建筑结构加固培训讲义

建筑结构加固概述1概述1.1加固程序加固工作程序1概述1.1加固程序根据可靠性鉴定的等级、存在的问题，对结构安全的要求及破坏后可能造成后果的严重程度，业主方应对委托加固方提出具体要求，加固方根据鉴定情况及业主委托加固范围、要求综合考虑提出加固方案，征得业主同意后再进行加固设计。加固设计应与施工方法紧密结合，并应采取有效措施，保证新浇混凝土与原结构连接可靠，协同工作。按照加固设计进行施工组织设计，并制定确保加固质量和安全的有效措施。施工中应遵照加固规范及有关规范要求作业，完工后参照有关标准进行验收。1概述1.2加固特点结构加固设计和施工与新建工程不尽相同，加固工程主要有以下特点：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；（待续）1概述1.2加固特点结构加固设计和施工与新建工程不尽相同，加固工程主要有以下特点（续）：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。1概述1.3加固原则结构构件加固方法有多种且各不相同，但是却共同遵守下述原则：1）先鉴定后加固的原则2）结构体系总体效应原则3）加固方案的优化原则4）尽量利用的原则5）与抗震设防结合的原则6）材料的选用和取值原则7）荷载取值原则8）承载力验算原则9）其他原则1概述1.3加固原则

总体效应原则在制定加固方案时，除应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，有时会改变整个结构的动力特性，从而产生薄弱层，对抗震带来很不利的影响。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。1概述1.3加固原则

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。1概述1.3加固原则

材料的强度及选用原则（1）加固设计时，原结构的材料强度按如下规定取用：如原结构的材料种类和性能与原设计一致时，按原设计（或规范）值取用；当原结构无材料强度资料时，应按实测材料强度等级根据现行规范取值。1概述1.3加固原则

材料的强度及选用原则（2）加固材料的选用：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。加固用混凝土，应比原结构的混凝土强度等级提高一级，加固混凝土中不应掺入粉煤灰、高炉矿渣等混合材料。粘结材料及化学灌浆材料的粘结强度，应高于被粘结构混凝土的抗拉强度和抗剪强度。粘结材料及化学灌浆材料一般宜采用成品或半成品。当自行配制时，应进行试配，并检验其与被粘结材料间的粘结强度。1概述1.3加固原则

荷载计算原则对加固结构承受的荷载，应作实地调查和取值。一般情况下，当原结构系按《工业与民用建筑结构荷载规范》荷载规范取值者，在鉴定阶段，对结构验算仍按原规范取值；当需加固时，则加固验算应按新《建筑结构荷载规范》规定取值。对于现行荷载规范中未作规定的永久荷载，可根据情况进行抽样实测确定。抽样数不得少于5个，以其平均值的1.1倍作为其荷载标准值。工艺荷载和吊车荷载等，应根据使用单位提供的数据取值。1概述1.3加固原则

结构加固设计使用年限对结构设计使用年限—设计规定的结构或结构构件在进行正常的维修而不需要进行大修的条件下即可满足预定功能使用的年限。加固结构设计使用年限—加固结构在正常维护条件下能满足预定功能使用的年限。老龄建筑后续使用年限不可能太长，一般5～10年；一般工程20～30年；新建工程应满足原设计要求—50、100年。1概述1.3加固原则风、雪荷载不同重现期的相对取值设计使用年限1030501001.1与50年的相对比值0.70.91.0地震影响系数最大值的相对关系设计使用年限相对比值20300.7540501.000.590.88抗震加固三种设防标准设计标准

后续设计使用年限

地震作用重现期年限

抗震构造规范版本高中低50403050403020018995抗震鉴定标准1概述1.3加固原则加固结构耐久性年限估算（仅供参考）加固方法及防腐措施耐久性年限加大截面法，外包型钢法且有效防腐时，置换混凝土法，绕丝法外粉水泥砂浆时，体外预应力法有效防腐时，结构体系加固法，增设支点加固法等。与普通结构相同采用无机胶粘锚或“有机与普通结构相同胶+锚栓”双重锚固时化学植筋有机胶锚固30～40采用无机胶粘贴或“有机胶+锚栓（或射钉）”双重保险时粘贴纤维复合材料加固法，粘贴钢板加固法40～5010～30有机胶粘贴时1概述1.3加固原则

承载力验算原则1）结构的计算简图应根据结构上的作用或实际受力状况确定。2）结构的计算截面积，应采用实际有效截面积，并考虑结构在加固时实际受力程度及加固部分的应变滞后特点，以及加固部分与原结构协同工作程度。3）验算时，应考虑实际荷载偏心、结构变形、温度作用等造成的附加力。4）加固后使结构重量加大时，尚应对被加固的相关结构及建筑物基础进行验算。1概述1.3加固原则

