混凝土结构加固技术分析

陈金龙

（汇通路桥建设集团有限公司，河北 高碑店 074099）

1 常见混凝土加固技术

混凝土结构加固的方法很多，常用的有加大截面加固法、外包钢加固法和预应力加固法等，应根据被加固结构在承载力、刚度、裂缝或耐久性等方面的不足，并结合各种加固方法的特点、适用范围和施工的可行性进行选择。

1.1 加大截面加固法

加大截面加固法，又称外包混凝土加固法，能够通过在原混凝土构件外叠浇新的钢筋混凝土，增大构件的截面积和配筋，提高构件的承载力和刚度、降低混凝土柱的长细比。

加大截面加固法适用于混凝土柱、板和梁等结构构件，根据构件的受力特点、薄弱环节、几何尺寸及施工便利性等因素，加固可以设计为单侧、双侧、三侧或四面加大截面。例如，轴心受压柱常采用四面加固，如图1a）所示；偏心受压柱受压边薄弱时，可仅对受压边加固，如图1b）所示；反之，可仅对受拉边加固，如图1c）所示；梁、板等受弯构件，有以加大截面为主的受压区加固，如图1d）所示，及以增加配筋为主的受拉区加固，如图1e）所示，或二者兼备。以加大截面为主的加固，为保证补加混凝土的正常工作，需配置构造钢筋；以加配钢筋为主的加固，为保证钢筋的正常工作，需按钢筋保护层等构造的要求，适当增大截面。

图1 外包混凝土加固构件截面

在钢筋混凝土受弯构件受压区加混凝土现浇层，可增加截面有效高度，扩大截面面积，从而提高构件正截面抗弯能力、斜截面抗剪能力和截面刚度，起到加固补强的作用。

在适筋范围内，混凝土受弯构件正截面承载力随钢筋面积和强度的增大而提高。在原构件正截面配筋率不太高的情况下，增大主筋面积可有效地提高原构件正截面抗弯承载力。在截面的受拉区加现浇混凝土围套增加构件截面，通过新加部分和原构件共同工作，可有效地提高构件承载力，改善正常使用性能。

1.2 植筋（螺栓）锚固

植筋（螺栓）技术是一种钢筋（螺栓）的后锚固方法，指在原有的混凝土结构上通过钻孔，用专业有机或无机高粘接胶（锚固料）注胶，将钢筋或螺栓与原混凝土结构相连的改造加固，其粘锚强度完全可以达到钢材的材料屈服强度。该技术具有设计灵活、施工简便和可靠性强等优点，已广泛应用于已有建筑物的加固改造工程，如施工中漏埋钢筋或钢筋偏离设计位置的补救，构件加大截面加固的补筋，上部结构扩跨、顶升对梁、柱的接长，房屋加层接柱和高层建筑增设剪力墙的植筋等。

1.3 粘钢加固

粘钢加固技术是在混凝土结构表面用特制的建筑结构胶粘贴型钢，从而提高结构承载力与变形能力的一种加固方法，相对于构件体外配筋，可提高构件承载力、刚度、稳定性和抗震性，基本上不增加原构件体积。该法施工快速，可实现现场无湿作业或仅有抹灰等少量湿作业，对生产和生活影响小，但加固效果在很大程度上取决于胶粘工艺与操作水平；适用于承受静力作用且处于正常湿度环境中的受弯或受拉构件的加固。

2 加大截面加固技术分析

增大截面法加固钢筋混凝土结构是土木结构工程中的一种常见加固方法。该方法具有受力合理、布置灵活、传力明确工艺简单、可靠性好，对承载力、刚度的提高幅度大，可使结构稳定性明显增加等优点，可广泛用于一般的梁、柱、板和墙等混凝土结构的加固。

2.1 受弯构件（梁、板）加固

增大截面法加固受弯构件分为正截面加固和斜截面加固两种情况。正截面加固又可根据原结构构造和受力的实际情况选用在受压区或受拉区增设现浇钢筋混凝土外加层的加固方式（见图2）。

