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同济大学土木工程学院余江滔第八章结构加固改造理论与技术结构全寿命维护目录8.1结构加固概述8.2加固结构的受力特点8.3结构构件加固8.4结构整体加固8.5结构抗震加固8.1结构加固概述8.1概述8.1.1建筑结构加固的原因8.1.2工程结构加固的程序8.1.3工程结构加固的原则概述工程建设到一定阶段之后,主要建设方式转变为工程结构的维修改造。加固与改造的前提是对其进行鉴定。80年代前对旧房屋进行鉴定加固90年代中期以来包括新旧房屋的鉴定加固建筑结构加固的原因1.结构损伤2.工程质量事故3.结构耐久性4.结构改变使用要求以上四点均可能造成工程隐患,降低结构安全性和耐久性。结构损伤正常使用阶段:自然及人为灾害工程质量事故工程勘察失误设计方案不当或计算失误施工质量低劣建筑结构加固的原因结构的耐久性内因:工程材料自身特性和施工质量外因:工程所处环境条件和防护措施建筑结构加固的原因结构改变使用要求扩大建筑面积改善使用功能,建筑物加层或整体移位。建筑物整体移位建筑物加层建筑结构加固的原因工程结构加固程序加固及改造比建新房复杂得多:受建筑物原有条件限制;房屋长期使用后存在很多问题;材料差异。因此,需严格遵守加固原则与加固程序。结构加固的特点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。结构加固程序1.荷载、材料力学性能和结构实际情况检测2.结构安全性、使用性和可靠性的鉴定3.结构加固方案的制订这时应考虑多种因素,最主要的是建筑物的使用要求和可能的加固施工条件4.结构加固方法的设计特别注意加强新老结构之间的连接,保证协同工作,并注意被加固结构在施工期间的安全5.施工过程中的检查和施工后的验收加固工程中两项十分重要的工作。加固结构的受力特点2023/1/2813工程结构加固原则先鉴定后加固荷载取值原则材料的选用和取值原则注意总体受力与抗震设防相结合基于原结构的承载力计算原则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:当原结构无材料强度资料时,应按实测材料强度进行换算。当实测材料强度高于原设计强度时???(2)加固材料的选用:加固用钢材一般选用I级或Ⅱ级钢;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。
碳纤维(CFRP)玻璃纤维(GFRP)芳纶纤维(AFRP)玄武岩纤维(BFRP)材料的强度取值及选用原则ε≈0.15%7%20%9%15%应变强化1%CFRP1.5%注意总体受力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,可能会改变:构件子结构结构层面。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。
12层的框架剪力墙结构。柱距为6m,柱截面均为800×800mm。Y向对称设两道剪力墙,长6m,长度为2柱跨共12m。X向设三道剪力墙分别为12m跨和3m跨(两道)。考虑设防烈度为7度(0.15g)和场地土特征周期0.65S。计算结果如下页所示。注意总体受力原则
由计算结果可知,结构一楼、二楼的X向两道短的墙体为构造配筋,而长的墙体超筋注意总体受力原则
X方向一层、二层的层间位移仅1/4109和1/2336。远小于规范规定的1/800。一定程度上说明不是由于层间位移过大造成的超筋。从振型来看,并无问题注意总体受力原则X向地震中一层该墙体(12m长)承受的平面内剪力为4220.4kN.注意总体受力原则X向地震中一层该墙体(3m长)承受的平面内剪力为410.5kN.两个墙体构件的长度相差4倍,但剪力相差10倍以上。注意总体受力原则
结构物重心和刚度中心相差较远刚度中心质量中心造成的影响:振型号周期转角平动系数(X+Y)扭转系数
11.6474156.000.31(0.26+0.05)0.6921.623683.210.96(0.01+0.95)0.0430.80420.280.73(0.73+0.00)0.2740.5194174.410.25(0.25+0.00)0.7550.496488.661.00(0.00+1.00)0.0060.2847178.400.25(0.25+0.00)0.7570.260389.651.00(0.00+1.00)0.0080.20170.140.74(0.74+0.00)0.26
FloorJmaxMax-(X)Ave-(X)Ratio-(X)hJmaxDMax-DxAve-DxRatio-DxMax-Dx/h7135354.4836.611.494000.3527.725.911.311/518.6130046.9831.051.514000.2998.396.131.371/477.5124738.7225.181.544000.2468.926.221.431/449.4119429.8819.121.564000.1939.196.141.501/435.3114120.7213.071.594000.1409.015.761.561/444.218911.727.331.604000.877.814.831.621/512.11373.952.501.584000.373.952.501.581/1014.基于原结构的承载力计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。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。建筑结构的合理设计对抗震能力的重要影响的认识始自若干现代建筑在地震中的表现。最为典型的例子是1972年2月23日南美洲的马那瓜地震。马那瓜有相距不远的两幢高层建筑,一幢为十五层高的中央银行大厦,另一幢为18层高的美洲银行大厦。当地地震烈度估计为8度。一幢破坏严重,震后拆除;另一幢轻微损坏,稍加修理便恢复使用。
与抗震设防结合的原则马那瓜中央银行大厦马那瓜美洲银行大厦试问:那一幢破坏严重呢?
