建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計

?《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》一般規(guī)定

設(shè)計原則計算3.

1

概述一

、

一般規(guī)定1.經(jīng)可靠性鑒定需要加固時

，

則必須進(jìn)行加固；2.加固內(nèi)容及范圍

（鑒定結(jié)論和委托方的要求）；3.驗算：

計算簡圖

計算截面積附加內(nèi)力基礎(chǔ)驗算4.設(shè)計與施工方法緊密結(jié)合

（例圖）確保新澆混凝土與原結(jié)構(gòu)連接可靠

，

協(xié)同工作；5.對于地基不均勻沉降

、振動

、

高溫等造成的結(jié)構(gòu)損壞

應(yīng)在加固設(shè)計中提出相應(yīng)的處理對策后再進(jìn)行加固

。第一頁

，共五十二頁。第三章

混凝土結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計例:確保新澆混凝土與原結(jié)構(gòu)接可靠的措施第二頁,共五十二頁。??例:結(jié)構(gòu)加固施工總說明………?（8）為確保加固工程施工質(zhì)量，新、老混凝土交?接面處必須按如下步驟施工:?1）老混凝土界面必須鑿毛，凹凸不小于6mm。?2）用鋼刷將混凝土碎塊，浮渣灰清除干凈。?3）將原混凝土表面沖洗干凈，再用新鮮425號水?泥漿或界面劑涂刷表面。?另外，施工中必須輕敲輕鑿，不得損傷原結(jié)構(gòu)。第三頁,共五十二頁。??二、加固設(shè)計的特點（與新設(shè)計的區(qū)別）設(shè)計修改圖較多（技術(shù)核定單）；非唯一性；受到一定的制約。應(yīng)考慮:安全，經(jīng)濟(jì)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件實際受力情況；構(gòu)造要求；施工的可行性，施工方法。三、加固方法（介紹3種）增大截面加固法；外粘型鋼加固法；外加預(yù)應(yīng)力加固法；置換混凝土加固法；粘貼鋼板加固法；粘貼纖維復(fù)合材加固法等第四頁,共五十二頁。四、材料?水泥混凝土鋼材及焊接材料膠粘劑纖維和纖維復(fù)合材裂縫修補材料阻銹劑例:1.混凝土強度等級:應(yīng)比原設(shè)計提高一級且不得低于C20。2.選用微膨脹、鋼纖維、噴射混凝土等時，施工前應(yīng)試配，檢驗其性能，符合要求后方可使用。不得使用鋁粉作為混凝土的膨脹劑。3.混凝土中所摻的粉煤灰應(yīng)為Ⅰ級灰，且燒失量不應(yīng)大于5﹪。第五頁,共五十二頁。3.2混凝土梁、板、柱的固3.2.1混凝土梁、板、柱承載力不足的原因及表現(xiàn)一、承載力不足？二、承載力不足的外觀表現(xiàn)：壓區(qū)混凝土壓碎；撓度偏大；鋼筋嚴(yán)重銹蝕（照片）；裂縫過長、過寬（受力裂縫的判別）。三、承載力不足的原因施工，設(shè)計，使用，其他。第六頁,共五十二頁。3.2.2

加固方法（

形式

計方法構(gòu)造施工要求）

一

、增大截面加固法（一

）形式

a）梁

、板板加厚梁加高拉區(qū)加筋澆混凝土第七頁,共五十二頁。d.(壓區(qū))e.(拉區(qū))f.(雙面)增大截面法加固鋼筋混凝土柱第八頁,共五十二頁。a.b.c.b）柱（二）計算方法（考慮新混凝土與原結(jié)構(gòu)協(xié)同工作）2.1軸心受壓構(gòu)件:—新增縱向受壓鋼筋截面面積；—綜合考慮新增混凝土和鋼筋強度利用程度的修正系數(shù),—加固后的軸向壓力設(shè)計值；—加固前

