既有结构加固方法探讨

王浩瀚　崔剑奇（广东省建筑设计研究院）

既有结构加固方法探讨

王浩瀚崔剑奇
（广东省建筑设计研究院）

既有结构在工程改建扩建中拆除部分构件，为保证结构能满足现有使用要求，需要采用合适、经济、有效的方式进行加固。本文介绍了混凝土上部结构常用加固方法、加固计算的假定、加固中存在的问题，并针对该问题进行分析，提出解决该问题的方法，以期指导实践，供同类加固工程参考。

既有结构；加固；应力滞后；顶升

某天桥梯道为两跨连续梁结构，为新增一出入通道，需要将梯道其中一跨拆除。原连续梁结构拆除一跨后，结构体系由连续梁变为简支梁，跨中截面应力显著增大。另外，该结构截面配筋率偏小，原钢筋应力富余较少。设计使用期内，为保证拆除后结构能满足现有规范的要求，需要采用合适的方式进行加固。

1　上部结构加固常用的方法

1.1加大截面加固法

该方法在既有结构的构件外浇筑新的钢筋混凝土，增加受拉区的钢筋和增大受压区面积，以提高构件的承载力和刚度。加固前须对加固的原构件表面都进行清理、打毛。对原受弯构件，增加抗弯刚度的效果好，但增加的尺寸有限。对原偏心受压构件，增加强度、刚度、稳定性方面效果都较好。

其优点是工艺简单、容易施工、适用范围较广。缺点是，新增混凝土会增加原构件的负担，截面增大对结构外观及净空也产生影响。相对其他加固方法，养护时间长、浇筑不便、工期相对长些。

加大截面加固法主要适用于以下情况：

⑴原受弯构件的抗弯或抗剪承载能力不足，或构件刚度不足，采用增大截面法加固效果较好；

⑵受压构件承载力、刚度、稳定性不满足要求；

⑶墩柱的主筋外露、锈蚀，混凝土空洞或破碎，墩柱倾斜；

⑷拱圈因施工质量造成主筋外露、混凝土空洞、破碎、强度不够等缺陷。

1.2粘贴纤维复合材料加固法

该方法是将纤维复合材料粘贴于构件受拉部位或者薄弱部位的面层，使其与结构形成整体，共同承受荷载。采用粘贴纤维复合材料加固梁、板，可提高原构件承载力，对刚度的提高效果相对较差；也可用于加固钢筋混凝土受压柱，以提高其承载力、延性、耐久性等。

由于纤维复合材料具有高强度、高弹性模量、施工简捷的特点，特别是碳纤维，可广泛应用于结构加固修补，且不改变结构形状及不影响结构外观。

纤维复合材料在有防火要求时，需做专门处理。粘贴剂的耐久性问题、以及粘贴剂通过采用固化剂硬化后材料脆性增大的问题、防火及脆性问题，限制了该加固方法的使用范围。

粘贴纤维复合材料加固法主要适用于以下情况：

⑴原构件受拉主筋或腹筋配筋不足的梁和板，抗弯、抗剪加固效果较为显著；

⑵原构件受拉钢筋严重腐蚀或受损，以致承载力无法满足安全及使用要求；

⑶提高构件的抗裂性，可制约裂缝的发展；

⑷以延长结构使用年限为主要目的的耐久性加固；

⑸混凝土墩柱的抗剪、抗压补强以及抗震延性补强。

1.3体外预应力加固法

该方法是通过增设体外预应力钢材（包括钢绞线、高强钢丝束和精轧螺纹钢筋）对构件主动施加外力，以改善既有结构的受力状况。技术关键，是体外预应力筋的锚固、转向和防腐保护问题。

这种方法不仅可以提高构件承载能力，减小构件挠度，而且还能对控制截面进行“卸载”，使后加部分有效地参与工作。此法不适用于混凝土收缩徐变大的混凝土结构，而且预应力拉杆端部锚固处和预应力拉杆支撑点在结构上产生的集中力不利于结构的受力。