其他原则1）对于高温、腐蚀、冻融、振动、地基不均匀沉降等原因造成的结构损坏，应在加固设计中提出相应的处理对策后再进行加固。2）结构加固应综合考虑其经济效果。尽量不损伤原结构并保留其具有利用价值的结构构件，避免不必要的拆除或更换。3）加固施工过程中，若发现原结构或相关工程隐蔽部位构造有严重缺陷时，应立即停止施工，会同加固设计者提出有效措施进行处理后方能继续施工。4）对于可能出现倾斜、开裂或倒塌等不安全因素的房屋，在加固施工前，应采取临时措施以防止不安全事故发生。1概述1.4加固结构受力特征加固结构工作中的受力特征与一次建成的普通结构有较大的差异，主要表现在二次受力和共同整体工作两方面。1、加固结构属二次受力结构及二次组合结构二次组合结构—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。1概述1.4加固结构受力特征2、加固部分与原结构部分整体共同受力问题主要取决于加固时原结构卸荷的程度和结合面的构造处理措施。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。1概述1.4加固结构受力特征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。1概述1.5加固方法及选择按加固对象分直接加固法(或被动加固法)—又称构件加固法，是直接针对结构构件或节点承载力提高的加固，方法很多，主要的有增大截面法、置换砼法、外包型钢法、外粘钢板法、外粘纤维复合材料法、绕丝法及钢丝绳网片—聚合砂浆面层加固法等。间接加固法（或主动加固法）—间接加固法是针对结构体系的和理性或完整性，用新增部分构件或设施来改变结构总体布局和传力途径，达到减小结构内力、增大结构刚度和延性的目的。方法很多，主要有新增剪力墙及侧向支撑法、增设阻尼器法、增设支点法、增设拉结连系法、以及预应力加固法等。综合加固法1概述1.5加固方法及选择按加固目的分承载力加固刚度加固延性加固整体性加固耐久性加固1概述1.5加固方法及选择加固方法选用准则应根据当地条件，进行多方案比较，按技术先进可靠，经济合理原则，择优选用。体系加固与构件加固并存时，应优先考虑体系，其次才是构件。不同类型构件加固时，应优先考虑重要结构及关键构件。单一方法有效性较差时，应优先考虑综合法。1概述1.5加固方法及选择

加大截面加固法，即采取增大混凝土结构或构筑物的截面面积，以提高其承载力和满足正常使用的一种加固方法。可广泛用于混凝土结构的梁、板、柱等构件和一般构筑物的加固。

外包钢加固法，即在混凝土构件四周包以型钢的加固方法（分干式、湿式两种形式）。适用于使用上不允许增大混凝土截面尺寸，而又需要大幅度地提高承载力的混凝土结构的加固。当采用化学灌浆外包钢加固时，型钢表面温度不应高于60℃；当环境具有腐蚀性介质时，应有可靠的防护措施。1概述1.5加固方法及选择

预应力加固法，即采用外加预应力钢拉杆（分水平拉杆、下撑式拉杆和组合式拉杆三种）或撑杆，对结构进行加固的方法。适用于要求提高承载力、刚度和抗裂性及加固后占用空间小的混凝土承重结构。此法不宜用于处在温度高于60℃环境下的混凝土结构，否则应进行防护处理；也不适用于混凝土收缩徐变大的混凝土结构。1概述1.5加固方法及选择

改变结构传力途径加固法。主要可分为两种：１．增设支点法：该法是以减小结构的计算跨度和变形，提高其承载力的加固方法。按支承结构的受力性能分为刚性支点和弹性支点两种。２．托梁拔柱法：该法是在不拆或少拆上部结构的情况下拆除、更换、接长柱子的一种加固方法。按其施工方法的不同可分为有支撑托梁拔柱、无支撑托梁拔柱及双托梁反牛腿托梁拔柱等方案，适用于要求厂房使用功能改变、增大空间的老厂改造的结构加固。1概述1.5加固方法及选择

外部粘钢加固法，即在混凝土构件外部粘贴钢板，以提高其承载力和满足正常使用的一种加固方法。适用于承受静力作用的一般受弯、受拉构件；且环境温度不大于60℃，相对湿度不大于70％，以及无化学腐蚀影响，否则应采取防护措施。

粘贴碳纤维加固法，是一项新型的应用外粘高性能复合材料进行结构加固的技术，即在混凝土构件外部粘贴碳纤维片材，以提高其承载力和满足正常使用的一种加固方法。适用于承受静力作用的一般受弯、受拉构件，也可用于柱的抗震加固；长期使用环境温度不应高于60℃。1概述1.5加固方法及选择

其他加固方法，如增设支撑体系和剪力墙等，以增加结构的整体刚度，改变构件的刚度比值，调整原结构内力，改善结构和构件的受力状况，多用于增强单层厂房和多层框架结构的空间刚度，以提高其抗水平力的能力，可按现行有关规范的规定进行设计。

裂缝修补技术，即采用化学灌浆方法，恢复结构整体性、耐久性、防水性和外观等，灌浆材料可采用环氧树脂、甲基丙烯酸脂和微膨胀水泥浆等。1概述1.5加固方法及选择混凝土结构加固方法2.2混凝土结构的加固主要内容

2.2.1混凝土结构加固概述；

2.2.2增大截面加固法

2.2.3置换混凝土加固法；

2.2.4预应力加固法；

2.2.5外粘型钢加固法；

2.2.6粘贴纤维复合材料加固法；

2.2.7粘贴钢板加固法

外粘型钢加固法类似)混凝土结构加固设计规范GB5036

－20132.2.1

混凝土结构加固概述加固一般规定

八点)

1加固前必须由专业技术人员进行可靠性鉴定和加固设计；

加固范围可小

一个构件

可大

整栋建筑

，但必须考虑结构整体性；

2加固后结构安全等级由委托和设计方共同确定；

3加固设计与施工应紧密配合，并保证新老构件共同工作；

4加固设计应考虑经济效果，避免不必要的拆除或更换；

5加固施工时应采取必要的临时安全措施；

6加固后结构使用年限由设计和业主协商确定，一般宜按3

年考虑；

7使用粘结方法或聚合物加固的结构应定期检查其工作状态(1

年

；

9未经鉴定或设计许可，不得改变加固后结构用途和使用环境。加固设计计算原则(1

点)

