工程结构加固方法的归纳总结要点

1、精品文档工程结构加固方法分析与探讨【摘要】：本文介绍了工程实际中运用比较广泛的几种结构加固的方法，并分析部分加 固方法的特点、适用范围以及相关的设计计算原理。通过此文希望为土木工程师进行结构 加固计算提供借鉴意见和方法。【关键字】：结构加固，加固设计，增大截面加固法， FRP1、结构加固常用方法1.1 增大截面加固法增大截面加固法， 也称外包混凝土加固法， 他通过增大构件的截面和配筋， 来提高结构 的承载力、 强度、刚度、稳定性及抗裂性。 该方法施工工艺简单， 适用面广， 可广泛用于梁、 板、柱、墙、基础、屋架等混凝土构件的加固。根据构件受力特点和加固的目的、构件几何 尺寸、 便于施工等要求可

2、设计为单侧、 双侧或三侧和四面包套的加固。 混凝土受弯构件中受 拉钢筋不足且净空不受限制时，可采用梁板底加大截面对原结构进行加固。根据加固目的和要求的不同， 可以是以增大截面为主的加固， 可以是增配钢筋为主的加 固，也可以两种方法同时采用。 以增大截面为主时，为了保证补加混凝土正常工作，亦需适 当配置构造钢筋。 以增配钢筋为主时， 为保证配筋的正常工作， 亦需按钢筋的间距和保护层 厚度等构造要求决定适当增大截面尺寸。增大截面法的技术难点是， 在设计构造方面必须注意解决好新加部分与原有部分的整体 工作共同受力问题。1.2 粘贴钢板加固法粘贴钢板加固法是用环氧树脂系列粘结剂将钢板粘贴在钢筋混凝土结

3、构物的受拉区或 薄弱部位， 使之与原结构物形成共同受力的整体， 以提高其抗弯、 抗剪能力及刚度，改善原 结构的钢筋及混凝土的应力状态， ，限制裂缝的进一步发展，进而提高结构的承载能力与耐 久性的加固方法。由于粘贴钢板厚度有限，因而它对刚度的提高效果并不显著。1.3粘贴纤维增强复合材料（FRP加固法粘贴纤维增强复合材料加固法是利用粘结剂将纤维增强复合材料（FRP粘贴在被加固混凝土构件薄弱部位， 使两者共同工作， 提高结构构件的承载能力， 从而起到加固补强的一 种加固方法。 此法的加固功效类似于粘贴钢板加固法。 由于纤维增强复合材料非常薄， 此法 对于结构刚度的提高更加有限，对拉应力的降低效果及对

4、混凝土裂缝的抑制作用都不明显。因而该加固方法适用于混凝土结构的抗弯和抗剪加固。纤维增强复合材料 （FRP由连续纤维和树脂基体复合而成。常用纤维种类包括碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维。 常用树脂有环氧树脂、 聚酯树脂和乙烯酯树脂。 根据纤维种类的不同 可将用于混凝土结构加固的纤维复合材料分为三类：玻璃纤维复合材料（GFRP、碳纤维复合材料（CFRP和芳纶纤维复合材料（AFRP。相比而言碳纤维复合材料具有更好的性能， 在工程中也用的最广，碳纤维复合材料的优点主要有：高拉伸强度（约为普通钢材强度的 10 倍），高弹性模量，自重轻，耐高温，耐酸碱腐蚀，施工简便，施工工期短。1.4 外加预应力加固法外加预应

5、力加固法是指采用预应力筋对建筑物的梁、 板、柱或桁架进行加固的方法。 这 种方法不仅具有施工简便的特点， 而且可在基本不增加梁、 板截面高度和不影响结构使用空 间的条件，提高梁、板的受弯、受剪承载力，改善其在使用阶段的性能。这主要是因为预应 力所产生的负弯矩抵消了一部分荷载弯矩，致使梁、板弯矩减小。之前几种加固方法都是被动的加固方法， 这主要表现在他们都不能减小， 更不能消除结 构自重所产生的应力和变形。 而外加预应力加固法是一种主动的加固方法， 也就是说， 在自 重增加很小的情况下可大幅度调整并改善原结构的受力状态，提高结构刚度和抗裂性能。1.5 外粘型钢加固法外粘型钢加固法是钢筋混凝土梁、

