混凝土结构加固与改造

斜剪裂缝为主(超筋 斜剪裂缝为主 超筋) 超筋 斜拉裂缝为主(少筋 斜拉裂缝为主 少筋) 少筋
混凝土结构加固与改造 混凝土水平结构(梁板结构 §6-3混凝土水平结构 梁板结构 的加固 混凝土水平结构 梁板结构)
(2) 预应力加固方法
1) 体外预应力结构的概念 对于预应力混凝土结构可以有三种不同的理解： 对于预应力混凝土结构可以有三种不同的理解： 预加应力使混凝土由脆性材料成为弹性材料； 预加应力使混凝土由脆性材料成为弹性材料； 便于弹性分析） （便于弹性分析） 预加应力充分发挥了高强钢材的作用，使其与混 预加应力充分发挥了高强钢材的作用， 凝土共同工作；（强度理论） 凝土共同工作；（强度理论） ；（强度理论 预加应力平衡或转移了结构外荷载。 预加应力平衡或转移了结构外荷载。
增大截面法 优点：提高构件的承载力，提高截面刚度，改善正 优点：提高构件的承载力，提高截面刚度， 常使用阶段的性能。 常使用阶段的性能。 缺点：减小使用空间，增加结构自重。 缺点：减小使用空间，增加结构自重。 适用：适用于有空间余量的多种结构。 适用：适用于有空间余量的多种结构。 外包钢加固法 优点：同增大截面法且基本不减小空间， 优点：同增大截面法且基本不减小空间，增加结 构的延性。 构的延性。 缺点：用钢量大，维护费用高；需作防腐处理。 缺点：用钢量大，维护费用高；需作防腐处理。
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平衡荷载的设计概念
预加力Np对梁截面产生的弯矩也是抛物线形的， 预加力 对梁截面产生的弯矩也是抛物线形的，即: 对梁截面产生的弯矩也是抛物线形的
M = 4 N p f (l x) x / l 2
求导可得由M引起的等效荷载 对x求导可得由 引起的等效荷载 ，即: 求导可得由 引起的等效荷载w，
β0 = β p + βs =
A pσ pe
αf c bh p
+
As f y
αf c bh p
为配筋综合指标
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斜截面承载力计算 对于直线型外露的预应力加固筋，则有： 对于直线型外露的预应力加固筋，则有：
Vu = Vu′ + 0.05 N p
式中： 式中： Vu′ ——原梁的斜截面抗剪承载力； 原梁的斜截面抗剪承载力； 原梁的斜截面抗剪承载力
混凝土结构加固与改造
§6-2加固方法及其选择 加固方法及其选择 预应力加固法 优点： 优点：消除或减缓后加结构的应力滞后现 象，减小原构件的挠度和裂缝宽 甚至可使裂缝完全闭合。 度，甚至可使裂缝完全闭合。 缺点： 缺点：施工较复杂。 改变受力体系加固法 优点：可明显地改善结构的受力性能， 优点：可明显地改善结构的受力性能，提 高结构的承载力和刚度。 高结构的承载力和刚度。 缺点：设计要求高， 缺点：设计要求高，施工风险较大。
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体外预应力筋偏心距 e
(ei +1 ei ) (δ i +1 δ i ) e = ei + + x + δi δ l l
二次效应是一个十分复杂的受力过程， 二次效应是一个十分复杂的受力过程，要想准确地计算很 困难，因此， 困难，因此，在实际工程中一般不从设计计算来考虑二次效 应的影响。 应的影响。
8N p f d 2M w= = 2 2 dx l
式中负号表示w作用方向朝上。 式中负号表示 作用方向朝上。 作用方向朝上 设各截面预应力筋的预加力Np相等，并设 （ 为预应 设各截面预应力筋的预加力 相等，并设e（=y)为预应 相等 力钢筋至梁截面形心的偏心矩
N p e = w(l x ) x / 2
预应力筋与原梁浇筑为一体的加固梁
Vu = Vu′ + 0.8∑ f py Ap sin θ + 0.05 N p
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a---竖向收紧张拉；b---竖向顶撑张拉 竖向收紧张拉； 竖向收紧张拉 竖向顶撑张拉
1-原梁；2加固筋；3-收紧螺栓；4-钢板； 原梁； 加固筋 加固筋； 收紧螺栓 收紧螺栓； 钢板 钢板； 原梁 5-高强螺栓；6-顶撑螺丝；7-上钢板；8-下钢板 高强螺栓； 顶撑螺丝 顶撑螺丝； 上钢板 上钢板； 下钢板 高强螺栓
N p ——预应力产生的纵向作用力。 预应力产生的纵向作用力。 预应力产生的纵向作用力
预应力加固筋为元宝式布设， 预应力加固筋为元宝式布设，斜直线段预应力筋 相当于普通混凝土梁中的弯起筋，则有： 相当于普通混凝土梁中的弯起筋，则有：
Vu = Vu′ + (σ con σ l ) A p sin θ + 0.05 N p
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正截面承载力计算
实际上， 实际上，加固工程中的体外预应力筋往往达不到其屈服 f 强度， 强度，所以其设计值py 应取其实际应力值参与截面平衡 条件， f 条件，即：py = σ p 参照无粘结预应力我国《无粘结预应力混凝土结构技术规程》 参照无粘结预应力我国《无粘结预应力混凝土结构技术规程》 （JGJ/T92-93）规定了其应力设计值按受弯构件跨高比 l / h ） 及综合配筋指标 β 0 来确定。 。 来确定。 σ pe + (500 770β 0 ) 对 l / h ≤35，且 β 0 ≤0.45的构件，σ p = 的构件， ， 的构件 1.2 σ + (250 380β 0 ) β 0 ≤0.45的构件， σ p = pe 的构件， 对 l / h ＞35，且 ， 的构件 1.2 而