1972年2月23日南美洲的马那瓜地震。马那瓜有相距不远的两幢高层建筑,一幢为15层高的中央银行大厦,另一幢为18层高的美洲银行大厦。当地地震烈度估计为8度。一幢破坏严重,震后拆除;另一幢轻微损坏,稍加修理便恢复使用。现如今
1)平面不规则4个楼梯间偏置塔楼西端,西端有填充墙。4层以上的楼板仅为5cm厚,搁置在高45cm长14m小梁上。
2)竖向不规则塔楼上部(4层楼面以上),北、东、西三面布置了密集的小柱子,共64根,支承在4层楼板水平处的过渡大梁上,大梁又支承在其下面的10根1m×1.55m的柱子上(间距9.4m)。上下两部分严重不均匀,不连续。主要破坏:第4层与第5层之间(竖向刚度和承载力突变),周围柱子严重开裂,柱钢筋压屈;横向裂缝贯穿3层以上的所有楼板(有的宽达1cm),直至电梯井东侧;塔楼西立面、其他立面窗下和电梯井处的空心砖填充墙及其它非结构构件均严重破坏或倒塌。震后计算分析结果:1.结构存在十分严重扭转效应;2.塔楼3层以上北面和南面大多数柱子抗剪能力大大不足,率先破坏;3.水平地震作用下,柔而长的楼板产生可观的竖向运动等。马那瓜中央银行大厦
结构是均匀对称的,基本的抗侧力体系包括4个L形的桶体,对称地由连梁连接起来,这些连梁在地震时遭到剪切破坏,是整个结构能观察到的主要破坏。分析表明:1.对称的结构布置及相对刚强的联肢墙,有效地限制了侧向位移,并防止了明显的扭转效应;2.避免了长跨度楼板和砌体填充墙的非结构构件的损坏;3.当连梁剪切破坏后,结构体系的位移虽有明显增加,但由于抗震墙提供了较大的侧向刚度,位移量得到控制。美洲银行西8.3结构构件加固2023/1/28318.3结构构件加固钢筋混凝土结构构件的加固砌体结构的构件加固钢结构的构件加固木结构的加固桥梁上部结构加固技术(补充)概述1.加固原因:设计、使用维护不当、遭受自然灾害、工程质量差、建筑物性能衰退等。2.加固方法:直接法和间接法3.加固原则:1)加固方法的选择应进行多方案的比较,择优选用。2)不同类型构件加固时,应优先考虑重要结构及关键构件。3)单一方法有效性较差时,应优先考虑综合法。4)应与实际的施工方法紧密结合。梁、板的加固1.引起梁板承载力不足的原因(1)设计施工方面的原因(2)使用方面的原因(3)周围环境的影响(4)其他原因2.梁、板加固方法(1)增大截面法(钢筋混凝土围套)(2)粘贴钢板加固法(3)外加型钢加固法(4)粘贴纤维复合材料加固法(5)外加预应力拉杆法(1)增大截面法(2)外贴钢板法(3)外包型钢法(4)粘贴纤维加固法(1)增大截面法加固梁板构件增大截面法根据不同的受力性质,构造特点,现场条件来选用三面加厚、两面加厚或单面加厚等形式。受压区增设混凝土受拉区增设混凝土增加构件的有效高度,提高了构件的抗弯、抗剪承载力、增强了构件的刚度,消除超筋破坏。提高承载力,对补加的钢筋、并起到粘结和保护的作用构件加固方法及计算(二次受力)增大截面法(受压区、受拉区加固)增大截面法加固梁增大截面法加固柱构件加固方法及计算(二次受力)粘贴碳纤维法加固梁板粘贴碳纤维法(受拉区加固)二次组合结构及二次受力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。二次组合结构理想状态二次受力结构旧新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。