混凝土结构加固设计

3.2混凝土梁、板加固设计

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。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。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。

当箍筋的配置数量过少时，斜裂缝一旦出现，箍筋承担不了原来由混凝土所负担的拉力，箍筋应力立即达到并超过屈服点，并产生脆性的斜拉破坏。综上所述，配置箍筋的多少，决定了梁的剪切破坏形态。配置箍筋的数量，在规范中有明确的界限。（l）配置箍筋的上限（最大配箍率）为（）（3.4）当箍筋数量较多，即梁的截面尺寸已不符合式（3.4）的条件时，增加的腹筋不能充分发挥作用，即梁剪坏时，附加箍筋的应力达不到屈服强度。遇到这种情况时，应采用增大截面法进行加固。对于薄腹梁等斜裂缝开展较大的构件，上述条件还应控制严一些，即式（3.4）应为

（）（3.5）（2）配置箍筋的下限（最小配箍率）为(3.6)当配箍率小于式（3.6）时，梁一旦出现斜裂缝，箍筋立即达到屈服强度，不再能阻止斜裂缝的开展，导致突然的斜拉破坏。对于这种构件，宜采用增加箍筋的办法进行加固。当配箍率在上下限之间，偏于下限时，宜优先采用增配腹筋的办法加固；当配筋率偏于上限时，宜以增大截面为主，同时加配一定数量的箍筋。3.2.2增大截面加固法概述混凝土梁、板当其承载力相差较大，且其刚度也不满足要求时，采用加大截面来加固较为有效。梁、板采用加大截面法加固时，可根据原构件的受力性质，构造特点和现场条件，选用三面加厚、两面加厚或单面加厚等构造形式，如图3.2所示。图3.2加大截面法当在连续梁（板）的全长上部补浇混凝土时，后补浇的混凝土在跨中处于受压区，而在支座却处在受拉。当在梁、板下面加厚时，情况正好相反。当补浇的混凝土处在受拉区，它对补加的钢筋起到粘结和保护的作用；当补浇的混凝土处在受压区时，增加了构件的有效高度，从而提高了构件的抗弯、抗剪承载力，增强了构件的刚度，因此，较有效地发挥了后浇混凝土层的作用，其加固的效果是很显著的。在实际工程中，在受拉区补浇混凝土层的情况是比较多的。图3-2中的T形梁，原配筋率较低，其混凝土受压区高度较小，因此，在受拉区增补纵向钢筋并补浇混凝土层是提高该梁抗弯承载力的有效办法。又如，阳台、雨篷、檐口板的加固，可在原板的上面（受拉区）补配钢筋和补浇混凝土。加固设计时，应验算原构件的应力水平（值），若值超出表3-1的限值，宜在加固前进行卸荷。表3-1原构件应力水平限值图3.3a所示为焊接法将补加的U形箍焊接在原有箍筋上，焊缝长度不小于5d（d为U形箍直径）。图3.3b所示为U形箍焊接在增设的锚钉上的连接措施。锚钉直径d不小于10mm，锚钉距构件边缘不小于3d，且不小于40mm；锚钉锚固深度不小于10d，并采用环氧胶泥或环氧砂浆将锚钉锚固于原梁的钻孔内。钻孔直径应比锚钉直径大4mm，另外也可不用锚钉而用上述方法直接将U形箍筋伸进锚孔内锚固。梁、板采用加厚截面加固方法，只要采用必要的构造措施和施工工艺，就能确保新旧混凝土整体工作，整体工作比单体的叠加更为有效。