第五章 工程结构的补强与加固

第五章 工程结构的补强与加固 §5.1.4 预应力加固法
1.概述 预应力加固法，是采用补加预应力拉杆或型钢撑杆，对结构进 行加固的方法。 预应力加固法的特点是： ① 由于施加预应力，改变了原结构内力分布，消除加固部分的应力 滞后现象。 ② 使后加部分与原构件能较好的协调工作。提高原结构的承载力， 减小了挠曲变形，缩小了裂缝宽度。
⑶ 在结合面刷界面剂，在旧混凝土表面涂刷水泥净浆、掺胶水或
铝粉水泥净浆。 ⑷ 新加部分混凝土的强度一般应比原结构混凝土强度等级提高一
级，且不低于C20；若原结构混凝土强度较高，如高于C40，可采用
与原结构相同的强度等级。
3.混凝土加固结构的计算假定 为了从理论上分析计算加固结构的
承载力，混凝土加固结构计算作如下
1-原构件；2-角钢；3-缀板；4-填充混凝土或砂浆；5-胶粘剂；6-扁铁；7-套箍 8-U型螺栓；9-垫板；10-螺帽
第五章 工程结构的补强与加固 §5.1.3外包钢加固法
外包钢加固法，分为湿式和干式两种。 湿式外包钢加固，是在型钢与原构件之间留有一定间隙，并在其间 填乳胶水泥浆或细石混凝土，使二者粘结成整体，协同工作。 湿式外包钢加固法使原柱子混凝土的横向变形受到约束，同时型钢 受到混凝土横向变形时的侧向挤压，使型钢处于压弯状态，导致型钢承 载力降低。
⑵ 偏心受压柱受压边薄弱时，可仅对受压边加固，反之，可仅对受拉
边加固；
⑶ 梁、板等受弯构件，有以加大截面为主的受压区加固，及以增加配筋
为主的受拉区加固，也可两者兼备。
2.加固计算
加固用新浇的混凝土 和新配置的钢筋，与原构
件相比，存在着应力、应
变滞后。 ⑴ 轴心受压柱
当用加大截面法加固
轴心受压柱时，其正截面 承载力应按下列公式计算：
第五章 工程结构的补强与加固 §5.1.3外包钢加固法
4.施工要求
当采用环氧树脂化学灌浆湿式外包钢加固时，应先将混凝土表面 打磨平整，四角磨出圆角，并用钢丝刷刷毛，用压缩空气吹净后，刷
环氧树脂一薄层；
然后将已除锈，并用二甲苯擦净的型钢骨架贴附于构件表面，用 卡具卡紧、焊牢，用环氧胶泥将型钢周围封闭，留出排气孔，并在灌
⑵ 大偏心受压 当采用四面外包混凝土加固时，考虑新加混凝土的强度等级一般较 原柱提高一级，新加混凝土抗压强度设计值折减后，与原混凝土的抗压 强度设计值接近，可将新旧混凝土均按旧混凝土强度取用。四面外报混 凝土加固柱的正截面承载力计算公式为：
第五章 工程结构的补强与加固
⑶ 小偏心受压柱
在小偏心受压柱中，离轴向力较远一侧的钢筋达不 到屈服强度，双侧加固时，其正截面承载力按下式计算：
加固的受力钢筋与原构件的受力钢筋间的净距不应小于20mm， 并应采用短筋焊接连接；短筋的直径不应小于20mm，长度不小于5d （d为新加纵向钢筋和原有纵向钢筋直径中的较小值），各短筋的中 距不大于500mm。
当采用四面混凝土围套进行加固时，应设置封闭箍筋。
当用单侧或双侧加固时，应设置U形箍筋，U形箍筋应焊接在原有 箍筋上，单面焊缝长度为10d，双面焊缝长度为5d，d为箍筋直径。
2.新旧混凝土的粘结抗剪强度
中国建筑科学院研究院的粘结抗剪对比试验结果表明，结合面
上的粘结抗剪强度仅为一次整浇混凝土抗剪强度的15-20%。 提高结合面的粘结抗剪强度和选择加固混凝土强度的措施：
⑴旧混凝土表面的抹灰层均应铲去，旧混凝土质量较好时，应将结
合面凿糙，露出石子，或作一般刷糙处理。
⑵ 旧混凝土表面已风化、变质、严重损坏时，一般应尽量清除彻 底，直至坚实层为止。
确定加固方案时，除了要研究加固范围的局部效果，还应考虑
与之相关的整体效应。 如避免因局部加固导致整体刚度失衡，或破坏了原结构强柱弱 梁、强剪弱弯的合理性。
第五章 工程结构的补强与加固 §5.1.2加大截面加固法
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第五章 工程结构的补强与加固 §5.1.2加大截面加固法
