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1、工程结构加固方法分析与探讨【摘要】：本文介绍了工程实际中运用比较广泛的几种结构加固的方法，并分析部分加固方法的特点、适用范围以及相关的设计计算原理。通过此文希望为土木工程师进行结构加固计算提供借鉴意见和方法。【关键字】：结构加固，加固设计，增大截面加固法，FRP1、结构加固常用方法1.1增大截面加固法增大截面加固法，也称外包混凝土加固法，他通过增大构件的截面和配筋，来提高结构的承载力、强度、刚度、稳定性及抗裂性。该方法施工工艺简单，适用面广，可广泛用于梁、板、柱、墙、基础、屋架等混凝土构件的加固。根据构件受力特点和加固的目的、构件几何尺寸、便于施工等要求可设计为单侧、双侧或三侧和四面包套的加固
2、。混凝土受弯构件中受拉钢筋不足且净空不受限制时，可采用梁板底加大截面对原结构进行加固。根据加固目的和要求的不同，可以是以增大截面为主的加固，可以是增配钢筋为主的加固，也可以两种方法同时采用。以增大截面为主时，为了保证补加混凝土正常工作，亦需适当配置构造钢筋。以增配钢筋为主时，为保证配筋的正常工作，亦需按钢筋的间距和保护层厚度等构造要求决定适当增大截面尺寸。增大截面法的技术难点是，在设计构造方面必须注意解决好新加部分与原有部分的整体工作共同受力问题。1.2粘贴钢板加固法粘贴钢板加固法是用环氧树脂系列粘结剂将钢板粘贴在钢筋混凝土结构物的受拉区或薄弱部位，使之与原结构物形成共同受力的整体，以提高其抗
3、弯、抗剪能力及刚度，改善原结构的钢筋及混凝土的应力状态，限制裂缝的进一步发展，进而提高结构的承载能力与耐久性的加固方法。由于粘贴钢板厚度有限，因而它对刚度的提高效果并不显著。1.3粘贴纤维增强复合材料（FRP）加固法粘贴纤维增强复合材料加固法是利用粘结剂将纤维增强复合材料（FRP）粘贴在被加固混凝土构件薄弱部位，使两者共同工作，提高结构构件的承载能力，从而起到加固补强的一种加固方法。此法的加固功效类似于粘贴钢板加固法。由于纤维增强复合材料非常薄，此法对于结构刚度的提高更加有限，对拉应力的降低效果及对混凝土裂缝的抑制作用都不明显。因而该加固方法适用于混凝土结构的抗弯和抗剪加固。纤维增强复合材料（
4、FRP）由连续纤维和树脂基体复合而成。常用纤维种类包括碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维。常用树脂有环氧树脂、聚酯树脂和乙烯酯树脂。根据纤维种类的不同可将用于混凝土结构加固的纤维复合材料分为三类：玻璃纤维复合材料（GFRP）、碳纤维复合材料（CFRP）和芳纶纤维复合材料（AFRP）。相比而言碳纤维复合材料具有更好的性能，在工程中也用的最广，碳纤维复合材料的优点主要有：高拉伸强度（约为普通钢材强度的10倍），高弹性模量，自重轻，耐高温，耐酸碱腐蚀，施工简便，施工工期短。1.4外加预应力加固法外加预应力加固法是指采用预应力筋对建筑物的梁、板、柱或桁架进行加固的方法。这种方法不仅具有施工简便的特点，而且可在
5、基本不增加梁、板截面高度和不影响结构使用空间的条件，提高梁、板的受弯、受剪承载力，改善其在使用阶段的性能。这主要是因为预应力所产生的负弯矩抵消了一部分荷载弯矩，致使梁、板弯矩减小。之前几种加固方法都是被动的加固方法，这主要表现在他们都不能减小，更不能消除结构自重所产生的应力和变形。而外加预应力加固法是一种主动的加固方法，也就是说，在自重增加很小的情况下可大幅度调整并改善原结构的受力状态，提高结构刚度和抗裂性能。1.5外粘型钢加固法外粘型钢加固法是钢筋混凝土梁、柱四周包以型钢的一种加固方法。例如，在构件截面的四角沿构件通常或沿某一段设置角钢，横向用箍板或螺栓套箍将角钢连接成整体，成为外包于构件的