6、 柱四周包以型钢的一种加固方法。 例如， 在构件截面 的四角沿构件通常或沿某一段设置角钢， 横向用箍板或螺栓套箍将角钢连接成整体， 成为外 包于构件的钢构架。外包钢构架可以完全替代或部分替代原构件工作，达到加固的目的。外粘型钢加固法优点是构件截面尺寸增加不大， 而构件承载力可大幅度提高， 并且经过 加固后原构件混凝土受到外包钢的约束，原构件承载力和延性得到改善。1.6 增设支点加固法增设支点加固法就是通过增加支撑点以减小受弯构件的计算跨径，使得结构受力体系和受力状况发生改变，从而提高结构的承载能力及刚度，减小结构效应，改善结构受力性能。1.7 植筋加固植筋技术是一种新型的钢筋混凝土结构加固改造

7、技术， 它是在需连接的旧混凝土构件上 根据结构受力特点，确定钢筋的数量、规格、位置，在旧构件上进行钻孔、清孔、注入植筋 胶结剂，再插入所需的钢筋，使钢筋与混凝土通过结构胶粘结在一起，然后浇注新混凝土， 从而完成新旧钢筋混凝土的有效连接， 达到共同作用、 整体受力的目的。 作为一种新型的加 固技术，他不仅具有施工方便、工作面小、工作效率高的特点，而且还具有适应性强、适用 3欢迎。下载精品文档范围广、锚固结构的整体性能良好、价格低廉等优点。因而被广泛应用于建筑结构加固及混 凝土的补强工程中。2、增大截面加固法2.1特点及适用范围2.1.1特点增大截面加固法广泛用于梁、板、柱、墙、基础、屋架等混凝土

8、构件的加固。该加固方 法有以下特点：（1）结构受力明确，计算简单方便，加固后结构的承载力、刚度、稳定性得到明显提高，加固效果好。（2）加大构件截面，会使上部结构恒载增加，对原下部结构有一定影响。（3）现场湿作业工作量大，养护时间长，对生产和生活有一定影响。（4）若对梁底增大尺寸，会使梁下净空有所减小。2.1.2适用范围增大截面加固法加固构件时，对受弯构件来说增加抗弯刚度效果好，但增加尺寸有限。对偏心受压构件来说，增加强度、刚度、 稳定性方面效果都较好， 但有一共同缺点是新增混 凝土会增加原构件的负担，养护时间长，浇注不便、工期相对长些。增大截面加固法主要适用于以下情况：（1）原受弯构件的抗弯或

9、抗剪承载力不足，或构件刚度不足，采用增大截面加固效果较好。（2）受压构件承载力、刚度、稳定性不满足要求。（3）对于梁下净空没有特殊要求的结构。2.2受弯构件加固计算采用增大截面加固法可分为在截面受压区或受拉区增设现浇混凝土加厚层的两种方法。2.2.1 受压区加加现浇混凝土层加固法2.2.1.1 正截面抗弯承载力计算受压区加现浇混凝土层加固后，梁板受弯构件正截面抗弯承载力可按下列公式计算:xfcmbx(ho -)fyA(h。as)(2-1)fcmbXfyo As0f y As(2-2)上两式中：M为加固后构件计算截面承担的弯矩设计值；As0为原构件纵向受拉钢筋截面面积；As为受压区新加纵向受压钢

10、筋截面面积；fy。为原构件纵向受拉钢筋抗拉强度设计值；fy为受压区新加纵向受压钢筋抗压强度设计值；fcm为混凝土弯曲抗压强度设计值，当x ho hoi时，按新加混凝土取用；当 x ho hoi时，可近似按新旧混凝土的小者取用。b为计算截面宽度；h0i、ho分别为加固前后计算截面的有效高度；x为计算截面受压区高度。221.2斜截面抗剪承载力计算加固时，若能在构造上保证叠合层部分门形箍筋与原构件可靠连接，且其数量不低于原构件，则受压区加现浇混凝土层加固后，梁板受弯构件斜截面承载力可按下式计算：(2-3)V0.07 fcbho 1.5fyvojAsv0hoSo式中：V为加固后构件计算截面承担的剪力设

