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1、6钢筋混凝土受弯构件承载力加固 本 章 提 要 本章首先介绍实际工程中各种受弯构件常 出现的承载力问题及表现，并对其原因进 行分析，进而阐述承载力加固的各种方法 。加固方法:预应力法、改变受力体系法、 增大截面法、补加受拉钢筋法、粘贴钢板 法及粘贴纤维材料法和其他加固方法。 6.1钢筋混凝土梁、板 承载力不足的原因及表现 梁、板承载力不足，是指梁、板的承载力不能满足预定的或希望的承 载能力的要求，必须进行补强加固，才能保证构件的安全使用。 承载力不足的外观表现是构件的挠度偏大，裂缝过宽、过长，钢筋严 重锈蚀或受压区混凝土有压坏迹象等。 6.1.1梁、板承载力不足的原因 施工方面原因 设计方面原
2、因 其他因素： (1) 地基的不均匀下沉，给梁带来附加应力。 (2) 采用不成熟的构件。 (3) 构件形式带来的影响。 (4) 构件耐久性不足，导致钢筋严重锈蚀，甚至锈断，严重影响承载 力。 （5）钢筋锚固不足、搭接长度不够、焊接不牢，以及荷载的突然作用 等等。 6.1.2正截面破坏特征 试验观测发现，钢筋混凝土梁、板等受弯构件的裂缝出现 ，荷载常为极限荷载的15%25%。 对于适筋梁，在开裂以后，随着荷载的增加出现良好的塑 性特征，并在梁破坏前，钢筋经历了较大的塑性伸长，给 人以明显的预兆。 但是，当实际配筋量大于计算值时，造成实际上的超筋梁 。超筋梁的破坏始自受压区，破坏时钢筋尚未达到屈服
3、强 度，挠度不大。超筋梁的破坏是突然的，没有明显的预兆 。 尽管规范规定不允许设计少筋梁，但由于施工中发生钢筋 数量搞错、钢筋错位（如雨篷中上部钢筋错位至下部）等 情况，造成实际上的少筋梁。少筋梁的破坏也是突然发生 的。 在加固之前，首先应区分原梁是适筋梁还是超筋梁或少筋 梁。 如果是少筋梁，必须进行加固。加固方法选用本章所述的 在拉区加筋的方法。 如果是适筋梁，则可根据裂缝宽度、构件挠度和钢筋应力 来判定是否进行加固。裂缝宽度与钢筋应力之间基本呈线 性关系，裂缝愈宽，裂缝处钢筋应力越高。 规范给出了在使用阶段钢筋应力的计算公式 s=M/0.87h0AS 式中M作用在构件上的实际弯矩； AS实
4、际纵向钢筋的截面面积； h0梁截面的有效高度。 一般认为当s0.8fy时，应当进行承载力加固。适筋梁的 承载力加固方法，可选用本章所述的各种方法，但当采用 在拉区增加钢筋的方法加固时应注意加筋后不致成为超筋 梁。 如果是超筋梁，由于在受拉区进行加筋补强不起作用，因 此必须采用加大受压区截面的办法或采用增设支点的办法 进行加固。 6.1.3斜截面破坏特征 梁的斜截面抗剪试验表明，斜裂缝始自两 种情况： 一种是在构件的受拉边缘首先出现垂直裂 缝，然后在弯矩和剪力的共同作用下斜向 发展； 另一种是腹剪斜裂缝。对于T形、I形等腹板 较薄的梁，常在梁腹部中和轴附近首先出 现这类斜裂缝，然后随着荷载的增加
5、，分 别向梁顶和梁底斜向伸展。 箍筋配置的数量，对梁的剪切破坏形态和 抗剪承载力有着很大的影响。 箍筋的数量箍筋的数量 当箍筋的数量适当时，斜裂缝出现后由于箍筋的受力，限 制了斜裂缝的开展，使荷载仍能有较大的增长。当荷载增 加到某一数值时，会在几根斜裂缝中形成1根主要的斜裂 缝(称为“临界斜裂缝”)。临界斜裂缝形成后，梁还能继续 增加荷载。当与临界斜裂缝相交的箍筋屈服后，箍筋不再 能控制斜裂缝的开展，致使截面压区混凝土在剪压作用下 达到极限强度而发生剪切破坏。因此，斜截面的抗剪承载 力，主要取决于混凝土强度、截面尺寸和配箍数量。另外 ，剪跨比和纵筋配筋率对斜截面抗剪承载力也有一定的影 响。 当