1结构分析方法一般采用线弹性分析方法；

2应进行规定的承载力极限状态和正常使用极限状态设计和验算；

3结构上作用应调查和检测核实

可引用可靠性鉴定结论

；

4结构上作用效应计算简图应符合实际；

5作用效应组合、组合值系数、分项系数应按荷载规范确定，并应考虑荷载偏心、结构变形、温度作用等附加内力；

6结构构件尺寸对原有部分采用实测值，设计部分采用名义值；

7原砼强度等级和钢筋强度标准值一般应采用现场检测结果推定的标准值

砼强度等级可采用钻芯或回弹法，并应进行龄期修正

；加固设计计算原则(1

点)

8加固材料质量和性能

标准值和设计值

应符合相关规定

9承载力验算应考虑应变滞后特点及新老结构共同工作的程度

10

相关构件及地基基础必要验算

结构质量增大、荷载传递路线变化)

11

地震区结构构件加固尚应符合抗震设计规范和抗震加固规范

质量和刚度变化)

12

使用胶粘剂或参有聚合物

改性沥青、聚合物砂浆等

加固设计尚应进行原结构验算

确保偶然事件发生后，防止加固结构的加固部分失效，要求原结构构件具有一定的安全保证；要求原结构构件能承担n倍恒载标准值作用)

可变荷载标准值

永久荷载标准值

，n=1.

；

可变荷载标准值

永久荷载标准值

，n=1.5;

1

可变荷载标准值

永久荷载标准值<

，

按线性内插法确定加固材料标准值的确定

抽样检查)材料强度平均值f

m

ks加固材料标准值正态分布分位值材料强度标准差kf材料强度标准值计算系数置信水平

度)＝0.0

时的

值＝0.0

时的

值c=0.99

c=0.95

c=0.90

c=0.75nnc=0.99

c=0.95

c=0.90

c=0.7545－5.1454.2023.7073.3992.9113.9573.4003.0922.8942.5682.6802.4632.3362.2502.10315202530503.1022.8072.6322.5162.2962.5662.3962.2922.2202.0652.3292.2082.1322.0801.9651.9911.9331.8951.8691.811－65.4094.7303.739710抽样试样数结构荷载标准值的确定荷载标准值一般按现行荷载设计规范确定自重标准值＝单位自重标准值×实际尺寸

或结构详图尺寸)荷载规范无规定按现行荷载规范采用屋面加固施工荷载现场抽样确定自重变异较大的怀疑原设计值与实际有显著差异低于现行规范的采用现行规范高于现行规范的采用实际荷载施工荷载过大的宜采取措施降低雪

风

载和楼面活载标准值＝规范规定值×考虑目标使用年限的修正系数φa下一目标使用年限雪载或风载1

年0.850.852

年0.950.903

－5

年1.0楼面活载1.0现场抽样确定自重标准值方法

试样数量不少于

个。试样平均值抽样数量影响系数试样标准差gtg

m

s其效应对结构不利时k,supgn自重标准值试样数量t其效应对结构有利时g

m

sk,supggnn567tn8tntnt2.132.021.941.891.861.801520251.761.731.71301.701.681.6794010≥60对于非结构的购配件，或对制作沉降有影响的构件若其自重效应对结构有利时应取其自重标准值gk,su

＝

。加固方法及配合技术增大截面法裂缝修补技术锚固技术加固配合技术置换砼加固法阻锈技术外粘型钢加固法外粘钢板加固法粘贴纤维复合材加固法绕丝加固法直接加固法混凝土结构加固法高强钢丝绳－聚合物砂浆外层加固法外加预应力加固法增设支点加固法间接加固法2.2.2增大截面加固法设计规定

适用范围：钢筋混凝土受弯

梁板

和受压构件的加固

原砼要求：不应低于C10

现场检测结果

无法提供足够的粘结力)

新砼要求：高于原砼一个等级且不低于C20

界面处理和粘结质量要求：符合规定可按整体截面处理

基本假定：同《混凝土结构设计规范》GB50010增大截面加固法的优缺点

优点：工艺简单、经验丰富、受力可靠、加固费用低

缺点：湿作业工作量大、养护期长、占用建筑空间多加固形式砼构件加固形式四周外包三侧外包双侧加厚单侧加厚梁四面加固

压区加固

拉区加固双侧加固三侧加固柱双面加固四面加固四面加固单面加固受弯构件正截面加固

压区加固)承载力计算验算结果表明，仅需增设混凝土叠合层即可满足承载力要求时，也应按照构造要求配置受压钢筋和分布钢筋裂缝宽度验算抗裂度验算挠度验算压区加固加固方法现行混凝土结构设计规范叠合式受弯构件拉区加固受弯构件正截面加固

拉区加固)a'f

'

A'y0

s0xA's0f

bx1

c0cuh01h

h0f

Ay0

s0As0AsMs0s1sfy

As

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x

2

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ys0y0

s001y0

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2

2

'

2a

x

hb

0原受压钢筋受压屈服新增受拉钢筋受拉屈服知识点：增大截面后的相对界限受压区高度a'fy'