11、计值，V o.25 fcbho ； Asvo为原构件配置在同一截面内箍筋各肢的全部截面面积；fyvo为原构件箍筋抗拉强度设计值；so为原构件箍筋间距；fc为混凝土抗压强度设计值，近似按原构件混凝土取用。否则，可近似不考虑新加箍筋的有利影响，按下式计算：V o.o7 fcbho 1.5fyvoA°hoi(2-4)So2.2.1.3设计计算方法(1) 确定受压区现浇混凝土层厚度。当板也需要加固时，梁受压区新增混凝土层厚度一般应与板相同，在不影响正常使用的条件下，梁板受压区新增混凝土层厚度可近似按下式初步确定：hnM M uo0.85As0 fy0(2-5)式中：Muo为原构件正截面抗弯承

12、载力设计值；hn为受压区新增混凝土层厚度，hn ho ho1 O(2) 验算正截面抗弯承载力并确定受压钢筋的数量。按照实际选定的截面尺寸，确定计算截面弯矩设计值M，然后令 A0代入式(2-1 )和式(2-2 )对加固截面正截面抗弯承载力进行验算，当满足要求是，仅需按构造配制受压钢筋，否则需要按照式(2-1 )和式(2-2 )计算确定受压钢筋数量。(3)判断计算结果和加固方案是否合理，不合理则须修改截面尺寸或采用其他加固方法。(4)验算斜截面抗剪承载力。222受拉区加加现浇混凝土围套加固法2.2.2.1正截面抗弯承载力计算受拉区加现浇混凝土围套加固后的钢筋混凝土受弯构件正截面抗弯承载力可按下列公

13、式计算:fyAs(h0 i)x '' x 's0 (h°1)fy0 As0 (as)2 2(2-6 )上二式中:fcmbxs0 As0f y Asf y0 As0(2-7 )s0为达到极限状态时原受拉钢筋的应力;为受拉区新加纵向钢筋抗拉强度折减系数，可近似取0.9 ； x为加固后构件截面计算受压区高度，为保证新加受拉钢筋屈服应满足应满足xbh° ； b为受拉区加现浇混凝土围套加固梁正截面界线破坏受压区高度系数。达到极限状态时原受拉钢筋的应力s0可根据平截面假设确定，即:s0(込 1) cuEsxyo(2-8 )5欢迎下载上式中：cu为混凝土极限压应变

14、；Es为钢筋的弹性模量。b应根据加固时原构件已承担的荷载值M，根据平截面假定，按下述方法确定:加固时，在荷载值 M1k作用下，原受拉钢筋的应变s01可按下式确定:s010 .87 h01 As0 Es(2-9 )根据平截面假定，此时相应新加钢筋位置处的初始应变为s1 (1.6h°h010.6) s01(2-10)精品文档0.8加固后，在新增荷载作用下，新增钢筋是以初始应变s1为起点，则(2-11)sicu2222 斜截面抗剪承载力计算单面混凝土围套加固时，若能在构造满足新加 U形箍与原构件的可靠连接，并保证其数 量不低于原钢筋，则其斜截面抗剪承载力可按下式计算：AV 0.07 fcb

15、ho 1.5fyVo svo ho（ 2-12）So否则，应按下式计算：V 0.07 fcbho 1.5fyvoJASVoho1（ 2-13）So2.2.2.3 设计计算方法（1）初步确定加固梁截面尺寸。从式（2-6 ）到式（2-8 ）可以看出，三个方程求解四 个未知数（As、ho、x和so），有无穷组解。一般可根据工程经验和构造及斜截面承载力 要求，初步假定截面尺寸。（2）根据初步确定的截面尺寸，求解式（2-6）到式（2-8），确定新增纵向钢筋的面积。当正截面承载力需要的增量很大，截面新增加高度较大时，可近似地不计原受拉钢筋的作用，令Aso0，按式（2-6）到式（2-8 ）确定As。（3）按