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。构件二次受力理想情况完全卸载—>加固—>加固部分可提供承载力—>加载—>两部分共同受力(二次组合结构)实际工程中不卸载或部分卸载—>加固—>构件二次受力(二次受力结构)二次受力的两个阶段第一阶段:既有结构在原有设计荷载作用下的内力分布状态下,构件上承担的内力引起的截面应力分布。第二阶段:加固后的内力分布状态,构件进入整体工作状态后的截面应力分布。(a)叠合梁截面(b)叠合前和叠合后的增量(c)叠合后(d)破坏时加大截面法叠合梁受力过程叠合梁(受压区)的应力和应变应变图应力图新压旧新压旧新增受压区叠合梁为例(增加受压区混凝土)为什么空手道打碎的只能是叠合梁,而且是专门设计的层数和单层厚度的叠合梁?答案下页揭晓叠合梁为例(增加受压区混凝土)跨中弯矩—挠度曲线弯矩—钢筋应力曲线相同弯矩下,叠合梁的挠度和钢筋应力均比整浇梁大;相同挠度下,叠合梁的荷载和钢筋应力(变)均比整浇梁小;掌劈木板,实际是对叠合梁的抗弯强度和破坏次序的选择设计。叠合梁受压区加固的两个受力特点1.受压区混凝土应变滞后叠合层混凝土仅在弯矩增量作用下才参与工作,故叠合层混凝土的压应变总是小于同等条件下对应的整浇梁。2.受拉钢筋应力超前由于在叠合前弯矩的作用下,原构件中的应力较整浇梁大而使得叠合构件中的钢筋应力、挠度等较大,导致原受拉钢筋的拉应力始终大于整浇梁。加固部分与原结构的整体共同受力①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β=S(作用)/R(抗力)来反映,β
愈小愈优。②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。由于钢筋应力超前,为了避免梁的挠度、裂缝在使用阶段超过允许值和受拉钢筋在使用阶段处于高应力状态,钢筋应力应该满足::叠合前弯矩作用下钢筋的应力,:叠合后弯矩增量作用下增加的钢筋应力,:受拉钢筋的强度设计值;:受拉钢筋截面面积;:裂缝截面的内力臂系数,可近似取为0.87;:反应荷载预压应力的叠合特征系数,取,其中分别为叠合前后的截面;:分别为叠合前后的截面有效高度;叠合梁(受压区)承载力计算叠合梁(受压区)承载力计算1.第一阶段整浇梁承载力验算:2.第二阶段叠合梁承载力验算:正弯矩负弯矩剪力增大截面(受拉区)加固梁截面验算在受拉区加固受弯构件时,需对正截面和斜截面分别进行验算,计算简图如下:1.正截面验算弯矩平衡方程(关于受压混凝土中心取矩)力平衡方程增大截面(受拉区)加固梁截面验算增大截面后相对受压区界限高度的确定2.斜截面验算1)加固后构件斜截面应符合以下条件:线性内插2)受拉区增设配筋混凝土层,并采用U型箍与原箍筋逐个焊接:3)增设混凝土三面围套,并采用加锚式或胶锚式箍筋:注意事项1.若验算结果表明,仅需增设混凝土叠合层时,也应按构造要求配置受压钢筋和分布钢筋:1)为了提高新增混凝土层的安全性;2)为了减少新增混凝土发生温度、收缩应力引起的裂缝。2.增大截面法加固梁、板时新旧钢筋关系如下图所示,其连接短筋l1≥5d,短筋中距l2≤500mm。梁的新增纵向受力钢筋,其两端应可靠锚固。