混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)分析

陳金龍

（匯通路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，河北 高碑店 074099）

1 常見(jiàn)混凝土加固技術(shù)

混凝土結(jié)構(gòu)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(yù)應(yīng)力加固法等，應(yīng)根據(jù)被加固結(jié)構(gòu)在承載力、剛度、裂縫或耐久性等方面的不足，并結(jié)合各種加固方法的特點(diǎn)、適用范圍和施工的可行性進(jìn)行選擇。

1.1 加大截面加固法

加大截面加固法，又稱(chēng)外包混凝土加固法，能夠通過(guò)在原混凝土構(gòu)件外疊澆新的鋼筋混凝土，增大構(gòu)件的截面積和配筋，提高構(gòu)件的承載力和剛度、降低混凝土柱的長(zhǎng)細(xì)比。

加大截面加固法適用于混凝土柱、板和梁等結(jié)構(gòu)構(gòu)件，根據(jù)構(gòu)件的受力特點(diǎn)、薄弱環(huán)節(jié)、幾何尺寸及施工便利性等因素，加固可以設(shè)計(jì)為單側(cè)、雙側(cè)、三側(cè)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(shí)，可僅對(duì)受壓邊加固，如圖1b）所示；反之，可僅對(duì)受拉邊加固，如圖1c）所示；梁、板等受彎構(gòu)件，有以加大截面為主的受壓區(qū)加固，如圖1d）所示，及以增加配筋為主的受拉區(qū)加固，如圖1e）所示，或二者兼?zhèn)?。以加大截面為主的加固，為保證補(bǔ)加混凝土的正常工作，需配置構(gòu)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(hù)層等構(gòu)造的要求，適當(dāng)增大截面。

圖1 外包混凝土加固構(gòu)件截面

在鋼筋混凝土受彎構(gòu)件受壓區(qū)加混凝土現(xiàn)澆層，可增加截面有效高度，擴(kuò)大截面面積，從而提高構(gòu)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(bǔ)強(qiáng)的作用。

在適筋范圍內(nèi)，混凝土受彎構(gòu)件正截面承載力隨鋼筋面積和強(qiáng)度的增大而提高。在原構(gòu)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(gòu)件正截面抗彎承載力。在截面的受拉區(qū)加現(xiàn)澆混凝土圍套增加構(gòu)件截面，通過(guò)新加部分和原構(gòu)件共同工作，可有效地提高構(gòu)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(shù)是一種鋼筋（螺栓）的后錨固方法，指在原有的混凝土結(jié)構(gòu)上通過(guò)鉆孔，用專(zhuān)業(yè)有機(jī)或無(wú)機(jī)高粘接膠（錨固料）注膠，將鋼筋或螺栓與原混凝土結(jié)構(gòu)相連的改造加固，其粘錨強(qiáng)度完全可以達(dá)到鋼材的材料屈服強(qiáng)度。該技術(shù)具有設(shè)計(jì)靈活、施工簡(jiǎn)便和可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)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(shè)計(jì)位置的補(bǔ)救，構(gòu)件加大截面加固的補(bǔ)筋，上部結(jié)構(gòu)擴(kuò)跨、頂升對(duì)梁、柱的接長(zhǎng)，房屋加層接柱和高層建筑增設(shè)剪力墻的植筋等。

1.3 粘鋼加固

粘鋼加固技術(shù)是在混凝土結(jié)構(gòu)表面用特制的建筑結(jié)構(gòu)膠粘貼型鋼，從而提高結(jié)構(gòu)承載力與變形能力的一種加固方法，相對(duì)于構(gòu)件體外配筋，可提高構(gòu)件承載力、剛度、穩(wěn)定性和抗震性，基本上不增加原構(gòu)件體積。該法施工快速，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)濕作業(yè)或僅有抹灰等少量濕作業(yè)，對(duì)生產(chǎn)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(huán)境中的受彎或受拉構(gòu)件的加固。

2 加大截面加固技術(shù)分析

增大截面法加固鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是土木結(jié)構(gòu)工程中的一種常見(jiàn)加固方法。該方法具有受力合理、布置靈活、傳力明確工藝簡(jiǎn)單、可靠性好，對(duì)承載力、剛度的提高幅度大，可使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性明顯增加等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于一般的梁、柱、板和墻等混凝土結(jié)構(gòu)的加固。

2.1 受彎構(gòu)件（梁、板）加固

增大截面法加固受彎構(gòu)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(jù)原結(jié)構(gòu)構(gòu)造和受力的實(shí)際情況選用在受壓區(qū)或受拉區(qū)增設(shè)現(xiàn)澆鋼筋混凝土外加層的加固方式（見(jiàn)圖2）。