1.概述 加大截面加固法，又称外包混凝土加固法，是通过在原混凝土构 件外，叠浇新的钢筋混凝土，增大构件的截面积和配筋，达到提高构 件的承载力和刚度、降低柱子长细比等目的。 加大截面加固法根据构件的受力特点、薄弱环节、几何尺寸及方 便施工等，加固可以设计为单侧、双侧、三侧或四侧加大截面。 ⑴ 轴心受压柱常采用四面加固；
并清理原构件混凝土存在的缺陷至密实部位。
当采用三面或四面外包加固梁柱时，应将梁、柱的棱角敲掉，构 件表面冲洗干净；浇筑混凝土前，构件混凝土表面应以水泥砂浆等界
面剂进行处理，以加强新、旧混凝土的粘合。
在施工前应尽量减少原构件的负荷，或采用临时预应力顶撑进行卸 荷，尤其在受礼钢筋上施焊前应采取卸荷或顶撑措施。钢筋焊接应逐根
第五章 工程结构的补强与加固 §5.1.2加大截面加固法
⑷ 受弯构件 梁板等受弯构件的加大截面法加固，按补浇层所处位置的不同，分 为受压区加固和受拉区加固。受压区加固多用于板的加固，受拉区加 固多用于梁的加固；当在连续梁、板的全长上补浇加固时，其跨中为 受压区加固，而支座处为受拉区加固。 ① 受压区加固的梁、板承载力计算，有两种情况。一种是新旧混 凝土整体工作；另一种是新旧混凝土各成构件，独立工作。
第五章 工程结构的补强与加固 §5.1.3外包钢加固法
2.干式外包钢加固柱子计算 干式外包钢加固柱子的总承载力，等于钢构架承载力与原混
凝土柱子承载力之和，它们各自分担的荷载按其刚度比分配。
如果加固后柱子承担的总轴向力为N ，总弯矩为M。则原柱 分担的轴向力Nc和弯矩Mc分别为：
第五章 工程结构的补强与加固
§5.1.3外包钢加固法
计算出原柱分担的轴向力和弯矩后，外包钢构架分担的轴向
力Na和弯矩Ma为：
计算出钢构架承担的荷载后，可按钢结构设计规范进行钢构架 的设计计算，其内容包括肢杆的承载力计算、稳定性验算及缀板 设计等。
第五章 工程结构的补强与加固
§5.1.3外包钢加固法
3.构造规定
外包钢穿过楼板及底脚的锚固
§5.1.4 预应力加固法
预应力拉杆加固同一般后张预应力的预应力束布置一样，可采用 直线式（下图a）和折线式（下图b）。对于梁，采用水平直线式拉杆， 适合于正截面受弯承载力不足的加固；折线式拉杆适合于斜截面受剪 和正截面受弯承载力均不足的加固，或连续梁的加固（下图c）；
第五章 工程结构的补强与加固 §5.1.1混凝土结构的加固原理
1.混凝土加固结构的受力特征 加固前原结构已经产生应力应变，存在一定的压缩变形、弯曲变 形等，同时原结构混凝土的收缩变形已完成。 加固结构属于新、旧二次组合结构，新、旧部分能否成为整体， 共同工作，关键取决于结合面能否充分地传递剪力。
第五章 工程结构的补强与加固 §5.1.1混凝土结构的加固原理
新浇构件分担的弯矩为
⑷ 受弯构件
新浇的混凝土构件按刚度比分担弯矩，再按规范进行承载力验
算。 ② 受拉区加固的梁、板承载力计算，不考虑混凝土的抗拉作用，
按截面整体协同工作计算，但新加钢筋的抗拉强度设计值，应乘以
0.9的折减系数。在承载力极限状态，有以下公式：
第五章 工程结构的补强与加固 §5.1.2加大截面加固法
第五章 工程结构的补强与加固
内容提要
5.1
5.2 5.3 5.4
混凝土结构补强与加固
砌体结构补强与加固 钢结构补强与加固 地基加固与纠偏
§5.1混凝土结构的补强与加固
结构加固与新建不同，加固设计与施工有其特殊性。
加固施工常常是在建筑物使用过程中进行，或只能短期停业施
工； 要求施工速度快，希望现场浇筑的湿作业少；施工现场狭窄，
U形箍筋可焊接在增设的锚筋上，也可直接伸入锚孔内锚固，锚筋 直径不应小于10mm，锚筋距构件边缘不小于3d，且不小于40mm。
第五章 工程结构的补强与加固 §5.1.2加大截面加固法
4.施工要求
为加强新、旧混凝土的结合，原构件表面应凿毛，要求打成麻坑 或沟槽，深度不宜小于6mm，间距不宜大于箍筋的间距或200mm ，
4.混凝土结构加固方法及选择
混凝土结构加固的方法很多，常用的有加大截面加固法、外包
钢加固法、预应力加固法、改变结构传力途径加固法、粘钢加固法 及各种裂缝修补技术等等。 如对于裂缝过大而承载力满足的构件，采用增加配筋的加固方 法是不可取的，有效的方法是采用预应力加固；对于构件一般的刚 度不足，可选择增设支点，或加大截面加固法。
