工程结构加固技术.ppt

工程结构诊治技术,第5章 工程结构的加固技术,5.1 概述 5.2 混凝土结构加固 5.3 砌体结构加固 5.4 钢结构加固 5.5 地基基础加固 5.6 建筑抗震加固,规范 既有建筑地基基础加固技术规范 jgj 123-2000 混凝土结构加固技术规范 gb 50367-2006 混凝土结构后锚固技术规程 jgj 145-2004 砌体结构加固技术规范 钢结构加固技术规范 cecs 77:96 砖混结构房屋加层技术规范 cecs 78:96 建筑抗震加固技术规程 jgj 116-2009 古建筑木结构维护与加固技术规范 gb50165-92 碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程 cecs 146:2003,第5章 工程结构的加固技术,5.1 概述,5.1 概述,一、结构加固工作程序 二、结构加固的特点 三、结构加固基本原则 四、加固结构受力特征 五、结构加固方法及其选择,第5章 工程结构的加固技术,5.1 概述,一、结构加固工作程序,加固工作应按图5-1-1所示程序进行。,图5-1-1 加固工作程序,第5章 工程结构的加固技术,5.1 概述,根据可靠性鉴定的等级、存在的问题，对结构安 全的要求及破坏后可能造成后果的严重程度，业主方 应对委托加固方提出具体要求，加固方根据鉴定情况 及业主委托加固范围、要求综合考虑提出加固方案， 征得业主同意后再进行加固设计。 加固设计应与施工方法紧密结合，并应采取有效 措施，保证新浇混凝土与原结构连接可靠，协同工 作。按照加固设计进行施工组织设计，并制定确保加 固质量和安全的有效措施。施工中应遵照加固规范及 有关规范要求作业，完工后参照有关标准进行验收。,第5章 工程结构的加固技术,5.1 概述,二、结构加固的特点,结构加固设计和施工与新建工程不尽相同，加固工程主要有以下特点： 1 加固工程是针对已建的工程，受客观条件所约束，针对具体现存条件进行加固设计与施工； 2 加固工程往往在不停产或尽量少停产的条件下施工，要求施工速度快、工期短； 3 施工现场狭窄、拥挤，常受生产设备、管道和原有结构、构件的制约，大型施工机械难以发挥作用； 4 施工往往对原有的结构、构件有不良影响； 5 施工常分段、分期进行，还会因各种干扰而中断； 6 清理、拆除工作量往往较大，工程较繁琐复杂，并常常存在许多不安全因素； 7 设计包括原结构的验算和加固结构设计计算，要求考虑新、旧结构强度、刚度、使用寿命的均衡，以及新、旧结构的协调工作。,第5章 工程结构的加固技术,5.1 概述,三、结构加固基本原则,结构构件加固方法有多种且各不相同，但是却共同遵守下述原则： 1.先鉴定后加固的原则 2.结构体系总体效应原则 3.加固方案的优化原则 4.尽量利用的原则 5.与抗震设防结合的原则 6.材料的选用和取值原则 7.荷载取值原则 8.承载力验算原则 9.其它原则,第5章 工程结构的加固技术,5.1 概述,总体效应原则 在制定加固方案时，除考虑可靠性鉴定结论和加固内容及项目外，还应考虑加固后建筑物的总体效应。例如，对房屋的某一层柱子或墙体的加固，有时会改变整个结构的动力特性，从而产生薄弱层，对抗震带来很不利的影响。因此，在制定加固方案时，应全面详细分析整个建筑结构的受力情况，不能采用“头痛医头，脚痛医脚“的办法。,第5章 工程结构的加固技术,5.1 概述,与抗震设防结合的原则 我国是一个多地震的国家，6度以上地震区几乎遍及全国各地。1976年以前建造的建筑物，大多没有考虑抗震设防，1989年以前的抗震规范也只规定了7度以上地震区的设防。为了使这些建筑物遇地震时具有相应的安全储备，在对它们作承载能力和耐久性加固、处理方案时，应按照现行的抗震规范与抗震加固方案综合考虑。,第5章 工程结构的加固技术,5.1 概述,材料的强度取值及选用原则 （1）加固设计时，原结构的材料强度按如下规定取用： 如原结构的材料种类和性能与原设计一致，按原设计（或规范）值取用；当原结构无材料强度资料时，应按实测材料强度等级根据现行规范取值。 （ 2）加固材料的选用： 加固材料应尽量选用轻质高强，且与原结构材料共同工作性能好的材料。 加固用钢材一般选用i级或级钢； 加固用水泥宜选取普通硅酸盐水泥，标号不应低于425； 加固用混凝土，应比原结构的混凝土强度等级提高一级，加固混凝土中不应掺入粉煤灰、高炉矿渣等混合材料 粘结材料及化学灌浆材料的粘结强度，应高于被粘结构混凝土的抗拉强度和抗剪强度。粘结材料及化学灌浆材料一般宜采用成品或半成品。当自行配制时，应进行试配，并检验其与被粘结材料间的粘结强度。,第5章 工程结构的加固技术,5.1 概述,荷载计算原则 对加固结构承受的荷载，应作实地调查和取值。一般情况下，当原结构系按工业与民用建筑结构荷载规范荷载规范取值者，在鉴定阶段，对结构验算仍按原规范取值；当需加固时，则加固验算应按新建筑结构荷载规范规定取值。 对于现行荷载规范中未作规定的永久荷载，可根据情况进行抽样实测确定。抽样数不得少于5个，以其平均值的1.1倍作为其荷载标准值。 