混凝土結構加固技術分析

陳金龍

（匯通路橋建設集團有限公司，河北 高碑店 074099）

1 常見混凝土加固技術

混凝土結構加固的方法很多，常用的有加大截面加固法、外包鋼加固法和預應力加固法等，應根據被加固結構在承載力、剛度、裂縫或耐久性等方面的不足，并結合各種加固方法的特點、適用范圍和施工的可行性進行選擇。

1.1 加大截面加固法

加大截面加固法，又稱外包混凝土加固法，能夠通過在原混凝土構件外疊澆新的鋼筋混凝土，增大構件的截面積和配筋，提高構件的承載力和剛度、降低混凝土柱的長細比。

加大截面加固法適用于混凝土柱、板和梁等結構構件，根據構件的受力特點、薄弱環節、幾何尺寸及施工便利性等因素，加固可以設計為單側、雙側、三側或四面加大截面。例如，軸心受壓柱常采用四面加固，如圖1a）所示；偏心受壓柱受壓邊薄弱時，可僅對受壓邊加固，如圖1b）所示；反之，可僅對受拉邊加固，如圖1c）所示；梁、板等受彎構件，有以加大截面為主的受壓區加固，如圖1d）所示，及以增加配筋為主的受拉區加固，如圖1e）所示，或二者兼備。以加大截面為主的加固，為保證補加混凝土的正常工作，需配置構造鋼筋；以加配鋼筋為主的加固，為保證鋼筋的正常工作，需按鋼筋保護層等構造的要求，適當增大截面。

圖1 外包混凝土加固構件截面

在鋼筋混凝土受彎構件受壓區加混凝土現澆層，可增加截面有效高度，擴大截面面積，從而提高構件正截面抗彎能力、斜截面抗剪能力和截面剛度，起到加固補強的作用。

在適筋范圍內，混凝土受彎構件正截面承載力隨鋼筋面積和強度的增大而提高。在原構件正截面配筋率不太高的情況下，增大主筋面積可有效地提高原構件正截面抗彎承載力。在截面的受拉區加現澆混凝土圍套增加構件截面，通過新加部分和原構件共同工作，可有效地提高構件承載力，改善正常使用性能。

1.2 植筋（螺栓）錨固

植筋（螺栓）技術是一種鋼筋（螺栓）的后錨固方法，指在原有的混凝土結構上通過鉆孔，用專業有機或無機高粘接膠（錨固料）注膠，將鋼筋或螺栓與原混凝土結構相連的改造加固，其粘錨強度完全可以達到鋼材的材料屈服強度。該技術具有設計靈活、施工簡便和可靠性強等優點，已廣泛應用于已有建筑物的加固改造工程，如施工中漏埋鋼筋或鋼筋偏離設計位置的補救，構件加大截面加固的補筋，上部結構擴跨、頂升對梁、柱的接長，房屋加層接柱和高層建筑增設剪力墻的植筋等。

1.3 粘鋼加固

粘鋼加固技術是在混凝土結構表面用特制的建筑結構膠粘貼型鋼，從而提高結構承載力與變形能力的一種加固方法，相對于構件體外配筋，可提高構件承載力、剛度、穩定性和抗震性，基本上不增加原構件體積。該法施工快速，可實現現場無濕作業或僅有抹灰等少量濕作業，對生產和生活影響小，但加固效果在很大程度上取決于膠粘工藝與操作水平；適用于承受靜力作用且處于正常濕度環境中的受彎或受拉構件的加固。

2 加大截面加固技術分析

增大截面法加固鋼筋混凝土結構是土木結構工程中的一種常見加固方法。該方法具有受力合理、布置靈活、傳力明確工藝簡單、可靠性好，對承載力、剛度的提高幅度大，可使結構穩定性明顯增加等優點，可廣泛用于一般的梁、柱、板和墻等混凝土結構的加固。

2.1 受彎構件（梁、板）加固

增大截面法加固受彎構件分為正截面加固和斜截面加固兩種情況。正截面加固又可根據原結構構造和受力的實際情況選用在受壓區或受拉區增設現澆鋼筋混凝土外加層的加固方式（見圖2）。