3.构造规定
新浇混凝土的最小厚度，加固板时不应小于40mm，加固梁时，不 应小于60mm，采用喷射混凝土施工时不应小于50mm。新浇混凝土的
强度等级不应低于C20，且宜比原构件混凝土强度等级提高一级。石
子宜用碎石或卵石，其最大粒径不宜大于20mm。 加固板的受力钢筋直径宜用6-8mm；加固梁的纵向受力钢筋宜用 带肋的钢筋，钢筋最小直径对于梁不宜小于12mm，对于柱不宜小于 14mm；最大直径不宜大于25mm；封闭式箍筋直径不宜小于8mm，U 形箍筋直径宜与原有箍筋直径相同。
浆处贴灌浆嘴（一般在较低处），间距为2-3m。
当采用乳胶水泥砂浆粘贴湿式外包钢加固时，应先在处理好的柱 脚抹上乳胶水泥砂浆，厚约5mm，立即将角钢粘贴上，并用夹具在两
个方向将柱子四角的角钢夹紧，夹具间距不宜大于500mm。
采用干式外包钢加固时，构件表面必须打磨平整，无杂物和尘土，角钢
与构件之间宜用1：2水泥砂浆填实。
干式外包钢加固，是把型钢直接外包于原构件，或虽然填塞有水泥
砂浆，但不能保证结合面有效地传递剪力。 外包钢加固法的优点：
构件的截面尺寸扩大不多，但承载力提高幅度较大。
由于纵横向外包钢的约束，构件的延性提高。 干式外包钢加固法比湿式法简单，但加固效果不及湿式外包钢加固
法。
第五章 工程结构的补强与加固 §5.1.3外包钢加固法
外包钢加固法，分为湿式和干式两种。
1.湿式外包钢加固计算 湿式外包钢加固柱子，其正截面承载力按整体协同工作计算。考 虑到后加型钢的应力滞后，对型钢的强度设计值乘以0.9的折减系数。
（2） 偏心受压柱
第五章 工程结构的补强与加固 §5.1.3外包钢加固法
（3） 梁
当仅在梁的受拉边外包钢时：
当梁的受拉和受压边均采用外包钢加固时，其正截面承载力计 算方法同双筋梁。计算时，受拉和受压型钢的强度值均乘以0.9的 折减系数。
⑷ 受弯构件 当新旧混凝土整体协同工作时，其受力过程与二次受力的叠合 梁、板相同，加固后的承载力，可按《混凝土结构设计规范》中关 于叠合构件的计算方法进行。 设原构件的厚度为h1，新浇构件的厚度为h2，总弯矩为M，则 原构件分担的弯矩为： 式中a为原构件刚度 折减系数。考虑原构件 已产生一定的变形，加 固后的总变形将大于新 浇构件；原构件较早进 入塑性变形而使刚度有 所降低。一般取a=0.80.9。
假定： ⑴ 截面变形保持平面；
⑵ 不考虑混凝土的抗拉强度；
⑶ 混凝土轴心受压的应力与应变关 系为抛物线，可用如下回归方程表示：
⑷ 混凝土非均匀受压时的应力与应变关系为抛物 线和水平线段的组合，用如下方程表示：
第五章 工程结构的补强与加固 §5.1.1混凝土结构的加固原理
第五章 工程结构的补强与加固 §5.1.1混凝土结构的加固原理
施工难度大，常受相邻构件、设备、管道等空间环境的制约；安全
防范要求高，加固施工常伴随局部拆除、开洞、凿糙等工序；为保 证新旧结构材料的粘结，要求对界面进行粗糙和清洁处理。
当结构可靠性鉴定评级为c级或d级时，一般应采取结构加固补强措 施。 成熟的加固技术包括增大截面加固法、置换混凝土加固法、外加预 应力加固法、外粘钢加固法、改变结构传力途径加固法及植筋技术等。
分区分段分层进行，以减少钢筋的热变形。
第五章 工程结构的补强与加固
§5.1.3外包钢加固法
外包钢加固，是在原混凝土构件外包以型钢，从而大幅度提高构件 承载力的一种加固方法。
外包钢加固发多用于柱子加固，也可用于梁的加固。
对于矩形截面柱，一般在其四角外包角钢，横向用缀板焊接 成整体（下图a）；对于圆形截面柱，多用扁钢加箍套（下图b）； 对于梁可采用仅在受拉边外包角钢加固（下图c），也可采用在受 拉和受压边外包角钢或钢板加固（下图d）。
第五章 工程结构的补强与加固 §5.1.2加大截面加固法
⑵ 大偏心受压 当用加大截面法 加固偏心受压混凝土 柱时，按新旧混凝土 整体协同工作。 双侧加固的大偏心 受压柱，在承载力极 限状态时的截面计算 图式如下图。
正截面受压承载力计算公式为：
第五章 工程结构的补强与加固 §5.1.2加大截面加固法