工艺荷载和吊车荷载等，应根据使用单位提供的数据取值。,第5章 工程结构的加固技术,5.1 概述,结构加固设计使用年限 结构设计使用年限设计规定的结构或结构构件在进行正常的维修而不需要进行大修的条件下即可满足预定功能使用的年限。 加固结构设计使用年限加固结构在正常维护条件下能满足预定功能使用的年限。老龄建筑后续使用年限不可能太长，一般510年；一般工程2030年；新建工程应满足原设计要求50、100年。,不同后续使用年限在加固设计中的意义,地震影响系数最大值的相对关系,抗震加固三种设防标准,风、雪荷载不同重现期的相对取值,第5章 工程结构的加固技术,5.1 概述,加固结构耐久性年限估算（仅供参考）,第5章 工程结构的加固技术,5.1 概述,第5章 工程结构的加固技术,5.1 概述,承载力验算原则 进行承载力验算时，结构的计算简图应根据结构的实际受力状况和结构的实际尺寸确定。构件的截面面积应采用实际有效截面面积，即应考虑结构的损伤、缺陷、锈蚀等不利影响。验算时，应考虑结构在加固时的实际受力程度及加固部分的应力滞后特点，以及加固部分与原结构协同工作的程度。对加固部分的材料强度设计值进行适当的折减；还应考虑实际荷载偏心、结构变形、局部损伤、温度作用等造成的附加内力。当加固后使结构的重量增大时，尚应对相关结构及建筑物的基础进行验算。,第5章 工程结构的加固技术,5.1 概述,其他原则 对于由高温、腐蚀、冻融、振动、地基不均匀沉降等原因造成的结构损坏，应在加固设计中提出相应的处理对策，随后再进行加固。 结构的加固应综合考虑其经济性，尽量不损伤原结构，并保留其有利用价值的结构构件，避兔不必要的构件拆除或更换。,第5章 工程结构的加固技术,5.1 概述,四、加固结构受力特征,加固结构工作中的受力特征与一次建成的普通结构有较大的差异，主要表现在二次受力和共同整体工作两方面。 1、加固结构属二次受力结构及二次组合结构 二次组合结构加固结构由原有部分与新加部分在不同时段组合而成，故称为二次组合结构。加固结构新旧部分连接及结合面是其薄弱环节，与整浇结构相比,存在整体工作共同受力问题。 二次受力结构加固结构中的原结构，在加固前已经载荷受力（称为第一次受力），而且应力、应变水平都很高，而新加部分，只要荷载不变，并不受力，即始终处在零应力状态，只有在新增荷载下，即第二次加荷情况下，才开始受力。因此，新加部分的应力-应变始终滞后于原结构的累计应力-应变，原结构的累计应力-应变始终高于新加部分。原结构达极限状态时，新加部分尚未达到极限状态，其抗力得不到充分利用。这种结构称为二次受力结构。,第5章 工程结构的加固技术,5.1 概述,2、加固部分与原结构部分整体共同受力问题 主要取决于加固时原结构卸荷的程度和结合面的构造处理措施。 加固前进行卸荷 卸荷可使新加部分应力-应变滞后现象减轻乃至消除，结构破坏时，新旧两部分就可各自进入极限状态，从而提高了结构整体承载力。卸荷对加固结构承载力提高的影响，主要是表现在第一次荷载的应力水平指标，通常用加固原结 构的应力水平指标=s(作用)/r(抗力)来反映， 愈小愈优。为了保证结构加固的实际效果，不得超过表5-1-1的限值 ，即 。,第5章 工程结构的加固技术,5.1 概述,表5-1-1 原结构应力水平指标限值,第5章 工程结构的加固技术,5.1 概述,加固结构新旧结合面处理 新旧两部分共同整体工作主要在于结合面能否有效地传递和承担有关应力，而且变形不能过大。结合面传递压力，一般不存在问题，主要是剪力和拉力。混凝土结合面所具有的粘结抗剪和抗拉能力，有时远不能满足受剪和受拉承载力要求，还需配置一定数量的贯通结合面的剪切-摩擦筋(充分利用箍筋，也可加插筋抗剪），利用钢筋所产生的被动剪切-摩擦力来抵抗因结合而出现的剪力和拉力。,第5章 工程结构的加固技术,5.1 概述,五、结构加固方法及其选择,rs,按加固对象分 直接加固法(或被动加固法)又称构件加固法，是直接针对结构构件或节点承载力提高的加固，方法很多，主要的有增大截面法、置换砼法、外包型钢法、外粘钢板法、外粘纤维复合材料法、绕丝法及钢丝绳网片聚合砂浆面层加固法等。 间接加固法（或主动加固法）间接加固法是针对结构体系的和理性或完整性，用新增部分构件或设施来改变结构总体布局和传力途径，达到减小结构内力、增大结构刚度和延性的目的。方法很多，主要有新增剪力墙及侧向支撑法、增设阻尼器法、增设支点法、增设拉结连系法、以及预应力加固法等。 综合加固法,第5章 工程结构的加固技术,5.1 概述,五、结构加固方法及其选择,按加固目的分 承载力加固 刚度加固 延性加固 整体性加固 耐久性加固,第5章 工程结构的加固技术,5.1 概述,五、结构加固方法及其选择,加固方法选用准则 应根据当地条件，进行多方案比较，按技术先进可靠，经济合理原则，择优选用。 体系加固与构件加固并存时，应优先考虑体系，其次才是构件。 不同类型构件加固时，应优先考虑重要结构及关键构件。单一方法有效性较差时，应优先考虑综合法。,第5章 工程结构的加固技术,5.1 概述,五、结构加固方法及其选择,加大截面加固法，即采取增大混凝土结构或构筑物的截面面积，以提高其承载力和满足正常使用的一种加固方法。