A'sxA'fs01

c1cuh01h

h0f

AAs0AsMy0

s0s0s1fy

As1b

新增钢筋位置处按平截面假定确定的初始应变值，当新增钢筋与原钢筋采用短钢筋焊接时，可近似取h

=h

，ε

=εf

1sys1

E

cuscu0ss0h0h01

1.60.6

s1s0M

0k初始弯矩标准值M0

作用下原受拉钢筋的应变值s00.87h

A

E01

s0

s0推导增大截面后的相对界限受压区高度cuc0xxnc0x00.85h01h0

h01As0Asfy

/

Ess引用苏联标准M0ks0s0As0hs1原截面初始荷载作用x

20.15hx

0101

0.375h010.80.8h0

x01h0

0.375h01s1s0s0

0.375h01h

xh010101h0

0.375h010.625h01

h

1.6

0.60s0s0h01推导增大截面后的相对界限受压区高度cuc0xxnc0x00.85h01h0

h01As0AsM0ks0s0As0hfy

/

Ess1

x

1

1

n1

cuffb1

nbh0

sy2

s1

1sy2s1cus

cuEsEcu受弯构件正截面加固

拉区加固)x

h原受拉钢筋不屈服，应重新验算0b

01

f

bx

A

f

A

f'A'1

c0s0

s0sysy0

s0x

2

x

2

x

aM

f

A

h

A

h

f'A''y0

s0sys0s0

s001

2

0.8h

x

01

1

E

fcu

s0

y0s0新增钢筋强度利用系数，取0.9受弯构件斜截面加固

截面最小尺寸验算条件（同砼设计规范）V

0.25

f

bh

(h

/b

4)c

c00wV

0.2

f

bh

(h

/b

6)c

c00wV

0.25(14

h

/b)

f

bh

(4

h

/b

6)wc

c00w受弯构件斜截面加固

当拉区增设配筋混凝土层，并采用

形箍与原箍筋逐个焊接时Asv0s0V

0.7

f

bh

0.7

f

b(h

h

)

1.25

fh0t001c

t001yv0新增混凝土强度利用系数，取0.7≥3d焊于原箍筋上单面焊≥10d双面焊≥5d植箍筋用结构胶锚固新增

形箍新增箍筋≥10d新增

形箍植筋方式埋设

形箍受弯构件斜截面加固

当增设钢筋混凝土三面围套，并采用加锚式或胶锚式箍筋时AsvsAsv0s0V

0.7

f

bh

0.7

f

A

1.25

fh0

1.25

fyv0h01t001c

tcs

yv新增混凝土强度利用系数，取0.7螺栓

螺帽拧紧后加点焊)孔中用结构胶锚固≥120mm钢板胶锚式箍筋加锚式箍筋胶锚式箍筋加锚式箍筋解释：应力滞后和应变滞后概念

以轴心受压构件为例说明As0加大截面法加固受压构件是二次受力构件。被加固柱As在加固前已经承受荷载

一次受力

，截面内产生了应力和应变。新增部分在加固后并不能立即分担原已支撑被加固柱上的荷载，而在新增荷载作用下，才开始与被加固柱共同工作，承担荷载（二次受力）。当被加固柱达到极限状态时，新增部分砼和钢筋一般不能充分发挥作用，其利用程度与加固前被加固构件的受力程度有关。因此，加固后轴心受力构件截面受压承载力与加固时被加固构件的应力水平有关，不能取两部分承载力简单叠加。N2N1

N

0.9

(

f

A

f

A''A

A）

''uc0

c0y0

s0c

cs

s混凝土强度利用系数2

1

1

cfc原构件钢筋c0f'y0β－应力水平指标

'新增钢筋新增砼s0's22

1

12

c1c1c1c1

fc0fc

000c1c101

1

c原构件砼22

c10

1

1

1

f0c1fcc1

c0c

0加固前原构件应变2

1

c1

2

1

(1

)c

c0f

c注：β在

之间变化，

β越小α

越大，表示新增砼利用率越高。钢筋强度利用系数c101

1

原构件钢筋f'y0s

E

'新增钢筋新增砼s0s

s's新增钢筋极限状态时的应力fc0'

(

)Ec1s0c1s

c

1c1

E

1

E原构件砼0s0s00c1'

10

Es

ss加固前原构件应变f

'yf

'y注：β在

间变化，

β越小α

越大，表示新增钢筋利用率越高。混凝土和钢筋强度利用系数强度利用系数应力水平指标反映应变滞后程度1.00.80.60.40.20.0c

2

1

(1

)'

10

Ess

sf

'yf

'y应力水平指标0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0β＝

，新增砼和钢筋完全不能发挥作用；β＝

，新增砼和钢筋能完全发挥作用，可当作新构件计算；加大截面法加固轴压构件A新增纵向受力钢筋原纵向受力钢筋A'原柱截面c0sA's0A新增截面c新增箍筋

N

0.9

(

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A

f

A''

A'A）'uc0

c0y0

s0c

cs

s0.9

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s0c

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s0.9

[

f

A

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A

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f

A

f

A

)]''c0

c0y0

s0csc

cy

s综合考虑新增砼和新增钢筋强度利用程度的修正系数，取0.8

A

A(')N1

0.75c1c1c0Es0ff

A

A(')f

A

A(')ccc0Es0cc0Es0为什么综合修正系数取0.8?