、加固后新增部分混凝土截面面積；、

—新增縱向鋼筋和原縱向鋼筋的

抗壓強度設(shè)計值；—構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù),按加固后的截面,按現(xiàn)行《規(guī)范》取值；式中、=0.8。第九頁,共五十二頁。取2.2

偏心受壓構(gòu)件矩形截面正截面承載力計算公式第十頁,共五十二頁。fw式中—新舊混凝土組合截面的混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值,可按確定；ff、—分別為新舊混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值； —原構(gòu)件受拉邊或受壓較小邊縱向鋼筋應(yīng)力；當(dāng)算得時,??； —受拉邊或受壓較小邊新增縱向鋼筋應(yīng)力；當(dāng)算得時,?。弧瓨?gòu)件受拉邊或受壓較小邊縱向鋼筋截面面積；—原構(gòu)件受壓較大邊縱向鋼筋截面面積；—原構(gòu)件受拉邊或受壓較小邊縱向鋼筋合力點到加固后截面近邊的距離；第十一頁,共五十二頁。aso—

原構(gòu)件受壓較大邊縱向鋼筋合力點到加固后截面近邊的距離；as—

受拉邊或受壓較小邊新增縱向鋼筋合力點至加固后截面近邊的距離；—

受受壓較大邊新增縱向鋼筋合力點至加固后截面近邊的距離；—受拉邊或受壓較小邊新增縱向鋼筋合力點至加固后截面受壓較大邊緣的距離；ho1—原構(gòu)件截面有效高度；e—偏心距，為軸向壓力設(shè)計值N的作用點至新增受拉鋼筋合力點的距離。按規(guī)范計算時，其增大系數(shù)應(yīng)乘以下列修正系數(shù):1對圍套或其他對稱形式的加固:當(dāng)時:；當(dāng)時:。2對非對稱形式的加固:當(dāng)時:；當(dāng)eh*fB=2時:。 第十二頁,共五十二頁。n（1）受壓區(qū)加固的受彎構(gòu)件《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》關(guān)于疊合構(gòu)件的設(shè)計。（2）受拉區(qū)加固的受彎構(gòu)件《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》新增鋼筋強度利用系數(shù)。第十三頁,共五十二頁。按實際情況,采用受壓區(qū)、受拉區(qū)兩種形式2

.3

受彎構(gòu)件?第十四頁,共五十二頁。正截面受彎承載力應(yīng)按下式確定:（5.2.3-1） （5.2.3-2） 構(gòu)件加固后彎矩設(shè)計值；M—新增鋼筋強度利用系數(shù)；取0.9； —新增鋼筋的抗拉強度設(shè)計值；f—新增受拉鋼筋的截面面積； —構(gòu)件加固后和加固前的截面有效高度；—混凝土受壓區(qū)高度；—

原鋼筋的抗拉、抗壓強度設(shè)計值；（5.2.3-3）第十五頁,共五十二頁。 —原受拉、受壓鋼筋的截面面積； —縱向受壓鋼筋合力點至混凝土受壓邊緣的距離；—受壓區(qū)混凝土矩形應(yīng)力圖的應(yīng)力值與混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值的比值；當(dāng)混凝土強度等級不超過C50時,取=1.0；當(dāng)混凝土強度等級為C80時,取=0.94；其間按線性內(nèi)插法確定；—原構(gòu)件混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值；—矩形截面寬度；—增大截面加固后的相對界限受壓區(qū)高度。第十六頁,共五十二頁。-計算系數(shù),當(dāng)混凝土強度等級≤C50,取0.8； -混凝土極限壓應(yīng)變,取0.0033；EU－新增鋼筋位置處,按平截面假設(shè)確定的初始應(yīng)變值；-

