钢筋混凝土结构加固应用综述

杜继涛 张小鹏

(河南理工大学土木工程学院，河南 焦作 454000)



钢筋混凝土结构加固应用综述

杜继涛 张小鹏

(河南理工大学土木工程学院，河南 焦作 454000)

从增大截面法、外包型钢法、改变受力体系等方面，介绍了钢筋混凝土结构常用的加固方法，并分析了各种方法的适用范围及优缺点，提出了几种新型的结构加固方法，为建筑结构加固方法的选择提供了依据。

钢筋混凝土结构，加固技术，预应力，碳纤维布

实际工程中许多钢筋混凝土建筑由于使用功能发生改变、设计标准提高、施工失误、材料质量不符合要求，以及风灾、火灾、水灾、地震灾害等因素的影响，不能满足现有的安全、适用、耐久性要求。若将原有建筑拆除重建，不但会影响正常使用，造成环境污染，且造价较高，而选用适宜的加固技术进行加固，能够保证结构的安全使用并节约造价，相对更经济合理。

1 传统加固方法

目前，我国加固方法具有施工流程成熟，可操作性强，经济成本低，实际加固效果良好等优点。常用的传统加固方法主要有增大截面法、外包型钢法、粘贴钢板法、改变受力体系法、置换混凝土法、体外预应力筋法等。

1.1 增大截面法

即在受弯或受压构件表面浇筑一层钢筋混凝土，再加部分锚筋锚固，增强新旧混凝土整体性，使其共同受力，较大提高构件刚度，从而提高构件正截面抗弯、抗压和斜截面抗剪承载力。该加固方法一般适用于梁、板、柱、墙、基础等混凝土构件(见图1)。

该加固方法的优点是构件刚度提高多，较经济。缺点是新旧混凝土整体工作性能差，存在应力应变滞后问题，现场施工湿作业量大，周期长，占有建筑使用空间大，影响外观，结构自重增加大，对邻近构件如梁，柱，基础，地基等影响大。

1.2 外包型钢法

图1 增大截面法

即在构件四角或两角外包型钢，再焊扁钢组成受力构架，钢构架承担部分或全部荷载，钢构架与构件间留有间隙或填塞普通水泥砂浆等，该加固方法一般适用于承受静力作用的板，梁，柱，大型结构及大跨结构。与其他加固方法相比，该种加固方法施工简便，现场工作量较小，尺寸影响小，占用空间小，周期短，材料消耗少，工艺简单安全。

1.3 粘贴钢板法

将钢板粘贴在被加固构件的外侧，混凝土通过结构胶将内力传递给钢板，使钢板与原有构件共同抗拉、抗压、抗剪，以提高构件的承载能力和刚度，使其满足加固设计要求。钢板与钢筋相比拉压强度提高多，为了防止钢板—混凝土界面发生剥离破坏，可采用U形箍与钢压条加强锚固。该加固方法一般适用于承受静力作用的受弯(梁、板)，受拉杆件加固(见图2)。这种方法比较坚固适用，简单，施工快捷，基本不增加被加固构件断面尺寸和重量。但存在滞后应变，以及钢用量增大，构件延性小的缺陷。

1.4 改变受力体系

增设支点法是一种较为有效的方法，主要通过设支承点(刚性支点或弹性支点)减小结构计算跨度,从而减小结构内力和提高其承载力。这种加固方法会使原结构可利用空间受到一定影响，一般适用于梁、板、桁架、网架等水平结构的加固。

1.5 体外预应力筋加固法

体外预应力筋加固是将具有防腐保护的预应力筋布置在梁体的外部(或箱内)，对梁体外筋施加预应力,以预加力产生的反弯矩抵消部分外荷产生的内力,达到改善梁的使用功能和提高梁的承载力的目的。传递预应力通过锚固区域和转向块，锚固区选在两端或桥梁支座处刚度较大的横隔梁端块节点处。布置应使结构受力对称，沿构件两侧对称布置。该加固方法一般适用于桥梁和建筑，大跨结构及大型结构。

对于原构件截面偏小或需要增加使用荷载，处于高应力、应变状态，且难以直接卸除其上的荷载的情况，尤其对于结构荷载变化较大、结构变形较大等处，采用其他加固方法不适用时，更有优势。这种方法消除了滞后效应，减小混凝土构件截面尺寸,减轻结构自重，受施工场地影响小，工期快且不占空间。

1.6 钢丝网砂浆/钢筋混凝土板墙加固法

即在构件表面铺设小直径(2 mm～6 mm)钢丝网, 然后浇筑水泥砂浆或混凝土,使其与原结构共同工作，能够有效提高构件的抗弯承载力，抗裂性能，增强构件的抗弯，抗剪刚度。该加固方法一般适用领域有建筑物、构筑物、桥梁、涵洞、隧道，构件类型有梁、板、柱、墙、节点、拱、壳等。施工步骤是先对构件表面进行处理，绑扎钢筋网，植入抗剪销钉，然后涂抹界面剂、复合砂浆及养护。优点是施工简单，施工质量容易保证，经济效益好，较好的耐火性和耐久性，有很大的韧性和抗渗性。