A

A(')N1

0.75c1c1c0Es0ff

A

A(')f

A

A(')ccc0Es0cc0Es0强度利用系数应力水平指标反映应变滞后程度1.00.80.60.40.20.0c

2

1

(1

)'

10

Ess

sf

'yf

'y应力水平指标0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0加大截面法加固偏压构件a'sNf1

cc'y'sf

Aa'eis0xf

'

A'y0

s0A's0h01h

h0eAs0bs0As0as0sAsAsas

'y's''

f

bx

0.9

f

A

f

A

0.9

AAs0s0N1

ccy0

s0ssx

2

Ne

f

bxh

's'''

A

(a

a

)

0.9

f

A

(h

a

)

f

A

(h

a

)'y's1

cc00y0

s00s0s0

s0s0s

0.8h

x

0.8h

1

E

f

cu

s

y

f

,y0

01

1

E0s0cu

s0s

xf

(

f

0.9

f

)

/

2新旧混凝土组合截面的混凝土轴压设计值ccc0c加大截面法加固偏压构件偏心距

应按混凝土结构设计规范计算，但增大系数尚应乘以下列修正系数Φη

对于围套或其他对称形式的加固

当e

/h≥0.

时，

Φ

＝1.

；

当e

/h<0.

时，

Φ

＝1.

；

对于非对称形式的加固

当e

/h≥0.

时，

Φ

＝1.

；

当e

/h<0.

时，

Φ

＝1.

；相关构造要求

新增砼层最小厚度，板

40mm，梁柱采用人工浇注时

60mm，采用喷射砼施工时

50mm。

加固用的钢筋应采用热轧钢筋。板受力筋直径

8mm；梁受力筋直径12mm；柱受力筋直径

14mm，加锚式箍筋直径

8mm；

形箍筋直径与原箍筋相同；分布钢筋直径

6mm.连接短筋d

20mm原钢筋连接短筋新增钢筋l1l2Φ

联系钢筋连接短筋

≥5

，短筋中距

≤500mm，新增钢筋与原钢筋净距

20mm【例题】

某单筋矩形截面梁，C30砼，截面尺寸及配筋情况如图。现因楼面使用功能改变，楼面活载由原2.0KN/m2增至6.0KN/m2。经计算框架梁跨中最大弯矩由原标准值950.10KN.m增至1232KN.m（设计值1540.01KN.m）。请用加大截面法对跨中截面进行加固设计。21610

@1001000825400解:1、按梁原设计条件验算梁承载力

2b

400mm,h

1000mm,h

1000

60

940mm,

A

3928mm01s0fc0

14.3N

/

m2,

fy0

300N

/

m2

f

bx

f

A1

c0y0

s0f

A300

3928

y0

s0x206.1mm

f

b

14.34001

c0x206.12M

f

bx(h

)

14.3400206.1(940)

986.30KN

m1

c0012986.30KN

m

1540.01KN

m可知原梁截面不满足现时荷载要求,需加固A2、计算加固所需钢筋量sh

100mm,h

1100mm,h0

1100

35

1065mm,22f

300N/

mm

,

f

360N/

mmy0y

f

bx

f

A

f

A

f

A1

c0y0

s0s

ysy0

s0xxxM

f

A

(h

)

f

A

(h

)

f

A

(

a

)s

ys0y0

s001y0

s02221.014.3400x

3003928

0.9360

Asxx6

1540.01

10

0.9

360

A

(1065

)

300

3928

(940

)s22

x

327.3mm从而可得:

f

bx

f

A1.014.3400327.330039281

c0y0

s0

2140.5mm2Asf0.9

360s

y选622(HRB400),实配As

2280mm221610

@100825100010001100新增箍筋与原箍筋焊接622400锚入梁两端柱400原截面加固后截面【例题】某轴心受压柱，截面尺寸b×h=400×400,计算高度h0=5000mm,混凝土强度等级为C30,截面纵向受力钢筋配置8φ20,因加固改造,柱需承受的荷载增至5600KN。试用加固大截面法对该柱进行加固设计。解：采用C35砼，HRB400级钢筋进行四面围套加固，加固后柱截面尺寸为b=550,h=550。已知:

f

14.3N

/

mm2

,

A

2512mm2,

f

360N/

mm

,22,

f

16.7N/

mmc0cs0y

y0,

A

75

550

2

400

75

2

142500mm

,l

/b

9.09,得

0.99f300N/

mm22c0由式:

N

0.9[

f

A

f

A

(

f

A

f

A

)]

c0

c0y0

s0csccys得

:

5600000

0.9

0.99

[14.3

400

400

300

2512

0.8

(16.7

142500

360

A

)]

s

可得:

A

4651.6mm2s加固柱纵向受力筋选用10Φ25,HRB400级钢筋,对称布置，实配AS=4906mm2。(2)、加固偏心受压构件NAsas

f

Aay

ss0

Af

Axeis0y0

s0xe

f

bxh01

ccAs0

As0

s0as0As

sasAs矩形截面偏心受压构件加固计算简图注:当为小偏心受压时,图中可能变向s02.2.3

置换混凝土加固法基本规定

适用范围：承重构件受压区砼强度偏低或有严重缺陷的局部加固。

卸载要求

加固梁式构件，加固时应采取有效支顶；

对于柱和墙，应进行原构件全过程承载力状态验算、观测和控制，置换截面不应出现拉应力，否则应采取有效支顶措施。

原砼要求：不低于建造时的混凝土强度

现场检测结果)

界面处理和粘结质量要求：符合规定其结合面可按整体工作轴压构件加固计算N

0.9(

f

A

f

A

f

A）''uc0

c0y0

s0c

c

c无支顶时取0.

，有有效支顶时取1.

