第5章 加固技术

1、1 1、概、概 述加固改造的必要性述加固改造的必要性1.1 结构加固改造的原因1.1.1 结构的缺陷 计算模式 理论计算和实际的差异 环境作用 环境对材料的物理、化学作用 导致材料的老化、性能减弱。 人为因素 设计、施工和使用不当 意外灾害 风、火、水、地震等 规范修订 标准的提高1 1、概、概 述加固改造的必要性述加固改造的必要性1.1.2 建筑业发展的趋势 建筑业的发展大致可以分为三个时期： 战后重建(新建) 规模大、标准低 新建与维修改造并重 以维修改造为重点 现有建筑的规模和功能不能满足要求； 新建费用高、时间长； 改造工期短，投资少，效益高。 对建筑业来说，21世纪是维修改造的世纪！

2、1 1、概、概 述加固改造的基本原则述加固改造的基本原则全面了解原有结构及结构材料减少对原有结构的损伤尽量利用原有结构的承载能力结构方案应技术可靠、经济合理、方便施工加固时，加强对原结构检查，随时消除隐患。1 1、概、概 述加固方法及选择述加固方法及选择一、直接加固法：直接提高构件截面承载力等加大截面加固法：用同种材料进行加固外包（钢）加固法：用高强度材料(钢)进行加固预应力加固法：用预应力使体外材料参与受力辅助结构加固法：用其它构件与其形成组合结构外部粘贴加固法：用胶把钢板纤维等粘在其表面1 1、概、概 述加固方法及选择述加固方法及选择二、间接加固法：改变传力途径，减少荷载效应增设构件加固法

3、:在原构件间增加新构件，减少原有结构的受 荷面积增设支点加固法:在梁、板、柱等构件上增设支点，减少计算 长度增加结构整体性加固法:通过支撑等构造措施使多个构件形 成整体改变结构刚度比加固法:改变刚度比，调整结构的内力分布。其他加固法: 1 1、概、概 述加固改造涉及内容述加固改造涉及内容1.2 加固改造设计的技术内容1.2.1 结构现状的可靠性评价 现有建筑结构（材料）寿命的预测 结构（构件）残余承载力的分析 结构体系的检查 结构材料的检测 现有房屋的鉴定方法和标准1 1、概、概 述加固改造涉及内容述加固改造涉及内容1.2.2 结构加固改造方法的研究 加固材料原材料、新材料及性能 连接方法保证

4、发挥功效 新旧材料的共同工作性能 基本思想卸载、补强 计算理论 1 1、概、概 述加固改造涉及内容述加固改造涉及内容1.2.3加固改造后结构体系的分析 加固改造后结构的组成 新旧体系的共同工作 对原有结构（构件）的要求 对新增结构（构件）的要求1 1、概、概 述加固改造涉及内容述加固改造涉及内容1.2.4加固方案的（评价）确定 没有不可加固的结构， 没有包打天下的加固方法，适才适用！方案可行性分析时应考虑： 安 全 性 施工和使用期间的安全 施工方便 工期、施工难度 适 用 性使用要求、环境要求、空间要求等 经 济 性 2.12.1用加大截面法加固混凝土梁用加大截面法加固混凝土梁一、受压区加现

5、浇砼层加固法1、方法：在钢筋砼受弯构件受压区加砼现浇层2、原理：增加截面有效高度，扩大截面面积2.12.1用加大截面法加固混凝土梁用加大截面法加固混凝土梁3、效 果：提高截面抗弯、抗剪能力和刚度4、受力特点：同二阶段受力叠合受弯构件5、计算方法：同叠合受弯构件6、注意问题：新旧部分连接；材料强度不同； 叠合面抗剪承载力。7、设计思路： 确定现浇砼层厚度验算正截面承载力并确定受压钢筋的数量判断结果是否合理验算斜截面和叠合面承载力。 2.12.1用加大截面法加固混凝土梁用加大截面法加固混凝土梁二、增大主筋面积加固法1、方法及原理：增大受拉主筋面积2、效果 ：提高构件正截面抗弯能力和截面刚度 新加钢