加固前受彎構(gòu)件驗算截面上原作用的彎矩標(biāo)準(zhǔn)值；-

加固前在初始彎矩作用下原受拉筋的應(yīng)變值。ES當(dāng)新增主筋與原主筋的連接采用短筋焊接時,可近似取增大截面后的相對界限受壓區(qū)高度第十七頁,共五十二頁。2.石子宜用堅硬耐久的卵石或碎石,最大粒徑不宜大于20mm3.梁的縱向加固受力鋼筋的兩端應(yīng)可靠錨固。第十八頁,共五十二頁。（三）構(gòu)造要求（各方法均?有其構(gòu)造要求）1.新澆混凝土的最小厚度板:不應(yīng)小于40mm梁、柱:不應(yīng)小于60mm用噴射混凝土?xí)r不應(yīng)小于50mm4.板的受力鋼筋直徑宜用6～8mm；梁、柱的縱向受力鋼筋宜用變形鋼筋；梁、柱鋼筋最?。ù螅┲睆?梁:不宜小于12mm（不宜大于25mm）；柱:不宜小于14mm（不宜大于25mm）；封閉式箍筋直徑不宜小于8mm；U型箍筋直徑宜與原箍筋直徑相同5.新、老受力鋼筋間的凈距不應(yīng)小于20mm（圖），并采用短筋焊接連接；6.應(yīng)采用封閉或U型箍筋，并按規(guī)范構(gòu)造要求設(shè)置(圖）第十九頁,共五十二頁。增大截面配置新增箍筋的連接構(gòu)造第二十頁,共五十二頁。注:d為箍筋直徑cbade（四）施工要求?（1）符合施工驗收規(guī)范的要求（2）新、老受力鋼筋應(yīng)除銹處理，受力鋼筋施焊前應(yīng)采取卸荷或支撐措施，并分段分層焊接。（3）新、老混凝土交接面處理:對原構(gòu)件混凝土存在的缺陷清理至密實處,表面鑿毛（或打成溝槽,溝槽深度>6mm）,除去浮渣,表面沖洗干凈,原混凝土表面應(yīng)以水泥漿等界面劑進(jìn)行處理。第二十一頁,共五十二頁。a）

加大截面加固柱棱角打掉b）加大截面加固梁:?（4）模板搭設(shè)；鋼筋安置；新混凝土澆注和養(yǎng)護(hù)等應(yīng)符合《混凝土工程施工及驗收規(guī)范》要求。第二十二頁,共五十二頁。二

、外粘型鋼加固法適用于需要大幅度提高截面承載能力和抗震能力（

一

）形式注:采用外粘型鋼加固時，應(yīng)采用改性環(huán)氧樹脂膠粘劑進(jìn)行灌注。（以前:濕式、干式兩種）第二十三頁，共五十二頁。（二）計算方法1.截面剛度采用外粘型鋼加固時,其加固后的承載力和截面剛度可按整截面—原構(gòu)件截面慣性矩；—加固構(gòu)件一側(cè)外粘型鋼截面面積；—受拉與受壓兩側(cè)型鋼截面形心間的距離。E和—分別為原構(gòu)件混凝土和加固型鋼的彈性模量計算；其截面剛度EI的近似值按下式計算:第二十四頁,共五十二頁。2.軸心受壓構(gòu)件正截面承載力3.偏心受壓構(gòu)件正截面承載力-新增型鋼強度利用系數(shù), 抗震設(shè)計時取1.0,其他取0.9。第二十五頁,共五十二頁。（三）構(gòu)造要求1.…應(yīng)優(yōu)先選用角鋼，角鋼的厚度:不應(yīng)小于5mm，角鋼的邊長:柱不應(yīng)小于75mm；梁不應(yīng)小于50mm…2.外粘型鋼的兩端應(yīng)有可靠的連接和錨固柱:角鋼下端應(yīng)錨固于基礎(chǔ)中；中間應(yīng)穿過樓板；上端…梁:梁角鋼應(yīng)與柱角鋼相互焊接…3.排架柱:應(yīng)將加固的型鋼與原柱頭頂部的承壓鋼板相互焊接；（二階柱）上下柱連接處及牛腿處的連接構(gòu)造應(yīng)予加強。4.梁、柱原構(gòu)件截面的棱角打磨成半經(jīng)大于7mm的圓角。5.型鋼表面（混凝土表面）宜抹厚度不小于25mm的高強度等級水泥砂漿作防護(hù)層，亦可采用其他防腐材料加以保護(hù)?！诙?共五十二頁。三