可广泛用于混凝土结构的梁、板、柱等构件和一般构筑物的加固。 外包钢加固法，即在混凝土构件四周包以型钢的加固方法（分干式、湿式两种形式）。 适用于使用上不允许增大混凝土截面尺寸，而又需要大幅度地提高承载力的混凝土结构的加固。当采用化学灌浆外包钢加固时，型钢表面温度不应高于；当环境具有腐蚀性介质时，应有可靠的防护措施。,第5章 工程结构的加固技术,5.1 概述,五、结构加固方法及其选择,预应力加固法，即采用外加预应力的钢拉杆（分水平拉杆、下撑式拉杆和组合式拉杆三种）或撑杆，对结构进行加固的方法。 适用于要求提高承载力、刚度和抗裂性及加固后占用空间小的混凝土承重结构。 此法不宜用于处在温度高于环境下的混凝土结构，否则应进行防护处理；也不适用于混凝土收缩徐变大的混凝土结构。,第5章 工程结构的加固技术,5.1 概述,五、结构加固方法及其选择,改变结构传力途径加固法。主要可分为两种： 增设支点法：该法是以减小结构的计算跨度和变形，提高其承载力的加固方法。按支承结构的受力性能分为刚性支点和弹性支点两种。托梁拔柱法：该法是在不拆或少拆上部结构的情况下拆除、更换、接长柱子的一种加固方法。按其施工方法的不同可分为有支撑托梁拔柱、无支撑托梁拔柱及双托梁反牛腿托梁拔柱等方案，适用于要求厂房使用功能改变、增大空间的老厂改造的结构加固。,第5章 工程结构的加固技术,5.1 概述,五、结构加固方法及其选择,外部粘钢加固法，即在混凝土构件外部粘贴钢板，以提高其承载力和满足正常使用的一种加固方法。适用于承受静力作用的一般受弯、受拉构件；且环境温度不大于，相对湿度不大于，以及无化学腐蚀影响，否则应采取防护措施。 粘贴碳纤维加固法，是一项新型的应用外粘高性能复合材料加固结构的技术，即在混凝土构件外部粘贴碳纤维片材，以提高其承载力和满足正常使用的一种加固方法。适用于承受静力作用的一般受弯、受拉构件，也可用于柱的抗震加固；长期使用环境温度不应高于60。,第5章 工程结构的加固技术,5.1 概述,五、结构加固方法及其选择,其他加固方法，如增设支撑体系和剪力墙等，以增加结构的整体刚度，改变构件的刚度比值，调整原结构内力，改善结构和构件的受力状况，多用于增强单层厂房和多层框架结构的空间刚度，以提高其抗水平力的能力，可按现行有关规范的规定进行设计。 裂缝修补技术，即采用化学灌浆的方法，恢复结构整体性、耐久性、防水性和外观等，灌浆材料可采用环氧树脂、甲基丙烯酸脂和微膨胀水泥浆等。,第5章 工程结构的加固技术,5.1 概述,第5章 工程结构的加固技术,5.1 概述,第5章 工程结构的加固技术,补充:叠合式构件,补充:叠合式构件,第5章 工程结构的加固技术,补充:叠合式构件,一、叠合式构件的分类,水平叠合式构件(叠合式受弯构件) 竖向叠合式构件(叠合式受压构件),叠合式构件的特点是两阶段成形，两阶段受力。第一阶段可为预制构件，也可为既有结构；第二阶段则为后配筋浇筑的混凝士构件。其兼有预制装配和整体现浇的优点，对于水平的受弯构件及竖向的受压构件均适用。基于上述原因，近年国内外叠合结构发展很快，是一种有前途的结构形式。,叠合式构件：由预制混凝土构件（或既有混凝土结构构件）和现浇混凝土组成，以两阶段成型的整体受力结构构件。,第5章 工程结构的加固技术,补充:叠合式构件,二、水平叠合式构件设计要点,1. 二阶段成形的水平叠合式受弯构件，当预制构件高度不足全截面高度的0.4倍时，施工阶段应有可靠的支撑。 施工阶段有可靠支撑的叠合式受弯构件，可按整体受弯构件设计计算，但其斜截面抗剪承载力和叠合面受剪承载力应按混凝土结构设计规范附录h计算。 施工阶段无支撑的叠合式受弯构件，应对底部预制构件及浇筑混凝土后的整体叠合构件按二阶段受力分别进行设计计算，详见混凝土结构设计规范附录h的有关规定。 2. 叠合式混凝土梁、板应符合下列规定。 (1) 叠合梁的叠合层混凝土厚度不宜小于100mm，混凝土强度等级不宜低于c30。预制梁的箍筋应全部伸入叠合层，且各肢伸入叠合层的直线段长度不宜小于10d，d为箍筋直径。预制梁的顶面应做成凹凸差不小于6mm的粗糙面； (2) 叠合板的叠合层混凝土厚度不宜小于50mm，混凝土强度等级不宜低于c25。预制板表面应做成凹凸差不小于4mm的粗糙面。承受较大荷载的叠合板，宜在预制底板上设置伸入叠合层的构造钢筋。 3. 在既有结构的楼板、屋盖上浇筑混凝土叠合层的受弯构件，应符合上述2的构造规定，并按施工阶段和使用阶段分别进行计算。,第5章 工程结构的加固技术,补充:叠合式构件,三、竖向叠合式构件设计要点,1. 由预制构件及后浇混凝土成形的叠合式柱和墙，应考虑施工及使用阶段分别进行验算和计算。使用阶段的叠合式柱和墙应按整体构件进行设计。 2 .在既有柱周边或墙侧浇筑混凝土成形的竖向叠合式构件，除应进行施工阶段的承载力验算外，并应考虑既有构件的承载历史以及施工支顶的情况，与后浇部分之间合理分配承载力，乘以不同的承载力分配系数。 既有柱、墙的承载力分配系数可取1.0；后浇混凝土部分的承载力分配系数，考虑施工时支顶的实际情况确定，对一般情况可取0.8；钢筋和混凝土材料的强度设计值应乘协调工作系数0.9。 