建筑结构加固设计

第三章混凝土结构的加固设计《混凝土结构加固技术规范》一般规定设计原则计算3.1概述一、一般规定1.经可靠性鉴定需要加固时，则必须进行加固；2.加固内容及范围（鉴定结论和委托方的要求）；3.验算：计算简图计算截面积附加内力基础验算4.设计与施工方法紧密结合（例图）确保新浇混凝土与原结构连接可靠，协同工作；5.对于地基不均匀沉降、振动、高温等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。例：确保新浇混凝土与原结构连接可靠的措施例：结构加固施工总说明………（8）为确保加固工程施工质量，新、老混凝土交接面处必须按如下步骤施工：1）老混凝土界面必须凿毛，凹凸不小于6mm。2）用钢刷将混凝土碎块，浮渣灰清除干净。3）将原混凝土表面冲洗干净，再用新鲜425号水泥浆或界面剂涂刷表面。另外，施工中必须轻敲轻凿，不得损伤原结构。二、加固设计的特点（与新设计的区别）设计修改图较多（技术核定单）；非唯一性；受到一定的制约。应考虑：安全，经济，结构构件实际受力情况；构造要求；施工的可行性，施工方法。三、加固方法（介绍3种）增大截面加固法；外粘型钢加固法；外加预应力加固法；置换混凝土加固法；粘贴钢板加固法；粘贴纤维复合材加固法等四、材料水泥混凝土钢材及焊接材料胶粘剂纤维和纤维复合材裂缝修补材料阻锈剂例：1.混凝土强度等级：应比原设计提高一级且不得低于C20。2.选用微膨胀、钢纤维、喷射混凝土等时，施工前应试配，检验其性能，符合要求后方可使用。不得使用铝粉作为混凝土的膨胀剂。3.混凝土中所掺的粉煤灰应为Ⅰ级灰，且烧失量不应大于5﹪。……………3.2混凝土梁、板、柱的加固3.2.1混凝土梁、板、柱承载力不足的原因及表现一、承载力不足？二、承载力不足的外观表现：压区混凝土压碎；挠度偏大；钢筋严重锈蚀（照片）；裂缝过长、过宽（受力裂缝的判别）。三、承载力不足的原因施工，设计，使用，其他。3.2.2加固方法（形式计算方法构造施工要求）一、增大截面加固法（一）形式a）梁、板板加厚梁加高拉区加筋浇混凝土b）柱a.b.c.d.(压区)e.(拉区)f.(双面)增大截面法加固钢筋混凝土柱式中—加固后的轴向压力设计值；、—加固前、加固后新增部分混凝土截面面积；、—新增纵向钢筋和原纵向钢筋的抗压强度设计值；—构件稳定系数，按加固后的截面，按现行《规范》取值；—新增纵向受压钢筋截面面积；—综合考虑新增混凝土和钢筋强度利用程度的修正系数，取=0.8。00000.9[()]ccyscsccysNfAfAfAfAN0cAcAyf0yfsAcscs（二）计算方法（考虑新混凝土与原结构协同工作）2.1轴心受压构件：2.2偏心受压构件矩形截面正截面承载力计算公式''''100000.90.9ccssssysysNfbxfAfAAA'''100()0.9()2ccyssxNefbxhfAha'''0000000()()ssssyssfAhaAaa010000.8(1)sscuyhEfx00.8(1)sscuyhEfx式中—新旧混凝土组合截面的混凝土轴心抗压强度设计值,可按确定；、—分别为新旧混凝土轴心抗压强度设计值；—原构件受拉边或受压较小边纵向钢筋应力；当算得时，取；—受拉边或受压较小边新增纵向钢筋应力；当算得时，取；—原构件受拉边或受压较小边纵向钢筋截面面积；—原构件受压较大边纵向钢筋截面面积；—原构件受拉边或受压较小边纵向钢筋合力点到加固后截面近边的距离；01(0.9)2ccccfff00syf00syfccfcf0cf0sssyfsyf0sA0'sA0sa—原构件受压较大边纵向钢筋合力点到加固后截面近边的距离；—受拉边或受压较小边新增纵向钢筋合力点至加固后截面近边的距离；—受受压较大边新增纵向钢筋合力点至加固后截面近边的距离；—受拉边或受压较小边新增纵向钢筋合力点至加固后截面受压较大边缘的距离；—原构件截面有效高度；—偏心距，为轴向压力设计值N的作用点至新增受拉钢筋合力点的距离。