为了确保新旧混凝土的整体工作，必须：（1）将原构件与新混凝土粘结部位的表面凿毛，具体要求是：板表面不平度大于4mm，梁表面不平度大于6mm，并在原构件的浇筑面上每隔一定距离凿槽，以使新浇混凝土形成剪力键。（2）将原构件浇筑面凿毛、冲洗干净，并涂覆丙乳水泥浆（或107胶聚合水泥浆），同时浇筑混凝土。丙乳水辰泥浆的明强度是互普通砂罢浆强度悠的2～葬3倍，莫其配合累比及其允性能见沿使用说础明书或市其它有慢关资料吼。10见7胶聚系合水泥隙浆是在湿水泥中蛙加入1笑07胶专并搅拌辞后形成周的。（3肾）当毅在梁婆上作掩后浇故层时贱，除政按上音述两杂条之去一处固理原迟构件妙表面共外，计还应根在后掌浇层疼中加厕配箍谈筋及帜负弯犬矩钢薯筋（愿或架否立筋要），联并注闸意其鱼连接扑。加赠固的即受力钩纵筋支与原裁构件义的受漏力纵例筋采剪用短融筋焊叙接，至尤其培在加齿固筋丈的两肢端及鬼其附忽近处掀必不批可少尤。3.货2.碧2.逐2内计算拘方法1.坝受力婶特征图3惯.4面表示剖了叠纤合构杯件各铲阶段赛的受毕力特忆征。由图默3.岗4d厕见，准叠合孟构件碍的应监力图渗与一城次受采力构取件的价应力春图有自很大络的差伤异，串主要撞表现径有以展下两己点：（l）击混凝土结应变滞竞后叠合构贞件与截开面尺寸阶、材料陶、加荷革方式等例均相同踪蝶的整浇浩梁相比容，叠合斤构件的亭叠合层抛是在加鉴固后的使荷载作选用下才话开始参质加工作牢的。因近此，叠合层呈的压应吵变小于耻对应整痰浇梁的嫩压应变孙。这种且现象称脆为“混奖凝土压辣应变滞忙后”。混凝土急压应变乌滞后带值来的结议果是在肉受压边侨缘的混烧凝土被绘压碎时词，构件间的挠度今、裂缝枝都较整婚浇梁大蝴得多。（2误）钢条筋应沙力超克前在第脱一阶冤段受股力过辰程中齐，由盗于构晋件的声截面沃高度振较对盘应整球浇梁范的截偷面高催度小围，所监以在塞弯矩抚作用贝下，页在原堪构件河上产移生的楚钢筋籍应力狱、挠暮度日都法较对您应的助整浇怀梁构贵件大纹得多券。叠合择构件箩的中签和轴匠上移倾，使夸第一邮阶段兄受压非区部夹分变店为第株二阶宅段受纸力过什程中答的受良拉区乡丰。于添是原某受压渠区的握压力鬼对叠潮合构胶件的素作用奏，相崇当于近预应季力构彩件中妄的预到压应葵力作塑用，章称为阿“荷淡载预杠应力顷”。吐荷载插预应办力可叔以减椅少在认弯矩轮作用罗下引宋起的纽奉钢筋尾应力亮增量淡和挠热度增海量。险尽管妹在作用甘下，覆钢筋芝应力忌和挠造度增惧量都梦小于天相应高的整扯浇梁笔，但窑终因况在圾作贯用下朱，原规构件咱中的兄应力俘较整某浇梁胞大得水多，涂使叠规合构态件的刃钢筋顺应力兄、挠创度和盗裂缝裂宽度典在整窄个受罩力过爆程中弱，始茫终较母相应眠的整壶浇构悄件大羽，以书致受母拉钢多筋的勇应力剑比整验浇梁移在低顾得多您的弯梅矩作僵用下普，就绕可能瞎达到显流限霞。这希种现凑象称防为“熄钢筋殃应力贵超前脾”。2.使键用阶段尚钢筋应裂力的计甘算及控引制由于叠茄合梁中窜钢筋应逐力的超侮前，有可能反使梁的跑挠度和强裂缝在烛使用阶镰段就超摄过允许雨值，也弓可能使联构件的劣受拉钢劈燕筋在使冠用阶段榜就处在鸽高应力皂状态，掉甚至达哥到流限接。因此寨，验怒算使聋用阶健段的瞒钢筋订应力踩，使茂其不乞超过酱允许撕的应击力，功是叠佣合构洪件计燃算中贺的一暑个很色重要背的内跪容。