6、钢构架。外包钢构架可以完全替代或部分替代原构件工作，达到加固的目的。外粘型钢加固法优点是构件截面尺寸增加不大，而构件承载力可大幅度提高，并且经过加固后原构件混凝土受到外包钢的约束，原构件承载力和延性得到改善。1.6增设支点加固法增设支点加固法就是通过增加支撑点以减小受弯构件的计算跨径，使得结构受力体系和受力状况发生改变，从而提高结构的承载能力及刚度，减小结构效应，改善结构受力性能。1.7植筋加固植筋技术是一种新型的钢筋混凝土结构加固改造技术，它是在需连接的旧混凝土构件上根据结构受力特点，确定钢筋的数量、规格、位置，在旧构件上进行钻孔、清孔、注入植筋胶结剂，再插入所需的钢筋，使钢筋与混凝土通过结
7、构胶粘结在一起，然后浇注新混凝土，从而完成新旧钢筋混凝土的有效连接，达到共同作用、整体受力的目的。作为一种新型的加固技术，他不仅具有施工方便、工作面小、工作效率高的特点，而且还具有适应性强、适用范围广、锚固结构的整体性能良好、价格低廉等优点。因而被广泛应用于建筑结构加固及混凝土的补强工程中。2、增大截面加固法2.1特点及适用范围2.1.1 特点增大截面加固法广泛用于梁、板、柱、墙、基础、屋架等混凝土构件的加固。该加固方法有以下特点：（1）结构受力明确，计算简单方便，加固后结构的承载力、刚度、稳定性得到明显提高，加固效果好。（2）加大构件截面，会使上部结构恒载增加，对原下部结构有一定影响。（3）
8、现场湿作业工作量大，养护时间长，对生产和生活有一定影响。（4）若对梁底增大尺寸，会使梁下净空有所减小。2.1.2 适用范围增大截面加固法加固构件时，对受弯构件来说增加抗弯刚度效果好，但增加尺寸有限。对偏心受压构件来说，增加强度、刚度、稳定性方面效果都较好，但有一共同缺点是新增混凝土会增加原构件的负担，养护时间长，浇注不便、工期相对长些。增大截面加固法主要适用于以下情况：（1）原受弯构件的抗弯或抗剪承载力不足，或构件刚度不足，采用增大截面加固效果较好。（2）受压构件承载力、刚度、稳定性不满足要求。（3）对于梁下净空没有特殊要求的结构。2.2受弯构件加固计算采用增大截面加固法可分为在截面受压区或受
9、拉区增设现浇混凝土加厚层的两种方法。 2.2.1 受压区加加现浇混凝土层加固法 2.2.1.1正截面抗弯承载力计算 受压区加现浇混凝土层加固后，梁板受弯构件正截面抗弯承载力可按下列公式计算： (2-1) (2-2)上两式中：为加固后构件计算截面承担的弯矩设计值；为原构件纵向受拉钢筋截面面积；为受压区新加纵向受压钢筋截面面积；为原构件纵向受拉钢筋抗拉强度设计值；为受压区新加纵向受压钢筋抗压强度设计值；为混凝土弯曲抗压强度设计值，当时，按新加混凝土取用；当时，可近似按新旧混凝土的小者取用。为计算截面宽度；、分别为加固前后计算截面的有效高度；为计算截面受压区高度。 2.2.1.2斜截面抗剪承载力计算
10、加固时，若能在构造上保证叠合层部分门形箍筋与原构件可靠连接，且其数量不低于原构件，则受压区加现浇混凝土层加固后，梁板受弯构件斜截面承载力可按下式计算： (2-3)式中：为加固后构件计算截面承担的剪力设计值，；为原构件配置在同一截面内箍筋各肢的全部截面面积；为原构件箍筋抗拉强度设计值；为原构件箍筋间距；为混凝土抗压强度设计值，近似按原构件混凝土取用。否则，可近似不考虑新加箍筋的有利影响，按下式计算： (2-4) 2.2.1.3设计计算方法（1）确定受压区现浇混凝土层厚度。当板也需要加固时，梁受压区新增混凝土层厚度一般应与板相同，在不影响正常使用的条件下，梁板受压区新增混凝土层厚度可近似按下式初步