6、筋连接短筋作用下作用下2.12.1用加大截面法加固混凝土梁用加大截面法加固混凝土梁3、受力特点 加固时：二次受力构件，新加钢筋 的应力和应变均滞后于原钢 加固后：属一次受力构件，新加钢筋 与原钢筋应力应变将同步发展4、计算方法 ：近似地按照一次受力构件计算 应考虑二次受力和二次施工引起的新加钢筋强度不能充分发挥，对新加钢筋强度进行折减。5、注意的问题：界线破坏受压区高度系数b6、设计思路：确定加固范围计算新增钢筋面积 构造措施 2.12.1用加大截面法加固混凝土梁用加大截面法加固混凝土梁三、受拉区加现浇砼围套加固法1、方法 受拉区加现浇砼围套2、原理 增加截面有效高度作用下作用下2.12.1用

7、加大截面法加固混凝土梁用加大截面法加固混凝土梁3、效 果：提高截面抗弯、抗剪能力和截面刚度4、受力特点：同增大主筋面积加固梁5、计算方法：同增大主筋面积加固梁6、注意问题：界线破坏受压区高度系数b”； 原纵筋加固后在新载下其应力发展较慢7、设计思路 初步确定加固截面尺寸确定新增钢筋面积 验算斜截面承载力加固方案是否满足要求，否则修改截面尺寸或采用其它加固方法 2.22.2用加大截面法加固混凝土柱用加大截面法加固混凝土柱一、轴心受压(小偏心)柱构件1、方法 在被加固柱周边，新浇钢筋混凝土 保证其可靠连接2、原理增加截面尺寸和配筋量2.22.2用加大截面法加固混凝土柱用加大截面法加固混凝土柱3、应

8、力特点及计算方法（1）承载力组成： 原柱和新加部分（2）二次受力：原柱应变高于新加部分（3）原柱达到极限时：新加部分不会充分发挥（4）利用程度与加固时原柱的应力水平有关 原钢筋原混凝土新加混凝土新加钢筋2.22.2用加大截面法加固混凝土柱用加大截面法加固混凝土柱4、新加材料强度利用率 （1）砼 令： 根据本构关系得（2）钢筋 ccf10ccccff()2 11sccscccscsEEE()()01100011scsyEf110荷载水平利用率利 用 率荷 载 水 平2.22.2用加大截面法加固混凝土柱用加大截面法加固混凝土柱二、大偏心受压构件1、方法和原理同轴心受压柱构件2、计算方法近似按一次成

9、型的计算方法， 应考虑新加材料强度折减。3、新加材料利用率高于轴压构件2.22.2用加大截面法加固混凝土柱用加大截面法加固混凝土柱构造要求： 加固板厚度不小于40mm； 加固梁柱厚度不小于60mm； 强度等级宜比原构件混凝土强度等级提高一级； 谷料最大粒径不宜大于20mm。2.22.2用加大截面法加固混凝土柱用加大截面法加固混凝土柱施工要求： 原构件表面应凿毛，深度不宜小于6 mm，清除酥松混凝土至密实部位。 采用三面或四面外包加固梁柱时，应将梁、柱的棱角敲掉； 在施工前应尽量采用临时预应力顶撑进行卸荷； 钢筋焊接应逐根分区分段分层进行，以减少钢筋的热变形。2.32.3用外包钢法加固混凝土柱用

