同济大学结构加固改造理论与技术

第四节

结构整体加固同济大学土木工程学院

结构加固改造理论与技术第四节

结构整体加固整体加固改造原因改变竖向力传力路径加强结构整体性、稳定性改变侧向力传力路径（刚度比值）改变节点连接特性托换改造加固2023/3/821整体加固改造原因2023/3/83整体加固原因年久失修、灾害破坏、使用功能变化安全性（承载力）、适用性（振动、挠度）整体改造原因使用面积—拆除隔墙视野遮挡--无柱空间（a）拔柱前（b）拔柱后增加构件方法--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。2023/3/842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曾加结构刚度，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。2023/3/852改变竖向传力路径增加支点刚性支点法弹性支点法2023/3/862改变竖向传力路径

图8.4.27刚性支点加固1-原结构；2-加固件图8.4.28弹性支点加固1-原结构；2-加固件增加支点刚性支点法弹性支点法2023/3/872改变竖向传力路径图8.4.29阳台板受力模型(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）桁架下设撑杆2023/3/882改变竖向传力路径图8.3.3.23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2023/3/892改变竖向传力路径桁架的弹性支点法-等效为普通梁（a）轴力最大值2.9

（b）轴力最大值1.9图8.3.3.11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2023/3/8102改变竖向传力路径图8.4.42

