混凝土结构加固技术研究及应用

李玉飞

(中煤科工集团北京华宇公司，河南平顶山 467000)

随着时间的推移，我国许多建筑在人为和自然环境共同作用下，发生了不可逆转的老化和损伤，也可能由于设计疏忽、施工不当或其他方面原因，导致混凝土出现各种质量缺陷。因此，现阶段对建筑物的维修、加固和改造已经凸显的越来越重要，成为现今土木工程的一大热点。

1 结构加固技术研究意义

世界上，经济发达的国家在建筑业发展上历经了以下三个阶段:第一，大兴土木阶段;第二，新建与维修同步进行阶段;第三，对老建筑进行加固维修或改变其功能为主阶段。我国也会经历同样的三个阶段，随着世界多元化的发展，目前对已有建筑物实施鉴定和必要的加固要求也日益迫切。

2 结构加固的基本原则

结构加固应遵守“方案制定的总体效应原则”“荷载取值和承载力验算的基本原则”“材料的选用和取值原则”“与抗震设防结合的原则”“结构加固方案应技术可靠、方便施工原则”“经济合理，减少对原有建筑损伤原则”等基本原则［8］。

3 加固改造方法

混凝土结构加固方法很多，最常用的有加大截面、粘钢加固、粘贴纤维增强复合材加固、预应力加固法。

3．1 加大截面法

1)加固形式。

根据构件受力特点和加固的目的要求、构件的尺寸大小、施工方便等可设计为单侧、双侧、三侧加固，或四边围套加固(见图1)。

2)适用范围。

增大截面加固法的加固效果显著，适用范围较广，可用于加固梁、板、柱、墙、屋架等。

3)计算方法。

加固规范中规定:当在受拉区加固矩形截面受弯构件时，其正截面受弯承载力应符合下列规定:

图1 增大截面法加固形式示意图

受弯构件加固后的斜截面应符合下列条件:

当hw/b≤4时:

当hw/b≤6时:

3．2 粘钢加固法

1)加固形式见图2。

2)适用范围。

粘钢加固法适用于承受静载作用的钢筋混凝土受弯、受拉及大偏心受压、斜截面受剪构件的加固。

3)计算方法。

a．正截面抗弯承载力计算。

基本假定:计算时不考虑混凝土的抗拉强度。混凝土、钢筋和钢板为理想弹塑性材料，采用理想化的应力应变曲线。钢筋和混凝土完全固结，粘胶层与钢材及混凝土变形协调，不会产生相对滑移。

b．斜截面抗剪承载力计算。

当构件斜截面承载力不足时，可采用粘贴U形钢箍板或斜方向钢板条进行加固。

图2 粘钢法加固形式示意图

3．3 粘贴纤维增强复合材料加固

1)加固形式。

常见的纤维复合材料加固的各种形式见图3。

图3 纤维复合材料加固示意图

2)适用范围。

适用于修复房屋和一般构筑物的混凝土结构因设计失误、施工错误及结构使用功能的改变引起荷载的增加，或因遭受火灾、水灾及地震灾害使结构遭到损坏等各种结构病害情况。适用于对钢筋混凝土受弯、轴心受压、大偏心受压和受拉构件的加固。

3)计算方法。

根据极限状态应力—应变关系，由平衡条件可得:

当 x≥2a'时:

当 x≤2a'时:

根据《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》的规定，当混凝土受压区高度x≤ζcfbh，其极限弯矩:

3．4 预应力加固法

1)加固形式。

a．梁、板的加固形式。构件张拉示意图见图4。

图4 构件张拉示意图

b．柱的加固形式。对加固撑杆施加预顶力的方法见图5。

图5 对加固撑杆施加预顶力的方法

2)适用范围。

预应力加固法适用于大跨度结构加固，以及采用一般加固方法难以达到加固效果的大型结构加固。

3)计算方法。

a．预应力拉杆截面面积Ap可按下式计算:

b．对拉杆施加的预应力值σp，可按下式确定:

［1］王文炜．FRP加固混凝土结构技术及应用［M］．北京:中国建筑工业出版社，2007．

［2］杨勇新，李庆伟．应力碳纤维布加固混凝土结构技术［M］．北京:化学工业出版社，2010．

［3］岳清瑞．碳纤维增强复合材料(CFRP)加固修复钢结构性能研究与工程应用［M］．北京:中国建筑工业出版社，2009．

［4］李晨光．体外预应力结构技术与工程应用［M］．北京:中国建筑工业出版社，2008．

［5］吕克顺，伏文英．混凝土结构加固设计与施工细节详解［M］．北京:中国建筑工业出版社，2012．

［6］卓尚木，季直仓，卓昌志．钢筋混凝土结构事故分析与加固［M］．北京:中国建筑工业出版社，1997．

［7］GB 50367-2006，混凝土结构加固设计规范［S］．

［8］史明祥．谈混凝土结构改造加固方法及方案优选［J］．山西建筑，2013，39(30):46-48．