11、确定： （2-5）式中：为原构件正截面抗弯承载力设计值；为受压区新增混凝土层厚度，。（2）验算正截面抗弯承载力并确定受压钢筋的数量。按照实际选定的截面尺寸，确定计算截面弯矩设计值，然后令代入式（2-1）和式（2-2）对加固截面正截面抗弯承载力进行验算，当满足要求是，仅需按构造配制受压钢筋，否则需要按照式（2-1）和式（2-2）计算确定受压钢筋数量。（3）判断计算结果和加固方案是否合理，不合理则须修改截面尺寸或采用其他加固方法。（4）验算斜截面抗剪承载力。2.2.2 受拉区加加现浇混凝土围套加固法 2.2.2.1正截面抗弯承载力计算受拉区加现浇混凝土围套加固后的钢筋混凝土受弯构件正截面抗弯承载力
12、可按下列公式计算： （2-6） （2-7）上二式中：为达到极限状态时原受拉钢筋的应力；为受拉区新加纵向钢筋抗拉强度折减系数，可近似取；为加固后构件截面计算受压区高度，为保证新加受拉钢筋屈服应满足应满足；为受拉区加现浇混凝土围套加固梁正截面界线破坏受压区高度系数。达到极限状态时原受拉钢筋的应力可根据平截面假设确定，即： （2-8）上式中：为混凝土极限压应变；为钢筋的弹性模量。应根据加固时原构件已承担的荷载值，根据平截面假定，按下述方法确定：加固时，在荷载值作用下，原受拉钢筋的应变可按下式确定： （2-9） 根据平截面假定，此时相应新加钢筋位置处的初始应变为 （2-10） 加固后，在新增荷载作用下
13、，新增钢筋是以初始应变为起点，则 （2-11）2.2.2.2斜截面抗剪承载力计算单面混凝土围套加固时，若能在构造满足新加U形箍与原构件的可靠连接，并保证其数量不低于原钢筋，则其斜截面抗剪承载力可按下式计算： （2-12）否则，应按下式计算： （2-13）2.2.2.3设计计算方法（1） 初步确定加固梁截面尺寸。从式（2-6）到式（2-8）可以看出，三个方程求解四个未知数（、和），有无穷组解。一般可根据工程经验和构造及斜截面承载力要求，初步假定截面尺寸。（2） 根据初步确定的截面尺寸，求解式（2-6）到式（2-8），确定新增纵向钢筋的面积。当正截面承载力需要的增量很大，截面新增加高度较大时，可近
14、似地不计原受拉钢筋的作用，令，按式（2-6）到式（2-8）确定。（3） 按式（2-12）到式（2-13）验算斜截面承载力。（4） 根据计算结果判别加固方案是否满足要求，不满足则修改截面尺寸或采用其他加固方法。2.3受压构件加固计算2.3.1 轴心受压柱的加固计算采用加大截面法加固的钢筋混凝土轴心受压柱正截面受压承载力由两部分组成，即被加固柱对承载力的贡献和新加部分对承载力的贡献。根据截面平衡条件，加固后轴心受压柱正截面承载能力可以表示为 （2-14）式中：为被加固柱截面轴心受压承载力，；为被加固部分混凝土轴心抗压强度设计值；为被加固部分混凝土截面面积；为被加固部分纵向钢筋抗压强度设计值；为被加固部分纵向钢筋截面面积；为被加固部分材料破坏时，新加固部分截面所能承担的压力，；为新加部分混凝土截面面积；为新加部分纵向钢筋的截面面积；为被加固部分混凝土应变为新加部分混凝土的应力；为被加固部分混凝土应变为新加部分钢筋的应力；为轴心受压构件稳定系数。2.3.1 偏心受压柱的加固计算采用加大截面法加固钢筋混凝土偏心受压柱时，可近似按照混凝土结构偏心受压构件正截面受压承载力的计算方法计算，但应考虑新加钢筋和混凝土可能得不到充分利用