挡在使症用阶炕段，补叠合转构件红受拉嗽钢筋熄应力糊可按研下式音计算定：(3添.7跨a)(3枣.7究b)(3.免7c)－反乳应荷喊载预材应力忌影响新的叠秀合特抛征系牢数。3.将承载力夺计算当采全用加挎大截船面加羡固混甲凝土枪受弯路构件角时，缩慧可按垫现行锹国家显标准敬《混组凝土授结构菊设计贼规范缩慧》及属《混贴凝土衣结构女加固殿技术编规范匙》的勒有关准规定巴进行引验算古：（1）凡构件截蛾面加大粘后，其卡相对界煮限受压胳区高度卧应按下挪列公式折确定。(3舰.8菊)(3借.9辅)(3移.1密0)式中敌：－计算系椅数，当伪混凝土搞强度等勒级≤C供50，溪0.8趟;C80裙，0.祥74；耽C50嫂~C8搅0间，倾线性插压入。－混袄凝土富极限坐压应慢变，狗取0沃.0表03蓝；－增钢苹筋位置违处，按父平截面号假设的林的初始技应变值顾；当新涨增主筋筋与批原主尘筋的极连接廉采用跟短筋围焊接搭时，可近霸似取－加岩固前晨，受荷弯构厦件验盯算截刑面上指原作继用的敏弯矩振标准值激；－加固迫前，在乡丰初始弯搂矩赛作用下拼原受拉席钢筋的应变值霸。当在摩受拉挺区加驼固矩劣形截辆面受宣弯构向件时错（图盯），礼其正放截面年受弯丘承载冒力应昏按下闷式确黎定：（）（）（）式中弓—构件乎加固后拥弯矩设草计值—新北增钢她筋强欲度利菌用系盯数，性取难=0.9；—新增秃钢筋的罗抗拉强授度设计用值；—新增庄受拉钢欣筋的截缺面面积饥；—构件保加固后躁和加固蛛前的截登面有效旦高度；—等杯效矩诸形应仓力图乳形的惠混凝惊土受疾压区喊高度港，简称塞混凝停土受程压区刑高度费；—原躁钢筋安的抗做拉、剪抗压侵强度脑设计响值；——祖原钢书筋的遭抗拉牌、抗碑压强悟度设悠计值吊；——纵医向受压野钢筋合填力点至赏混凝土倘受压边缘的唯距离涌；——受衫压区混首凝土矩脑形应力槽图的应赖力值与贤混凝土没轴心抗宪拉压强利度设计叙值的比项值；当之混凝土灵强度等脸级不超陶过C5南0时，皮取=1躺.0；廊当混凝洞土强度盯等级为暂C80留时，取北=0.任94；谜其间按只线性内价插法确堡定；——张原构绞件混股凝土削轴心备抗压额强度蓄设计活值；——魄矩形辞截面峰宽度鉴；——遇构件宏增大怜截面羽加固后后的朱相对众界限惧受压区区高浴度，每按本占规范规第条婆的规云定计蹲算。（2）老对受压裤区增浇屠叠合层画的情况待，在确烦定作用惜效应时郊，应按炕该规范氧关于叠糊合式受殊弯构件发的规定蠢执行。（3）扁对受拉龟区加厚义并加配累筋的情闷况，验捡算正截春面承载臂能力时区，其新框增纵向套钢筋的馅抗拉强置度设计巷值应乘跌以0.你9的强长度利用趟系数。（4）低当验算新加固构素件的斜子截面受型剪承载武能力时睛，其新论加混凝古土和钢汉筋的强割度利用吃系数，代应分别飘取等于宾0.7兴5和0资.85售，若新惠增箍筋沈为非封而闭的U脊型箍，绣在计算残受剪承竞载能力搜时，不户应考虑粒其作用网。3.2诊.2.查3构竭造规定1.阶新尖增混泄凝土侄的最小宏厚度，加损固板铃时不旅应小反于4乐0黎mm旁，加存固梁么时不座应小葛于6粘0m灾m，李用喷遮射混塑凝土虎施工侨时不点应小丈于5侵0格mm妹。2.辫石闯子宜露用坚校硬耐佩久的揭卵石甘或碎便石，冤其最泊大粒径不宜针大于燥20伸m袍m。3.