。A原柱截面扣除置换部分后剩余截面面积c0A'纵向受力钢筋s0置换部分截面面积偏压构件加固计算压区砼置换深度h

≥xn置换混凝土法加固偏压构件按新砼强度和现行混凝土结构设计规范计算按下式方法计算压区砼置换深度h

<xn偏压构件加固计算a'sNf1

cA'sf

A'y'seihnf

bhn1

cxnf

b(x

h

)1

c0nnfh00h

h0e1

c0h0nAsbAsassN

f

bh

f

b(x

h

)

f

A

A''1

cn1

c0nny

ss

sNe

f

bhh

f

b(x

h

)h

f

A

(h

a

)'''s1

cn

0n1

c0nn00y

s00.8h

1Es

fy0scuxn受弯构件加固计算压区砼置换深度h

≥xn置换混凝土法加固受弯构件按新砼强度和现行混凝土结构设计规范计算按下式方法计算压区砼置换深度h

<xn受弯构件加固计算a'sf1

cA''y'sf

b(x

h

)nf

As1

c0

nhnxnf

bh1

cnfh00h

h01

c0Mh0nAsAsassb

f

b(x

h

)

f

A

f

A'y's1

cf

bhn1

c0nnysf

bhh

f

b(x

h

)h

f

A

(h

a

)'y's'sM1

cn

0n1

c0nn000x

hnb

0上述计算相当于现行规范的

型截面的计算问题：相对受压区高度与混凝土设计规范是否相同？相关构造要求

置换砼强度等级：应比原构件砼强度等级提高一级，且不低于C25不宜过高，以免产生销栓效应

；

置换砼层最小深度：板

40mm，梁柱采用人工浇注时

60mm，采用喷射砼施工时

50mm（确保置换混凝土的密实性）；

置换长度：应按混凝土强度和缺陷的检测及验算结果确定，但对于非全长置换情况，其两端应分别延伸

100mm；

置换位置：置换部分应位于受压区内，且应根据受力方向，将有缺陷的砼剔除；剔除位置应在沿构件整个宽度的一侧或对称的两侧；不得剔除截面的一隅

避免不对称剔除，造成截面受力不均匀或传力偏心

。2.2.4

外加预应力加固法一般规定

适用范围：梁板柱和桁架的加固（适用范围很广，加固方法多）

原构件截面偏小或需要增加其使用荷载

原构件需要改善其使用性能

原构件处于高应力、高应变状态，且难以直接卸除结构上的荷载

原砼强度要求：符合规范对预应力砼强度的要求

防锈蚀处理：新增的预应力拉杆、缀板、紧固件和锚固件应进行可靠的防锈处理。

环境温度要求：长期使用的环境温度不应高于6

℃

防火要求：符合《建筑防火设计规范》对预应力构件及其连接防护一般规定预应力加固法预应力拉杆加固预应力撑杆加固直线式下撑式混合式双侧撑杆单侧撑杆梁板构件梁式构件轴压构件小偏压构件弯矩不变号大偏压构件受弯承载力不足)桁架轴心受拉构件桁架偏心受拉构件受拉承载力不足)大偏压构件受弯承载力不足)受剪承载力不足)受压承载力不足)弯矩变号大偏压构件受压承载力不足)受拉钢筋不足)一般规定cNP直线式拉杆N'PN'PcNP下撑式拉杆双侧撑杆预应力水平拉杆加固法1

估算预应力水平拉杆的总截面面积N2

计算新增荷载作用下拉杆的作用效应增量3

确定并验算水平拉杆施加的预应力值YY验算适用条件满足？N正截面受压承载力验算用其他加固方法结束4

承载力验算斜截面抗剪承载力验算5

水平拉杆的预应力施加方法适用条件：梁受弯承载力的增加值不应超过原梁承载力的5

％，且梁受拉钢筋与预应力拉杆的截面面积之和不超过砼面积的2.5%1估算预应力水平拉杆的总截面面积加固梁的验算点处受弯承载力须有的增量M预估预应力水平拉杆总截面面积A

由被加固梁上缘到水平拉杆截面形心的距离p,estf

hpy

1

01预应力钢拉杆内力臂系数取0.85

试验研究确定)抗拉强度设计值h01NP2新增外载作用下拉杆作用效应增量计算产生原因：构件加固后，外荷载增加。由于水平拉杆与原构件形成超静定结构，故水平拉杆应力将随外荷载的增加而增大。这种在新增荷载作用下水平拉杆轴力增加量称为水平拉杆产生的作用效应增量。计算方法：将预应力拉杆和梁视为组合结构，利用结构力学分析方法，计算加固后新增外荷载在预应力拉杆中产生的作用效应增量△

。2新增外载作用下拉杆作用效应增量计算ABqBAqBqAc新增外荷载下的变形超静定体系示意图AB水平拉杆新增轴力引起的轴向变形c=BMAM拉杆反作用弯矩的变形BN