16、式（2-12 ）到式（2-13 ）验算斜截面承载力。（4）根据计算结果判别加固方案是否满足要求，不满足则修改截面尺寸或采用其他加 固方法。2.3受压构件加固计算2.3.1轴心受压柱的加固计算采用加大截面法加固的钢筋混凝土轴心受压柱正截面受压承载力由两部分组成，即被加固柱对承载力的贡献和新加部分对承载力的贡献。(2-14 )根据截面平衡条件，加固后轴心受压柱正截面承载能力可以表示为Nu (Nuo N)式中：Nu为被加固柱截面轴心受压承载力，NufcoAcO fyoAsO ； fco为被加固部分混凝土轴心抗压强度设计值；AcO为被加固部分混凝土截面面积；fyo为被加固部分纵向钢筋抗压强度设计值；A

17、s0为被加固部分纵向钢筋截面面积；N为被加固部分材料破坏时，新加固部分截面所能承担的压力，NcAc sAs ； Ac为新加部分混凝土截面面积；As为新加部分纵向钢筋的截面面积；c为被加固部分混凝土应变为0新加部分混凝土的应力；s为被加固部分混凝土应变为0新加部分钢筋的应力；为轴心受压构件稳定系数。2.3.1 偏心受压柱的加固计算采用加大截面法加固钢筋混凝土偏心受压柱时， 可近似按照混凝土结构偏心受压构件正 截面受压承载力的计算方法计算， 但应考虑新加钢筋和混凝土可能得不到充分利用， 对其强 度进行折减。 规范规定： 对受压区新增混凝土和纵向钢筋的抗压强度设计值以及受拉区新增 钢筋的抗拉强度设计

18、值均应乘以 0.9 的折减系数。3、粘贴钢板加固法3.1 特点及适用范围3.1.1 特点采用粘贴钢板加固法在国内应用已是相当广泛。该加固法有以下特点：（1）不会破坏被加固结构的外形。（ 2）施工工艺简单，施工质量易于控制，施工工期短，经济性较好。（ 3）钢板所占空间小，不影响桥梁净空，桥梁自重增加不大。（4）黏结剂的质量及耐久性是影响加固效果的主要因素。（ 5）加固钢板容易锈蚀，必须进行严格的防锈处理。3.1.2 适用范围粘贴钢板加固法适用于钢筋混凝土受弯、受拉和受压构件的加固。（1）为了提高结构的抗弯能力，一般在构件的受拉边缘表面粘贴钢板使其与原结构形 成整体受力。（2）如果结构的主拉应力区

19、斜筋不足，为了增加结构的抗剪切强度，可将钢板粘贴在 结构的侧面， 并垂直于剪切裂缝的方向斜向粘贴 （斜度一般为 45 - 60 ），以承受主拉应力。也可以竖向粘贴成条状或用U形和L形箍板。两种方式都需要钢板压条。(3) 有时为提高结构整体刚度也可通过粘贴钢板来实现。(4) 当局部受力比较集中部位出现裂缝时，通过粘贴钢板可增强构件抗剪强度。3.2计算原理(受弯构件)3.2.1正截面抗弯承载力计算有采用外部粘贴钢板加固的钢筋混凝土梁，其正截面承载力可按钢筋混凝土受弯构件 正截面承载力的方法计算，即(3-1)(3-2)X '''''tafcmbX(ho 2)f

20、yAs(h0 as) f ay(h0 aa) fay Aa(as 三)fcmbxf y Asfay Aaf y ASf ay Aa上二式中：As、As为被加固构件受拉、受压区纵向钢筋的面积；fy、fy为被加固构件纵向受力钢筋的抗拉、抗压强度设计值；Aa、Aa为受压区、受压区粘贴钢板的截面面积;fay为粘贴钢板的抗拉、抗压强度设计值；as、as为被加固构件受拉、受压区纵向钢筋合力作用点至混凝土截面边缘的距离；aa为受压区粘贴钢板合力作用点至混凝土截面边缘的距离；ta为受拉区粘贴钢板的厚度；b为被加固构件截面宽度；x为截面受压区计算高度，应满足x bho和x b'hoi ； b为混凝土受弯