10、外包钢法加固混凝土柱一、湿式外包钢加固柱计算方法（1）假设外包钢与原构件共同工作，近似按两次成型的一次受力构件计算（2）应考虑实际二次受力的影响，对外包型钢的强度予以折减，折减系数取0.9。 胶结材料缀板角钢保护材料2.32.3用外包钢法加固混凝土柱用外包钢法加固混凝土柱二、干式外包钢加固柱计算方法 （1）设两部分完全独立工作 （2）按组合构件计算。2.32.3用外包钢法加固混凝土柱用外包钢法加固混凝土柱原 基 础钢 混 围 套刚 性 地 坪角 钢缀 板2.42.4用钢材加固混凝土梁用钢材加固混凝土梁一、粘钢加固法1、方法在构件承载力不足区段表面粘钢板2.42.4用钢材加固混凝土梁用钢材加固混

11、凝土梁2、计算方法按同类按钢筋砼构件的方法计算3、注意问题钢板强度的利用率？钢板的应变滞后？钢板的锚固4、构造 （1）适用环境：温度60C，相对湿度70%， 无化学腐蚀，静力作用。 基层混凝土强度等级不应低于C15 。（2）材 料：Q235钢板，厚度26mm，愈厚锚固长度愈长， 且愈硬，不易粘贴。（3）钢板表面须用M15水泥砂浆抹面，其厚度，对于梁不应 小于20mm，对于板不应小于15mm。 混凝土与钢板表面处理加固构件卸荷（千斤顶顶升）粘结剂配制涂胶粘贴固定、加压固化卸支撑检验防腐、粉刷(1)粘贴钢板加固施工工艺流程5. 施工要求 (2) 混凝土表面处理用硬毛刷沾高效洗涤剂除垢,后用清水冲洗

12、，再对粘合面进行打磨，至完全露出新面，用压缩空气吹除粉粒。如混凝土表面不是很脏很旧，则可直接对粘合面进行打磨，冲洗，待完全干燥后用丙酮擦拭表面。对于龄期在3个月以内，或湿度较大的混凝土构件，尚需进行人工干燥处理。（3）钢板处理除锈和粗糙处理。可用喷砂、砂布或砂轮打磨，直至出现金属光泽。打磨纹路应与钢板受力方向垂直。（4）构件支撑卸荷粘贴钢板前，应对加固构件进行卸荷。如采用千斤顶顶升方式卸荷。顶升荷载以梁顶面不出现裂缝为准。（5）钢板粘贴同时在钢板和混凝土表面涂抹13mm厚的结构胶，中间厚，边缘薄。钢板粘贴好后，立即用夹具夹紧，或用支撑固定，并适当加压，以使胶液刚从钢板边缝挤出为度。（6）固化与

13、防腐常温下固化，保持20以上，24小时即可拆除夹具和支撑，3天可受力使用。加固后，钢板表面应粉刷水泥砂浆保护。为利于砂浆粘结，可粘一层铅丝网或点粘一层豆石。2.42.4用钢材加固混凝土梁用钢材加固混凝土梁二、外包钢加固法1、方法把型钢或钢板包在构件的外边， 有湿式和干式两种外包法2、原理及效果增大受拉和受压钢截面面积， 正截面承载力和截面刚度大幅度提高2.42.4用钢材加固混凝土梁用钢材加固混凝土梁3、受力特点及计算方法（1）采用湿式外包钢加固： 受力与粘钢加固相似，可按整截面构件计算 应考虑外包钢与被加固构件协同工作程度（2）采用干式外包钢加固： 一般不采用 钢部分应独立形成构件 按照钢构件

14、和混凝土构件独立工作 根据刚度分配承担的外力。2.52.5用预应力法加固混凝土梁用预应力法加固混凝土梁一、预应力水平拉杆加固法1.方法受拉区增设预应力拉杆。2.原理拉杆内产生轴向拉力 在构件中产生偏心受压作用 受弯构件变成偏心受压构件 偏心作用克服了部分外荷载效应。2.52.5用预应力法加固混凝土梁用预应力法加固混凝土梁3.效果提高抗弯能力和斜截面抗剪承载力。4.受力特点 （1）当水平拉杆与构件紧密贴合时拉杆与构件共同挠曲，类似与后张预应力砼构件 （2）当水平拉杆与构件贴合不紧密时 拉杆不能与构件共同挠曲，其应力增量小5.计算方法 原构件与水平拉杆组成复合超静定结构体系 根据变形协调条件求解内