体外预应力加固法适用于以下情况：

⑴正截面抗弯承载力不足或正截面受拉区钢筋锈蚀；

⑵梁抗弯刚度不足导致原截面超过规范规定或由于刚度太小导致梁的受拉区裂缝宽度超过规范规定；

⑶梁斜截面抗剪承载力不足。

1.4改变结构体系加固法

该方法采用一定技术措施改变原结构受力体系，降低控制截面内力，提高结构整体承载能力的加固方式。常有加固方式有增设支承结构加固和简支变连续加固。

增设支承结构加固法在既有结构下方增设支承结构，将结构分成几部分，减小计算跨度，降低构件应力值，增加结构刚度，适用于结构下方仍有可利用空间（不侵占净空的前提下）或净空不受限制的既有结构加固。简支变连续加固法是通过施工工艺，将墩顶两侧简支梁连接形成连续梁，有效减小梁控制截面弯矩，从而提高桥梁承载能力。简支变连续体系加固法无需在桥下增设支承结构，不影响桥梁通航和排洪能力。

1.5粘贴钢板、钢筋加固法

用胶粘剂把钢板或钢筋粘贴在原构件受拉区表面，使新增的钢板或钢筋与构件形成整体，协同工作。其中，粘贴钢板加固可封闭粘贴部位的裂缝和缺陷，约束混凝土变形，从而有效提高被加固构件的刚度和抗裂性。粘贴钢板加固法适用于钢筋混凝土受弯、受拉和受压构件的加固。设计时可根据需要，在不同部位粘贴钢板，有效发挥钢板的抗弯、抗剪、抗压性能。

采用这种加固方法简单、快速，基本不改变既有结构的截面尺寸，却能提高构件承载能力和正常使用阶段性能。该加固方法适用于环境温度不超过60℃及相对湿度较小的地区。对于常年相对湿度大于70%的环境，须有可靠防护措施。钢板、钢筋容易锈蚀，特别是在潮湿环境下，需对钢板、钢筋采取防锈处理和维护工作。

2　加固中存在的问题

不同于新建结构，既有结构加固有其自身的特点：

⑴应根据客观条件提出合乎实际的技术方案。

加固前，对既有结构进行评定，并根据评估报告进行现场核对，掌握既有结构的体系、建设材料、净空和截面尺寸等客观条件。加固设计应考虑材料劣化及材料差异。施工过程中，需考虑对相邻结构的影响。现场空间狭窄时，大型施工机械难以进行施工作业。

⑵经加固后混凝土结构的受力特征与新建结构有差异。

加固前，既有结构已经承受荷载（即一次受力），原钢筋和混凝土的应力、应变已有一定的储备；若加固时未对原构件进行处理，加固后新增材料一般在构件新增荷载（即二次受力）时才开始受力。二次受力中，新增部分的应力始终滞后于原构件累积的应力。

原构件达到极限状态时，尤其是既有结构的应力较高，新增部分尚未达到极限状态，材料抗力一般不能得到充分发挥利用，致使加固效果不理想或不起作用，这在加大截面加固法、粘贴纤维复合材料加固法和粘贴钢板、钢筋加固法中要特别注意。

3　存在问题的处理

加固前若卸去部分荷载，情况则有所不同。由于加固前卸去部分荷载，既有结构中原钢筋和混凝土应力降低，加固后新增部分应力滞后现象得以降低，原钢筋和混凝土、新增部分就可同时进入各自的极限状态，结构整体承载力可显著提高，充分发挥了新增部分的材料性能。

既有结构卸去荷载有多种方式。可将既有结构上的部分构件（如桥面铺装、栏杆、防撞栏等）拆除，以降低原有作用效应，直接卸载。拆除构件期间需要中断交通。另外，可在连续梁结构的另外一跨上增加荷载，以减少当前跨中截面的应力；但加载的一跨须控制其加载量，避免其出现破坏。以上两种方式虽然可行，但加固前原结构的截面应力降低均有限。采用顶升方式进行卸载，顶升控制方式可以采用变形控制，也可以采用力控制，较为准确。

鉴于既有结构为折线形连续梁结构，且原构件的截面配筋率偏小，加固后为充分发挥新增部分的材料性能，对既有结构实行以下加固措施：先进行顶升卸荷，再采用现有的加固方法中的一种或多种方法进行加固，如采用粘贴钢板、钢筋加固法和改变结构体系加固法进行综合加固。

4　结语

加固既有结构的方法虽然很多，但每种方法都有其特点，加固前应对既有结构及加固结构的二次受力进行计算分析，对多种方法比较分析后采取有效的处理措施。

对既有结构加固，当构件形状不便采用体外预应力加固时，先进行顶升卸荷，再采用现有的其他加固方法中的一种或多种方法进行综合加固。这种综合加固方式，使结构在加固后二次受力，降低了原构件中钢筋和混凝土的累积应力，新增部分的应力滞后得以减缓，充分发挥了新增材料的性能，合理可靠，经济实惠。●

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