浮加丸固板膊的受力钢裂筋直径宜用酬6～毛8昂mm抽；加漆固梁溜的纵走向受迅力钢铅筋宜领用变陪形钢派筋，代钢筋笔最小驾直径警对于务梁不进宜小迫于1顺2侦mm批；最福大直塞径不如宜大葛于2妇5m藏m；侄封闭逆式箍秃筋直赞径不趟宜小纷于8坑m苦m，重U型松箍筋布直径历宜与梨原有掏箍筋伞直径拿相同失。4.昏加劣固的婶受力沉钢筋身与原牛构件伟的受胖力钢筋派间的朋净距不应诊小于禽20霉m扫m，艰并应择采用虽短筋芳焊接呢连接跑，箍药筋应穴采用聋封闭医箍筋毒或U题型箍奋筋，沿并按蚕照现蹦行国夹家标错准《嗓混凝债土结译构设摆计规谎范）狡对箍要筋的岸构造莲要求缺进行泛设置挠。（1梢）当眠加固客的受夫力钢峰筋与副原构样件的喉受力剃钢筋胸采用丑短筋娃焊接财时，幸短筋坦的直滨径不胶应小悼于2眨0m讽m，旷长度躺不小旬于5竭d（都d为恶新增瓶纵筋哲和原谱有纵属筋直庸径的桑较小蛇值）散，各员短筋旋的中间心距院不大颜于5龟00问mm收（萌图3赤.5婶a）野。（2富）当琴用单卷侧或斥双侧复加固唱时，路应设器置U妻型箍柱筋（削图3驻-5莲b）随。a.迈U董型箍洞筋应您焊在渗原有气箍筋孔上，寒单面助焊缝迷长度汗为l懂0d惊，双距面焊毙缝为谊5d党（d断为U悼型箍纪筋直页径）吃。b.湿U孔型箍覆筋可兵焊在容增设然的植称筋或炊锚钉碑上，上也可罢直接橡植入缓锚孔婶内（送图3孝.5躺c）除，植浓筋或佳锚钉救直径匙d不啦应小挑于1北0攻mm蜂，锚凶钉距逢构件音边缘督不小赴于3纵d宾，且佩不小合于4促0佩mm栋，锚束钉锚屠固深烟度不恋小于录10冬d科，并帽采用乱环氧统树脂棍浆或啦环氧怖树脂悦砂浆解将锚赠钉锚压固于虏原有垦梁柱闭的钻挥孔内撑，钻捞孔直博径应轰大于夸锚钉自直径竞4宅mm肺。5.轿梁的纵餐向加固德受力钢宁筋的两踏端应可祸靠锚固造。3.2顽.2.销4施师工要求1.技加固不混凝胁土结塘构的它施工堆应遵历循下债列工贴序和融原则撇：（1幼）应究对原恢构件屋混凝针土存绣在的瘦缺陷绵清理贺至密恼实部讲位，润并将楚表面健凿毛盟或打程成沟混糟，火沟槽尼深度甘不宜东小于彼6涉mm天，间店距不礼宜大纹于箍你筋间起距或责20估0深mm找，被匀包的掌混凝暂土棱盖角应荐打掉涝，同与时应乡丰除去稼浮碴刘、尘鹊土。（2端）原挨有混读凝土笛表面旷应冲爱洗干脊净，涛浇注拨混凝表土前消原混伏凝土痕表面浓应以属新鲜哨水泥磁浆或匆其它狡界面存剂进垄行处费理。2.走对弦原有肿和新渡设受拒力钢应筋应浆进行摇除锈眼处理喘；在拦受力诞钢筋汗上施相焊前兔应采角取卸脏荷或旺支撑炕措施宋，并闲应逐杆根分屿区分池段分哀层进幼行焊配接，贞尽量帐减少航焊接芬热量脂对钢钩筋的雨影响钥。3.累模板搭熟设、钢阶筋安置书以及新与混凝土蕉的浇注蝴和养护悦，应符和合现行顺国家标律准《混瓶凝土工球程施工队及验收蜜规范》垦的要求难。例3顷-2牵某办禽公楼甜不上讽人屋侦面为笋预制拴钢筋当混凝蔽土板辣，跨喘度L0=3靠m，踪蝶板厚棍10至0m极m，恭C2字0混架凝土裂，配水Ф8核@1呜20联钢筋览，板袋面抹辩20革mm唤厚水造泥砂闯浆找论平层椅，二嘉毡三聋油防禾水层添，架绒空隔骄热层妇，板默底抹箩白灰麻砂浆竿20疫mm戚厚。筋因使祥用需夕要，启要在姐屋面诸上加策一层煮为会度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