15、力 按偏心受压构件方法计算截面承载力。 2.52.5用预应力法加固混凝土梁用预应力法加固混凝土梁6.水平拉杆拉力 由预应力和新增荷载产生的拉力组成: N=Ap（pl）N N水平拉杆作用效应增量,包括：（1）新增外荷载引起的变形q （2）水平拉杆偏心反作用弯矩引起的变形M （3）水平拉杆反作用压力引起的变形N（4）水平拉杆轴向拉伸变形p2.52.5用预应力法加固混凝土梁用预应力法加固混凝土梁q=AB = c(sinA+ sinB) =c(A+ B) M=AB =c(sinAM+ sinBM) =c(AM+ BM) 上述变形应满足： =qMN lAENccNlAENppp2.52.5用预应力法加固

16、混凝土梁用预应力法加固混凝土梁预应力水平拉杆加固梁截面计算简图预应力水平拉杆加固梁截面计算简图2.52.5用预应力法加固混凝土梁用预应力法加固混凝土梁7.预应力的施加方法:机张法、电热法和横向收紧法横向收紧张拉时，横向收紧量H(1)无撑杆一点收紧 (2)有撑杆一点收紧 (3)有撑杆两点收紧 ppplHllE12211HlElEpppp121122()ppplHllE12212HlElllalEpppp112112112 1()()ppplHllE12211HlElEpppp121112()2.52.5用预应力法加固混凝土梁用预应力法加固混凝土梁8.设计思路 (1)确定拉杆的截面面积。 (2)根

17、据偏压构件计算拉杆轴向拉力N (3)计算水平拉杆作用效应增量N (4)确定水平拉杆预应力值p，应满足： (5)验算斜截面承载力 (6)判断合理性，否则修改方案。AMMh fpupy0101plppNANApppyNAf12.52.5用预应力法加固混凝土梁用预应力法加固混凝土梁二、预应力撑杆加固法1、方法外包钢构架加预应力。2、原理预应力导致荷载转移，缓和原柱的应力3、适用性适用受压不足的小偏心受压构件。4、计算方法按二次制作一次受力构件计算（1）湿式联结时，按整截面构件计算；（2）干式联结时，按撑杆和原柱的刚度比例分配计算。2.52.5用预应力法加固混凝土梁用预应力法加固混凝土梁5、撑杆预应力

18、的确定（1）目的：是保证撑杆与被加固构件共同工作（2）预压应力值不必过大。应满足： 6、预应力的施加方法 横向收紧法： ppyf14张拉螺栓补强板角钢撑杆被加固柱剖口箍板角钢撑杆2.52.5用预应力法加固混凝土梁用预应力法加固混凝土梁已施加预应力图5-9 预应力撑杆加固框架柱传力角钢加宽箍板角钢撑杆未施加预应力被加固柱 张拉螺栓工具式横向安装螺栓箍板 张拉螺栓箍板安装螺栓已施加预应力箍板传力顶板未施加预应力被加固柱传力顶板角钢撑杆传力角钢角钢撑杆工具式横向加宽箍板短角钢2.52.5用预应力法加固混凝土梁用预应力法加固混凝土梁三、预应力下撑式拉杆加固法1.方法由构件和下撑式拉杆组成的复合体系2.