按规范计算时，其增大系数应乘以下列修正系数：1对围套或其他对称形式的加固：当时：；当时：。2对非对称形式的加固：当时：；当时：。esa0'sa'sa0h01h0/0.3eh0/0.3eh0/0.3eh0/0.3eh1.11.21.21.32.3受弯构件按实际情况，采用受压区、受拉区两种形式（1）受压区加固的受弯构件《混凝土结构设计规范》《混凝土结构加固设计规范》关于叠合构件的设计。（2）受拉区加固的受弯构件《混凝土结构设计规范》《混凝土结构加固设计规范》新增钢筋强度利用系数。''0'001000222axAfxhAfxhAfMsysysys'0'00001sysyssycAfAfAfbxf0'2hxab正截面受弯承载力应按下式确定：（5.2.3-1）（5.2.3-2）（5.2.3-3）—构件加固后弯矩设计值；—新增钢筋强度利用系数；取0.9；—新增钢筋的抗拉强度设计值；—新增受拉钢筋的截面面积；—构件加固后和加固前的截面有效高度；—混凝土受压区高度；—原钢筋的抗拉、抗压强度设计值；''0'001000222axAfxhAfxhAfMsysysys'0'00001sysyssycAfAfAfbxf0'2hxabsyfxMA001hh、'00yyff、—原受拉、受压钢筋的截面面积；—纵向受压钢筋合力点至混凝土受压边缘的距离；—受压区混凝土矩形应力图的应力值与混凝土轴心抗压强度设计值的比值；当混凝土强度等级不超过C50时，取=1.0；当混凝土强度等级为C80时，取=0.94；其间按线性内插法确定；—原构件混凝土轴心抗压强度设计值；—矩形截面宽度；—增大截面加固后的相对界限受压区高度。bb0cf1'a'00ssAA、增大截面后的相对界限受压区高度－计算系数，当混凝土强度等级≤C50，取0.8；－混凝土极限压应变，取0.0033；－新增钢筋位置处，按平截面假设确定的初始应变值；当新增主筋与原主筋的连接采用短筋焊接时，可近似取－加固前受弯构件验算截面上原作用的弯矩标准值；－加固前在初始弯矩作用下原受拉筋的应变值。1cu1s0kM0s0kM01010,sshh111bsyscuscufE010011.60.6sshh001000.87oksssMhAE（三）构造要求（各方法均有其构造要求）1.新浇混凝土的最小厚度板：不应小于40mm梁、柱：不应小于60mm用喷射混凝土时不应小于50mm2.石子宜用坚硬耐久的卵石或碎石，最大粒径不宜大于20mm3.梁的纵向加固受力钢筋的两端应可靠锚固。4.板的受力钢筋直径宜用6～8mm；梁、柱的纵向受力钢筋宜用变形钢筋；梁、柱钢筋最小（大）直径：梁：不宜小于12mm（不宜大于25mm）；柱：不宜小于14mm（不宜大于25mm）；封闭式箍筋直径不宜小于8mm；U型箍筋直径宜与原箍筋直径相同5.新、老受力钢筋间的净距不应小于20mm（图），并采用短筋焊接连接；6.应采用封闭或U型箍筋，并按规范构造要求设置(图）abcde增大截面配置新增箍筋的连接构造注：d为箍筋直径（四）施工要求（1）符合施工验收规范的要求（2）新、老受力钢筋应除锈处理，受力钢筋施焊前应采取卸荷或支撑措施，并分段分层焊接。（3）新、老混凝土交接面处理：棱角打掉对原构件混凝土存在的缺陷清理至密实处，表面凿毛（或打成沟槽，沟槽深度6mm），除去浮渣，表面冲洗干净，原混凝土表面应以水泥浆等界面剂进行处理。a）加大截面加固柱b）加大截面加固梁：（4）模板搭设；钢筋安置；新混凝土浇注和养护等应符合《混凝土工程施工及验收规范》要求。注:采用外粘型钢加固时，应采用改性环氧树脂胶粘剂进行灌注。