3.柱外二次浇筑混凝士层的厚度不应小于60mm，混凝土强度等级不应低于既有柱的强度。结合面粗糙的凹凸差不应小于6mm，或通过植筋、焊接等方法设置界面构造钢筋。后浇层中纵向受力钢筋不应小于14，箍筋不应小于8，且不小于柱内相应箍筋的直径。 墙外二次浇筑混凝土层的厚度不小于50mm，混凝土强度等级不应低于预制墙或既有墙的强度。结合面粗糙的凹凸差应不小于4mm，或通过植筋、焊接等方法设置界面构造钢筋。后浇层中竖向、水平钢筋不宜小于8，且不小于墙中相应钢筋的直径。,第5章 工程结构的加固技术,补充:叠合式构件,四、无支撑叠合梁板(1),1 .施工阶段不加支撑的叠合式受弯构件，内力应分别按下列两个阶段计算： (1)第一阶段 后浇的叠合层混凝土未达到强度设计值之前的阶段。荷载由预制构件承担，预制构件按简支构件计算（既有结构？）；荷载包括预制构件自重、预制楼板自重、叠合层自重以及本阶段的施工活荷载。 (2)第二阶段 叠合层混凝土达到设计规定的强度值之后的阶段。叠合构件按整体结构计算；荷载考虑下列两种情况并取较大值： 施工阶段 考虑叠合构件自重、预制楼板自重、面层、吊顶等自重以及本阶段的施工活荷载； 使用阶段 考虑叠合构件自重、预制楼板自重、面层、吊顶等自重以及使用阶段的可变荷载。,第5章 工程结构的加固技术,补充:叠合式构件,四、无支撑叠合梁板(2),预制构件,（2-1）,叠合构件的正弯矩区段,叠合构件的负弯矩区段,（2-2）,（2-3）,式中：,式中预制构件自重、预制楼板自重和叠合层自重在计算截面产 生的弯矩设计值； 第二阶段面层、吊顶等自重在计算截面产生的弯矩设计值； 第一阶段施工活荷载在计算截面产生的弯矩设计值； 第二阶段可变荷载在计算截面产生的弯矩设计值，取本阶段施工活荷载和使用阶段可变荷载在计算截面产生的弯矩设计值中的较大值。,2.预制构件和叠合构件的正截面受弯承载力同一般受弯构件按混凝土结构设计规范规定计算。其中，弯矩设计值应按下列规定取用：,在计算中，正弯矩区段的混凝土强度等级，按叠合层取用；负弯矩区段的混凝土强度等级，按计算截面受压区的实际情况取用。,第5章 工程结构的加固技术,补充:叠合式构件,四、无支撑叠合梁板(3),预制构件,(3-1),叠合构件,(3-2),预制构件自重、预制楼板自重和叠合层自重在计算截面产生的剪力设计值； 第二阶段面层、吊顶等自重在计算截面产生的剪力设计值； 第一阶段施工活荷载在计算截面产生的剪力设计值； 第二阶段可变荷载产生的剪力设计值，取本阶段施工活荷载和使用阶段可变荷载在计算截面产生的剪力设计值中的较大值。,式中：,3.预制构件和叠合构件的斜截面受剪承载力按规范公式计算。其中，剪力设计值应按下列规定取用：,在计算中，叠合构件斜截面上混凝土和箍筋的受剪承载力设计值 应取叠合层和预制构件中较低的混凝土强度等级进行计算，且不低于预制构件的受剪承载力设计值；对预应力混凝土叠合构件，不考虑预应力对受剪承载力的有利影响，取 。,第5章 工程结构的加固技术,补充:叠合式构件,四、无支撑叠合梁板(4),4.当叠合梁符合各项构造要求时，其叠合面的受剪承载力应符合下列规定：,(4-1),此处，混凝土的抗拉强度设计值 取叠合层和预制构件中的较低值。 对不配箍筋的叠合板，当符合本规范叠合界面粗糙度的构造规定时，其叠合面的受剪强度应符合下列公式的要求：,(n/mm2) (4-2),第5章 工程结构的加固技术,补充:叠合式构件,四、无支撑叠合梁板(5),5.预应力混凝土叠合式受弯构件，其预制构件和叠合构件应进行正截面抗裂验算。此时，在荷载的标准组合下，抗裂验算边缘混凝土的拉应力不应大于预制构件的混凝土抗拉强度标准值 。抗裂验算边缘混凝土的法向应力应按下列公式计算：,预制构件,叠合构件,(5-1),(5-2),式中：,预制构件自重、预制楼板自重和叠合层自重标准值在计算截面产生的弯矩值； 第一阶段荷载标准组合下在计算截面产生的弯矩值，取 此处， 为第一阶段施工活荷载标准值在计算截面产生的弯矩值； 第二阶段荷载标准组合下在计算截面上产生的弯矩值,取 ，此处 为面层、吊顶等自重标准值在计算截面产生的弯矩值； 为使用阶段可变荷载标准值在计算截面产生的弯矩值； 预制构件换算截面受拉边缘的弹性抵抗矩； 叠合构件换算截面受拉边缘的弹性抵抗矩，此时，叠合层的混凝土截面面积应按弹性模量比换算成预制构件混凝土的截面面积。,第5章 工程结构的加固技术,补充:叠合式构件,四、无支撑叠合梁板(6),6.预应力混凝土叠合构件，应按规范规定进行斜截面抗裂验算.,7.由于叠合构件在施工阶段先以截面高度小的预制构件承担该阶段全部荷载，使得受拉钢筋中的应力比假定用叠合构件全截面承担同样荷载时大。这一现象通常称为“受拉钢筋应力超前”。 当叠合层混凝土达到强度从而形成叠合构件后，整个截面在使用阶段荷载作用下除去在受拉钢筋中产生应力增量和在受压区混凝土中首次产生压应力外，还会由于抵消预制构件受压区原有的压应力而在该部位形成附加拉力。该附加拉力虽然会在一定程度上减小受力钢筋中的应力超前现象，但仍使叠合构件与同样截面普通受弯构件相比钢筋拉应力及曲率偏大，并有可能使受拉钢筋在弯矩准永久值作用下过早达到屈服。