连接短筋d≥20mm连接短筋原钢筋新增钢筋Φ6联系钢筋增大截面法施工工艺清理、修整原结构构件安装新增钢筋并与原钢筋、箍筋连接界面处理安装模板浇筑混凝土养护、拆模、验收(2)粘贴钢板法粘贴钢板法加固梁截面计算粘贴钢板法注意事项粘贴钢板法施工工艺粘贴钢板法加固梁截面计算1.正截面验算(关于钢板合力点取矩)2.斜截面验算:(1)受弯构件应符合下列要求:(2)当采用加锚封闭箍或U形箍对钢筋混凝土梁进行抗剪加固时,斜截面承载力为:粘贴钢板法注意事项1.应将钢板受力方式设计成仅承受轴向应力的作用。2.被加固的混凝土构件,其现场实测混凝土强度等级不得低于C15。为什么?3.钢板外表面应进行防锈蚀处理。4.采用胶粘剂时,其长期使用的环境温度不应高于60℃。粘贴钢板法施工工艺构件卸荷(可能时)构件和钢板表面处理粘结剂配制铺涂胶粘贴固定加压固化卸支撑检验粉刷防护(3)外粘型钢加固法(自阅)外粘型钢法加固梁正截面计算外粘型钢法注意事项外粘型钢法施工工艺外贴型钢法加固梁正截面计算当符合规范要求进行加固时,可按加固后的承载力和刚度可按整截面进行计算。截面刚度可按下式计算。外粘型钢法工艺清理修整原构件并划线定位制作型钢骨架界面处理型钢骨架安装及焊接注胶施工养护施工质量检验防护面层施工(4)粘贴纤维复合材料加固法粘贴纤维法加固梁截面计算粘贴纤维加固法注意事项粘贴纤维加固法施工工艺粘贴纤维法加固梁截面计算1.正截面计算(关于纤维合力点取矩)碳纤维复合材料的抗拉强度2800~3000MPa,拉应变0.015.2.斜截面计算(1)受弯构件应符合下列要求:(2)当采用条带构成的环形箍或U形箍对钢筋混凝土梁进行抗剪加固时,斜截面承载力为:注意事项1.应将纤维受力方式设计为仅承受拉力作用,加固时,应卸除或大部分卸除活荷载。2.被加固的混凝土结构构件,其现场实测混凝土强度等级不得低于C15。为什么?3.采用本方法加固的混凝土结构,其长期使用的环境温度不应高于60℃。梁板加固方法增大截面法粘贴钢板法外粘型钢法粘贴纤维复合材料法定义原混凝土构件外,叠浇新的混凝土,增大构件的截面面积和配筋用胶粘剂在建筑物构件表面粘贴钢板,使二者牢固地形成一体进行补强在梁的四周包以型钢的一种加固方法采用高性能粘结剂将纤维布粘贴在建筑结构构件表面适用范围当混凝土梁、板的承载力与目标值相差较大且其刚度也不满足要求时。不适用于素混凝土构件,包括纵向受力钢筋配筋率低于规范规定的构件;注意超筋的可能需要大幅度提高截面承载能力和抗震能力的钢筋混凝土梁不适用于素混凝土构件,包括纵向受力钢筋配筋率低于规范规定的构件;注意超筋的可能优点工艺简单,但工期较长;技术成熟,构件受力可靠;费用低(未必)施工工艺简单、速度快;对生产和生活影响小施工简便、工期短等抗拉强度高,效果好;提高结构的耐久性;基本不增加结构自重及截面尺寸(5)外加预应力拉杆加固法用预应力筋对建筑物的梁或板进行加固的方法。适用范围梁或板的截面偏小或需要增加其使用荷载需要改善梁或板的使用性能梁或板处于高应力应变状态,且难以直接卸除其结构上的荷载优点:施工简便;在基本不增加梁、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。2)正截面和斜截面均需加固的梁式构件,可采用下撑式预应力拉杆进行加固;外加预应力杆的选择3)若工程需要,且构造条件允许,也可同时采用水平拉杆和下撑式拉杆进行加固。1)对正截面受弯承载力不足的梁、板构件,可采用预应力水平拉杆进行加固;