AN拉杆反作用轴力的变形(1

新增外载引起的水平拉杆变形增量

新增荷载作用下，构件产生挠曲变形，构件端部产生转角，由此引起水平拉杆的轴向变形增量△δq

ABqqAqBccqAqB

c(sin

sin

)qAqB

c(

)

cqAqBqAqB为新增荷载产生的梁端转角之和，可通过材料力学计算得到。qql3

c12Bcl(2

偏心反作用

弯矩

引起的水平拉杆变形增量

新增荷载作用下，水平拉杆将产生轴向力变化△

，由于该值偏心作用于构件端部，将产生弯矩

△

，由此将产生水平拉杆的轴向变形增量△δ

。

c(sin

sin

)MAMBMAMBMABNcl

c(),cAMBMAMBM2E

Ic

cBMAMNc2lM

E

Ic

cE

I

为原构件的抗弯刚度，

为构件的计算长度。M

cNE

INcl2E

Ic

c

cAMBMc

cl(3

构件反作用压力引起的水平拉杆变形增量

新增荷载作用下，水平拉杆将产生轴向力变化△

，该力反作用于构件，产生轴向压力△

，由此将产生水平拉杆的轴向变形增量△δ

。N

AEc

ABcNlN

lNEcAcE

A

为原构件的拉压刚度，

为构件的计算长度。新增轴力引起水平拉杆的总轴向拉伸变形

新增荷载作用下，水平拉杆将产生轴向拉力△

，该力产生水平拉杆的轴向拉伸变形增量△

。Nl

Ep

ApE

A

为水平拉杆的弹性模量和截面面积。利用变形协调条件确定拉杆作用效应增量qBABAcqBqAq

c超静定体系示意图新增外载下的变形AB水平拉杆新增轴力引起的轴向变形=cNlAMBM

Ncl2M

Ep

Ap拉杆反作用弯矩的变形Bc

BN

AqMNcc2lN

NNlllN

拉杆反作用轴力的变形EcAcE

A

B

E

Appccc3确定并验算水平拉杆施加的预应力值(1

按混凝土结构设计规范规定控制张拉应力并计入预应力损失。(2

按下式计算确定水平拉杆施加的预应力值水平拉杆施加的预应力值拉杆内的作用效应增量N

fp1

pyAp实际选用的预应力水平拉杆总截面面积为水平拉杆的协同工作系数，取0.854承载力验算(1

钢筋砼受弯构件采用预应力水平拉杆加固后，由原来的受弯构件，变为偏心受压构件。按现行砼结构设计规范验算被加固梁在跨中和支座截面的偏心受压承载力，以及支座附近的斜截面受剪承载力。其中应将水平拉杆的内力作为外力施加到梁上。如果加固后梁的承载力不能满足要求，可增加拉杆的面积或采用其他加固措施。(2

注意：采用预应力水平拉杆加固，降低跨中截面弯矩效应的同时，增加了其他截面负弯矩效应。故在设计时，尚应根据构件支撑情况和受力特点验算支座等截面承载力(1

正截面承载力验算

按偏压构件进行)a's'y'sA'f

A'y'sf

Ae0NsMf

bx1

ch0hf

bx1

ceAscAsasAssNsApbN

f

bx

f

A

A

N

A

('y's

)

N1

csspplf

xxNe

f

bx(h

)

f

A

(h

a

)'s

y

'y's1

c00s

12h0b1e

e

h/

2

a

e

e

eae

M

/

N

cisi00(1

斜截面承载力验算

按偏压构件进行)(1

由于水平拉杆对构件产生的压力作用，抗剪承载力将会提高。加固后构件抗剪承载力由原构件的抗剪承载力及水平拉杆的压力作用对斜截面抗剪的提高之和。不计预应力损失和拉杆作用效应增量时水平拉杆的轴向力V

V

0.05N

NAppp0p原构件的斜截面抗剪承载力设计值5水平拉杆的预应力施加方法预应力较小时横向收紧法机张法张拉力A

σ

或张拉应力σ

控制预应力较大时电热法伸长量控制水平拉杆的全长被加固梁偏心受压的缩短量Apppp2A

cl

lp

l

a

lll伸长量cEscE

AE

Ic

cc

c电热张拉后各缝隙压缩量之和(1

水平拉杆无撑棍横向一点收紧的横向张拉量△HHHl1l1水平拉杆无撑棍横向一点收紧2

H

(l1

l

)

l

lp

2

2

p

2p

l1

2p

111EsEEsEs

s(2

水平拉杆有撑棍横向一点收紧的横向张拉量△HHHal1l1a水平拉杆有撑棍横向一点收紧

H

l212l

p

1pl

aEs12al

a

pH

l1l1

1

21

p11Es

l1l

E1

s(3

水平拉杆横向有撑棍两点收紧的横向张拉量△HHHHHl1l1l1l1水平拉杆有撑棍横向两点收紧212l

H

l

p

1pl1EsH

l

(

p2

1)

1

l

2p11EsEs对于水平拉杆横向有撑棍多点收紧的横向张拉量也可以通过上式计算得到。预应力下撑式拉杆加固法钢板托套梁负筋拉杆支承垫板钢垫棒挡板拉紧螺栓aaaaL预应力下撑式拉杆构造示意图预应力下撑式拉杆加固法的计算步骤与水平拉杆相同1估算预应力下撑式拉杆的截面面积加固梁的验算点处受弯承载力须有的增量M由下撑式拉杆中部水平段的截面形心到被加固梁上缘的垂直距离预应力下撑式拉杆总截面面积A

p,estf

hpy

2

01下撑式钢拉杆内力臂系数取0.80抗拉强度设计值2新增外载作用下拉杆中部水平段作用效应增量ΔN采用结构力学的力法计算拉杆作用效应增量N

1M

计算简图计算简图N

、

M

计算简图21lM1MMN

l

dxp

,p

dx1i

i111pE

IE

A

E

IE

Ic

cc

cp

pc

c

N

N

1p0,111p113确定并验算水平拉杆施加预应力值(1

按混凝土结构设计规范规定控制张拉应力并计入预应力损失。(2

按下式验算确定水平拉杆施加的预应力值下撑式拉杆施加预应力值拉杆内的作用效应增量N

fp2

pyAp下撑式拉杆协同工作系数，取0.80实际选用预应力下撑式拉杆总截面面积4承载力验算钢筋砼受弯构件采用预应力水平拉杆加固后，由原来的受弯构件，变为偏心受压构件。按现行砼结构设计规范验算被加固梁在跨中和支座截面的偏心受压承载力，以及支座到拉杆弯折处的斜截面受剪承载力。其中应将下撑式拉杆的内力作为外力施加到梁上。如果加固后梁的承载力不能满足要求，可增加拉杆的面积或采用其他加固措施。NN