6、箍筋配置数量过多时(尤其对于薄腹梁)，箍筋有效地制 约了斜裂缝的扩展，因而出现了多条大致相互平行的斜裂 缝，把腹板分割成若干个倾斜受压的棱柱体。最后，在箍 筋未达到屈服的情况下，梁腹斜裂缝间的混凝土由于主压 应力过大而发生斜压破坏，因此，这种梁的抗剪承载力是 由构件截面尺寸及混凝土强度所决定。 当箍筋的配置数量过少时，斜裂缝一旦出现，箍筋承担不 了原来由混凝土所负担的拉力，箍筋应力立即达到并超过 屈服点，并产生脆性的斜拉破坏。 混 凝 土 加 固 的 依 据 6.2预应力加固法 用预应力筋对建筑物的梁或板进行加固的方法， 称为预应力加固法。 这种方法不仅具有施工简便的特点，而且在基本 不增加梁
7、、板截面高度和不影响结构使用空间的 条件下，可提高梁、板的抗弯、抗剪承载力和改 善其在使用阶段的性能。 6.2.1预应力加固工艺 (1) 在需加固的受拉区段外面补加预应力筋； (2) 张拉预应力筋，并将其锚固在梁(板)的端部。 6.2.1.1预应力筋张拉 通常，加固梁的预应力筋裸置于梁体之外，所以预应力张 拉亦是在梁体之外进行的。张拉的方法有多种，常用的有 ： （1） 千斤顶张拉法 千斤顶张拉法是使用千斤顶在预应力筋的端部进行张拉并 锚固的方法。 （2） 横向收紧法 横向收紧法的工艺如下: 将加固筋的两端锚固在原梁上，加固筋可为弯折的下 撑式，也可为直线式； 每隔一定距离用撑杆 (角钢或粗钢筋
8、)撑在两根加固筋 之间； 在撑杆间设置U形螺丝，把两根加固筋横向收紧拉拢 ，即在其中建立了预应力。 （3） 竖向张拉法 它包括人工竖向张拉法和千斤顶竖向张拉法两种。 其中图6.3(a)所示为人工竖向收紧张拉，带钩的收紧螺栓3 在穿过带加强肋的钢板4后，被勾在加固筋2上 (拉杆的初 始形状可以是直线的，亦可以是曲线形的)，当拧动收紧 螺栓的螺帽时，加固筋即向下移动，由直变曲或增加曲度 ，从而建立了预应力；图6.3(b)为人工竖向顶撑张拉，图 中7为固定在梁底面的上钢板，8为焊接在加固筋上的下钢 板（其上焊有螺母），当拧动顶撑螺丝6时，上下钢板的 距离变大，迫使加固筋下移，从而建立了预应力。 千斤
9、顶竖向张拉法加固工艺为： 加固筋被定位后，将其两端锚固在锚板上； 用带钩的张拉架将千斤顶4挂在加固筋上(千斤顶的端部 带有斜形楔块)； 启动千斤顶，将加固筋拉离支座。待张拉达到要求后 ，即在加固筋与支座间的缝隙内嵌入钢垫板即可。 （4） 电热张拉法 电热张拉法的工艺为：对加固筋通以低电 压的大电流，使加固筋发热伸长，伸长值 达到要求后切断电流，并立即将两端锚固 。随后，加固筋恢复到常温而产生收缩变 形，在加固筋中建立了预应力。 6.2.1.2预应力筋锚固 （1） U形钢板锚固 首先将原梁端部的混凝土保护层凿去，并涂以环氧砂浆，然后把与梁 同宽U形钢板卡在环氧砂浆上，再将加固筋焊接或锚接U形钢板
10、的两 侧。 （2） 高强螺栓摩擦粘结锚固 在梁及钢板上钻出与高强螺栓相同直径的孔，然后在钢板和梁上涂一 层环氧砂浆，用高强螺栓将钢板压在原梁上，以产生摩擦力和黏结力 ，最后将预应力筋锚固在钢板上，或直接焊接在钢板上。 （3） 焊接粘结锚固 （4） 扁担式锚固 在原梁的受压区增设钢板托套，把加固筋锚固或焊接在钢板托套上。 施工时，钢板托套用环氧砂浆年节在原梁上，以防止其滑动。 （5） 利用原预埋件锚固 （6） 套箍锚固 套箍锚固是把型钢作成的刚框嵌套在原梁上，并将预应力筋锚固在钢 框上的一种锚固方法。施工时，先除去钢框处的混凝土保护层，并用 环氧砂浆黏结钢框。 6.2.2预应力加固梁承载力计算