混凝土柱的加固(1)设计原因:荷载漏算、计算错误、偏心受压柱与轴压柱混淆等。(2)施工质量差:建筑材料不符合要求、养护不良等。(3)施工现场管理不善,使钢筋或将模板受损,可能会降低柱子的承载力。(4)地基不均匀沉降使柱子产生附加应力,造成柱子严重开裂或承载力不足。1.混凝土柱承载力不足的原因:(1)当局部加固不影响整个体系的受力性能时,可以进行局部加固。当结构整体不满足要求时,宜对结构整体进行加固。(2)临时加固的要求可降低一些,永久加固的要求应高一些。2.混凝土柱加固的原则:(1)结构的刚度和强度分布要均匀;(2)加固后使结构自振特性改变,易加大地震对建筑物的作用;(3)在坚硬场地上刚度较大的结构的地震反应较大,在软弱场地上柔性结构的地震反应较大,加固后的结构要选择地震反应较小的结构体系。抗震加固设计时需要特别考虑:(1)增大截面加固法(2)置换混凝土加固法(3)外加预应力撑杆加固法(4)外粘型钢加固法(5)粘贴纤维复合材料加固法(6)粘贴钢板加固法3.常用混凝土柱的加固方法:(1)增大截面加固法(a)(b)(c)四周外包加固法:加固效果好,对于提高轴心受压和小偏压柱的承载力效果明显;(d)单面加固:增大受压区面积;(e)单面加固:增大受拉区面积;(f)双面加固。增大截面法加固柱正截面验算1.轴心受压构件:构件加固后的轴向压力设计值:构件稳定系数:加固前后混凝土的面积:原钢筋和新增钢筋强度设计值:新增纵向受压钢筋面积αcs:综合考虑新增混凝土和钢筋强利用程度的修正系数,取0.8加大混凝土截面积及配筋量,提高原混凝土柱的承载力和降低柱的长细比,提高柱的刚度。偏心受压柱(2)置换混凝土加固法(自阅)构件受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的部分用新的混凝土代替。应对原结构、构件在施工全过程中的承载力状态进行验算、观测和控制,置换界面处的混凝土不应出现拉应力。置换混凝土加固法置换混凝土加固柱截面计算1.当柱为轴心受压构件时,正截面承载力符合:2.当为偏心受压构件时,分两类情况:1)压区混凝土置换深度大于加固后混凝土受压区高度时,应按新混凝土强度根据规范进行承载力验算。2)压区混凝土置换深度小于加固后混凝土受压区高度时:(3)外加预应力撑杆加固法单侧撑杆加固双侧撑杆加固弯矩不变号的大偏心受压柱承载力不足的轴心受压柱小偏压柱弯矩变号的大偏压柱适用情况:1)柱截面偏小需增加使用荷载;2)柱处于高应力高应变状态,且难以直接卸除荷载。单侧预应力撑杆加固双侧预应力撑杆加固1—承压板,2—短角钢,3—连接板,4—加宽连接板,5—抵承板,6—缀板,7—安装螺丝,8—拉紧螺栓1—承压板,2—撑杆,3—缀板,4—加宽缀板,5—安装螺丝,6—拉紧螺栓(4)外粘型钢加固法类似梁的加固,在柱四周包型钢,如下图。适用于柱的截面承载力和抗震能力需要大幅度提高时。优点是施工简便、工期短。1.原柱2.角柱3.缀板4.填充混凝土或砂浆5.粘结剂外粘型钢法加固柱外粘型钢法加固柱正截面计算(自阅)1.轴心受压时,正截面承载力验算::新增型钢强度利用系数,抗震设计取1.0,