、粘貼鋼板加固法（一

）概述1

.形式用膠粘劑將鋼板貼在構(gòu)件外部的一種加固方法。膠粘劑是以環(huán)氧樹脂為基料,再加入適量的固化劑、增韌劑、增塑劑配制而成的“結(jié)構(gòu)膠”。第二十七頁,共五十二頁。2.優(yōu)點?1）膠粘劑硬化時間快,施工周期短,不（少）停產(chǎn)。2）工藝簡單,施工方便,可不動明火,對防火要求高的房屋特別適用。3）粘結(jié)劑的強度高于混凝土本體強度,可使加固體與原構(gòu)件形成一個整體,受力較均勻。4）不影響房屋的凈空,不改變構(gòu)件的外形。（粘貼鋼板所占的空間小,幾乎不增加被加固構(gòu)件的截面尺寸、重量）。第二十八頁,共五十二頁。（二）結(jié)構(gòu)膠性能1.結(jié)構(gòu)膠的組成（以環(huán)氧樹脂為主劑）（1）環(huán)氧樹脂優(yōu)點:a.具有很高的膠粘性，對混凝土等材料均有很好的粘結(jié)力。b.有良好的工藝性，可配制成很稠的膏狀或很稀的灌漿材料，固化時間可根據(jù)需要進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。c.固化的環(huán)氧膠有良好的物理、機械性能，耐腐蝕介質(zhì)性能好，固化收縮率小。d.材料來源廣，價格較便宜，基本無毒。第二十九頁，共五十二頁。環(huán)氧樹脂只有在加入固化劑后才會固化，單獨的環(huán)氧樹脂固化物呈脆性，?因此必須在固化前加入增塑劑、增韌劑，以改變其脆性提高其塑性和韌性，增強抗沖擊強度和耐寒性。（2）固化劑（種類很多）常用:乙二胺、二乙醇三胺、三乙醇四胺、多乙醇多胺等（3）增塑劑不參與固化反應(yīng)，常用:鄰苯二甲酸二?。ㄐ粒┲?，磷酸三丁脂等。（4）增韌劑（活性增塑劑）參與固化反應(yīng)，常用:聚酰胺、丁晴橡膠、聚硫橡膠等（5）稀釋劑（為了減小稠度）常用:丙酮、苯、甲苯、二甲苯等第三十頁，共五十二頁。目前市場上出售的結(jié)構(gòu)膠均為雙組份。甲組份:（A組份）環(huán)氧樹脂并添加了增塑劑一類的改性劑和填料乙組份:（B組份）由固化劑和其他助劑組成。使用時按一定比例配制即可。第三十一頁,共五十二頁。2.結(jié)構(gòu)膠的物理力學(xué)性能試驗粘鋼所用的粘結(jié)劑,應(yīng)符合表3.6的規(guī)定。表3.6對承重結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)劑基本性能的要求按規(guī)程的方法,進(jìn)行膠粘強度檢驗,合格后方可使用。常溫下的粘結(jié)強度(N/mm2)啟用每批膠時,均應(yīng)抽取定數(shù)量的膠液,混凝土破壞試驗項目80℃下粘結(jié)強度（N/mm2）混凝土破壞混凝土破壞混凝土破壞鋼

－混凝土(A3)