这种情况在设计中应予防止。 为此，根据试验结果给出了公式计算的受拉钢筋应力控制条件。该条件属叠合式受弯构件正常使用极限状态的附加验算条件。该验算条件与裂缝宽度控制条件和变形控制条件不能相互取代。,第5章 工程结构的加固技术,补充:叠合式构件,四、无支撑叠合梁板(7),钢筋混凝土叠合式受弯构件在荷载效应的准永久组合下，其纵向受拉钢筋的应力 应符合下列规定：,(7-1),(7-2),在弯矩 作用下，预制构件纵向受拉钢筋的应力 可按下列公式计算：,(7-3),式中： 预制构件截面有效高度。,在荷载效应准永久组合相应的弯矩 作用下，叠合构件纵向受拉钢筋中的应力增量 可按下列公式计算：,第5章 工程结构的加固技术,补充:叠合式构件,四、无支撑叠合梁板(8),(7-4),当 时，公式(7-4)中的值 应取 等于1.0；此处， 为预制构件正截面受弯承载力设计值。,8.混凝土叠合构件应验算裂缝宽度，按荷载效应的准永久组合或标准组合并考虑长期作用影响所计算的最大裂缝宽度 ，不应超过规范规定的最大裂缝宽度限值。 按荷载效应的准永久组合或标准组合并考虑长期作用影响的最大裂缝宽度 可按下列公式计算：,第5章 工程结构的加固技术,补充:叠合式构件,四、无支撑叠合梁板(9),钢筋混凝土构件,预应力混凝土构件,(8-4),(8-3),(8-2),(8-1),第5章 工程结构的加固技术,补充:叠合式构件,四、无支撑叠合梁板(10),式中： 受拉区纵向钢筋的等效直径； 、 按预制构件、叠合构件的有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率； 预制构件的混凝土抗拉强度标准值。,9.叠合构件应按规范的规定进行正常使用极限状态下的挠度验算。其中，叠合式受弯构件按荷载效应准永久组合或标准组合并考虑长期作用影响的刚度可按下列公式计算：,第5章 工程结构的加固技术,补充:叠合式构件,四、无支撑叠合梁板(11),钢筋混凝土构件,预应力混凝土构件,(9-1),(9-2),(9-3),(9-4),第5章 工程结构的加固技术,补充:叠合式构件,四、无支撑叠合梁板(12),式中： 考虑荷载长期作用对挠度增大的影响系数； 叠合构件按荷载效应的标准组合计算的弯矩值； 叠合构件按荷载效应的准永久组合计算的弯矩值； 预制构件的短期刚度； 叠合构件第二阶段的短期刚度； 第二阶段可变荷载的准永久值系数。,第5章 工程结构的加固技术,补充:叠合式构件,四、无支撑叠合梁板(13),式中： 钢筋弹性模量与叠合层混凝土弹性模量的比值： 。,(10-1),10.荷载效应准永久组合或标准组合下叠合式受弯构件正弯矩区段内的短期刚度，可按下列规定计算： 1.钢筋混凝土叠合构件 1) 预制构件的短期刚度可按一般受弯构件计算； 2) 叠合构件第二阶段的短期刚度可按下列公式计算：,第5章 工程结构的加固技术,补充:叠合式构件,四、无支撑叠合梁板(14),(10-2),2 预应力混凝土叠合构件 1) 预制构件的短期刚度可按一般受弯构件计算； 2) 叠合构件第二阶段的短期刚度可按下列公式计算：,式中： 预制构件的混凝土弹性模量； 叠合构件换算截面的惯性矩，此时，叠合层的混凝土截面面积应按弹性模量比换算成预制构件混凝土的截面面积。,11.荷载效应准永久组合或标准组合下叠合式受弯构件负弯矩区段内第二阶段的短期刚度 可按一般受弯构件计算，其中，弹性模量的比值取 。,第5章 工程结构的加固技术,补充:叠合式构件,四、无支撑叠合梁板(15),5.2 混凝土结构的加固,主要内容 5.2.1 混凝土结构加固概述； 5.2.2 增大截面加固法 5.2.3 置换混凝土加固法； 5.2.4 预应力加固法； 5.2.5 外粘型钢加固法； 5.2.6 粘贴纤维复合材料加固法； 5.2.7 粘贴钢板加固法(外粘型钢加固法类似),混凝土结构加固设计规范gb503672006,5.2.1 混凝土结构加固概述,加固一般规定(八点),1 加固前必须由专业技术人员进行可靠性鉴定和加固设计； 加固范围可小(一个构件)可大(整栋建筑)，但必须考虑结构整体性； 2 加固后结构安全等级由委托和设计方共同确定； 3 加固设计与施工应紧密配合，并保证新老构件共同工作； 4 加固设计应考虑经济效果，避免不必要的拆除或更换； 5 加固施工时应采取必要的临时安全措施； 6 加固后结构使用年限由设计和业主协商确定，一般宜按30年考虑； 7 使用粘结方法或聚合物加固的结构应定期检查其工作状态(10年)； 9 未经鉴定或设计许可，不得改变加固后结构用途和使用环境。