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)减小梁的跨度施加预应力力---等效荷载的的观点—跨中的弹性性支点混凝土结构构：混凝土受压性能能好；梁高大可可以提供的等效效竖向荷载大2023/3/6112改变竖向传力路路径图8.4.24预应力加固法(a)简支梁；(b)框架连连续梁梁（折折线式式）；；(c)桁架下下弦加加预应应力；；(d)钢架和三三铰拱拱施加预预应力力---等效荷荷载的的观点点—跨中的的弹性性支点点混凝土结构2023/3/6122改变竖向传力路径径大东港区码头因堆堆载超载过大，致致使码头横梁严重重开裂。某单位曾用“粘贴碳纤维布法”对横梁进行了二次次加固，但横梁的的裂缝仍无法解决，主要是超载严重时时横梁内的非预应应力钢筋将产生很很大的塑性变形，，这种变形在码头头卸载以后不能回回缩回去，它阻碍碍了大梁裂缝的闭闭合。用“无粘结钢绞线体外外预应力加固法”取得了很好的效果。2023/3/6133加强结构整整体性、稳稳定性结构整体性钢结构增加屋面支撑增加构件稳定性砌体增加柱、墙使闭合平面布置不规则圈梁（钢拉杆）/构造柱纵横墙连接差混凝土单向框架to双向框架楼屋盖/桥面板装配to整浇增加托梁、支拖防止构件塌落双曲拱桥连接波肋2023/3/6143加强结构构整体性性、稳定定性防止局部倒塌构件整体性/承载力细石混凝土、压力灌浆/环氧树脂，增加面层、板墙与主体连接拉结钢筋、压浆锚杆、钢夹套、钢拉杆女儿墙、、填充墙墙、隔墙墙、震损损构件钢结构增加屋面面支撑—空间结构构2023/3/6153加强结构构整体性性、稳定定性图8.3.3.2增加屋盖盖支撑以以增加空空间刚度度钢结构增加构件件稳定性性2023/3/6163加强结构整体体性、稳定性性图8.3.3.4加固上弦、腹腹杆砌体结构增设墙段或现现浇混凝土边边框柱使墙体体闭合2023/3/6173加强结构整体体性、稳定性性图源自03SG611《砖混结构加固固与修复》图集F-19砌体结构构造柱2023/3/6183加强结构整体体性、稳定性性在房屋四角、楼梯间和不规则平面的的转角处设置，在内外墙交接处处隔开间或每开开间设置；外加柱宜在平平面内对称布置；通高布置外加柱应与圈圈梁或钢拉杆杆连成闭合系统；与现浇钢筋筋混凝土楼、屋盖或原有有圈梁可靠连接；砌体结构构造柱2023/3/6193加强结构整体体性、稳定性性图选自《09SG619-1房屋建筑抗震震加固（中小学校舍抗抗震加固）》图集砌体结构圈梁2023/3/6203加强结构整体体性、稳定性性增设的圈梁宜在楼楼、屋盖同一一平面内闭合在阳台、楼梯间间等圈梁标高高变换处，应应有局部加强强措施；变形形缝两侧的圈圈梁应分别闭闭合；圈梁应现浇其混凝土强度等等级不应低于于C20，钢筋可采用用Ⅰ级或Ⅱ级级钢，截面尺尺寸和配筋不不宜小于规定圈梁要与砌体墙有效连结除在浇圈梁前前连接处墙面面应刷洗干净净，保证圈梁梁混凝土和砖砖墙的粘结外外，可选用普普通锚栓、钢钢筋混凝土销销键或其他连连结件。砌体结构圈梁2023/3/6213加强结构整体性、、稳定性图8.4.31砌体结构外加圈梁梁砌体结构钢拉杆--代替内墙圈梁2023/3/6223加强结构整体性、、稳定性图8.4.32高强度钢拉杆图内廊式校舍钢拉杆杆加固选自《09SG619-1房屋建筑抗震加固（中小学校舍抗震加加固）》图集双曲拱桥预制混凝土块连接接波肋2023/3/6233加强结构整体性性、稳定性局部整体性----砌体钢筋混凝土土板墙加固2023/3/6243加强结结构整整体性性、稳稳定性性图源自03SG611《砖混结结构加加固与与修复》图集F-19局部整整体性性砌体与框框架的的连接接2023/3/6253加强结结构整整体性性、稳稳定性性钢结构构加强柱柱列混凝土土结构构框架结结构加加强为为框剪剪结构构、框框支结结构2023/3/6264改变侧侧向力力传力力路径径（刚刚度比比值））钢结构构加强柱柱列2023/3/6274改变侧向力力传力力路径径（刚刚度比比值））图8.3.3.6加强某某一列列柱混凝土结构构框架结构加加强为框剪剪结构、框框支结构2023/3/6284改变侧向力传力力路径（刚刚度比值））图8.4.30增设剪力墙墙加固法新增剪力墙新增剪力墙新增剪力墙钢结构—利用拉压性性能相同连续梁—增加支座、、调整跨度度2023/3/6295改变节点连接特性（a）（b）（c）（d）图增加支座图图调调整整跨度受力示示意图钢结构简支梁—相邻铰接点点变成刚节节点2023/3/6305改变节点连接特性图8.3.3.7柱顶（屋架架支座）处处由铰接改改变为刚接接（a）加固前前；（b）加固后图8.3.3.8支座处由铰铰接变为刚刚接图铰接点变为为刚接点示示意图混凝土托梁拔柱减小梁截面面高砌体拆除承重墙墙2023/3/6315托换改造加固混凝土预