（以前：湿式、干式两种）二、外粘型钢加固法适用于需要大幅度提高截面承载能力和抗震能力（一）形式（二）计算方法1.截面刚度采用外粘型钢加固时，其加固后的承载力和截面刚度可按整截面计算；其截面刚度EI的近似值按下式计算：和—分别为原构件混凝土和加固型钢的弹性模量—原构件截面惯性矩；—加固构件一侧外粘型钢截面面积；—受拉与受压两侧型钢截面形心间的距离。2000.5ccaaaEIEIEAa0cEaE0cIaAaa2.轴心受压构件正截面承载力3.偏心受压构件正截面承载力－新增型钢强度利用系数，抗震设计时取1.0，其他取0.9。'''1000000'''0000()()2()()cysssssaaaaaxNefbxhfAhaAaafAha01000.81sscuhEx00.81aacuhEx00000.9('''')ccysaaaNfAfAfA''''100000cysssaaaaaaNfbxfAAfAAa（三）构造要求1.…应优先选用角钢，角钢的厚度：不应小于5mm，角钢的边长：柱不应小于75mm；梁不应小于50mm…2.外粘型钢的两端应有可靠的连接和锚固柱：角钢下端应锚固于基础中；中间应穿过楼板；上端…梁：梁角钢应与柱角钢相互焊接…3.排架柱：应将加固的型钢与原柱头顶部的承压钢板相互焊接；（二阶柱）上下柱连接处及牛腿处的连接构造应予加强。4.梁、柱原构件截面的棱角打磨成半经大于7mm的圆角。5.型钢表面（混凝土表面）宜抹厚度不小于25mm的高强度等级水泥砂浆作防护层，亦可采用其他防腐材料加以保护。…三、粘贴钢板加固法（一）概述1.形式用胶粘剂将钢板贴在构件外部的一种加固方法。胶粘剂是以环氧树脂为基料，再加入适量的固化剂、增韧剂、增塑剂配制而成的“结构胶”。结构胶钢板2.优点1）胶粘剂硬化时间快，施工周期短，不（少）停产。2）工艺简单，施工方便，可不动明火，对防火要求高的房屋特别适用。3）粘结剂的强度高于混凝土本体强度，可使加固体与原构件形成一个整体，受力较均匀。4）不影响房屋的净空，不改变构件的外形。（粘贴钢板所占的空间小，几乎不增加被加固构件的截面尺寸、重量）。（二）结构胶性能1.结构胶的组成（以环氧树脂为主剂）（1）环氧树脂优点：a.具有很高的胶粘性，对混凝土等材料均有很好的粘结力。b.有良好的工艺性，可配制成很稠的膏状或很稀的灌浆材料，固化时间可根据需要进行适当调整。c.固化的环氧胶有良好的物理、机械性能，耐腐蚀介质性能好，固化收缩率小。d.材料来源广，价格较便宜，基本无毒。环氧树脂只有在加入固化剂后才会固化，单独的环氧树脂固化物呈脆性，因此必须在固化前加入增塑剂、增韧剂，以改变其脆性提高其塑性和韧性，增强抗冲击强度和耐寒性。（2）固化剂（种类很多）常用：乙二胺、二乙醇三胺、三乙醇四胺、多乙醇多胺等（3）增塑剂不参与固化反应，常用：邻苯二甲酸二丁（辛）脂，磷酸三丁脂等。（4）增韧剂（活性增塑剂）参与固化反应，常用：聚酰胺、丁晴橡胶、聚硫橡胶等（5）稀释剂（为了减小稠度）常用：丙酮、苯、甲苯、二甲苯等目前市场上出售的结构胶均为双组份。甲组份：（A组份）环氧树脂并添加了增塑剂一类的改性剂和填料乙组份：（B组份）由固化剂和其他助剂组成。使用时按一定比例配制即可。2.结构胶的物理力学性能试验粘钢所用的粘结剂，应符合表3.6的规定。表3.6对承重结构胶粘结剂基本性能的要求启用每一批胶时，均应抽取一定数量的胶液，按规程的方法，进行胶粘强度检验，合格后方可使用。试验项目常温下的粘结强度(N/mm2)80℃下粘结强度（N/mm2）耐久性检验基材种类受力性质抗剪轴心抗拉抗剪抗剪钢－混凝土(A3)(C40)混凝土破坏混凝土破坏混凝土破坏混凝土破坏钢－钢＞18＞20＞14－（三）粘贴钢板加固梁破坏特征及钢板受力分析1.加固梁的破坏特征（1）梁底的钢板达到屈服强度在适筋范围内，随着荷载的增加，加固梁在钢板和梁中原钢