,加固设计计算原则(13点),1 结构分析方法一般采用线弹性分析方法； 2 应进行规定的承载力极限状态和正常使用极限状态设计和验算； 3 结构上作用应调查和检测核实 (可引用可靠性鉴定结论)； 4 结构上作用效应计算简图应符合实际； 5 作用效应组合、组合值系数、分项系数应按荷载规范确定，并应考虑荷载偏心、结构变形、温度作用等附加内力； 6 结构构件尺寸对原有部分采用实测值，设计部分采用名义值； 7 原砼强度等级和钢筋强度标准值一般应采用现场检测结果推定的标准值(砼强度等级可采用钻芯或回弹法，并应进行龄期修正)；,加固设计计算原则(13点),8 加固材料质量和性能(标准值和设计值)应符合相关规定 9 承载力验算应考虑应变滞后特点及新老结构共同工作的程度 10 相关构件及地基基础必要验算(结构质量增大、荷载传递路线变化) 11 地震区结构构件加固尚应符合抗震设计规范和抗震加固规范(质量和刚度变化) 12 使用胶粘剂或参有聚合物(改性沥青、聚合物砂浆等)加固设计尚应进行原结构验算(确保偶然事件发生后，防止加固结构的加固部分失效，要求原结构构件具有一定的安全保证；要求原结构构件能承担n倍恒载标准值作用) 可变荷载标准值/永久荷载标准值1，n=1.2； 可变荷载标准值/永久荷载标准值2，n=1.5; 1可变荷载标准值/永久荷载标准值2，n按线性内插法确定,加固材料标准值的确定(抽样检查),抽样试样数,置信水平(度),正态分布分位值,结构荷载标准值的确定,现场抽样确定自重标准值方法,试样数量不少于5个。,对于非结构的购配件，或对制作沉降有影响的构件若其自重效应对结构有利时应取其自重标准值gk,sup0。,加固方法及配合技术,5.2.2 增大截面加固法,设计规定,适用范围：钢筋混凝土受弯(梁板)和受压构件的加固 原砼要求：不应低于c10(现场检测结果)(无法提供足够的粘结力) 新砼要求：高于原砼一个等级且不低于c20 界面处理和粘结质量要求：符合规定可按整体截面处理 基本假定：同混凝土结构设计规范gb50010,优点：工艺简单、经验丰富、受力可靠、加固费用低 缺点：湿作业工作量大、养护期长、占用建筑空间多,增大截面加固法的优缺点,加固形式,梁,四面加固,压区加固,拉区加固,双侧加固,三侧加固,受弯构件正截面加固(压区加固),受弯构件正截面加固(拉区加固),知识点：增大截面后的相对界限受压区高度,推导增大截面后的相对界限受压区高度,推导增大截面后的相对界限受压区高度,受弯构件正截面加固(拉区加固),原受拉钢筋不屈服，应重新验算,新增钢筋强度利用系数，取0.9,受弯构件斜截面加固,截面最小尺寸验算条件（同砼设计规范）,受弯构件斜截面加固,当拉区增设配筋混凝土层，并采用u形箍与原箍筋逐个焊接时,新增混凝土强度利用系数，取0.7,受弯构件斜截面加固,当增设钢筋混凝土三面围套，并采用加锚式或胶锚式箍筋时,新增混凝土强度利用系数，取0.7,解释：应力滞后和应变滞后概念,加大截面法加固受压构件是二次受力构件。被加固柱在加固前已经承受荷载(一次受力)，截面内产生了应力和应变。新增部分在加固后并不能立即分担原已支撑被加固柱上的荷载，而在新增荷载作用下，才开始与被加固柱共同工作，承担荷载（二次受力）。当被加固柱达到极限状态时，新增部分砼和钢筋一般不能充分发挥作用，其利用程度与加固前被加固构件的受力程度有关。因此，加固后轴心受力构件截面受压承载力与加固时被加固构件的应力水平有关，不能取两部分承载力简单叠加。,以轴心受压构件为例说明,混凝土强度利用系数,应力水平指标,注：在0-1之间变化， 越小c越大，表示新增砼利用率越高。,钢筋强度利用系数,新增钢筋极限状态时的应力,注：在0-1间变化， 越小s越大，表示新增钢筋利用率越高。,混凝土和钢筋强度利用系数,加大截面法加固轴压构件,综合考虑新增砼和新增钢筋强度利用程度的修正系数，取0.8,为什么综合修正系数取0.8?,加大截面法加固偏压构件,加大截面法加固偏压构件,偏心距e应按混凝土结构设计规范计算，但增大系数尚应乘以下列修正系数 对于围套或其他对称形式的加固 当e0/h0.3时， 1.1； 当e0/h0.3时， 1.2； 对于非对称形式的加固 当e0/h0.3时， 1.2； 当e0/h0.3时， 1.3；,相关构造要求,新增砼层最小厚度，板40mm，梁柱采用人工浇注时60mm，采用喷射砼施工时50mm。 加固用的钢筋应采用热轧钢筋。板受力筋直径8mm；梁受力筋直径12mm；柱受力筋直径14mm，加锚式箍筋直径8mm；u形箍筋直径与原箍筋相同；分布钢筋直径6mm.,连接短筋l15d，短筋中距l2500mm，新增钢筋与原钢筋净距20mm,【例题】 某单筋矩形截面梁，c30砼，截面尺寸及配筋情况如图。现因楼面使用功能改变，楼面活载由原2.0kn/m2增至6.0kn/m2。经计算框架梁跨中最大弯矩由原标准值950.10kn.m增至1232kn.m（设计值1540.01kn.m）。请用加大截面法对跨中截面进行加固设计。,解: 1、按梁原设计条件验算梁承载力,2、计算加固所需钢筋量,原截面,加固后截面,锚入梁两端柱,新增箍筋与原箍筋焊接,【例题】某轴心受压柱，截面尺寸bh=400400,计算高度h0=5000mm,混凝土强度等级为c30,截面纵向受力钢筋配置820,因加固改造,柱需承受的荷载增至5600kn。试用加固大截面法对该柱进行加固设计。,解：采用c35砼，hrb400级钢筋进行四面围套加固，加固后柱截面尺寸为b=550,h=550。,加固柱纵向受力筋选用1025,hrb400级钢筋,对称布置， 实配as=4906mm2。