NVNN

'c'cNNx

a

:

M

cNN'NMNV

0N

N

'NaxM

MN

MN

NNN

N'

cosqx

a

:

M

c'N'

cos

xN'sinNNV

Vq

VNV

N'sinN4承载力验算（

）偏心受压承载力计算与前述水平拉杆的计算方法相同

；（

）斜截面抗剪承载力应考虑拉杆斜段对抗剪承载力的提高作用。VNN

'c'NNcN'MNN

N

'axV

V0

0.05N

cos

N

sin为原构件的抗剪承载力

为不考虑拉杆作用效应增量时的轴力5预应力施加方法机张法、电热法、横向收紧法和竖向张拉法。当采用千斤顶或电热法张拉时，施工时的控制量和水平拉杆加固法相同。(1)横向收紧法HHal1l1a2

H

l212l

aH

l1p

1

1

1

p

1pE

l

cos

l

a

/

cosEpp11aH

l1

21ppl

cos

E15预应力施加方法

(2

竖向收紧法张拉前位置张拉后位置al1l11Vcbb'c'22l2ll

l

()

(2

V

l1)2ab211

22121

2

l

sinsincos

1

212ll1l11

l

1

2cos

1

sin

cos

12112ll115预应力施加方法

(2

竖向收紧法张拉前位置张拉后位置al1l11Vcc'bb'22l2lll

sin

cosp2ab122

Ep

2bc

22cosll1

1pp2

ppabbc12l

sin

E1l1l

E2加固梁挠度的计算加固前梁在原荷载标准值作用下产生的挠度，B1=(0.35-0.50)E

Ic

0w

w

w

w1p2张拉预应力筋引起的反拱，取Bp=0.75EcI0加固后在后加荷载作用下梁所产生的挠度，取Bp=0.75EcI0预应力拉杆加固桁架1

计算在设计荷载作用下原桁架各杆件的作用效应N

；2

根据主要受力杆件（下弦杆）的拉力值及截面承载力N

的差值，估算预应A

(N

N

)

/(

f

)力拉杆的总截面面积Ap,e

；pui1i1

py3

选定预应力拉杆的总截面面积和应施加的预应力值，初步确定拉杆预应力值N

＝σ

A

，并将其作为外力，计算其在桁架各杆件中的作用效应N

；4

将

、

步内力叠加得到N

，验算各杆件承载力，必要时还要验算其抗裂度和桁架挠度等，若不符合混凝土结构设计规范的要求，应相应增大拉杆截面A

或者预应力σ

的大小或改变拉杆布置方式。并重复

－

项计算和比较，直到所有杆件均满足要求为止。NpNpNNpp预应力双侧撑杆加固法

轴压柱)确定加固后轴向压力设计值N

N

0.9

(

f

A

f

A

)''计算原柱轴压承载力设计值N00c0

c0y0

s0N1

N

N0撑杆与原柱协同工作系数取0.90计算需由撑杆承受的轴压设计值N1'p

A

N

/(

f

)'计算预应力撑杆的总截面面积柱加固后轴压承载力验算13

py

N

0.9

(

f

A

f

A''

f

A

)''pc0

c0y0

s03

py按钢结构设计规范计算，缀板尺寸和间距应保证撑杆和单根角钢柱在施工时不失稳缀板计算'p

f'撑杆施工应施加的预应力计算1

4

py经验系数，取0.75结束撑杆的稳定系数，按格构式压杆计算。计算稳定系数需要的撑杆计算长度，当采用横向张拉时，取全长一半；采用顶升法时取全长。预应力双侧撑杆加固法

轴压柱)施工控制量应按采用的施加预应力方法计算(1

当采用千斤顶、楔子等进行竖向顶升安装撑杆时，顶升量撑杆全长L'pL

1撑杆端顶板与混凝土之间的压缩量，取

－4mm

E5

a撑杆钢材的弹性模量经验系数，取0.90预应力双侧撑杆加固法

轴压柱)施工控制量应按采用的施加预应力方法计算(2

当用横向张拉安装撑杆时，横向张拉量HH撑杆全长L2.2'pLH

2修正项取

－7mm2

Ea撑杆钢材的弹性模量双侧撑杆实际弯折撑杆肢时，宜将长度中点处的横向弯折量取为Δ

＋(

5)mm，但施工时只收紧Δ

，使撑杆处于预压状态。预应力单侧撑杆加固法

弯矩不变号偏压柱)确定加固后轴压和弯矩设计值

和MN

0.9A'

f

'py确定撑杆肢承受的轴压设计值N11pN

N

N

,M

M

N

a

/

2计算原柱加固后需要承受的荷载011011N

f

bx

f

'

A'

A011

c0y0

s0s0

s0

f

bx(h