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。丙乳三水泥三浆的三强度三是普三通砂三浆强三度的三2～三3倍三，其三配合三比及三其性三能见三使用三说明三书或三其它三有关三资料三。1三07三胶聚三合水三泥浆三是在三水泥三中加三入1三07三胶并三搅拌三后形三成的三。（3三）当三在梁三上作三后浇三层时三，除三按上三述两三条之三一处三理原三构件三表面三外，三还应三在后三浇层三中加三配箍三筋及三负弯三矩钢三筋（三或架三立筋三），三并注三意其三连接三。加三固的三受力三纵筋三与原三构件三的受三力纵三筋采三用短三筋焊三接，三尤其三在加三固筋三的两三端及三其附三近处三必不三可少三。3.三2.三2.三2三计算三方法1.三受力三特征图3三.4三表示三了叠三合构三件各三阶段三的受三力特三征。由图三3.三4d三见，三叠合三构件三的应三力图三与一三次受三力构三件的三应力三图有三很大三的差三异，三主要三表现三有以三下两三点：（l三）混三凝土三应变三滞后叠合三构件三与截三面尺三寸、三材料三、加三荷方三式等三均相三同的三整浇三梁相三比，三叠合三构件三的叠三合层三是在三加固三后的三荷载三作用三下才三开始三参加三工作三的。三因此三，叠合三层的三压应三变小三于对三应整三浇梁三的压三应变三。这三种现三象称三为“三混凝三土压三应变三滞后三”。混凝三土压三应变三滞后三带来三的结三果是三在受三压边三缘的三混凝三土被三压碎三时，三构件三的挠三度、三裂缝三都较三整浇三梁大三得多三。（2三）钢三筋应三力超三前在第三一阶三段受三力过三程中三，由三于构三件的三截面三高度三较对三应整三浇梁三的截三面高三度小三，所三以在三弯矩三作用三下，三在原三构件三上产三生的三钢筋三应力三、挠三度三都三较对三应的三整浇三梁构三件大三得多三。叠合三构件三的中三和轴三上移三，使三第一三阶段三受压三区部三分变三为第三二阶三段受三力过三程中三的受三拉区三。于三是原三受压三区的三压力三对叠三合构三件的三作用三，相三当于三预应三力构三件中三的预三压应三力作三用，三称为三“荷三载预三应力三”。三荷载三预应三力可三以减三少在三弯矩三作用三下引三起的三钢筋三应力三增量三和挠三度增三量。三尽管三在作用三下，三钢筋三应力三和挠三度增三量都三小于三相应三的整三浇梁三，但三终因三在三作三用下三，原三构件三中的三应力三较整三浇梁三大得三多，三使叠三合构三件的三钢筋三应力三、挠三度和三裂缝三宽度三在整三个受三力过三程中三，始三终较三相应三的整三浇构三件大三，以三致受三拉钢三筋的三应力三比整三浇梁三在低三得多三的弯三矩作三用下三，就三可能三达到三流限三。这三种现三象称三为“三钢筋三应力三超前三”。2.三使用三阶段三钢筋三应力三的计三算及三控制由于三叠合三梁中三钢筋三应力三的超三前，有可三能使三梁的三挠度三和裂三缝在三使用三阶段三就超三过允三许值三，也三可能三使构三件的三受拉三钢筋三在使三用阶三段就三处在三高应三力状三态，三甚至三达到三流限三。因此三，验三算使三用阶三段的三钢筋三应力三，使三其不三超过三允许三的应三力，三是叠三合构三件计三算中三的一三个很三重要三的内三容。三在使三用阶三段，三叠合三构件三受拉三钢筋三应力三可按三下式三计算三：(3三.7三a)(3三.7三b)(3三.7三c)－反三应荷三载预三应力三影响三的叠三合特三征系三数。3.三承三载力三计算当采三用加三大截三面加三固混三凝土三受弯三构件三时，三可按三现行三国家三标准三《混三凝土三结构三设计三规范三》及三《混三凝土三结构三加固三技术三规范三》的三有关三规定三进行三验算三：（1三）构三件截三面加三大后三，其三相对三界限三受压三区高三度三应按三下列三公式三确定三。(3三.8三)(3三.9三)(3三.1三0)式中三：－计算三系数三，当三混凝三土强三度等三级≤三C5三0，三0.三8;C8三0，三0.三74三；C三50三~C三80三间，三线性三插入三。－混三凝土三极限三压应三变，三取0三.0三03三；－增三钢筋三位置三处，三按平三截面三假设三的的三初始三应变三值；当新三增主三筋与三原主三筋的三连接三采用三短筋三焊接三时，可近三似取－加三固前三，受三弯构三件验三算截三面上三原作三用的三弯矩三标准值三；－加三固前三，在三初始三弯矩三作三用下三原受三拉钢三筋的应变三值。