2 新型加固方法

新型加固方法因其材质轻高强度，强度约为普通钢材的十几倍，有替代传统加固技术的趋势，加固形式有粘贴，内嵌，内嵌预应力，纤维片材有碳纤维板，碳纤维布，碳纤维筋。但目前预应力碳纤维片材加固法工程应用较少，尚处于研究阶段。

2.1 粘贴纤维增强复合材法

粘贴碳纤维布即将碳纤维布用胶粘剂粘结于构件表面，使其原构件共同承受荷载，能提高构件抗弯、抗剪、抗扭、抗压承载力，增大刚度及延性，有效控制挠度、裂缝宽度的目的。一般用于各类

工业与民用建筑物、构造物的混凝土构件、桥梁以及河川构造物的防护和加固等。

优点是轻质高强，抗腐蚀，设计施工方便快捷，施工质量易于保证，可大幅度提高构件的承载能力、抗震性能和耐久性能。缺点是存在应力滞后缺陷，纤维布及结构胶防火性差，以及易发生胶—混凝土界面剥离破坏。

2.2 外贴预应力碳纤维布加固法

预应力碳纤维片材加固法既综合了粘贴碳纤维加固法与体外预应力加固法的优点,又避免了高强的CFRP材料应力滞后、体外预应力钢束易腐蚀的缺点。此法存在缺点是预应力碳纤维布结构胶在长期荷载作用下的抗剥离、抗老化性能差[1]。苏有文等[2]通过5根试验梁对碳纤维布与预应力碳纤维布进行对比分析，结果表明：在梁加载开裂荷载后再进行碳纤维布加固，对梁的承载力、抗弯刚度、碳纤维布应变/利用率、抑制裂缝增长提高更为明显。

2.3 内嵌预应力碳纤维筋

内嵌预应力碳纤维即在内嵌粘贴碳纤维片材基础上对FRP筋施加预应力，筋材能大幅度提高构件的开裂荷载和极限荷载[3]，有效限制裂缝开展，使得裂缝变得细而密；有效减小构件的变形，延缓筋材屈服，充分利用了碳纤维筋的高强性能，解决了构件二次受力应力应变滞后问题。缺点是随着加固量及初始预应力水平的提高，被加固试件的延性会有所降低[4]。由于此种方法仍处于研究阶段，技术尚不成熟，工程应用较少。

3 总结与展望

本文主要详细介绍了传统加固技术，并作了适用范围及优缺点比较，可以为实际工程加固时提供方法；并介绍了国内新型加固方法的研究现状，可为更多研究人员提供研究课题，有助于加快我国建筑鉴定加固技术的发展。以下是就目前加固技术存在的问题提出的展望：

1)在实际加固过程中，结构计算软件PKPM中的鉴定加固模块的实用性较差，有待于进一步开发。2)碳纤维材料成本较高，考虑到实际工程经济方面，也是制约其不能推广使用的主要问题。3)关于碳纤维布与梁底粘结截面的滑移研究，多是处于静载情况下，研究动力性能较少。

[1] 姜新佩，刘丽娜，邓子辰.预应力碳纤维布加固混凝土构件的试验及施工技术[J].建筑技术,2007(6):452-455.

[2] 詹 妮，苏有文，李超飞，等.预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁的抗弯正截面承载力分析[A].第十六届全国混凝土及预应力混凝土学术会议暨第十二届预应力学术交流会[C].2013：118-128.

[3] 任振华，曾宪桃，刘汉龙，等.复合内嵌碳纤维筋和预应力螺旋肋钢筋加固混凝土梁试验[J].河海大学学报,2012(4):370-376.

[4] 丁亚红，马艳洁.内嵌预应力碳纤维筋加固混凝土梁受力性能试验研究[J].建筑结构学报,2012(2):128-135.

The application of reinforced concrete structure

Du Jitao Zhang Xiaopeng

(SchoolofCivilEngineering,HenanPolytechnicUniversity,Jiaozuo454000,China)

Starting from aspects of enlarging section method, steel-encasing method and transforming stress system, the paper introduces common steel reinforced concrete structure reinforcement methods, analyzes its application scope and merits and defects, and puts forward new structural reinforcement methods, which has provided some basis for selecting building structure reinforcement methods.

steel reinforced concrete, reinforcement technique, prestress, carbon fiber

2016-03-23

杜继涛(1974- )，男，在读硕士； 张小鹏(1988- )，男，在读硕士

1009-6825(2016)16-0023-02

TU375

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