21、构件正截面相对界限受压区高度系数；b为粘贴钢板加固正截面相对界限受压区高度系数。考虑到粘贴钢板受力前被加固构件中钢筋已受力变形，b应按下式确定：0.8b 一匚(3-3)Ty Ess11 -cus1为粘贴钢板位置处，假想的由于加固前原构件受力变形引起的变形值，按照平截面 假设，并假设原构件内力臂系数为0.87，贝yas ta2s1 (1 s a ) s01(3-4)hos01为加固时原截面受拉钢筋的初始应变，可以近似按下式计算:s01M 0k0.87 h° As Es(3-5 )7欢迎。下载精品文档式中：M 0k为加固前被加固构件承受的弯矩标准值。322斜截面抗剪承载力计算有采当构件斜

22、截面抗剪承载力不足时，可以采用粘贴U形钢箍板或斜方向钢板条进行加 固，加固后构件斜截面承载力可按下列公式计算:当采用U形钢箍板加固时V Vu0 2 fayAa1（ 3-6）S当采用侧向斜钢板条加固时LuV Vuo2 fayAai sin（3-7）S上两式中：V为斜截面最大剪力设计值；Vu0为原构件斜截面受剪承载力设计值；Aa1为单肢箍板或板条的截面面积；S为箍板或板条轴线间的距离，应满足Lu.S 1.5 ； Lu为箍板或板条在梁侧的高度；为斜板条的倾角。4、粘贴纤维复合材料加固法4.1特点及适用范围4.1.1特点粘贴纤维复合材料加固时有以下特点：（1）粘贴厚度小，不增加断面尺寸，不增加桥梁恒载

23、。（2）可以随结构外形变化施工，从而降低施工难度，缩短施工工期。（3）施工简便，无需大型设备，可在不影响或少影响交通的情况下施工。（4）能有效的封闭混凝土的裂缝。（5）具有良好的耐腐蚀性，寿命较长，便于养护。4.1.2适用范围粘贴纤维复合材料加固法适用于梁、板的加固，可提高梁、板的承载力，对刚度的提高效果相对较差；亦可用于加固钢筋混凝土受压柱，以提高其承载力、延性、耐久性等。粘贴纤维复合材料加固构件，主要适用于以下情况：（1）原构件受拉主筋或腹筋配筋不足的梁和板，抗弯、抗剪加固效果较为显著。（2）原构件受拉钢筋严重腐蚀或受损，以致承载力无法满足安全及使用要求。（3）提高构件的抗裂性，可制约裂缝

24、的发展。（4）以延长结构使用年限为主要目的的耐久性加固。(5) 混凝土墩柱的抗剪、抗压补强以及抗震延性补强。4.2计算原理(受弯构件)421假定及相关规定采用纤维复合材对梁、板等受弯构件进行加固时，除应遵守现行国家标准混凝土结构 设计规范GB 50010正截面承载力计算的基本假定外，尚应遵守下列规定:f取等于拉应变f与弹性模量(1)纤维复合材的应力与应变关系取直线式，其拉应力Ef的乘积;(2) 当考虑二次受力影响时，应按构件加固前的初始受力情况，确定纤维复合材的滞后 应变;(3) 在达到受弯承载能力极限状态前，加固材料与混凝土之间不致出现粘结剥离破坏。受弯构件加固后的相对界限受压区高度fb应按

25、下列规定确定:(1)对重要构件，采用构件加固前控制值的0.75倍，即fb °.75 b(4-1)(2)对一般构件，采用构件加固前控制值的0.85倍，即fb 0.85 b(4-2)式中 b构件加固前的相对界限受压区高度，按现行国家标准混凝土结构设计规范GB50010的规定计算。4.2.2理论计算在矩形截面受弯构件的受拉边混凝土表面上粘贴纤维复合材进行加固时,其正截面承载力应按下列公式确定：M1 fc0bx(h ；)fy0As0(h a)fy0As0(h h。)(4-3)1 fc0 bxfyoAof f f Afe f y0 Aso(4-4)(0.8 cuh x)fcu f 0(4-5)