,(2)、加固偏心受压构件,矩形截面偏心受压构件加固计算简图 注:当为小偏心受压时,图中 可能变向,5.2.3 置换混凝土加固法,基本规定,适用范围：承重构件受压区砼强度偏低或有严重缺陷的局部加固。 卸载要求 加固梁式构件，加固时应采取有效支顶； 对于柱和墙，应进行原构件全过程承载力状态验算、观测和控制，置换截面不应出现拉应力，否则应采取有效支顶措施。 原砼要求：不低于建造时的混凝土强度(现场检测结果) 界面处理和粘结质量要求：符合规定其结合面可按整体工作,轴压构件加固计算,无支顶时取0.8，有有效支顶时取1.0。,偏压构件加固计算,偏压构件加固计算,受弯构件加固计算,受弯构件加固计算,问题：相对受压区高度与混凝土设计规范是否相同？,上述计算相当于现行规范的t型截面的计算,相关构造要求,置换砼强度等级：应比原构件砼强度等级提高一级，且不低于c25 (不宜过高，以免产生销栓效应) ； 置换砼层最小深度：板40mm，梁柱采用人工浇注时60mm，采用喷射砼施工时50mm（确保置换混凝土的密实性）； 置换长度：应按混凝土强度和缺陷的检测及验算结果确定，但对于非全长置换情况，其两端应分别延伸100mm； 置换位置：置换部分应位于受压区内，且应根据受力方向，将有缺陷的砼剔除；剔除位置应在沿构件整个宽度的一侧或对称的两侧；不得剔除截面的一隅(避免不对称剔除，造成截面受力不均匀或传力偏心)。,5.2.4 外加预应力加固法,一般规定,适用范围：梁板柱和桁架的加固（适用范围很广，加固方法多） 原构件截面偏小或需要增加其使用荷载 原构件需要改善其使用性能 原构件处于高应力、高应变状态，且难以直接卸除结构上的荷载 原砼强度要求：符合规范对预应力砼强度的要求 防锈蚀处理：新增的预应力拉杆、缀板、紧固件和锚固件应进行可靠的防锈处理。 环境温度要求：长期使用的环境温度不应高于60 防火要求：符合建筑防火设计规范对预应力构件及其连接防护,一般规定,一般规定,直线式拉杆,下撑式拉杆,双侧撑杆,预应力水平拉杆加固法,1 估算预应力水平拉杆的总截面面积,2 新增外载作用下拉杆作用效应增量计算,产生原因：构件加固后，外荷载增加。由于水平拉杆与原构件形成超静定结构，故水平拉杆应力将随外荷载的增加而增大。这种在新增荷载作用下水平拉杆轴力增加量称为水平拉杆产生的作用效应增量。 计算方法：将预应力拉杆和梁视为组合结构，利用结构力学分析方法，计算加固后新增外荷载在预应力拉杆中产生的作用效应增量n。,2 新增外载作用下拉杆作用效应增量计算,(1) 新增外载引起的水平拉杆变形增量,新增荷载作用下，构件产生挠曲变形，构件端部产生转角，由此引起水平拉杆的轴向变形增量q,为新增荷载产生的梁端转角之和，可通过材料力学计算得到。,(2) 偏心反作用(弯矩)引起的水平拉杆变形增量,新增荷载作用下，水平拉杆将产生轴向力变化n，由于该值偏心作用于构件端部，将产生弯矩cn，由此将产生水平拉杆的轴向变形增量m。,ecic为原构件的抗弯刚度，l为构件的计算长度。,(3) 构件反作用压力引起的水平拉杆变形增量,新增荷载作用下，水平拉杆将产生轴向力变化n，该力反作用于构件，产生轴向压力n，由此将产生水平拉杆的轴向变形增量n。,新增轴力引起水平拉杆的总轴向拉伸变形,新增荷载作用下，水平拉杆将产生轴向拉力n，该力产生水平拉杆的轴向拉伸变形增量。,epap为水平拉杆的弹性模量和截面面积。,利用变形协调条件确定拉杆作用效应增量,3 确定并验算水平拉杆施加的预应力值,按混凝土结构设计规范规定控制张拉应力并计入预应力损失。 按下式计算确定水平拉杆施加的预应力值,4 承载力验算,钢筋砼受弯构件采用预应力水平拉杆加固后，由原来的受弯构件，变为偏心受压构件。按现行砼结构设计规范验算被加固梁在跨中和支座截面的偏心受压承载力，以及支座附近的斜截面受剪承载力。其中应将水平拉杆的内力作为外力施加到梁上。如果加固后梁的承载力不能满足要求，可增加拉杆的面积或采用其他加固措施。 注意：采用预应力水平拉杆加固，降低跨中截面弯矩效应的同时，增加了其他截面负弯矩效应。故在设计时，尚应根据构件支撑情况和受力特点验算支座等截面承载力,(1) 正截面承载力验算(按偏压构件进行),(1) 斜截面承载力验算(按偏压构件进行),由于水平拉杆对构件产生的压力作用，抗剪承载力将会提高。加固后构件抗剪承载力由原构件的抗剪承载力及水平拉杆的压力作用对斜截面抗剪的提高之和。,5 水平拉杆的预应力施加方法,(1) 水平拉杆无撑棍横向一点收紧的横向张拉量h,(2) 水平拉杆有撑棍横向一点收紧的横向张拉量h,(3) 水平拉杆横向有撑棍两点收紧的横向张拉量h,对于水平拉杆横向有撑棍多点收紧的横向张拉量也可以通过上式计算得到。,预应力下撑式拉杆加固法,预应力下撑式拉杆加固法的计算步骤与水平拉杆相同,1 估算预应力下撑式拉杆的截面面积,2 新增外载作用下拉杆中部水平段作用效应增量n,采用结构力学的力法计算拉杆作用效应增量,3 确定并验算水平拉杆施加预应力值,按混凝土结构设计规范规定控制张拉应力并计入预应力损失。 按下式验算确定水平拉杆施加的预应力值,4 承载力验算,钢筋砼受弯构件采用预应力水平拉杆加固后，由原来的受弯构件，变为偏心受压构件。