圖2 在梁上補澆混凝土的構造

2.1.1 正截面抗彎承載力計算

受壓區加現澆混凝土層加固后，梁板受彎構件正截面抗彎承載力可按以下公式計算（如圖3所示）：

圖3 受壓區加現澆層加固梁計算簡圖

式中：M——加固后構件計算截面承擔的彎矩設計值；

fcm——混凝土彎曲抗壓強度設計值，當x≤h0-h01時，按新加混凝土取用；當x＞h0-h01時，可近似按新舊混凝土的小者取用；

b——計算截面寬度；

x——計算截面受壓區高度；

h01,h0——加固前后計算截面的有效高度；

fy0——原構件縱向受拉鋼筋抗拉強度設計值；

As0——原構件縱向受拉鋼筋截面面積。

當板和梁同時加固時，應按T形截面計算。

2.1.2 斜截面抗剪承載力計算

若加固能在構造上保證疊合層部分門形箍筋與原構件箍筋可靠連接，且其數量不低于原構件，則受壓區加現澆混凝土層加固后，梁板受彎構件斜截面承載力可以按下式計算：

式中：V——加固后構件計算截面承擔的剪力設計值，V≤0.25fcbh0；

fc——混凝土抗壓強度設計值，近似按原構件混凝土取用；

fyv0——原構件箍筋抗拉強度設計值；

Asv0——原構件配置在同一截面內箍筋各肢的全部截面面積；

s0——原構件箍筋間距。

當新加部分門形箍筋數量少于原構件，或在構造上不能保證與原構件（箍筋）可靠連接時，則受壓區加現澆層加固后，梁板受彎構件斜截面承載力可近似不考慮新加箍筋的有利影響，按下式計算：

2.1.3 加固設計計算方法

2.1.3.1 確定受壓區現澆混凝土層厚度

當板也需要（采用疊合層）加固時，梁受壓區新增混凝土層厚度一般應與板相同，在不影響正常使用的條件下，梁板受壓區新增混凝土層厚度可近似按下式初步確定：

式中：Mu0——原構件正截面抗彎承載力設計值；

hn——受壓區新增混凝土層厚度，hn=h0-h01。

2.1.3.2 驗算正截面抗彎承載力并確定受壓鋼筋的數量

按照實際選定的截面尺寸，確定計算截面彎矩設計值M，然后令代入式（1）和式（2）對加固截面正截面抗彎承載力進行驗算，當滿足要求時，僅需按構造配制受壓鋼筋，否則需按照式（1）和式（2）計算確定受壓鋼筋數量。

2.1.3.3 判斷計算結果和加固方案的合理性

判斷計算結果和加固方案的合理性，對于不合理的，則修改截面尺寸或采用其他加固方法。

2.1.3.4 驗算斜截面抗剪承載力和疊合面抗剪承載力

關于斜截面抗剪承載力和疊合面抗剪承載力的驗算，本文在此不再贅述。

2.2 受壓構件（柱）加固

鋼筋混凝土柱的破壞形態可分為受壓破壞（包括軸壓柱和小偏壓柱）和受拉破壞（大偏壓柱）兩類。具體的加固方法有四周外包、單面加厚和兩面加厚等加固方法。

2.2.1 軸心受壓

加固用新澆的混凝土和新配置的鋼筋，與原構件相比，存在著應力、應變滯后，其滯后程度與加固施工時原構件的負荷水平相關。在進行加固構件承載力計算時，應視具體情況對補加的混凝土和鋼筋的強度進行折減。加固施工時原構件的負荷越大，補加部分的強度折減越多，即強度利用率越低。

當用加大截面法加固軸心受壓柱時（見圖4），其正截面承載力應按式（6）計算：

圖4 軸心受壓構件增大截面加固

式中：N——構件加固后的軸向力設計值；

φ——構件的穩定系數，以加固后截面尺寸為準；

fc,Ac——原柱混凝土抗壓強度設計值及截面面積；

fc1,Ac1——新加混凝土抗壓強度設計值及截面面積；

α——新加混凝土和縱向鋼筋的強度利用系數，可近似取a＝0.8，當能夠確定加固時受壓柱的應力水平時，宜通過計算確定。

2.2.2 偏心受壓

當用加大截面法加固偏心受壓混凝土柱時，按新舊混凝土整體協同工作及現行混凝土結構設計規范中的正截面承載力公式計算。對新加的混凝土和鋼筋，其強度設計值應乘以0.9的折減系數。

2.2.2.1 大偏心受壓柱加固

正截面受壓承載力按下式計算：

式中：fcm,fcm1——新、舊混凝土的彎曲抗壓強度設計值；

h1——受壓側新加混凝土的截面厚度；

b,b1——原柱、加固部分的截面寬度，雙側加固時二者一般相等；

h01——原柱受拉鋼筋和新加受拉鋼筋的合力點至加固截面受壓邊緣的距離；

2.2.2.2 小偏心受壓柱加固

在小偏心受壓柱中，離軸向力較遠一側的鋼筋達不到屈服強度，雙側加固時，其正截面承載力按下式計算：

式中，σs、σs1分別為離軸向力較遠一側的新舊鋼筋應力。計算時可近似取相同值，并根據混凝土結構設計規范，按下式計算：

式中：ξ——相對受壓區高度；

ξb——相對界限受壓區高度。

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