混凝土结构加固设计T228

3.2混凝土梁、板加固设计

3.2.1混凝土梁、板承载力不足的原因及表现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碎迹象等。3.2.1.1梁、板承载力不足的原因1.施工方面原因钢筋少配或误配。施工中，材料使用不当或失误是造成建筑物承载力不足的又一原因。随意用光圆钢筋代替变形钢筋；使用受潮或过期水泥；未经设计或验算，随便套用其它混凝土配合比；砂、石中的有害物质含量太大等，都将影响构件质量,导致承载力不足。最近笔者遇到多个工程，在竣工使用四、五年之后，发现梁、板多处爆裂，查其原因是碱骨料反应或骨料中含有害杂质方镁石（）等，方镁石吸水生成水镁石（）时体积膨胀，导致混凝土爆裂。2.设计方面原因引起梁、板等受弯构件承载力不足的原因，在设计方面最主要的原因是计算简图与梁、板实际受力情况不符合，或者荷载漏算、少算等。3.使用方面原因使用过程中严重超载；改变使用功能；4.其他原因（l）地基的不均匀沉降，产生附加应力。（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3.2.1.2正截面破坏特征适筋梁超筋梁少筋梁图3-l为超筋梁、适筋梁和少筋梁的挠度与荷载关系曲线。在加固梁、板之前，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。加固方法选用本节所述的在拉区增补钢筋的方法,包括粘贴钢板。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，裂缝处钢筋应力愈高。用本节中所述的各种方法，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，由于在拉区进行加筋补强不起作用，因此必须采用加大截面的办法或采用增设支点的办法进行加固。3.2.1.3斜截面破坏特征梁的斜截面抗剪试验表明，斜裂缝有两种情况，一种是在构件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,常发生于T形、工形等腹板较薄的梁。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。当箍筋的数量适当时，斜裂缝出现后，箍筋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一条主要的斜裂缝（称为“临界斜裂缝”）。临界斜裂缝形成后，梁还能继续增加荷载。腹剪－多发生于薄腹梁中箍筋过多箍筋适当箍筋太少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、截面尺寸和箍筋数量。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的。

当箍箍筋筋的的配配置置数数量量过过少少时时，，斜斜裂裂缝缝一一旦旦出出现现，，箍箍筋筋承承担担不不了了原原来来由由混混凝凝土土所所负负担担的的拉拉力力，，箍箍筋筋应应力力立立即即达达到到并并超超过过屈屈服服点点，，并并产产生生脆脆性性的的斜拉拉破破坏坏。综上上所所述述，，配配置置箍箍筋筋的的多多少少，，决决定定了了梁梁的的剪剪切切破破坏坏形形态态。。配配置置箍箍筋筋的的数数量量，，在在规规范范中中有有明明确确的的界界限限。。（l）配配置置箍箍筋筋的的上上限限（（最最大大配配箍箍率率））为为（））（（3.4）当箍箍筋筋数数量量较较多多，，即即梁梁的的截截面面尺尺寸寸已已不不符符合合式式（（3.4）的的条条件件时时，，增增加加的的腹腹筋筋不不能能充充分分发发挥挥作作用用，，即即梁梁剪剪坏坏时时，，附附加加箍箍筋筋的的应应力力达达不不到到屈屈服服强强度度。。遇遇到到这这种种情情况况时时，，应应采采用用增增大大截截面面法法进进行行加加固固。。