其他情况取0.9:新增型钢强度设计值:全部受压肢型钢的截面面积2.偏心受压时,正截面承载力验算:(5)粘贴纤维复合材料法粘贴纤维复合材加固法适用于轴压和大偏压构件,不适用于小偏压构件、素混凝土构件和最小配筋率低于规范规定的最小配筋率的构件。粘贴复合纤维法加固柱粘贴纤维法加固柱截面计算1.轴心受压构件(1)正截面验算关于环向围束有效约束系数与环向约束体积比的确定(2)斜截面验算2.大偏心受压构件(6)粘贴钢板加固法加固大偏心受压混凝土柱时,应将钢板粘贴于构件受拉边缘混凝土表面,且钢板长应与柱的纵向轴线方向一致。粘贴钢板法加固柱粘贴钢板法加固柱截面计算大偏压柱正截面验算:钢筋混凝土屋架的加固钢筋混凝土屋架的加固方法一般分补强和卸载。补强卸载适用范围屋架部分杆件加固确保整榀屋架的承载力安全方法施加预应力法改变传力路线法外包角钢法增大截面法减轻屋面荷载法双重承载体系法混凝土屋架加固方法(1)外加预应力加固法(2)外包钢加固法(3)改变传力路径加固法(4)减轻屋面荷载法(5)双重承载体系(1)外加预应力加固法外加预应力加固法是加固屋架最常用的方法。优点:施工简便;能使屋架原拉杆的内力降低或承载力提高;裂缝宽度缩小甚至闭合;可减小屋架的挠度,消除或减缓加拉杆的应力滞后的现象。预应力筋布置形式(a)直线式(b)下沉式(c)元宝式(d)组合式(2)外包钢加固法当受拉杆和受压杆的承载力不足时,可采用外包钢加固法。受拉杆件,注意外包角钢的锚固。受压杆件,注意外包角钢的锚固,缀条的间距,以避免角钢失稳。(a)干式(b)湿式(3)改变传力路径加固法斜撑法上弦杆偏心受压承载力不足外包角钢加固改变传力路径的加固(4)减轻屋面荷载法减轻屋面的荷载即可减小屋架每根杆件的内力,有效地提高屋架的安全度,全面地解决屋架抗裂性及承载力问题。减轻屋面荷载的方法主要是拆换屋面结构和减轻屋面自重,例如将大型屋面板改为瓦楞铁或石棉水泥瓦,将屋面防水层改为轻质薄层材料等。(5)双重承载体系(自阅)双重承载体系是指在原屋架旁另加屋架,以协助原屋架承重。设置方法之一是在原两榀屋架间增设屋架,使其不仅协助原屋架承重,还减小屋架的间距和屋面板的跨度。但新加设屋架不仅施工困难,耗钢量大,且不易与原屋架协同工作。因此,这种加固方法只有当不适宜采用其它加固方法时才使用。8.3.5桥梁上部结构加固技术(补充)
粘贴钢板法或粘贴纤维复合材料法预应力加固法改变结构体系法锚喷混凝土加固法……8.5.3.1粘贴钢板法或粘贴纤维复合材料法该方法类似于钢筋混凝土中的梁、板的加固方法,用于对板底产生的纵、横向裂缝,当缝宽超过规范的限制时,但对解决跨中下挠的效果不好。粘贴钢板法粘贴纤维复合材料法预应力加固法在板底锚固多根平行的预应力细钢丝,张拉后覆盖特制混凝土,如图a;或者设转向托架后折线形布钢束张拉,预应力钢索穿过两端板中斜孔锚固于铺装层下,如图b。图a图b改变结构体系法简支板变连续板,小跨径板桥可在跨中或跨中附近增设桥墩或斜撑,同时在中支点负弯矩区结合桥面改造,增设足够的受拉钢筋,对解决跨中下挠效果较好。改变结构体系法八字支撑加固法在桥下净空和墩台基础受力条件允许的条件下,可在梁(板)底下加八字支撑进行加固。1.原桥墩;2.钢筋混凝土斜撑;3.钢筋混凝土水平撑桥面补强层加固法通过在桥面板(主梁顶面)加铺一层钢筋混凝土层,使其与原有结构形成整体,从而达到增大桥面板或主梁有效高度,增大桥面整体刚度的目的,主要用于中小跨径桥梁中。