19、原理拉杆轴向力传递给被加固构件 抵消部分外荷载,使构件变成偏压构件拉杆垫棒垫棒2.52.5用预应力法加固混凝土梁用预应力法加固混凝土梁3.截面内力(1)外荷载效应(2)拉杆产生的附加效应4.计算方法按砼偏心受压构件 2.52.5用预应力法加固混凝土梁用预应力法加固混凝土梁5.作用效应增量的计算 按结构力学的方法计算 把拉杆视为多余约束解除 代之多余力N 按力法方程得Np 1112.52.5用预应力法加固混凝土梁用预应力法加固混凝土梁6.预应力施加（1）横向收紧时H计算 简化假设：水平段与斜段轴力相等实际：由于摩擦力存在，水平段上要大于计算值 斜段上要小于计算值pppLHLLaE（2222222

20、2)/ cosHLEaLpp22221211(cos)HLEaLpp222212(cos)2.52.5用预应力法加固混凝土梁用预应力法加固混凝土梁（2）用梁侧竖向张拉时，张拉量1和2计算 几何关系 ab和bc尚应满足：解得 张拉前位置张拉后位置ablVl()()22121bc 22ablbclEpp12222ppEl221112(cos)sinlllEpp2.52.5用预应力法加固混凝土梁用预应力法加固混凝土梁7.设计思路(1)初步确定拉杆截面面积(2)按构件承载力要求确定N(3)计算拉杆作用效应增量N(4)确定对下撑式拉杆施加的预应力值pplppNANApppyNAf1（c）（a）钢套钢套钢

21、套挡块与纵筋焊接（b）穿孔螺栓钢套（d）预应力拉杆乳胶水泥膨胀螺栓外挡块套管侧锚固板垫板内挡板撑棍外挡块撑棍套管侧锚固板预应力拉杆膨胀螺栓图5-17 预应力拉杆弯折处构造图5-11. 预应力拉杆横向张拉横向收紧装置（a）预应力拉杆撑杆撑杆（b）预应力拉杆撑杆横向收紧装置梁底面梁底面预应力拉杆图5-12. 预应力拉杆竖向张拉竖向收紧装置活动横梁丝杆张拉器梁侧面预应力拉杆弯钩螺栓梁断面2.62.6外贴纤维加固混凝土梁外贴纤维加固混凝土梁一、外贴纤维加固法1、方法：用胶结材料把纤维贴于构件的受拉区域2、原 理：利用纤维抗拉能力3、纤维复合材料（1）形成：把高性能纤维织物，如碳纤维、玻璃纤维等，放置在

22、树脂基材上，胶合凝固后形成的（2）纤维：用纱结合而成，可以是单一方向的，也可以是不同方向的，它决定了复合材料的结构特性。（3）树脂：粘结介质，传递分布纤维间的应力， 保证其形成整体均匀受力 2.62.6外贴纤维加固混凝土梁外贴纤维加固混凝土梁（4）性能：强度重量比高，抗疲劳强度高，耐久能力强 可任意形成复杂形状 应力应变关系为线性，应力达到强度时断裂4、受弯加固构件（1）受力全过程： 不产生粘结滑移时：弯矩曲率关系基本呈线形变化；局部粘接破坏时：局部粘结破坏前，基本呈线性，然 后，随着粘接破坏发展，截面曲率发 展很快。 2.62.6外贴纤维加固混凝土梁外贴纤维加固混凝土梁（2）截面破坏特征特征

23、：纤维拉断或混凝土压碎（3）延性无论哪种破坏延性大幅度降低，由于纤维脆性，破坏有突然性 2.62.6外贴纤维加固混凝土梁外贴纤维加固混凝土梁5、受剪加固构件（1）加固形式：封闭箍、U形箍、双L形箍 梁侧垂直或倾斜的板(布)条（2）破坏形式：锚固和纤维拉断破坏，均是脆性的（3）应力特点：绝大部分纤维未达到极限强度 斜截面应力分布不均匀。 2.72.7混凝土梁的增设支点加固法混凝土梁的增设支点加固法一、增设支点加固法1、方法增设支点 （1）刚性支点加固 （2）弹性支点加固支柱被加固梁节点包套斜撑杆被加固梁加固梁被加固梁拉杆被加固梁协同受力梁（2）加固后截面内力的组成及计算a 加固前内力 按原支撑条件计算