混凝土結構加固技術研究及應用

李玉飛

(中煤科工集團北京華宇公司，河南平頂山 467000)

隨著時間的推移，我國許多建筑在人為和自然環境共同作用下，發生了不可逆轉的老化和損傷，也可能由于設計疏忽、施工不當或其他方面原因，導致混凝土出現各種質量缺陷。因此，現階段對建筑物的維修、加固和改造已經凸顯的越來越重要，成為現今土木工程的一大熱點。

1 結構加固技術研究意義

世界上，經濟發達的國家在建筑業發展上歷經了以下三個階段:第一，大興土木階段;第二，新建與維修同步進行階段;第三，對老建筑進行加固維修或改變其功能為主階段。我國也會經歷同樣的三個階段，隨著世界多元化的發展，目前對已有建筑物實施鑒定和必要的加固要求也日益迫切。

2 結構加固的基本原則

結構加固應遵守“方案制定的總體效應原則”“荷載取值和承載力驗算的基本原則”“材料的選用和取值原則”“與抗震設防結合的原則”“結構加固方案應技術可靠、方便施工原則”“經濟合理，減少對原有建筑損傷原則”等基本原則［8］。

3 加固改造方法

混凝土結構加固方法很多，最常用的有加大截面、粘鋼加固、粘貼纖維增強復合材加固、預應力加固法。

3．1 加大截面法

1)加固形式。

根據構件受力特點和加固的目的要求、構件的尺寸大小、施工方便等可設計為單側、雙側、三側加固，或四邊圍套加固(見圖1)。

2)適用范圍。

增大截面加固法的加固效果顯著，適用范圍較廣，可用于加固梁、板、柱、墻、屋架等。

3)計算方法。

加固規范中規定:當在受拉區加固矩形截面受彎構件時，其正截面受彎承載力應符合下列規定:

圖1 增大截面法加固形式示意圖

受彎構件加固后的斜截面應符合下列條件:

當hw/b≤4時:

當hw/b≤6時:

3．2 粘鋼加固法

1)加固形式見圖2。

2)適用范圍。

粘鋼加固法適用于承受靜載作用的鋼筋混凝土受彎、受拉及大偏心受壓、斜截面受剪構件的加固。

3)計算方法。

a．正截面抗彎承載力計算。

基本假定:計算時不考慮混凝土的抗拉強度。混凝土、鋼筋和鋼板為理想彈塑性材料，采用理想化的應力應變曲線。鋼筋和混凝土完全固結，粘膠層與鋼材及混凝土變形協調，不會產生相對滑移。

b．斜截面抗剪承載力計算。

當構件斜截面承載力不足時，可采用粘貼U形鋼箍板或斜方向鋼板條進行加固。

圖2 粘鋼法加固形式示意圖

3．3 粘貼纖維增強復合材料加固

1)加固形式。

常見的纖維復合材料加固的各種形式見圖3。

圖3 纖維復合材料加固示意圖

2)適用范圍。

適用于修復房屋和一般構筑物的混凝土結構因設計失誤、施工錯誤及結構使用功能的改變引起荷載的增加，或因遭受火災、水災及地震災害使結構遭到損壞等各種結構病害情況。適用于對鋼筋混凝土受彎、軸心受壓、大偏心受壓和受拉構件的加固。

3)計算方法。

根據極限狀態應力—應變關系，由平衡條件可得:

當 x≥2a'時:

當 x≤2a'時:

根據《碳纖維片材加固修復混凝土結構技術規程》的規定，當混凝土受壓區高度x≤ζcfbh，其極限彎矩:

3．4 預應力加固法

1)加固形式。

a．梁、板的加固形式。構件張拉示意圖見圖4。

圖4 構件張拉示意圖

b．柱的加固形式。對加固撐桿施加預頂力的方法見圖5。

圖5 對加固撐桿施加預頂力的方法

2)適用范圍。

預應力加固法適用于大跨度結構加固，以及采用一般加固方法難以達到加固效果的大型結構加固。

3)計算方法。

a．預應力拉桿截面面積Ap可按下式計算:

b．對拉桿施加的預應力值σp，可按下式確定:

［1］王文煒．FRP加固混凝土結構技術及應用［M］．北京:中國建筑工業出版社，2007．

［2］楊勇新，李慶偉．應力碳纖維布加固混凝土結構技術［M］．北京:化學工業出版社，2010．

［3］岳清瑞．碳纖維增強復合材料(CFRP)加固修復鋼結構性能研究與工程應用［M］．北京:中國建筑工業出版社，2009．

［4］李晨光．體外預應力結構技術與工程應用［M］．北京:中國建筑工業出版社，2008．

［5］呂克順，伏文英．混凝土結構加固設計與施工細節詳解［M］．北京:中國建筑工業出版社，2012．

［6］卓尚木，季直倉，卓昌志．鋼筋混凝土結構事故分析與加固［M］．北京:中國建筑工業出版社，1997．

［7］GB 50367-2006，混凝土結構加固設計規范［S］．

［8］史明祥．談混凝土結構改造加固方法及方案優選［J］．山西建筑，2013，39(30):46-48．