对于于薄薄腹腹梁梁等等斜斜裂裂缝缝开开展展较较大大的的构构件件，，上上述述条条件件还还应应控控制制严严一一些些，，即即式式（（3.4）应应为为（））（（3.5）（2）配配置置箍箍筋筋的的下下限限（（最最小小配配箍箍率率））为为(3.6)当配配箍箍率率小小于于式式（（3.6）时时，，梁梁一一旦旦出出现现斜斜裂裂缝缝，，箍箍筋筋立立即即达达到到屈屈服服强强度度，，不不再再能能阻阻止止斜斜裂裂缝缝的的开开展展，，导导致致突突然然的的斜斜拉拉破破坏坏。。对对于于这这种种构构件件，，宜宜采采用用增增加加箍箍筋筋的的办办法法进进行行加加固固。。当配配箍箍率率在在上上下下限限之之间间，，偏偏于于下下限限时时，，宜宜优优先先采采用用增增配配腹腹筋筋的的办办法法加加固固；；当当配配筋筋率率偏偏于于上上限限时时，，宜宜以以增增大大截截面面为为主主，，同同时时加加配配一一定定数数量量的的箍箍筋筋。。3.2.2增大大截截面面加加固固法法3.2.2.1概述述混凝凝土土梁梁、、板板当当其其承承载载力力相相差差较较大大，，且且其其刚刚度度也也不不满满足足要要求求时时，，采采用用加加大大截截面面来来加加固固较较为为有有效效。。梁梁、、板板采采用用加加大大截截面面法法加加固固时时，，可可根根据据原原构构件件的的受受力力性性质质，，构构造造特特点点和和现现场场条条件件，，选选用用三三面面加加厚厚、、两两面面加加厚厚或或单单面面加加厚厚等等构构造造形形式式，，如如图图3.2所示示。。图3.2加大大截截面面法法当在在连连续续梁梁（（板板））的的全全长长上上部部补补浇浇混混凝凝土土时时，，后后补补浇浇的的混混凝凝土土在在跨跨中中处处于于受受压压区区，，而而在在支支座座却却处处在在受受拉拉。。当当在在梁梁、、板板下下面面加加厚厚时时，，情情况况正正好好相相反反。。当补补浇浇的的混混凝凝土土处处在在受受拉拉区区，，它它对对补补加加的的钢钢筋筋起起到到粘粘结结和和保保护护的的作作用用；；当当补补浇浇的的混混凝凝土土处处在在受受压压区区时时，，增增加加了了构构件件的的有有效效高高度度，，从从而而提提高高了了构构件件的的抗抗弯弯、、抗抗剪剪承承载载力力，，增增强强了了构构件件的的刚刚度度，，因因此此，，较较有有效效地地发发挥挥了了后后浇浇混混凝凝土土层层的的作作用用，，其其加加固固的的效效果果是是很很显显著著的的。。在实实际际工工程程中中，，在在受受拉拉区区补补浇浇混混凝凝土土层层的的情情况况是是比比较较多多的的。。图图3-2中的的T形梁梁，，原原配配筋筋率率较较低低，，其其混混凝凝土土受受压压区区高高度度较较小小，，因因此此，，在在受受拉拉区区增增补补纵纵向向钢钢筋筋并并补补浇浇混混凝凝土土层层是是提提高高该该梁梁抗抗弯弯承承载载力力的的有有效效办办法法。。又又如如，，阳阳台台、、雨雨篷篷、、檐檐口口板板的的加加固固，，可可在在原原板板的的上上面面（（受受拉拉区区））补补配配钢钢筋筋和和补补浇浇混混凝凝土土。。加固固设设计计时时，，应应验验算算原原构构件件的的应应力力水水平平（（值值）），，若若值值超超出出表表3-1的限限值值，，宜宜在在加加固固前前进进行行卸卸荷荷。。表3-1原构构件件应应力力水水平平限限值值应力种类应力水平限值

轴心受压、斜截面受剪0.70小偏心受压、受扭、局部受压0.75大偏心受压、受弯、受扭、偏心受拉0.80图3.3a所示示为为焊焊接接法法将将补补加加的的U形箍箍焊接接在在原原有有箍箍筋筋上上，，焊焊缝缝长长度度不不小小于于5d（d为U形箍箍直直径径））。。图3.3b所示示为为U形箍箍焊焊接接在在增增设设的的锚锚钉钉上上的的连连接接措措施施。。锚锚钉钉直直径径d不小小于于10mm，锚锚钉钉距距构构件件边边缘缘不不小小于于3d，且且不不小小于于40mm；锚锚钉钉锚锚固固深深度度不不小小于于10d，并并采采用用环环氧氧胶胶泥泥或或环环氧氧砂砂浆浆将将锚锚钉钉锚锚固固于于原原梁梁的的钻钻孔孔内内。。