(C40)耐久性檢驗>14抗

剪->18>20基材種類鋼

－鋼一抗

剪抗

剪軸心抗拉受力性質(zhì)第三十二頁,共五十二頁。（三）粘貼鋼板加固梁破壞特征及鋼板受力分析1.加固梁的破壞特征（1）梁底的鋼板達(dá)到屈服強度在適筋范圍內(nèi),隨著荷載的增加,加固梁在鋼板和梁中原鋼筋屈服后,因混凝土被壓碎而破壞。（2）梁底的鋼板未達(dá)到屈服強度梁的破壞是由于鋼板端部與混凝土撕脫所致。第三十三頁,共五十二頁。鋼板被撕脫的原因?①粘結(jié)鋼板與混凝土中的鋼筋相比,受力較為不利。鋼板的拉力僅靠單面的粘結(jié)應(yīng)力來平衡；②鋼板的合力與粘結(jié)應(yīng)力不在一條線上,它們形成一個力偶,有使鋼板產(chǎn)生與梁的彎曲方向相反的變形,起著剝離鋼板的作用；③粘結(jié)層處于不利的剪拉復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下工作；④鋼板端頭缺少與混凝土的錨固措施；⑤膠粘劑質(zhì)量和施工工藝影響粘結(jié)效果。第三十四頁,共五十二頁。2.粘貼鋼板的應(yīng)力滯后現(xiàn)象粘貼鋼板在受力過程中存在著應(yīng)力滯后現(xiàn)象因為一般是在不卸載的情況下進(jìn)行加固的,原梁中的鋼筋中已有一定的應(yīng)力存在,而所粘貼的鋼板僅在后加荷載作用下才產(chǎn)生應(yīng)力。因此,當(dāng)原鋼筋屈服時,鋼板往往尚未屈服,而當(dāng)鋼板屈服時,加固梁的撓度及裂縫會發(fā)展得很快。第三十五頁,共五十二頁。（四）計算方法?滿足《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》的要求,則膠粘劑的粘結(jié)強度可采用規(guī)范表中的數(shù)值。4.1受彎構(gòu)件正截面加固計算1.在矩形截面受拉、受壓面粘貼鋼板加固時,其正截面承載力的計算公式。2.對受彎構(gòu)件正彎矩區(qū)的正截面加固時,受拉鋼板的截斷位置距其充分利用截面的距離不應(yīng)小于粘貼延伸長度。3.加固后的相對界限受壓區(qū)高度的計算公式?！痘炷两Y(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》中的有關(guān)公式當(dāng)使用的膠粘劑經(jīng)檢驗確認(rèn)其粘結(jié)強度第三十六頁,共五十二頁。10.2.3在矩形截面受拉、受壓面粘貼鋼板加固時,其正截面承載力應(yīng)符合下列規(guī)定:（10.2.3-3）（10.2.3-4）第三十七頁,共五十二頁。（

10.2.3-

1）（10.2.3-2）—考慮二次受力影響時,受拉鋼板的滯后應(yīng)變,EW按規(guī)范計算；若不考慮二次受力影響時,取若受壓面沒有粘貼鋼板(),可根據(jù)式10.2.3-1計算出混凝土受壓區(qū)的高度,按式10.2.3-2,求出受拉面應(yīng)粘貼的鋼板加固量 —加固后彎矩設(shè)計值；—混凝土極限壓應(yīng)變,取0.0033；x—混凝土受壓區(qū)高度；、—矩形截面寬度和高度；、—加固鋼板的抗拉、抗壓強度設(shè)計值；—加固前的截面有效高度；—考慮二次受力影響時,受拉鋼板強度可能達(dá)不到設(shè)計值而引用的折減系數(shù)；當(dāng)時,取。、

