混凝土结构的修补与加固

混凝土加固过程中 新旧材料共同工作问题
混凝土加固结构实属二次组合结构，受力时，尤其是 当结构临近破坏时，结合面会出现拉、压、弯、剪等复杂 应力，特别是受弯或偏压构件，结合面的剪应力可能是相 当大的。新旧材料能否共同的工作，关键在于结合面剪力 能否有效地传递。许多试验表明，新旧混凝土结合面往往 是一个薄弱环节，其抗剪强度远远低于整浇混凝土的抗剪 强度，新混凝土的凝缩、弹性变形、塑性变形、徐变等与 旧混凝土存在差异，甚至出现裂缝，结合面上抗渗、抗冻 性能均会降低。为了确保新旧混凝土共同工作地可靠性、 耐久性，设计时需加固结构的结合面进行抗剪验算，施工 工艺上采取适当的措施。
加固工作直接影响生产和群众生活，因此，在确定加固方 案和作法时，要尽量减少对生产的影响或使用者的影响及 搬迁 加固方案应是切实可行、安全可靠、施工方便的，应尽量 减少施工难度
由于高温、腐蚀、冻融、振动、地基沉降不均匀等原因造 成的结构损失，加固时必须同时考虑消除、减少或抵御这 些不利因素的有效措施，以免加固后结构继续受害，避免 二次加固
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截面变形仍保持平面 不考虑混凝土的抗拉强度 混凝土轴心受压的应力与应变关系为抛物线，极限变形值 为为0.002 混凝土非均匀受压时的应力与应变关系为抛物线和水平线 之组合曲线，极限变形值为0.0033 钢筋应力与应变关系为直线和水平线之组合折线。受拉钢 筋极限变形值为0.01
用于修复或加固混凝土的材料 钢材
式中
τ ≤ f v＋0.56ρsv f y
τ ——结合面剪应力设计值；
f v ——结合面混凝土抗剪强度设计值；
ρsv ——横贯结合面的剪切—摩擦筋配筋率ρsv=Asv / bs；
Asv ——配置同一截面内箍筋各肢的全截面面积； b ——截面宽度；
s ——箍筋的间距；
fy ——剪切—摩擦筋抗拉强度设计值。 对于四面采用混凝土围套加固的梁、柱，一般采用封闭式箍筋，部分 采用整浇混凝土参加抗剪，所以结合面抗剪承载力较高，一般能满足抗剪 要求。
总之：
加固设计是项细致的工作，必须贯彻多快好省 的方针。由于加固受已有建筑各种条件的限制， 应从实际出发，因地制宜，因陋就简，切实可 行地进行设计，并绘制详细完备的加固图纸， 经审定后，再行施工。
混凝土加固结构受力特征
对已建的结构进行加固，其受力性能与一般未经加 固的普通结构有较大的差异。 首先，加固结构属于二次受力结构，加固前原结构 已有荷载作用受力(即第一次受力)，原结构存在一定得压 缩（或弯曲）变形，同时原结构混凝土基本已经完成变 形收缩；而加固一般是在未卸载下进行的，新加部分在 新增荷载时，即第二次加载下，才开始受力，导致新加 部分的应力、应变滞后于原结构的应力、应变。
（2）结合面上涂刷界面剂：浇注混凝土前，在旧混凝 土结合面上涂刷泥净浆，掺有107胶水或铝粉水泥浆或 抹一层高强度等级水泥砂浆，均能大大提高新旧混凝土 的粘贴强度，并增强结合面的抗渗能力。
（3）新混凝土水灰比和坍落度要求：新浇的混凝土强 度越高，水灰比和坍落度越低，则结合面粘贴力量就越 大，因此，新浇混凝土宜采用低流动性，水灰比小，高 强度的混泥土，如果新浇混凝土厚度较大，课考虑在结 合面附近浇一层低流动，水灰比小，高强度的混凝土作 为过渡层。 （4）振捣密实：由于加固厚度都不大，又布置较密钢 筋，均给振捣带来困难，尤其是新混凝土在旧混凝土下 部的水平方向，振捣最困难，粘贴效果最差，必要时配 以啦吧浇捣口，使用膨胀水泥等措施，仔细振捣，使之 密实。 （5）加强养护:浇注12小时内就开始养护，养护期为 14天，如果养护不及时、早期脱水、过早受振动等影 响，除降低粘贴强度外，甚至造成结合面开裂。
严重受损构件
这类构件火灾后承载力降低较多，应根据检测或计算结果，按 等强原则进行加固。根据结构部位的不同，采用喷射混凝土或安 装模板进行施工。用模板施工时应设法保证混凝土的密实性。为 保证质量，新旧混凝土之间必须有良好的结合。在此结合面上涂 刷环氧砂浆或水灰比为0．4的水泥浆。若需附加钢筋，则钢筋的 保护层、锚固、搭接均应符合规范要求。 对于损伤严重的柱采用增大截面法进行加固。对于损伤严重的 矩形截面梁，采用侧面加厚或附加钢筋等方法进行加固