圖2 在梁上補(bǔ)澆混凝土的構(gòu)造

2.1.1 正截面抗彎承載力計(jì)算

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

圖3 受壓區(qū)加現(xiàn)澆層加固梁計(jì)算簡(jiǎn)圖

式中：M——加固后構(gòu)件計(jì)算截面承擔(dān)的彎矩設(shè)計(jì)值；

fcm——混凝土彎曲抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，當(dāng)x≤h0-h01時(shí)，按新加混凝土取用；當(dāng)x＞h0-h01時(shí)，可近似按新舊混凝土的小者取用；

b——計(jì)算截面寬度；

x——計(jì)算截面受壓區(qū)高度；

h01,h0——加固前后計(jì)算截面的有效高度；

fy0——原構(gòu)件縱向受拉鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

As0——原構(gòu)件縱向受拉鋼筋截面面積。

當(dāng)板和梁同時(shí)加固時(shí)，應(yīng)按T形截面計(jì)算。

2.1.2 斜截面抗剪承載力計(jì)算

若加固能在構(gòu)造上保證疊合層部分門(mén)形箍筋與原構(gòu)件箍筋可靠連接，且其數(shù)量不低于原構(gòu)件，則受壓區(qū)加現(xiàn)澆混凝土層加固后，梁板受彎構(gòu)件斜截面承載力可以按下式計(jì)算：

式中：V——加固后構(gòu)件計(jì)算截面承擔(dān)的剪力設(shè)計(jì)值，V≤0.25fcbh0；

fc——混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，近似按原構(gòu)件混凝土取用；

fyv0——原構(gòu)件箍筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

Asv0——原構(gòu)件配置在同一截面內(nèi)箍筋各肢的全部截面面積；

s0——原構(gòu)件箍筋間距。

當(dāng)新加部分門(mén)形箍筋數(shù)量少于原構(gòu)件，或在構(gòu)造上不能保證與原構(gòu)件（箍筋）可靠連接時(shí)，則受壓區(qū)加現(xiàn)澆層加固后，梁板受彎構(gòu)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(jì)算：

2.1.3 加固設(shè)計(jì)計(jì)算方法

2.1.3.1 確定受壓區(qū)現(xiàn)澆混凝土層厚度

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

式中：Mu0——原構(gòu)件正截面抗彎承載力設(shè)計(jì)值；

hn——受壓區(qū)新增混凝土層厚度，hn=h0-h01。

2.1.3.2 驗(yàn)算正截面抗彎承載力并確定受壓鋼筋的數(shù)量

按照實(shí)際選定的截面尺寸，確定計(jì)算截面彎矩設(shè)計(jì)值M，然后令代入式（1）和式（2）對(duì)加固截面正截面抗彎承載力進(jìn)行驗(yàn)算，當(dāng)滿足要求時(shí)，僅需按構(gòu)造配制受壓鋼筋，否則需按照式（1）和式（2）計(jì)算確定受壓鋼筋數(shù)量。

2.1.3.3 判斷計(jì)算結(jié)果和加固方案的合理性

判斷計(jì)算結(jié)果和加固方案的合理性，對(duì)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(yàn)算斜截面抗剪承載力和疊合面抗剪承載力

關(guān)于斜截面抗剪承載力和疊合面抗剪承載力的驗(yàn)算，本文在此不再贅述。

2.2 受壓構(gòu)件（柱）加固

鋼筋混凝土柱的破壞形態(tài)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(lèi)。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(gòu)件相比，存在著應(yīng)力、應(yīng)變滯后，其滯后程度與加固施工時(shí)原構(gòu)件的負(fù)荷水平相關(guān)。在進(jìn)行加固構(gòu)件承載力計(jì)算時(shí)，應(yīng)視具體情況對(duì)補(bǔ)加的混凝土和鋼筋的強(qiáng)度進(jìn)行折減。加固施工時(shí)原構(gòu)件的負(fù)荷越大，補(bǔ)加部分的強(qiáng)度折減越多，即強(qiáng)度利用率越低。

當(dāng)用加大截面法加固軸心受壓柱時(shí)（見(jiàn)圖4），其正截面承載力應(yīng)按式（6）計(jì)算：

圖4 軸心受壓構(gòu)件增大截面加固

式中：N——構(gòu)件加固后的軸向力設(shè)計(jì)值；

φ——構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)，以加固后截面尺寸為準(zhǔn)；

fc,Ac——原柱混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值及截面面積；

fc1,Ac1——新加混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值及截面面積；

α——新加混凝土和縱向鋼筋的強(qiáng)度利用系數(shù)，可近似取a＝0.8，當(dāng)能夠確定加固時(shí)受壓柱的應(yīng)力水平時(shí)，宜通過(guò)計(jì)算確定。

2.2.2 偏心受壓

當(dāng)用加大截面法加固偏心受壓混凝土柱時(shí)，按新舊混凝土整體協(xié)同工作及現(xiàn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中的正截面承載力公式計(jì)算。對(duì)新加的混凝土和鋼筋，其強(qiáng)度設(shè)計(jì)值應(yīng)乘以0.9的折減系數(shù)。

2.2.2.1 大偏心受壓柱加固

正截面受壓承載力按下式計(jì)算：

式中：fcm,fcm1——新、舊混凝土的彎曲抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

h1——受壓側(cè)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(cè)加固時(shí)二者一般相等；

h01——原柱受拉鋼筋和新加受拉鋼筋的合力點(diǎn)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(yuǎn)一側(cè)的鋼筋達(dá)不到屈服強(qiáng)度，雙側(cè)加固時(shí)，其正截面承載力按下式計(jì)算：

式中，σs、σs1分別為離軸向力較遠(yuǎn)一側(cè)的新舊鋼筋應(yīng)力。計(jì)算時(shí)可近似取相同值，并根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，按下式計(jì)算：

式中：ξ——相對(duì)受壓區(qū)高度；

ξb——相對(duì)界限受壓區(qū)高度。

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