桥面补强层加固法8.4结构整体加固2023/1/281168.4结构整体加固整体加固改造的机理小层面的结构整体加固改变竖向力传力路径改变节点连接特性托换改造加固大层面的结构整体加固改变侧向力传力路径(刚度比值)加强结构整体性、稳定性2023/1/281171.整体加固、改造的原因2023/1/28118结构整体性能的变化结构布置的变化—(视野遮挡—拆除隔墙、无柱空间);使用功能变化—(荷载变化);结构体系改造—(加层、夹层,平面开洞等);荷载作用下结构的整体运动(如地震作用)抗震设防烈度的提高;房屋抗震等级的提高;抗震措施的升级2023/1/281193.加强结构整体性、稳定性无所不在的弹簧房屋的层数相当于弹簧层数;竖向构件(墙、柱)相当于单根弹簧水平构件(梁、板)相当于弹簧间的连接构件加固相当于加固单根弹簧;整体加固则针对于整体体系,重在协调小层面的结构整体加固(多构件相关)2023/1/28120改变竖向力传力路径改变节点连接特性托换改造加固增加构件(增加并联元件,即更多的并联弹簧)方法--原结构的构件与构件间增设一个新的构件(如两榀屋架间加设一榀新的屋架,两个大梁间增设一个新梁,柱网间加设一个新柱等)原理--减少作用在原构件上的荷载适用性--该方法一般适用于单层工业厂房,或增设新构件后不影响使用要求的多层房屋的楼面梁、柱的加固。优点--该方法施工时不破损原结构,因此施工安全。2023/1/281212.改变竖向传力路径-竖向荷载高效地传递给竖向承重构件增加支点(避免悬臂,缩短弹簧长度)原理—增加支座,减小计算跨度适用性--外观和使用功能要求不高的结构加固
经常用于抢险工程增加结构刚度,减小挠度和振动优点--简单、可靠、易拆卸缺点--易损害建筑物的原貌和使用功能,可能减小使用空间。2023/1/281223.改变节点连接特性增加支点(较极端的例子)2023/1/281233.改变节点连接特性悬臂梁受力模型(a)原阳台板(一端固定,另一端自由);(b)加固后阳台板(一端固定,另一端铰接)钢结构—利用拉压性能相同连续梁—增加支座、调整跨度2023/1/281243.改变节点连接特性(a)
(b)
(c)
(d)
增加支座调整跨度受力示意图钢结构简支梁—相邻铰接点变成刚节点2023/1/28125改变节点连接特性图8.3.3.7柱顶(屋架支座)处由铰接改变为刚接
(a)加固前;(b)加固后图8.3.3.8支座处由铰接变为刚接图铰接点变为刚接点示意图桁架下设撑杆2023/1/281263.改变节点连接特性撑杆构件加固屋架(a)拉杆锚固柱上;(b)拉杆锚固无间支座处;(c)拉杆锚固中间节点处桁架下设撑杆2023/1/283.改变节点连接特性桁架的弹性支点法-等效为普通梁(a)轴力最大值2.9(b)轴力最大值1.9桁架变为撑杆式结构设置拉(杆)索原理:拉索有预应力—双向弹性支点拉索无预应力--单向弹性支点2023/1/281283.改变节点连接特性设置拉杆加强结构刚度(a)加强输电支架的刚度;(b)减小悬臂端的挠度;(c)减小梁的跨度
钢结构增加构件稳定性2023/1/281293.改变节点连接特性图8.3.3.4加固上弦、腹杆增加支点