钻钻孔孔直直径径应应比比锚锚钉钉直直径径大大4mm，另另外外也也可可不不用用锚锚钉钉而而用用上上述述方方法法直直接接将将U形箍箍筋筋伸伸进进锚锚孔孔内内锚锚固固。。梁、、板板采采用用加加厚厚截截面面加加固固方方法法，，只只要要采采用用必必要要的的构构造造措措施施和和施施工工工工艺艺，，就就能能确确保保新新旧旧混混凝凝土土整整体体工工作作，，整整体体工工作作比比单单体体的的叠叠加加更更为为有有效效。。为为了了确确保保新新旧旧混混凝凝土土的的整整体体工工作作，，必必须须：：（1）将将原原构构件件与与新新混混凝凝土土粘粘结结部部位位的的表面面凿凿毛毛，具具体体要要求求是是：：板板表表面面不不平平度度大大于于4mm，梁梁表表面面不不平平度度大大于于6mm，并并在在原原构构件件的的浇浇筑筑面面上上每每隔隔一一定定距距离离凿凿槽槽，，以以使使新新浇浇混混凝凝土土形形成成剪剪力力键键。。（2）将将原原构构件件浇浇筑筑面面凿凿毛毛、、冲洗洗干干净净，，并并涂涂覆覆丙丙乳乳水水泥泥浆浆（或或107胶聚聚合合水水泥泥浆浆）），，同同时时浇浇筑筑混混凝凝土土。。丙乳乳水水泥泥浆浆的的强强度度是是普普通通砂砂浆浆强强度度的的2～3倍，，其其配配合合比比及及其其性性能能见见使使用用说说明明书书或或其其它它有有关关资资料料。。107胶聚聚合合水水泥泥浆浆是是在在水水泥泥中中加加入入107胶并并搅搅拌拌后后形形成成的的。。（3）当当在在梁梁上上作作后后浇浇层层时时，，除除按按上上述述两两条条之之一一处处理理原原构构件件表表面面外外，，还还应应在在后后浇浇层层中中加加配配箍箍筋筋及及负负弯弯矩矩钢钢筋筋（（或或架架立立筋筋）），，并并注注意意其其连连接接。。加加固固的的受受力力纵纵筋筋与与原原构构件件的的受受力力纵纵筋筋采采用用短短筋筋焊焊接接，，尤尤其其在在加加固固筋筋的的两两端端及及其其附附近近处处必必不不可可少少。。3.2.2.2计算算方方法法1.受力力特特征征图3.4表示示了了叠叠合合构构件件各各阶阶段段的的受受力力特特征征。。由图图3.4d见，，叠叠合合构构件件的的应应力力图图与与一一次次受受力力构构件件的的应应力力图图有有很很大大的的差差异异，，主主要要表表现现有有以以下下两两点点：：（l）混混凝凝土土应应变变滞滞后后叠合合构构件件与与截截面面尺尺寸寸、、材材料料、、加加荷荷方方式式等等均均相相同同的的整整浇浇梁梁相相比比，，叠叠合合构构件件的的叠叠合合层层是是在在加加固固后后的的荷荷载载作作用用下下才才开开始始参参加加工工作作的的。。因因此此，，叠合合层层的的压压应应变变小小于于对对应应整整浇浇梁梁的的压压应应变变。。这这种种现现象象称称为为““混混凝凝土土压压应应变变滞滞后后””。混凝凝土土压压应应变变滞滞后后带带来来的的结结果果是是在在受受压压边边缘缘的的混混凝凝土土被被压压碎碎时时，，构构件件的的挠挠度度、、裂裂缝缝都都较较整整浇浇梁梁大大得得多多。。（2）钢钢筋筋应应力力超超前前在第第一一阶阶段段受受力力过过程程中中，，由由于于构构件件的的截截面面高高度度较较对对应应整整浇浇梁梁的的截截面面高高度度小小，，所所以以在在弯弯矩矩作作用用下下，，在在原原构构件件上上产产生生的的钢钢筋筋应应力力、、挠挠度度都都较较对对应应的的整整浇浇梁梁构构件件大大得得多多。。叠合构构件的的中和和轴上上移，，使第第一阶阶段受受压区区部分分变为为第二二阶段段受力力过程程中的的受拉拉区。。于是是原受受压区区的压压力对对叠合合构件件的作作用，，相当当于预预应力力构件件中的的预压压应力力作用用，称称为““荷载载预应应力””。荷荷载预预应力力可以以减少少在弯弯矩作作用下下引起起的钢钢筋应应力增增量和和挠度度增量量。尽尽管在在作用下下，钢钢筋应应力和和挠度度增量量都小小于相相应的的整浇浇梁，，但终终因在在作作用用下，，原构构件中中的应应力较较整浇浇梁大大得多多，使使叠合合构件件的钢钢筋应应力、、挠度度和裂裂缝宽宽度在在整个个受力力过程程中，，始终终较相相应的的整浇浇构件件大，，以致致受拉拉钢筋筋的应应力比比整浇浇梁在在低得得多的的弯矩矩作用用下，，就可可能达达到流流限。。