按现行砼结构设计规范验算被加固梁在跨中和支座截面的偏心受压承载力，以及支座到拉杆弯折处的斜截面受剪承载力。其中应将下撑式拉杆的内力作为外力施加到梁上。如果加固后梁的承载力不能满足要求，可增加拉杆的面积或采用其他加固措施。,4 承载力验算,（1）偏心受压承载力计算与前述水平拉杆的计算方法相同 ； （2）斜截面抗剪承载力应考虑拉杆斜段对抗剪承载力的提高作用。,5 预应力施加方法,机张法、电热法、横向收紧法和竖向张拉法。当采用千斤顶或电热法张拉时，施工时的控制量和水平拉杆加固法相同。,(1) 横向收紧法,5 预应力施加方法,(2)竖向收紧法,5 预应力施加方法,(2)竖向收紧法,加固梁挠度的计算,预应力拉杆加固桁架,1 计算在设计荷载作用下原桁架各杆件的作用效应n1i； 2 根据主要受力杆件（下弦杆）的拉力值及截面承载力nui的差值，估算预应力拉杆的总截面面积ap,est； 3 选定预应力拉杆的总截面面积和应施加的预应力值，初步确定拉杆预应力值nppap，并将其作为外力，计算其在桁架各杆件中的作用效应n2i； 4 将1、3步内力叠加得到ni，验算各杆件承载力，必要时还要验算其抗裂度和桁架挠度等，若不符合混凝土结构设计规范的要求，应相应增大拉杆截面ap或者预应力p的大小或改变拉杆布置方式。并重复24项计算和比较，直到所有杆件均满足要求为止。,预应力双侧撑杆加固法(轴压柱),预应力双侧撑杆加固法(轴压柱),施工控制量应按采用的施加预应力方法计算 (1) 当采用千斤顶、楔子等进行竖向顶升安装撑杆时，顶升量,预应力双侧撑杆加固法(轴压柱),施工控制量应按采用的施加预应力方法计算 (2) 当用横向张拉安装撑杆时，横向张拉量,实际弯折撑杆肢时，宜将长度中点处的横向弯折量取为h(3-5)mm，但施工时只收紧h，使撑杆处于预压状态。,预应力单侧撑杆加固法(弯矩不变号偏压柱),5.2.5 外粘型钢加固法,一般规定,适用范围：需要大幅度提高截面承载力和抗震能力的钢砼梁柱加固 粘结要求：采用改性环氧树脂胶粘剂灌注； 计算假定：加固后承载力和截面刚度按整截面计算，刚度ei近似值,轴压构件加固计算,按加固后截面尺寸确定 的轴压构件稳定系数,新增型钢强度利用系数 取0.9(抗震取1.0),新增型钢抗压 强度设计值,全部受压肢型钢 截面面积,偏压构件加固计算,或近似取,受弯构件加固计算,采用外粘型钢加固混凝土梁时，应在梁截面的四隅粘贴角钢，若梁的受压区有翼缘或楼板时，应将梁顶面两隅的角钢改为钢板。其正截面和斜截面承载力可以按照粘贴钢板加固法的方法进行计算，但是应将对应钢板截面面积改为角钢截面面积。,5.2.6 粘贴纤维复合材加固法,原理、优点和粘贴方式,原理：利用胶结材料将纤维复合片材粘贴于构件表面，达到补强加固改善受力性能的目的。 主要优点 高强高效：纤维复合材物理力学性能优异，抗拉强度为钢材十几倍，利用其高强度、高模量特点来提高结构承载力和延性； 耐腐蚀性和耐久性：化学性质稳定，不与酸碱盐等化学物质发生反应； 不增加自重和体积：质量轻厚度薄； 适用面广：加固不规则或表面不平整构件具有明显优势。,原理、优点和粘贴方式,粘贴方式 梁板受拉区粘贴纤维复合材进行受弯加固； 采用封闭式粘贴、u形粘贴或侧面粘贴对梁柱受剪加固； 采用封闭式粘贴对柱进行抗震加固； 有可靠依据时，纤维复合材也可用其它形式或受力砼构件加固；,一般规定,适用范围：钢砼受弯、轴压、大偏压构件，不适于小偏压构件、素砼构件和最小配筋率低于规范规定的构件（纤维增强材料仅适合于承受拉力的作用，小偏压的纵向受拉钢筋本身就不屈服，用粘贴纤维复合材的方法将造成材料的浪费） 原砼要求：不低于c15，且砼表面的正拉粘结强度不低于1.5mpa（防止剥离破坏） 纤维受力方式：仅受拉 表面防护要求：不得直接暴露在阳光和有害介质中，纤维复合材应进行防护处理。表面防护材料应对纤维和胶粘剂无害，且应与胶粘剂有可靠的粘结及相互协调的变形性能（延缓材料老化） 环境要求：温度不应高于60；对于特殊环境(高温、高湿、侵蚀、放射等)的混凝土结构加固应采取相应防护措施,一般规定,纤维复合材要求：设计计算指标(见下表) 防火要求：符合防火设计规范的要求(粘结剂一般可燃) 卸载要求：全部或大部卸除结构活荷载(减少应变滞后，发挥材料性能) 加固量：受弯承载力提高幅度不应超过40,并保证受剪破坏后于受弯破坏(保证截面加固后的裂缝宽度和变形，并实现“强剪弱弯”的原则) 。,一般规定,碳纤维复合材设计计算指标,一般规定,玻璃纤维复合材(单向织物)设计计算指标,受弯构件正截面加固计算,计算基本假定(关键：平截面假定是否符合？) 砼结构设计规范受弯承载力计算基本假定(四条) 平截面假定确定纤维复合材拉应变，但不超过片材允许拉应变 考虑二次受力影响时，按加固前初始应力状态确定纤维复合材应变滞后 纤维复合材应力应取碳纤维片材弹性模量与拉应变的乘积 纤维复合材应力与砼之间不发生粘结剥离破坏,平截面假定在这里应用并不理想，但是目前试验条件不足以改变！,受弯构件正截面加固计算,加固梁破坏形态 超筋破坏：受拉纤维复合材屈服前受压砼被压坏(纤维复合材配置过量) 适筋破坏：钢筋屈服，纤维复合材达极限拉应变，受压砼被压坏 复合材