11、正截面抗弯承载力计算 预应力加固梁的截面承载力计算方法因加固工艺不同可分 为两种：一种为等效外荷载法；另一种为同一般预应力混 凝土梁一样的承载力计算方法。 （1） 预应力筋外露的加固梁 对于加固结束后预应力筋裸露在体外工作的加固梁，预应 力筋仅仅在锚固点及支撑点与原梁相接触。当梁随外荷载 增加而发生挠曲时，梁中原筋亦随原梁曲率的增加而伸长 ，但预应力筋与梁中原筋的变形不同，它只与支撑点和锚 固点处梁的变位有关。预应力筋的应力增量随荷载的增长 率远没有梁中的原筋大(仅为18%35%)。由于这种变形 不协调的存在，对这类加固梁截面承载力计算采用等效外 荷载法。 所谓等效外荷载是指预应力对原梁的作用
12、可用相应的外荷 载代替，它们两者对原梁产生的内力(弯矩、剪力及轴力) 是等效的。加固梁在承载力计算时，把预应力作为外荷载 等效地作用于原梁上，然后按原梁尺寸及原梁的配筋情况 来验算原梁的承载力。 内力的影响将变得更小。为方便计算，在设计中可不必具 体预应力筋的应力应等于张拉结束后的应力与后加荷载引 起的应力增量之和。但这种应力增量实际上是较小的，且 每增加单位荷载的应力增长值近乎一致，它对预应力筋应 力影响不大。当采用高强度预应力筋时，由于预应力筋的 面积较小，则对总的预应力计算预应力筋应力增量，预应 力筋内力直接按con计算。(估算)它虽略高于张拉结束后 预应力筋的应力值，但却是偏于安全的。
13、 由于纵向预应力Np的存在，使原来的受弯构件变为偏心受 压构件，并且它们多为大偏心受压构件，可按规范中的大 偏心受压公式验算加固梁的承载力。 fc受压区混凝土轴心抗压强度设计值； 1当混凝土强度不大于C50时，1=1.0；当混凝土强度大于C50时，11.0； As、As原梁中受拉钢筋和受压钢筋的截面面积(不考虑梁中构造负筋的作用)； x混凝土受压区高度； b、h分别为梁的宽度和截面高度； as (as)受拉钢筋（受压钢筋）的形心至梁的底端（顶端）的距离； h0梁的截面的有效高度； fy、fy原梁中受拉钢筋及受压钢筋的强度设计值； e纵向力N作用点至受拉钢筋As重心的距离，即：e=ei+h/2-
14、as M、N作用于截面上的弯矩及纵向力，按式(6.9)计算。 承载力计算公式 N (2) (2) 预应力筋与原梁结成一体的加固梁预应力筋与原梁结成一体的加固梁 在预应力筋张拉结束后，若在其上补浇混凝土保护层，形 成整体梁，则预应力筋与原梁共同变形，随着作用在加固 梁上的外荷载的增加，预应力筋和梁中原筋以及压区混凝 土的应力都在原有基础上增大。当梁破坏时，受拉钢筋可 能会出现两种情况：一种为预应力筋及梁中原受拉钢筋都 达到屈服强度，即适筋梁；另一种为超筋梁。 适筋梁当梁的全部配筋处在适筋范围时，尽管预应力筋 和梁中原筋达到屈服极限的时间可能不同，但破坏时两者 都可达到屈服极限,其截面承载力计算方
15、法与一般预应力 混凝土梁相同。对于矩形及翼缘位于受拉区的倒T形梁， 得: 式中fpy预应力钢筋的设计强度； Ap 预应力钢筋的截面面积； ap预应力钢筋合力点至原梁下边缘的 距离。 超筋梁对于混凝土构件，超筋梁是不允许的， 但在加固工程中，有时却难以避免。 例如，当工程要求较多地提高梁的刚度时，则需 施加较大的预应力，以致变成了超筋梁。由试验 知，这种因需施加较多的加固筋而导致的超筋梁 与通常所说的超筋梁尽管有所差别，但体外预应 力筋对提高这种超筋梁的正截面承载力作用很小 ，因为加固后形成的超筋梁的正截面承载力被压 区混凝土所限制。为此，对于加固后形成的超筋 梁可以采用界限配筋梁的承载能力。 6.2.3.26.2.3.2斜截面承载力计算斜截面承载力计算 (1) 预应力筋外露的加固梁 如上所述，预应力筋外露的加固梁受力特征如同偏心受压构件，因此 加固梁的抗剪承载力较原梁有所提高。对于用直线预应力筋加固的梁 ，其提高作用决定于预应力产生的纵向力Np。因此，这种梁斜截面 抗剪承载力应为原梁的抗剪承载力与纵向力Np对梁的抗剪承载力的 提高幅度之和。 即:VVu+0.05Np 对于用鱼腹式预应力筋，加固梁的抗剪承载力为: VVu+(con-l)Apsin+0.05Np 式中V