刚性支点法弹性支点法2023/1/281303.改变节点连接特性刚性支点加固1-原结构;2-加固件弹性支点加固1-原结构;2-加固件施加预应力---等效荷载的观点—跨中的弹性支点(实际上更接近构件加固)混凝土结构:混凝土受压性能好;梁高大可以提供的等效竖向荷载大2023/1/281313.改变节点连接特性预应力加固法(a) 简支梁;(b)框架连续梁(折线式);(c)桁架下弦加预应力;(d)钢架和三铰拱施加预应力---等效荷载的观点—跨中的弹性支点混凝土结构2023/1/281323.改变节点连接特性大东港区码头因堆载超载过大,致使码头横梁严重开裂。某单位曾用“粘贴碳纤维布法”对横梁进行了二次加固,但横梁的裂缝仍无法解决,主要是超载严重时横梁内的非预应力钢筋将产生很大的塑性变形,这种变形在码头卸载以后不能回缩回去,它阻碍了大梁裂缝的闭合。用“无粘结钢绞线体外预应力加固法”取得了很好的效果。混凝土托梁拔柱(偷梁换柱)减小梁截面高砌体拆除承重墙2023/1/281334.托换改造加固(减小构件)(a)拔柱前(b)拔柱后混凝土预应力托梁拔柱2023/1/281344.托换改造加固图8.4.17叠合预应力梁图8.4.18预应力束—原梁组合结构混凝土预应力托梁拔柱2023/1/281354.托换改造加固叠合梁侧面捆绑预应力梁混凝土预应力托梁拔柱2023/1/281364.托换改造加固抽柱后控制传力途径预应力吊索—屋面传力空间结构混凝土增加梁截面拔柱2023/1/281375.托换改造加固河源市文福花园综合楼河源市文福花园综合楼位于广东省河源市区,其楼建筑层数共八层,为框架结构体系,平面内横向柱距为4.0m,纵向柱距为6.0m。拟将首层横向两根柱拆除,使梁跨度增大为8.0m,设计采用大截面转换梁支撑上部荷载,并在端部加腋处理。混凝土减小梁截面高2023/1/281385.托换改造加固浙江平湖嘉和花苑商办2#楼屋面梁减小截面高度改造砌体拆除承重墙2023/1/281395.托换改造加固单托梁托换方案施工从两端开始,分段对称凿除托梁高度部位的墙体,每凿除一段砖墙(约300mm)后,立即用端部焊有钢板的单根型钢(或钢管)顶撑在墙中。沿着托梁轴向,先安装托梁两端的纵筋和箍筋、梁柱节点和梁施工缝处的加强钢筋,立模,浇混凝土。3天后,再拆除托梁高度部位的中间墙体,按照设计要求焊接接长墙体内托梁还该配置的钢筋,立模,浇混凝土。待混凝土达到设计强度之后,方可拆除托梁下部的墙体。砌体拆除承重墙2023/1/281405.托换改造加固图8.4.14双梁托换方案地基与基础处理→端支承柱→另一端支承柱→板下双托梁→混凝土养护→结构监测→拆墙→室内装修。在双托梁之间设置穿越内墙对拉的短肩梁(销栓),间距通常为1000mm,上部墙荷载依照砌体平拱原理将力经短肩梁传给托梁。砌体拆除承重墙2023/1/281415.托换改造加固型钢托换方案施工时,将支承柱撑紧托梁
;通过化学锚栓将支承柱的翼缘与纵墙连接,形成组合柱;同时将基础加固并与支承柱连接牢固;同样地,在托梁顶部通过化学锚栓与楼板连接,形成组合梁。砌体拆除承重墙2023/1/281425.托换改造加固在需要换梁的洞口两侧或相连洞口的隔墙上,采用每隔300mm左右用钢制的支托将上部墙体支撑,然后再砸掉所须换梁的其余部分后绑扎钢筋,用膨胀混凝土浇注重新设计的过梁。拆模后检查新浇过梁达到要求后拆
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