当在三受拉三区加三固矩三形截三面受三弯构三件时三（图三），三其正三截面三受弯三承载三力应三按下三式确三定：（）（）（）式中三—构三件加三固后三弯矩三设计三值—新三增钢三筋强三度利三用系三数，三取三=0.三9；—新三增钢三筋的三抗拉三强度三设计三值；—新三增受三拉钢三筋的三截面三面积三；—构三件加三固后三和加三固前三的截三面有三效高三度；—等三效矩三形应三力图三形的三混凝三土受三压区三高度三，简称三混凝三土受三压区三高度三；—原三钢筋三的抗三拉、三抗压三强度三设计三值；——三原钢三筋的三抗拉三、抗三压强三度设三计值三；——三纵向三受压三钢筋三合力三点至三混凝三土受三压边缘的三距离三；——三受压三区混三凝土三矩形三应力三图的三应力三值与三混凝三土轴三心抗三拉压三强度三设计三值的三比值三；当三混凝三土强三度等三级不三超过三C5三0时三，取三=1三.0三；当三混凝三土强三度等三级为三C8三0时三，取三=0三.9三4；三其间三按线三性内三插法三确定三；——三原构三件混三凝土三轴心三抗压三强度三设计三值；——三矩形三截面三宽度三；——三构件三增大三截面三加固三后的三相对三界限三受压三区高三度，三按本三规范三第条三的规三定计三算。（2三）对三受压三区增三浇叠三合层三的情三况，三在确三定作三用效三应时三，应三按该三规范三关于三叠合三式受三弯构三件的三规定三执行三。（3三）对三受拉三区加三厚并三加配三筋的三情况三，验三算正三截面三承载三能力三时，三其新三增纵三向钢三筋的三抗拉三强度三设计三值应三乘以三0.三9的三强度三利用三系数三。（4三）当三验算三加固三构件三的斜三截面三受剪三承载三能力三时，三其新三加混三凝土三和钢三筋的三强度三利用三系数三，应三分别三取等三于0三.7三5和三0.三85三，若三新增三箍筋三为非三封闭三的U三型箍三，在三计算三受剪三承载三能力三时，三不应三考虑三其作三用。3.三2.三2.三3三构造三规定1.三新三增混三凝土三的最小三厚度，加三固板三时不三应小三于4三0三mm三，加三固梁三时不三应小三于6三0m三m，三用喷三射混三凝土三施工三时不三应小三于5三0三mm三。2.三石三子宜三用坚三硬耐三久的三卵石三或碎三石，三其最三大粒径不宜三大于三20三m三m。3.三加三固板三的受力三钢筋三直径宜用三6～三8三mm三；加三固梁三的纵三向受三力钢三筋宜三用变三形钢三筋，三钢筋三最小三直径三对于三梁不三宜小三于1三2三mm三；最三大直三径不三宜大三于2三5m三m；三封闭三式箍三筋直三径不三宜小三于8三m三m，三U型三箍筋三直径三宜与三原有三箍筋三直径三相同三。4.三加三固的三受力三钢筋三与原三构件三的受三力钢筋三间的三净距不应三小于三20三m三m，三并应三采用三短筋三焊接三连接三，箍三筋应三采用三封闭三箍筋三或U三型箍三筋，三并按三照现三行国三家标三准《三混凝三土结三构设三计规三范）三对箍三筋的三构造三要求三进行三设置三。（1三）当三加固三的受三力钢三筋与三原构三件的三受力三钢筋三采用三短筋三焊接三时，三短筋三的直三径不三应小三于2三0m三m，三长度三不小三于5三d（三d为三新增三纵筋三和原三有纵三筋直三径的三较小三值）三，各三短筋三的中三心距三不大三于5三00三mm三（三图3三.5三a）三。（2三）当三用单三侧或三双侧三加固三时，三应设三置U三型箍三筋（三图3三-5三b）三。a.三U三型箍三筋应三焊在三原有三箍筋三上，三单面三焊缝三长度三为l三0d三，双三面焊三缝为三5d三（d三为U三型箍三筋直三径）三。b.三U三型箍三筋可三焊在三增设三的植三筋或三锚钉三上，三也可三直接三植入三锚孔三内（三图3三.5三c）三，植三筋或三锚钉三直径三d不三应小三于1三0三mm三，锚三钉距三构件三边缘三不小三于3三d三，且三不小三于4三0三mm三，锚三钉锚三固深三度不三小于三10三d三，并三采用三环氧三树脂三浆或三环氧三树脂三砂浆三将锚三钉锚三固于三原有三梁柱三的钻三孔内三，钻三孔直三径应三大于三锚钉三直径三4三mm三。5.三梁三的纵三向加三固受三力钢三筋的三两端三应可三靠锚三固。3.三2.三2.三4三施工三要求1.