钢筋、型钢、钢板、扁钢、钢管等
水泥 混凝土 连接材料
修复加固施工方法
受损后的钢筋混凝土板、梁、柱的不同损伤情况分别采 用不同的修复处理与加固方法。
根据受损程度可将构件分为： 一、轻度受损构件 二、中度受损构件 三、严重受损构件 四、危险构件
轻度受损构件
因构件受损较轻，仅粉刷层有轻度剥落，此类构件只需将其表面粉 刷层或表面污物清理干净，重新进行装修粉刷即可。对于损伤轻微的 梁、柱表面应喷射混凝土填补孔洞。
混凝土加固结构结合面抗剪强度，根据中国建筑科学研究 院结构所得试验研究，其结果如下：
结合面混凝土抗剪强度（N/mm 2 ）
混凝土强度等级 粘贴 抗剪 标准值fvk 设计值fv C10 0.25 0.19 1.25 C15 0.32 0.24 1.70 C20 0.39 0.29 2.10 C25 0.44 0.33 2.50 C30 0.50 0.37 2.85 C35 0.54 0.40 3.20 C40 0.58 0.43 3.50 C45 0.62 0.46 3.80 C50 0.66 0.49 3.90 C60 0.73 0.54 4.10
加固方案设计也应考虑建筑美观，结合立面造型和室内装 修，进行必要的艺术处理，可取得良好的艺术效果，尽量 避免遗留加固的痕迹
加固工程施工除遵循一般施工原则外，还必须着重 保证以下方面工作：
开工前应编制施工组织设计，选择好施工方案和作好施工准备工作， 创造有利的施工条件，保证工程加固能顺利进行 加固施工应严格按设计图纸进行，严格按照各项施工操作规程，建立 严格的质量检查制度和验收制度 加固施工是细致缓慢的工作，不能猛敲猛打。随时观察加固过程有何 异常现象，若有问题应马上停止操作，临时加撑，请有关人员共同研 究决定，避免加固过程又出现新的问题，严防加固过程出现倒塌事故 建筑加固施工往往是在荷载存在的情况下进行，必须强调保证施工人 员的安全，尤其拆换受力构件，支撑点部位，在建筑结构上施加新的 施工荷载等，都有可能使结构受力发生变化。一般应遵守先支撑后加 固，加固危险构件应全部卸载的程序。加固前务必采取有效保护措施， 切忌侥幸、盲目、蛮干施工
实际设计中，考虑这一因素的影响，采用共同工作 系数ψ予以降低。 Ψ值取决于构件受力性质、构造处理、 施工方法等，取ψ=0.8~1之间。
混凝土加固结构计算基本假定
由上述内容可知，加固结构的承载力不同于新 浇混凝土结构，为了从理论上分析求解其承载力， 参照《混凝土结构设计规范》规定，混凝土加固结 构计算基本假定如下：
危险构件
此类构件受到实质性的破坏，己失去稳定性。一般来讲，这类 构件已失去修复的可能性，应予以拆除，另行更换新构件。拆换 构件是项较为困难而复杂的工作，必须对施工方案进行周密考虑， 防止发生新的破坏。
混凝土结构加固方法可分为：加大截面加固法、 外包钢加固法、预应力加固法、改变结构传力途 径加固法、受弯构件外部沾钢加固法以及其他加 固法等，每种加固方法各有特点和适应范围，应 根据具体条件加以选择
加固工作程序
结 构 调 查 和 质 量 检 验
加 固 方 案 选 择
可 靠 性 鉴 定
加 固 设 计
施 工 组 织 设 计
施 工
验 收
加固特点
建筑结构的加固设计与施工与新建工程不尽相同， 加固工程主要有以下特点：
修复加固工程是针对已建的工程，受客观条件约束，针对 具体现存条件进行加固设计与施工
修复加固工程往往在不停产或者尽量少停产的条件下施工， 要求施工速度快，工期短 施工现场狭窄，拥挤，常受生产设备、管道和原有结构、 构件的制约，大型施工机械难以发挥作用
修补加固的目的
混凝土结构由于种种原因不能满足安全性、适用 性、耐久性的要求。主要是：
（1）提高结构、构件的强度 （2）提高结构、构件的稳定性 （3）提高结构、构件的刚度 （4）提高结构，构件的耐久性