应力托托梁拔柱柱2023/3/6325托换改造加固图8.4.17叠合预应应力梁图8.4.18预应力束束—原梁组合合结构混凝土预应力托托梁拔柱柱2023/3/6335托换改造加固图8.4.19叠合梁图8.4.20预应力吊索—屋面传力空间间结构混凝土预应力托梁拔拔柱2023/3/6345托换改造加固图8.4.21捆绑预应力梁梁混凝土预应力托梁拔拔柱2023/3/6355托换改造加固图8.4.22梁下U形梁混凝土预应力托梁拔拔柱2023/3/6365托换改造加固图8.4.23抽柱后控制传传力途径混凝土增加梁截面面拔柱2023/3/6375托换改造加固图8.4.23河源市文福福花园综合合楼河源市文福福花园综合合楼位于广广东省河源源市区，其其楼建筑层层数共八层，为框架结构构体系，平面内横向柱距为4.0m，纵向柱距为6.0m。拟将首层横向两两根柱拆除除,使梁跨度增大为8.0m，设计采用大大截面转换换梁支撑上上部荷载，，并在端部部加腋处理。混凝土减小梁截面面高2023/3/6385托换改造加固浙江平湖嘉嘉和花苑商商办2#楼屋面梁减减小截面高高度改造砌体拆除承重墙墙2023/3/6395托换改造加固图8.4.13单托梁托换换方案施工从两端开始，分段对称称凿除托梁高高度部位的墙体，每凿除一一段砖墙(约300mm)后，立即用用端部焊有有钢板的单单根型钢(或钢管)顶撑在墙中。沿沿着托梁轴轴向，先安安装托梁两两端的纵筋筋和箍筋、、梁柱节点点和梁施工工缝处的加加强钢筋，，立模，浇混混凝土。3天后，再拆除托梁高高度部位的中间墙体，按照设计要要求焊接接长墙体内托梁梁还该配置置的钢筋，立模，浇混混凝土。待混凝土土达到设计计强度之后后，方可拆拆除托梁下下部的墙体体。砌体拆除承重墙墙2023/3/6405托换改造加固图8.4.14双梁托换方方案地基与基础础处理→端端支承柱→→另一端支支承柱→板板下双托梁梁→混凝土土养护→结结构监测→→拆墙→室室内装修。。在双托梁之之间设置穿穿越内墙对对拉的短肩梁（销销栓），间距通常常为1000mm，上部墙荷荷载依照砌砌体平拱原理将力经短肩肩梁传给托托梁。砌体拆除承重墙墙2023/3/6415托换改造加固施工时，将支承柱撑紧托梁；通过化学锚栓将支承柱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，在托梁顶部通通过化学锚栓与楼楼板连接，形成组合梁。图8.4.15型型钢托换方案砌体拆除承重墙2023/3/6425托换改造加固在需要换换梁的洞洞口两侧侧或相连连洞口的的隔墙上上，采用用每隔300mm左右用钢钢制的支支托将上部墙墙体支撑撑，然后再再砸掉所须换梁梁的其余余部分后后绑扎钢筋筋，用膨胀胀混凝土土浇注重新设计计的过梁梁。拆模模后检查查新浇过过梁达到到要求后后拆除其余余旧过梁梁或旧隔墙墙。图8.4.16过过梁梁端部托托换示意意图砌体预应力托托换拆除除承重墙墙2023/3/6435托换改造加固浙江慈溪溪市职业业高中教教学楼顶顶层拆除除承重墙墙改造桥梁构件件的更换换斜拉索的的更换拱桥吊索索的更换换悬索桥主缆缆的更更换支座更更换伸缩缝缝更换换拉吊索索维修修索体锈锈蚀：：首先剖剖开护护套，，露出出钢丝丝；用用钢丝丝刷清清除钢钢丝表表面浮浮锈，，并涂涂刷环环氧富富锌底底漆两两道；；用防防锈油油脂填填充钢钢丝间间空隙隙；最最后修修复护护套，，将索索体密密封。。上锚头头积水水：首先抽抽水，，用防防锈油油脂填填充积积水的的空隙隙，最最后再再重新新封闭闭上锚锚头。。下锚头头渗积积水：：疏通下下锚头头排水水孔，，重做做桥面面防水水。护套修复机械方法剔除PE破损部位，，直至露出出完好聚乙乙烯；用丙酮对待待修补部位位进行清洗洗，加工坡坡口；用与原护套套材料相同同的焊条进进行加压堆堆焊，直至至达到护套套厚度；最后用抛光光机对焊接接部位进行行抛光。修补后的PE护套应光滑滑、平整、、牢固、无无裂痕。修修复后可在在护套表面面涂刷特制制的颜料，，并用绕包包带密封斜拉桥换索一般要求在不中断交通通的情况下，，用最快最最安全的方方法拆除旧旧斜拉索，，进行常规规的新索安安装。实现现快速换索索，从而尽尽量减少交交通枢纽的的壅堵时间间。斜拉桥换索索流程拉索更换施施工工艺流流程：施工准备塔端松锚放张梁端退锚、拆除旧索清理索孔新索制备塔端挂索塔端张拉下一组索更换整体索力调整梁端穿索锚固施工升降平平台塔顶吊索辅辅助设施1施工准备2、塔端松锚放放张使拉索索存在一定定内力松锚常采用用穿心式千千斤顶、张拉丝杆及及撑脚等配配合进行。3、将要切割段段拉索内力力转换为零零4割断斜拉索索5放下已割断的的斜拉索6、新索制备、、运输、桥桥面展开7、梁端穿索8、塔端挂索（（关键步骤骤）9安装定位，更换完成斜拉桥换索索注意事项项对称顺序施施工，每次次换一根索索。索力、标高高双控，索索力为主。。