三加固三混凝三土结三构的三施工三应遵三循下三列工三序和三原则三：（1三）应三对原三构件三混凝三土存三在的三缺陷三清理三至密三实部三位，三并将三表面三凿毛三或打三成沟三糟，三沟槽三深度三不宜三小于三6三mm三，间三距不三宜大三于箍三筋间三距或三20三0三mm三，被三包的三混凝三土棱三角应三打掉三，同三时应三除去三浮碴三、尘三土。（2三）原三有混三凝土三表面三应冲三洗干三净，三浇注三混凝三土前三原混三凝土三表面三应以三新鲜三水泥三浆或三其它三界面三剂进三行处三理。2.三对三原有三和新三设受三力钢三筋应三进行三除锈三处理三；在三受力三钢筋三上施三焊前三应采三取卸三荷或三支撑三措施三，并三应逐三根分三区分三段分三层进三行焊三接，三尽量三减少三焊接三热量三对钢三筋的三影响三。3.三模三板搭三设、三钢筋三安置三以及三新混三凝土三的浇三注和三养护三，应三符合三现行三国家三标准三《混三凝土三工程三施工三及验三收规三范》三的要三求。例3三-2三某办三公楼三不上三人屋三面为三预制三钢筋三混凝三土板三，跨三度L0=3三m，三板厚三10三0m三m，三C2三0混三凝土三，配三Ф8三@1三20三钢筋三，板三面抹三20三mm三厚水三泥砂三浆找三平层三，二三毡三三油防三水层三，架三空隔三热层三，板三底抹三白灰三砂浆三20三mm三厚。三因使三用需三要，三要在三屋面三上加三一层三为会三议室三，要三求对三原屋三面板三进行三加固三处理三。三【解三】经三荷载三计算三，原三屋面三荷载三为：三恒载三gk三=3三.5三kN三/m三m2，可三变荷三载q三k=三0.三7k三N/三mm2。三改建三时（三施工三阶段三）打三掉屋三面找三平层三、防三水层三、架三空隔三热层三后，三加上三40三mm三混凝三土叠三合层三，恒三载g三k1三=3三.8三kN三/m三m2三，可三变荷三载q三k1三=0三.5三kN三/m三m2。三使用三时，三加上三水磨三石地三面，三增加三恒载三gk三2=三0.三65三kN三/m三m2，可三变荷三载q三k2三=2三kN三/m三m2。三（1三）原三屋面三板承三载力三验算三：三原设三计跨三中弯三矩（三取1三m板三宽计三算）计算三实例原配三筋Ф8三@1三20，As三=4三19三mm三2，fy三=2三10三N/三mm三2，C2三0，fc三=9三.6三N/三mm三2,板厚h=三10三0m三m，取h0三=1三00三-2三5=三75三mm，则受三压区三高度能承三受弯三矩(满足三要求)但是三若荷三载改三变，三则弯三矩为承载三力不三足，三需要三加固三，现三在决三定加三厚40三mm三C三25混凝三土，三叠合三层处三理好三，可三整体三工作三。（2）加三固施三工阶三段验三算：由恒三载gk1=3三.8三kN三/m三m2，可三变荷三载qk1=0三.5三kN三/m三m2跨中三弯矩由上三述计三算，Ф8三@1三20可承三担弯三矩（系三数0.三9是考三虑重三要性三系数三在施三工阶三段可三以降三低一三级）（3）加三固后三承载三力验三算：由恒三载gk2=0三.6三5k三N/三mm2，可三变荷三载qk2=2三kN三/m三m2跨中三弯矩叠合三层结三合好三，取三，C2三5，fc=1三1.三9N三/m三m2于是三，能承三担弯三矩(满足三要求)（4）叠三合层三面受三剪强三度验三算：结合三面经三凿毛三处理三按C2三0取(满足三要求)例3-三3某宾三馆4层楼三会议三室楼三板为三单向三板，三板厚80三mm，混三凝土三为C2三0，跨三度为2m，跨三中配三筋为Ф6三@1三50，现三在欲三改为三康乐三室，三活荷三载为4k三N/三mm2，要三求对三楼板三进行三加固三处理三。【解】(三1)加固三方案三选择三：增加三叠合三层不三可盲三目加三厚，三最大三的加三厚值三是使三原配三筋成三为最三小配三筋率三。原三配筋Ф6三@1三50，三，若三取板三的最三小配三筋率三为三则,即最三大只三能加三厚达三总高三为12三6m三m（即三加厚46三mm），这时三截面三承载三力为而改三变用三途后三，跨中三最大三弯矩可见三不能三满足三要求三。改为三分离三式设三计，三即在三叠合三层底三部也三适当三配筋三，分三担总三的弯三矩。三现决三定加三厚90三mm，混三凝土三采用C2三5。施三工时三，底三部加三支撑三，故三可不三进行三施工三阶段三的验三算。（2）施三工