图2 在梁上补浇混凝土的构造

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以下公式计算（如图3所示）：

图3 受压区加现浇层加固梁计算简图

式中：M——加固后构件计算截面承担的弯矩设计值；

fcm——混凝土弯曲抗压强度设计值，当x≤h0-h01时，按新加混凝土取用；当x＞h0-h01时，可近似按新旧混凝土的小者取用；

b——计算截面宽度；

x——计算截面受压区高度；

h01,h0——加固前后计算截面的有效高度；

fy0——原构件纵向受拉钢筋抗拉强度设计值；

As0——原构件纵向受拉钢筋截面面积。

当板和梁同时加固时，应按T形截面计算。

2.1.2 斜截面抗剪承载力计算

若加固能在构造上保证叠合层部分门形箍筋与原构件箍筋可靠连接，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以按下式计算：

式中：V——加固后构件计算截面承担的剪力设计值，V≤0.25fcbh0；

fc——混凝土抗压强度设计值，近似按原构件混凝土取用；

fyv0——原构件箍筋抗拉强度设计值；

Asv0——原构件配置在同一截面内箍筋各肢的全部截面面积；

s0——原构件箍筋间距。

当新加部分门形箍筋数量少于原构件，或在构造上不能保证与原构件（箍筋）可靠连接时，则受压区加现浇层加固后，梁板受弯构件斜截面承载力可近似不考虑新加箍筋的有利影响，按下式计算：

2.1.3 加固设计计算方法

2.1.3.1 确定受压区现浇混凝土层厚度

当板也需要（采用叠合层）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：

式中：Mu0——原构件正截面抗弯承载力设计值；

hn——受压区新增混凝土层厚度，hn=h0-h01。

2.1.3.2 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，然后令代入式（1）和式（2）对加固截面正截面抗弯承载力进行验算，当满足要求时，仅需按构造配制受压钢筋，否则需按照式（1）和式（2）计算确定受压钢筋数量。

2.1.3.3 判断计算结果和加固方案的合理性

判断计算结果和加固方案的合理性，对于不合理的，则修改截面尺寸或采用其他加固方法。

2.1.3.4 验算斜截面抗剪承载力和叠合面抗剪承载力

关于斜截面抗剪承载力和叠合面抗剪承载力的验算，本文在此不再赘述。

2.2 受压构件（柱）加固

钢筋混凝土柱的破坏形态可分为受压破坏（包括轴压柱和小偏压柱）和受拉破坏（大偏压柱）两类。具体的加固方法有四周外包、单面加厚和两面加厚等加固方法。

2.2.1 轴心受压

加固用新浇的混凝土和新配置的钢筋，与原构件相比，存在着应力、应变滞后，其滞后程度与加固施工时原构件的负荷水平相关。在进行加固构件承载力计算时，应视具体情况对补加的混凝土和钢筋的强度进行折减。加固施工时原构件的负荷越大，补加部分的强度折减越多，即强度利用率越低。

当用加大截面法加固轴心受压柱时（见图4），其正截面承载力应按式（6）计算：

图4 轴心受压构件增大截面加固

式中：N——构件加固后的轴向力设计值；

φ——构件的稳定系数，以加固后截面尺寸为准；

fc,Ac——原柱混凝土抗压强度设计值及截面面积；

fc1,Ac1——新加混凝土抗压强度设计值及截面面积；

α——新加混凝土和纵向钢筋的强度利用系数，可近似取a＝0.8，当能够确定加固时受压柱的应力水平时，宜通过计算确定。

2.2.2 偏心受压

当用加大截面法加固偏心受压混凝土柱时，按新旧混凝土整体协同工作及现行混凝土结构设计规范中的正截面承载力公式计算。对新加的混凝土和钢筋，其强度设计值应乘以0.9的折减系数。

2.2.2.1 大偏心受压柱加固

正截面受压承载力按下式计算：

式中：fcm,fcm1——新、旧混凝土的弯曲抗压强度设计值；

h1——受压侧新加混凝土的截面厚度；

b,b1——原柱、加固部分的截面宽度，双侧加固时二者一般相等；

h01——原柱受拉钢筋和新加受拉钢筋的合力点至加固截面受压边缘的距离；

2.2.2.2 小偏心受压柱加固

在小偏心受压柱中，离轴向力较远一侧的钢筋达不到屈服强度，双侧加固时，其正截面承载力按下式计算：

式中，σs、σs1分别为离轴向力较远一侧的新旧钢筋应力。计算时可近似取相同值，并根据混凝土结构设计规范，按下式计算：

式中：ξ——相对受压区高度；

ξb——相对界限受压区高度。

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