26、13欢迎下载(4-6)x 2a式中 M 构件加固后弯矩设计值;X 等效矩形应力图形的混凝土受压区高度，简称混凝土受压区高度；b、 h矩形截面宽度和高度；Ify0、fy0 原截面受拉钢筋和受压钢筋的抗拉、抗压强度设计值；A、A。一原截面受拉钢筋和受压钢筋的截面面积；a'纵向受压钢筋合力点至截面近边的距离；ho 构件加固前的截面有效高度；ff 纤维复合材的抗拉强度设计值；Afe 纤维复合材的有效截面面积；f 虑纤维复合材实际抗拉应变达不到设计值而引入的强度利用系数,f 1.0 时，取 f 1.0cu 混凝土极限压应变，取cu 0.0033 f 纤维复合材拉应变设计值;f 0 考虑二次受力影

27、响时，纤维复合材的滞后应变，若不考虑二次受力影响，取加固设计时，可根据公式（4-3 ）计算出混凝土受压区高度X,并按公式（4-5 ）计算出强度利用系数f，并代入公式（4-4），即可求出受拉面应粘贴的纤维复合材的有效截面面积Afe ;然后按下述规定换算为实际应粘贴的纤维复合材截面面积Af。图4-1矩形截面构件正截面受弯承载力计算规定：实际应粘贴的纤维复合材截面面积Af，应按下列公式计算:Af Afe 心（4-7 ）纤维复合材厚度折减系数是km，应按下列规定确定：（1） 当采用预成型板时，km 1.0 ；（2） 当采用多层粘贴的纤维织物时，km值按下式计算：n e tkm 1.16 f f f 0

28、.90（4-8）308000式中Ef 纤维复合材弹性模量设计值（Mpa）；nf和tf 分别为纤维复合材（单向织物）层数和单层厚度。对受弯构件正弯矩区的正截面加固，其粘贴纤维复合材的截断位置应从其充分利用的截面算起，取不小于按下式确定的粘贴延伸长度（图4-2）：lc1 f f Afff,vbf200(4-9)图4-2纤维复合材的粘贴延伸长度式中lc 纤维复合材粘贴延伸长度（ mr）bf 对梁为受拉面粘贴的纤维复合材的总宽度（mr）,对板为1000mm板宽范围内粘贴的纤维复合材总宽度；ff 纤维复合材抗拉强度设计值，ff,v 纤维与混凝土之间的粘结强度设计值（Mpa ），取ff,v 0.4ft ；

29、 ft为混凝土精品文档抗拉强度设计值，按现行国家标准混凝土结构设计规范GB50010规定值采用；当ff,v计算值低于0.4时，取ff,v 0.40Mpa ；当ff,v计算值高于0.70时，取ff,v 0.70Mpa ；1修正系数；对重要构件，取1 1.45；对一般构件，取 1 1.0 。4.3 FRP 的施工碳纤维复合材料（ Carbon Fiber Reinforce Plastic ）加固修复混凝土结构技术是将 碳纤维这种高性能纤维材料应用于土木工程， 利用与其相配套的树脂类粘结剂 （建筑结构胶） 将碳纤维粘贴到结构或构件需要加固的部位表面，形成复合材料体（CFRP,通过其与结构或构件的协

30、同工作， 来提高结构或构件的承载力和延性的一种新型加固工法。 该工法与传统 的结构加固技术相比，以其轻质高强、耐腐蚀性和耐久性强、 施工便捷、结结构影响较小等 优点，广泛应用于国内外结构加固改造工程中。4.3.1 加固方案设计依据碳纤维材料加固混凝土构件，通常有以下几种方式：沿构件主轴方向粘贴碳纤维， 以提高构件正截面的抗弯能力； 沿与构件主轴垂直方向粘贴碳纤维， 由碳纤维与原有箍筋 共同分担剪力以提高构件的抗剪承载力； 沿与构件主轴垂直方向粘贴碳纤维以改善加固部 位的延性， 提高其抗震性能。 目前在国内工程中应用最多的是第一种方式， 即加固修复提高 梁板正截面承载能力，使之满足使用功能要求。4.3.2 碳纤维复合材料的选择加固修复混凝土结构所用碳纤维材料主要有两种：碳纤维与配套树脂粘贴剂。碳纤维 是高强度高弹性模量材料， 强度是钢材的十几倍。 建筑粘结剂