—

受拉鋼板和受壓鋼板的截面面積；

—

縱向受壓鋼筋合力點至截面近邊的距離；按式10.2.3-3計算出強度折減系數(shù)=0,第三十八頁,共五十二頁。。。10.2.4對受彎構(gòu)件正彎矩區(qū)的正截面加固，受拉鋼板的截斷位置距其充分利用截面的距離不應(yīng)小于按下式確定的粘貼延伸長度:（10.2.4）—受拉鋼板粘貼延伸長度（mm）；—粘貼的鋼板總厚度（mm）；—鋼板與混凝土之間的粘結(jié)強度設(shè)計值（表10.2.4）表10.2.4鋼板與混凝土之間的粘結(jié)強度設(shè)計值（MPa）對受彎構(gòu)件負(fù)彎矩區(qū)的正截面加固,鋼板的截斷位置距支座邊緣的距離,除應(yīng)根據(jù)負(fù)彎矩包絡(luò)圖按上式確定外,尚且按規(guī)范的構(gòu)造規(guī)定進(jìn)行設(shè)計。第三十九頁,共五十二頁。粘結(jié)強度設(shè)計值0.61混凝土強度等級1.35≥C600.801.051.210.941.141.31C20C30C40C15C25C35C501.對重要構(gòu)件,采用加固前控制值0.9倍(10.2.2-1)2.對一般構(gòu)件,采用加固前控制值(10.2.2-2)—構(gòu)件加固前的相對界限受壓高度。4.1受彎構(gòu)件正截面加固計算4.2受彎構(gòu)件斜截面加固計算4.3大偏心受壓構(gòu)件正截面加固計算4.4受拉構(gòu)件正截面加固計算10.2.2加固后的相對界限受壓區(qū)高度應(yīng)按下式計算:第四十頁,共五十二頁。（五）構(gòu)造規(guī)定采用粘鋼加固混凝土構(gòu)件，應(yīng)滿足下列構(gòu)造要求:1）粘鋼加固基層的混凝土強度等級不應(yīng)低于C15。2）鋼板厚度:采用手工涂膠粘貼的鋼板厚度不應(yīng)大于5mm。采用壓力注膠粘結(jié)的鋼板厚度不應(yīng)大于10mm。3）當(dāng)粘貼的鋼板延伸至支座邊緣仍不滿足規(guī)范延伸長度的要求時，應(yīng)采取錨固措施?！谒氖豁?共五十二頁。（六）

粘鋼施工要求（施工工藝流程）第四十二頁,共五十二頁。1.混凝土構(gòu)件表面處理,2.鋼板粘貼前的處理,3.膠粘劑的配制,4.鋼板粘貼,5.粘貼后的工作,6.工程質(zhì)量及驗收。第四十三頁,共五十二頁。1.混凝土構(gòu)件表面處理:1）表面（粘合面）很臟很舊用硬毛刷（沾洗滌劑）刷除表面油污后用清水沖洗，對表面打磨，除去2～3mm厚表層直至露出新面，用壓縮空氣吹除粉粒。待干燥后用脫脂棉（沾丙酮）擦拭表面。2）表面（粘合面）不是很臟很舊直接對表面打磨，去掉l～2mm厚表層，其余做法同上。3）新混凝土表面（粘合面）用鋼絲刷將表面松散浮渣刷去，用硬毛刷（沾洗滌劑）洗刷表面或用壓力水沖洗，待完全干后即可涂粘結(jié)劑。4）齡期在3個月以內(nèi)，或濕度較大的混凝土構(gòu)件尚須進(jìn)行人工干燥處理。第四十四頁,共五十二頁。2.鋼板粘貼前的處理1）鋼板粘結(jié)面除銹和粗糙處理（a）未生銹或輕微銹蝕可用噴砂、砂布或平砂輪打磨,直至出現(xiàn)金屬光澤再用脫脂棉（沾丙酮）擦試干凈。（打磨粗糙度越大越好,打磨紋路與鋼板受力方向垂直）（b）銹蝕嚴(yán)重先用適度鹽酸浸泡20分鐘,使銹層脫落,再用石灰水沖洗,中和酸離子,最后用平砂輪打磨出紋道。第四十五頁,共五十二頁。2）粘鋼前（可能時）對加固構(gòu)件卸荷（如采用千斤頂頂升方式卸荷時）承受均布荷載的梁:應(yīng)采用多點均勻頂升；有次梁的主梁:每根次梁下要設(shè)一臺千斤頂。頂升噸位以頂面不出現(xiàn)裂縫為準(zhǔn)。3.膠粘劑的配制JGN粘結(jié)劑為甲、乙兩組份（按產(chǎn)品使用說明書規(guī)定配制）使用前應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場質(zhì)量檢驗，合格后方能使用。第四十六頁,共五十二頁。4.鋼板粘貼1）粘結(jié)劑配制后,用抹刀涂抹在混凝土和鋼板表面,中間厚邊