这种种现象象称为为“钢钢筋应应力超超前””。2.使用阶阶段钢钢筋应应力的的计算算及控控制由于叠叠合梁梁中钢钢筋应应力的的超前前，有可能能使梁梁的挠挠度和和裂缝缝在使使用阶阶段就就超过过允许许值，，也可可能使使构件件的受受拉钢钢筋在在使用用阶段段就处处在高高应力力状态态，甚甚至达达到流流限。。因此，，验算算使用用阶段段的钢钢筋应应力，，使其其不超超过允允许的的应力力，是是叠合合构件件计算算中的的一个个很重重要的的内容容。在在使用用阶段段，叠叠合构构件受受拉钢钢筋应应力可可按下下式计计算：：(3.7a)(3.7b)(3.7c)－反应应荷载载预应应力影影响的的叠合合特征征系数数。3.承载力力计算算当采用用加大大截面面加固固混凝凝土受受弯构构件时时，可可按现现行国国家标标准《混凝土土结构构设计计规范范》及《混凝土土结构构加固固技术术规范范》的有关关规定定进行行验算算：（1）构件件截面面加大大后，，其相相对界界限受受压区区高度度应应按下下列公公式确确定。。(3.8)(3.9)(3.10)式中：：－计算系系数，，当混混凝土土强度度等级级≤C50，0.8;C80，0.74；C50~C80间，线线性插插入。。－混凝凝土极极限压压应变变，取取0.003；－增钢钢筋位位置处处，按按平截截面假假设的的的初初始应应变值值；当新增增主筋筋与原原主筋筋的连连接采采用短短筋焊焊接时时，可近似似取－加固固前，，受弯弯构件件验算算截面面上原原作用用的弯弯矩标标准值；；－加固固前，，在初初始弯弯矩作作用用下原原受拉拉钢筋筋的应变值值。当在受受拉区区加固固矩形形截面面受弯弯构件件时（（图5.2.3），其其正截截面受受弯承承载力力应按按下式式确定定：（5.2.3-1）（5.2.3-2）（5.2.3-3）式中—构件加加固后后弯矩矩设计计值—新增钢钢筋强强度利利用系系数，，取=0.9；—新增钢钢筋的的抗拉拉强度度设计计值；；—新增受受拉钢钢筋的的截面面面积积；—构件加加固后后和加加固前前的截截面有有效高高度；；—等效矩矩形应应力图图形的的混凝凝土受受压区区高度度，简称混混凝土土受压压区高高度；；—原钢筋筋的抗抗拉、、抗压压强度度设计计值；；——原钢筋筋的抗抗拉、、抗压压强度度设计计值；；——纵向受受压钢钢筋合合力点点至混混凝土土受压压边缘的距距离；；——受压区区混凝凝土矩矩形应应力图图的应应力值值与混混凝土土轴心心抗拉拉压强强度设设计值值的比比值；；当混混凝土土强度度等级级不超超过C50时，取取=1.0；当混混凝土土强度度等级级为C80时，取取=0.94；其间间按线线性内内插法法确定定；——原构件件混凝凝土轴轴心抗抗压强强度设设计值值；——矩形截截面宽宽度；；——构件增增大截截面加加固后后的相相对界界限受受压区区高度度，按按本规规范第第5.2.4条的规规定计计算。。（2）对受受压区区增浇浇叠合合层的的情况况，在在确定定作用用效应应时，，应按按该规规范关关于叠叠合式式受弯弯构件件的规规定执执行。。（3）对受受拉区区加厚厚并加加配筋筋的情情况，，验算算正截截面承承载能能力时时，其其新增增纵向向钢筋筋的抗抗拉强强度设设计值值应乘乘以0.9的强度度利用用系数数。（4）当验验算加加固构构件的的斜截截面受受剪承承载能能力时时，其其新加加混凝凝土和和钢筋筋的强强度利利用系系数，，应分分别取取等于于0.75和0.85，若新新增箍箍筋为为非封封闭的的U型箍，，在计计算受受剪承承载能能力时时，不不应考考虑其其作用用。3.2.2.3构造规规定1.新增混混凝土土的最小厚厚度，加固固板时时不应应小于于40mm，加固固梁时时不应应小于于60mm，用喷喷射混混凝土土施工工时不不应小小于50mm。2.石子宜宜用坚坚硬耐耐久的的卵石石或碎碎石，，其最最大粒径不宜大大于20mm。3.