由于结构构件的损坏程度不同，修补加固的要求和 目的也不甚相同，应针对不同情况，选用不同的加固方 法，采取不同的修补加固处理。
新旧混凝土共同工作除满足τ ≤ f v＋0.56ρsv f y 要求外，施工上也应采取适当措施，提高结合面粘贴抗 剪能力，其措施主要如下： （1）旧混凝土结合面施工处理：旧混凝土表面的抹灰 层均应铲去，就混凝土质量较好时，应根据对粘贴强度 需要将混凝土结合面粗糙处理，露出石子，或做一般刷 糙处理。旧混凝土面层以软化、风化、变质、严重破坏 时，一般应尽量消除彻底，直至坚实层为止。
因此，新、旧结构不能同时到达应力峰值，破坏时， 新加部分可能达不到自身的极限状态。如果原柱在施工 时的应力过高、变形较大，有可能使新加部分的应力处 于较低的水平，不能充分发挥作用，起不到应有的加固 效果。
其次，加固结构属于二次组合工作，新、旧 两部分存在整体工作问题，整体工作的关键在于 结合面能是否有效地传递剪力。由于结合面混凝 土的抗剪强度远低于混凝土自身强度，因此，二 次组合结构承载力比第一次整浇结构略低一些。 由于加固结构有上述的受力特征，决定其计 算方法和构件处理以及施工要求，不同于普通混 凝土。
施工往往对原有的和相邻的结构、构件有不良影响 施工常分段、分期进行，还会因各种干扰而中断 清理、拆除工作量往往较大，工程较繁琐复杂，并常常存 在许多不安全因素 设计包括原结构的验算和加固设计计算，要求考虑新、旧 结构强度、刚度、使用寿命的均衡，以及新、旧结构的协 调工作
加固原则
首先应充分调查研究并掌握建筑物的原始资料、受力性能 和事故状况，并作周密细致的全面评价，在根据建筑物种 类、结构特点、材料情况、施工条件以及使用等综合考虑 进行加固设计，才能做到摸清根源对症下药 根据建筑物的重要程度，分清主次，明确项目，区别对待， 在一般民用建筑中，要优先加固人员集中地房屋和要害部 门 加固设计时，应尽量保留和利用有价值的结构，避免不必 要的拆除，同时又能保证部分的安全可靠和耐久，若要拆 除也考虑拆除对拆除材料加以回收和重新利用的可能性
中度受损构件
这类构件将烧疏松散的混凝土铲除掉，清理至坚硬的混凝土表面， 填补同等级的混凝土，做成完好表面，保证钢筋不受锈蚀。对混凝土 表面的细小裂缝，采用水泥素浆，或以环氧树脂为基本组分的胶结料 来灌缝，水泥选用澎胀水泥或自应力水泥。灌缝方法的选择取决于裂 缝宽度和深度，当裂缝深度≤ 50mm，宽度≤0．3mm时，用平面式注 浆机灌缝，较深裂缝开口两侧凿成V形再灌缝。将裂缝、孔洞、缺损修 补好以后，外部应抹灰，使构件满足外观要求。此类构件在外部装修 之前，需验算剩余承载力，当构件设计承载力降低5％以上者，应对构 件进行补强设计。
如上所述，结合面受力除剪应力以外，还会出现拉、 弯、压等复杂应力，特别是拉力影响还比较大。因此， 按照τ ≤ f v＋0.56ρsv f y 验算，保证混凝土加固结构新旧 两部分按整体截面共同工作，并非充分条件，与一次整 浇混凝土相比，结合面受力仍是薄弱环节。四川省建筑 科学研究院的试验表明，轴心受压柱加固前已有纵向裂 缝，加固后进行试验，虽然结合面满足抗剪要求，但破 坏时总是最先出现在结合面上，新旧混凝土产生分离， 降低结合整体刚度，加固柱试验破坏荷载比整浇柱低。
混凝土 本身 抗剪
标准值fvk 设计值fv
0.90
1.25
1.75
1.80
2.10
2.35
2.60
2.80
2.90
3.10
结合面混凝土所具有的粘贴抗剪力，有时远低于受剪承载力要求， 尚需配置一定数量的贯通结合面的剪切—摩擦筋，来抵抗结合面所出 现的剪力。混凝土加固结构结合面受剪承载力，根据中国建筑科学研 究院结构所的试验研究，可按下式计算：
混凝土结构的
修复与加固
混凝土构筑物因出现功能性改变，如接建、增加荷载 等，或在出现质量问题。如配筋不足、灾后修补、混 凝土强度不够等，为避免危险或者一定得损失，在出 现问题前都需要对混凝土结构进行修补与加固。
补强加固的目的 加固工作程序 加固的特点和原则 混凝土加固结构受力特征 混凝土加固结构中新旧材料共同工作问题 混凝土加固结构计算基本假定 材料 加固方法的选择