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§6-2加固方法及其选择 加固方法及其选ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 外粘纤维加固法 优点：在局部实施加固， 优点：在局部实施加固，工程量小且施工 方便，提高承载力的效果也较明显。 方便，提高承载力的效果也较明显。 缺点：施工工艺要求高， 缺点：施工工艺要求高，胶水的耐久性尚 有待考验。 有待考验。。
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平衡荷载的设计概念
如果梁上作用的均布荷载值q与 相等 相等， 如果梁上作用的均布荷载值 与w相等，则该荷载将全部被 预加力所平衡，由此，称为平衡荷载法 平衡荷载法。 预加力所平衡，由此，称为平衡荷载法。 梁演变为受到水平轴力Np作用的轴心受压构件 若q=w,梁演变为受到水平轴力 作用的轴心受压构件。 梁演变为受到水平轴力 作用的轴心受压构件。 若q≥w,梁演变为受水平轴力 p作用的偏心受压构件. 梁演变为受水平轴力N 作用的偏心受压构件 梁演变为受水平轴力
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正截面承载力计算
′ f py A p + f y As = f c Ac + f y′ As
′ ′ M u = f c S c , ps′ + f y As ( h0 as ) + f py Ap ( h0 a p )
S c , ps′
为受压区混凝土截面对受拉区钢筋合力点的静矩
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预应力筋的锚固
1）U形钢板锚固； ） 形钢板锚固 形钢板锚固； 2）高强度螺栓摩擦—粘结锚固； ）高强度螺栓摩擦 粘结锚固； 粘结锚固 3）焊接锚固； ）焊接锚固； 4）扁担式锚固； ）扁担式锚固； 5）套箍锚固； ）套箍锚固； 6）利用原结构锚固 ）
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预应力筋锚固方法示意图 a—U形钢板锚固；b—高强度螺栓摩擦 粘结锚固；c—焊接锚固；d—扁担式锚 形钢板锚固； 高强度螺栓摩擦—粘结锚固 焊接锚固； 形钢板锚固 高强度螺栓摩擦 粘结锚固； 焊接锚固 扁担式锚 套箍锚固。 原梁； 加固筋； 上钢板； 下钢板（ ）；5—焊 固；e—套箍锚固。1—原梁；2—加固筋；3—上钢板；4—下钢板（棒）； 套箍锚固 原梁 加固筋 上钢板 下钢板 焊 螺栓； 外拉式千斤顶； 锚接接头； 接；6—螺栓；7—外拉式千斤顶；8—锚接接头；9—高强螺栓 螺栓 外拉式千斤顶 锚接接头 高强螺栓
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平衡荷载的设计概念
梁内配有预应力筋，其线型符合抛物线方程 梁内配有预应力筋，其线型符合抛物线方程:
y = 4 f (x / l (x / l)2
[
]
其中f为抛物线的矢高， 为计算截面离梁左端的距离 为计算截面离梁左端的距离。 其中 为抛物线的矢高，x为计算截面离梁左端的距离。 为抛物线的矢高
第六章 混凝土结构加固与改造
§6-1加固的一般原则
1)加固方案的总体效应原则 ; 加固方案的总体效应原则 2)材料选用和强度取值原则 材料选用和强度取值原则 3)荷载计算原则 荷载计算原则 4)承载力验算原则 承载力验算原则 5)承载力验算原则 承载力验算原则
混凝土结构加固与改造
§6-2加固方法及其选择 加固方法及其选择
混凝土结构加固与改造
混凝土水平结构(梁板结构 §6-3混凝土水平结构 梁板结构 的加固 混凝土水平结构 梁板结构)
(1)梁板结构的破坏特征 梁板结构的破坏特征
少筋破坏( 少筋破坏 ) ) )
正截面破坏
适筋破坏( 适筋破坏 超筋破坏( 超筋破坏
弯剪裂缝为主(适筋 弯剪裂缝为主 适筋) 适筋
斜截面破坏
混凝土结构加固与改造
2）预应力加固法的工艺 ）
张拉方式 与普通预应力筋张拉方式一致； 千斤顶张拉法 与普通预应力筋张拉方式一致； 横向收紧法 竖向收紧法
人工横向收紧法张拉预应力 1-原梁；2-加固筋；3-U形螺丝；4-撑杆；5-高强螺栓 原梁； 加固筋 加固筋； 形螺丝； 撑杆 撑杆； 高强螺栓 原梁 形螺丝
转移荷载的设计概念
转移荷载的概念认为预加力除了一部分用于平衡外荷载， 转移荷载的概念认为预加力除了一部分用于平衡外荷载， 其余部分力作为新引入的荷载作用于结构端部。 其余部分力作为新引入的荷载作用于结构端部。
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转移荷载的设计概念
混凝土结构加固与改造
转移荷载的设计概念
当Ppres=P时，混凝土受弯构件就成为两端铰支的 时 轴压构件，荷载的形式和传递路径被完全改变了。 轴压构件，荷载的形式和传递路径被完全改变了。 转移荷载的概念不仅保留了平衡荷载概念中通过预 应力筋的作用，将外荷载的作用相抵消一部分， 应力筋的作用，将外荷载的作用相抵消一部分，改变结 构受力形式的基本点， 构受力形式的基本点，同时指出了预应力筋改变了外荷 载的传递路径，将跨中的部分荷载转移至两端的本质。 载的传递路径，将跨中的部分荷载转移至两端的本质。 体外预应力技术在加固工程中具有鲜明的特色， 体外预应力技术在加固工程中具有鲜明的特色， 有着其它加固方式所没有的减小或消除裂缝及挠度的 作用。 作用。