由于改變結構的使用功能而使梁承受的荷載增加等等。當出現這些情況時，需對鋼筋混凝土梁進行加固。鋼筋混凝土梁的加固方式有很多，而常用的傳統加固方式有增大截面法、粘結鋼板法等。近年來隨著碳纖維布材料在土木工程中的應用和發展，出現了粘碳纖維布加固法和復合加固等新型加固方法，本文主要對這幾種加固方式的特點及設計方法進行分析。

1 傳統加固方法

1.1 增大截面加固法

增大截面加固法是指在構件的上面或下面澆一層新混凝土和補加相應的鋼筋，以提高構件的承載力，此方法較直觀。在構件的受壓區補澆混凝土時，可以有效地增加構件的有效高度，從而提高構件的抗彎、抗剪承載力，增大構件的剛度;在受拉區補澆混凝土，可對補澆的鋼筋起到粘結和保護作用。

1.1.1 新舊混凝土各自獨立工作(受壓區補澆混凝土)

由于后澆層與原構件之間結合面未能很好地處理，新舊混凝土粘結強度不夠，此時，構件受力后，不能保證其變形符合受彎平截面假定，而只能將新舊混凝土視為各自獨立工作考慮，承擔的彎矩按新舊混凝土截面剛度進行分配。

式中:hx為新混凝土高度;hj為舊混凝土高度。Mx為新混凝土承擔的彎矩;Mj為舊混凝土承擔的彎矩;Kx為新混凝土的截面剛度;Kj為舊混凝土的截面剛度;Mz為構件承擔的總彎矩。

1.1.2 新舊混凝土整體工作(受壓區補澆混凝土)

新舊混凝土獨立工作時，其承載力較低，因此對構件加固，應盡量使新舊混凝土共同工作，而要保證新舊混凝土共同工作，則新舊混凝土結合面可采取以下措施:⑴將原構件頂面鑿毛、洗凈，并隔一定間距鑿一凹槽，以便二次澆筑混凝土時形成剪力鍵。⑵將原構件表面鑿毛、洗清后，涂上一層粘結力強的漿液(如丙乳膠水泥漿，107膠聚合水泥漿)，同時澆筑新混凝土。⑶在后澆層中加配箍筋及架立筋，并設法與原構件中的鋼筋連接或錨入原構件混凝土中。⑷由于在加固前，構件已承受彎矩，而后澆之疊合層，只承擔后加荷載，因此，疊合層的混凝土應力較原混凝土滯后，而鋼筋的應力超前，根據規范規定，疊合構件的計算與混凝土整澆梁采用相同的正截面承載力計算方法。但是疊合構件的原受拉鋼筋應力σs=σs1+σs2≤0.9 fy，式中，σs1為后澆混凝土參與工作之前在原彎矩M1作用下原鋼筋應力，σs1=M1/(AS×η1×h0);σs2為后澆混凝土參與工作之后在新增彎矩M2作用下原鋼筋新增加的應力，σs2=M2×(1－β)/(AS×η2×h0);η1、η2為裂縫截面的內力臂系數，可取0.87;AS為受拉鋼筋的面積。

1.1.3 受拉區增厚并增加鋼筋

在梁底面增加混凝土厚度的主要目的在于增加受拉鋼筋，通常是緊貼原梁底增加受拉鋼筋，將增加受拉筋與原主筋聯結。為了增大內力偶力臂，也可在受拉區增厚混凝土，這時增加的拉筋可通過附加彎起筋與原主筋焊接。當受拉區厚度較大時，還應增加U形箍筋，并與原結構聯結牢固。在受拉區增加鋼筋加固的構件可按一般受彎構件計算，其計算公式:

其中εbh02≤x≤2as'

1.2 粘結鋼板加固法

粘結鋼板法通常用于加固受彎構件，只要粘結材料質量可靠，施工質量良好，則當截面達到極限狀態時，粘結在梁受拉邊的鋼板可以達到屈服強度，但必須保證鋼板在拉斷之前不發生脫膠等粘結破壞現象，即外部粘結加固鋼板的錨固至關重要。其截面承載力可按下式進行計算:

式中，fy為原縱向鋼筋抗拉強度設計值，fy'為原縱向鋼筋抗壓強度設計值，As為原構件縱向受拉鋼筋截面積，As'為原構件縱向受壓鋼筋截面積，fay為加固鋼板抗拉強度設計值，Aa為加固鋼板截面積，0.9為考慮加固鋼板應力滯后等不利因素的折減系數，x為混凝土受壓區高度，b為原構件截面寬度，h01為加固后截面的有效高度。

2 碳纖維布加固法

碳纖維布加固受彎構件通常是在梁底面粘貼CFRP板，在粘貼CFRP板之前，首先應將梁底粘貼區域進行表面處理。適當的表面處理的目的在于去除混凝土表面的薄弱層，露出堅實的混凝土層并打磨平整，以保證混凝土與CFRP間粘結可靠。為了防止CFRP板端部的剝離，可以采取附加錨固措施。常見的做法將CFRP U形箍粘貼或用螺栓錨固于端部，用于端部錨固的附加CFRP條帶既可以纏繞整個梁截面，也可以只覆蓋梁高的一部分。其計算公式:

式中，Acf為受拉面粘貼的碳纖維片材截面面積，fcf為碳纖維布的抗拉設計強度。對于fcf的值可取其達到允許極限應變時的應力值，即

3 工程算例

一框架梁凈跨6.3 m，混凝土強度等級C35，鋼筋Ⅱ級，截面b×h=400 mm×800 mm，梁跨中原設計彎矩為M=355 kN·m，受拉主筋4φ22，As=1 520 mm2，受壓鋼筋為4φ20，As'=1 256 mm2?，F房屋用途有改變，需承擔彎矩M=470 kN·m。試選擇加固方案。

方案一:在框架梁受拉區增加混凝土厚度為60 mm，采用C35。經計算需增加的受拉鋼筋As=504.67 mm2，選用2φ18即可。

方案二:在框架梁底面粘結Q235鋼板，厚度5 mm，經計算鋼板Aa=729.54 mm2，此時寬度145.9 mm，選用鋼板寬150 mm。

方案三:在框架梁底面粘結碳纖維布，經計算Acf=80.41 mm2，選用兩層碳纖維布，寬度與梁等寬，厚度0.222 mm。

從以上三個方案可以看出，在達到相同承載力的時候，碳纖維布加固法所用的加固材料最少，且厚度最小。

4 結論

(1)加大截面法對承載力提高較多。但是對構件自重增加較大，降低建筑空間的高度且施工較復雜。粘結鋼板法可以較大程度提高承載力。但鋼板潛力難于發揮，不好粘貼，且鋼板防腐處理也較難。碳纖維布加固法是一項新型高效的加固補強技術，具有明顯的高強、高效、施工便捷、適用面廣等優點，缺點是價格比較貴。

(2)對受彎構件進行加固設計需考慮加固材料與原構件共同作用問題，若加固材料不能達到其強度限制，需考慮一定的折減。

(3)加大截面法、粘結鋼板法等傳統的加固方法與碳纖維布加固法都要考慮加固材料(如鋼筋、鋼板與碳纖維布)能有效的錨固在其原構件上。

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