加固板板的受力钢钢筋直直径宜用6～8mm；加固固梁的的纵向向受力力钢筋筋宜用用变形形钢筋筋，钢钢筋最最小直直径对对于梁梁不宜宜小于于12mm；最大大直径径不宜宜大于于25mm；封闭闭式箍箍筋直直径不不宜小小于8mm，U型箍筋筋直径径宜与与原有有箍筋筋直径径相同同。4.加固的的受力力钢筋筋与原原构件件的受受力钢筋间间的净净距不应小小于20mm，并应应采用用短筋筋焊接接连接接，箍箍筋应应采用用封闭闭箍筋筋或U型箍筋筋，并并按照照现行行国家家标准准《混凝土土结构构设计计规范范）对对箍筋筋的构构造要要求进进行设设置。。（1）当加加固的的受力力钢筋筋与原原构件件的受受力钢钢筋采采用短短筋焊焊接时时，短短筋的的直径径不应应小于于20mm，长度度不小小于5d（d为新增增纵筋筋和原原有纵纵筋直直径的的较小小值）），各各短筋筋的中中心距距不大大于500mm（图3.5a）。（2）当用用单侧侧或双双侧加加固时时，应应设置置U型箍筋筋（图图3-5b）。a.U型箍筋筋应焊焊在原原有箍箍筋上上，单单面焊焊缝长长度为为l0d，双面面焊缝缝为5d（d为U型箍筋直径径）。b.U型箍筋可焊焊在增设的的植筋或锚锚钉上，也也可直接植植入锚孔内内（图3.5c），植筋或或锚钉直径径d不应小于10mm，锚钉距构构件边缘不不小于3d，且不小于于40mm，锚钉锚固固深度不小小于10d，并采用环环氧树脂浆浆或环氧树树脂砂浆将将锚钉锚固固于原有梁梁柱的钻孔孔内，钻孔孔直径应大大于锚钉直直径4mm。5.梁的纵向加加固受力钢钢筋的两端端应可靠锚锚固。3.2.2.4施工要求1.加固混凝土土结构的施施工应遵循循下列工序序和原则：：（1）应对原构构件混凝土土存在的缺缺陷清理至至密实部位位，并将表表面凿毛或或打成沟糟糟，沟槽深深度不宜小小于6mm，间距不宜宜大于箍筋筋间距或200mm，被包的混混凝土棱角角应打掉，，同时应除除去浮碴、、尘土。（2）原有混凝凝土表面应应冲洗干净净，浇注混混凝土前原原混凝土表表面应以新新鲜水泥浆浆或其它界界面剂进行行处理。2.对原有和新新设受力钢钢筋应进行行除锈处理理；在受力力钢筋上施施焊前应采采取卸荷或或支撑措施施，并应逐逐根分区分分段分层进进行焊接，，尽量减少少焊接热量量对钢筋的的影响。3.模板搭设、、钢筋安置置以及新混混凝土的浇浇注和养护护，应符合合现行国家家标准《混凝土工程程施工及验验收规范》的要求。例3-2某办公楼不不上人屋面面为预制钢钢筋混凝土土板，跨度度L0=3m，板厚100mm，C20混凝土，配配Ф8@120钢筋，板面面抹20mm厚水泥砂浆浆找平层，，二毡三油油防水层，，架空隔热热层，板底底抹白灰砂砂浆20mm厚。因使用用需要，要要在屋面上上加一层为为会议室，，要求对原原屋面板进进行加固处处理。【解】经荷载计算算，原屋面面荷载为：：恒载gk=3.5kN/mm2，可变荷载载qk=0.7kN/mm2。

改建时时（施工阶阶段）打掉掉屋面找平平层、防水水层、架空空隔热层后后，加上40mm混凝土叠合合层，恒载载gk1=3.8kN/mm2，可变荷载载qk1=0.5kN/mm2。

使用时时，加上水水磨石地面面，增加恒恒载gk2=0.65kN/mm2，可变荷载载qk2=2kN/mm2。

（1）原屋面板板承载力验验算：原原设计跨中中弯矩（取取1m板宽计算））3.2.2.5计算实例原配筋Ф8@120，As=419mm2，fy=210N/mm2，C20，fc=9.6N/mm2,板厚h=100mm，取h0=100-25=75mm，则受压区高高度能承受弯矩矩(满足要求)但是若荷载载改变，则则弯矩为承载力不足足，需要加加固，现在在决定加厚厚40mmC25混凝土，叠叠合层处理理好，可整整体工作。。（2）加固施工工阶段验算算：由恒载gk1=3.8kN/mm2，可变荷载载qk1=0.5kN/mm2跨中弯矩由上述计算算，Ф8@120可承担弯矩矩（系数0.9是考虑重要要性系数在在施工阶段段可以降低低一级）（3）加固后承承载力验算算：由恒