每根索更换换完毕应测测量索力，，如有较大大变化应对对新索力进进行调整。拱桥吊杆换换索在拱桥中，一一对吊杆对应一根横梁梁，缺任何何一根杆件件均不能保保持桥梁原原有状态，，因此，吊吊杆更换必须考虑虑原吊杆受力的转移，，即用另外外的替代杆杆件作临时时吊杆，使原吊杆的受力完全卸卸除，再予予以成对同同时更换施工准备临时拉杆、分配梁加工制作安装分配梁、穿临时拉杆张拉临时拉杆，更换吊杆（系杆）张拉新吊杆（系杆），调节桥面标高拆除分配梁、临时拉杆系更换下一对吊杆（系杆）竣工验收、开放交通吊杆更换的的施工步骤骤1、安装分配配梁，穿临临时拉杆2、张拉临时时拉杆，更更换吊杆悬索桥主缆缆的更换重新设置地地锚和鞍座座增设新主缆缆转移桥面恒恒载安装新吊索索张拉新吊索索，使新旧旧主缆受力力一致逐渐释放旧旧缆内力，，使荷载转转移到新主主缆支座更换当出现支座座脱空、异异常变形、、不能正常常滑动、支支座开裂等等无法维修修的病害时时，需要更更换支座更换支座应满满足以下技技术标准：：《公路桥涵施施工技术规规范》（JTJ041－2000）《公路桥工程程质量检验验评定标准准（第一册册土建工工程）》（JTGF80－2004）支座的更换换方法枕木满布式式支架法桥面钢导梁梁法端部整体顶顶升法鞍型支架法钢扁担梁法扁型千斤顶顶法钢蝴蝶梁法钢套箍法气囊顶升法法枕木满布式式支架法枕木满布式式支架法工作原理在地面上设设置枕木，，以枕木为为基础，设设置满布式式或部分木木支架至桥桥梁梁体处处，在支架架上安置千千斤顶顶升升梁体。优点架设设备比比较简单，，施工方法法简单易于于操作。对对于小跨度度的梁桥，，用支架法法施工具有有一定的优优势。缺点支架法施工工工期长、、支架和模模板用钢材材、木材量量大、成本本高，不适适宜桥墩过过高的场合合。桥面钢导梁梁法桥面钢导梁梁法工作原理支撑位置在在桥面上，，支撑面为为顶升梁相相邻跨的梁梁体。在顶顶升梁上绑绑扎钢带，，安置钢梁梁，以相邻邻跨梁体为为支撑基础础，配合顶顶升设备，，抬升梁体体。优点对桥下场所所无要求，，适用于多多种桥梁类类型，整个个起梁过程程都在桥上上进行，不不影响桥下下通航、通通车要求。。缺点钢梁长度有有限制，跨跨径不可过过大；要求求用较大吨吨位千斤顶顶，对桥面面局部压力力较大，有有可能损伤伤梁体。端部整体顶顶升法端部整体顶顶升法工作原理以地面为支支撑，在墩墩台两侧建建立顶升基基础，然后后用贝雷梁梁、槽钢、、螺栓连接接成受力钢钢梁（也可可用钢管墩墩作为传力力构件），，受力钢梁梁上架千斤斤顶，在梁梁两端同步步整体顶升升。优点对桥下通车车影响不大大，可自由由通行，能能满足桥下下不中断交交通的要求求。与采用用少数大吨吨位的千斤斤顶相比较较，无须为为应力集中中设置过大大的传力杆杆及横梁。缺点对桥跨下的的地基基础础要求较高高，需建顶顶升基础，，工序时间间长，工期期较长。钢扁担梁法法钢扁担梁法法工作原理支撑位置在在桥面上，，支撑面为为顶升梁相相邻跨的梁梁体。在顶顶升梁上打打孔，绑扎扎钢带，安安置钢扁担担梁，以相相邻跨梁体体为支撑基基础，配合合顶升设备备，抬升梁梁体。优点对桥下场所所无要求，，适用于多多种桥梁类类型，整个个起梁过程程都在桥上上进行，不不影响桥下下通航、通通车要求。。缺点钢扁担梁结结构设计较较为复杂，，需进行专专门计算；；要求用较较大吨位千千斤顶，对对桥面局部部压力较大大，有可能能损伤梁体体。扁型千斤顶法扁型千斤顶法工作原理把超薄的液压千千斤顶安放在主主梁与盖梁的狭狭小的空间内，，直接顶升梁体体。优点机具设备很少，，成本低廉；工工序简单，施工工快速，中断交交通时间很短；；对桥下场所无无要求，适用于于多种桥梁类型型。缺点由于扁型千斤顶顶的特殊构造，，导致其行程较较短，可能需要要多次顶升才能能到位。钢套箍法钢套箍法工作原理通过圆箍与桥墩墩混凝土之间的的摩擦力提供竖竖向支撑，放置置液压千斤顶顶顶升梁体。优点充分利用桥梁本本身的结构，可可以通过增长钢钢套箍的长度提提高其承载能力力，对环境的适适应能力很强，，不受河床地质质、桥下水深和和桥梁高度的限限制。缺点要求盖梁较为宽宽大能安放液压压千斤顶且千斤斤顶数量较多。。气囊顶升法工作原理用集群气囊替换换液压千斤顶，，上述所有支座座更换方法只要要用气囊取代千千斤顶都可以称称之为气动顶升升法。工作特点起重量不受限制制，通过气动提提升系统的扩展展组合，能满足足百吨级甚至千千吨级桥梁构件件的顶升；同步步控制，安全受受控；可操作性性好，气动提升升系统体积大，，重量轻；顶升升过程平稳，无无附加冲击载荷荷；对顶升的基基础要求低，特特别适合临时预预制构件的工程程；有利于保护护桥梁构件，采采用分布荷载，，避免了液压起起重的集中载荷荷。支座更换流程准备工作试顶梁体顶升与位移监控支座拆除与更换落梁拆除顶升装置伸缩缝更换伸缩缝是桥梁路路面中最薄弱的的环节，也是最最容易损坏的组组成部分，在一一些交通繁忙