钢筋混凝土梁增大截面加固法

2012.No22

摘 要 传统的增大截面法是采用在梁体下部补强钢筋混凝土来达到提高梁体刚度,增加梁体承载力的目的。但对于一些特殊地理环境或桥梁结构，此法就会受到制约,比如:对于跨江或跨堑的桥梁，采用下部加固方案就会花费很大的人力物力；又或者对于拱式结构，由于矢高的存在必然导致采用下部加固的方案会困难重重。鉴于此，本文将增大截面法运用于梁体的上端加固，并对这种加固方法进行了比较系统的理论分析和试验研究。

关键词 增大截面法 补强 钢筋混凝土 梁体承载力 试验研究

1 概述

目前大多数混凝土梁的加固试验是在没有受过损伤的情况下直接进行加固试验的，它们不能完全地反映出运营过程中旧梁体的加固效果。本文则是将8根同等受损程度的钢筋混凝土梁按照加固材料和厚度的不同分别进行上端增大截面法加固，它们加固后的各项试验数据不仅要与一根未经加固的本体梁作对比，还要与它们各自加固之前的数据作对比。论文的主要内容先后包括以下几个方面。

（1）通过对国内现有桥梁使用状况的调查和目前几种加固方法的对比，提出了增大截面加固法的迫切性和可行性。

（2）总结了混凝土梁正截面抗弯和斜截面抗剪的极限承载力计算公式，说明了加固梁二次受力特性并推导了加固梁二次受力的滞后应变公式和界面剪应力公式。

（3）进行了8根钢筋混凝土加固梁和一根未加固的本体梁的抗弯试验，具体说明试验的目的、内容以及实施方案。

（4）分析试验结果，对比加固梁加固前后的抗弯性能，同时对比加固梁与对比梁的抗弯性能。主要通过梁体混凝土以及受拉、受压钢筋的应变，梁体的挠度，梁体裂纹扩展情况和加固层界面这四方面进行分析。

2 增大截面法加固混凝土梁的理论计算

将高标号的素混凝土或钢筋混凝土加固于钢筋混凝土梁的上部，可以提高结构的抗弯承载力、增加结构刚度、改善受力性能。

2.1 混凝土加固结构配筋率

混凝土梁、板等受弯构件的裂缝出现时，荷载常为极限荷载的15%～25%。对于适筋梁，在开裂以后随着荷载的增加出现良好的塑性特征，并在梁破坏前其钢筋经历了较大的塑性伸长，给人以明显的预兆，但是，对超筋梁的破坏始自受压迫坏，此时钢筋尚未达到屈服强度，挠度也不大；超筋梁破坏是突然的，没有明显的预兆。所以对于加固结构，其加固后配筋率就显得尤为重要。如果是少筋梁，则必须进行加固。加固方法选用在受拉区增补钢筋混凝土，如果是适筋梁，则可根据裂纹宽度、构件挠度和钢筋应力来判断是否进行加固。裂纹宽度与钢筋应力之间基本呈现线性关系：裂纹越宽，裂纹处钢筋应钢筋混凝土梁增大截面加固法研究

任国志

（甘肃建筑职业技术学院 甘肃 兰州 730050）

力越大。规范给出了在使用阶段钢筋应力的计算公式：

(2.1)

式中，M为作用在构件上的弯矩设计值；AS为实际配的纵向钢筋截面面积；σs为钢筋应力；fy为钢筋抗拉强度设计值。一般认为，当σs> 0.8fy时，应当进行承载力加固。如果是超筋梁，由于不能在受拉区进行加筋补强，因此必须采用加大截面的办法或采用增设支点的办法进行加固。2.2 上端加固法正截面承载力计算

(l)素混凝土加固受弯承载力计算公式

3 加固梁的试验研究

3.1 实验目的

(1)实验之前通过对8根用于加固的梁体施加受损荷载，达到模拟实际桥梁受力状态的目的；

(2)通过对受损梁体实施初次加载试验，采集加固之前梁体的各种数据，与加固之后数据做对比分析；同时对一根未用于加固的本体梁进行极限承载力试验，所采集数据与加固梁做对比分析；

(3)通过对加固梁体实施二次加载，采集梁体加固后各种数据，所采集数据为：梁的极限承载力、挠度、钢筋应变、混凝土应变、裂缝开展的变化情况以及界面层受损程度；

(4)通过所采集试验数据对增大截面上端加固法进行可行性研究。

3.2 实验方案

3.2.1 混凝土梁的制作

本体梁所用混凝土为商品混凝土，设计强度等级为C30，同批浇注的构件中留有9块150mm×150mm×150mm的立方体试块，试块与构件在同等条件下养护，并留有钢筋作拉伸试验，测定屈服强度和极限强度。分析计算时取混凝土试块的实测平

均值和钢筋的实测平均值。

总共设计9个本体梁梁体：分别用做对比的本体梁一个；素混凝土C40、C50加固梁分别两个；钢筋混凝土C40、C50加固梁分别两个;它们的编号分别为：JZB,JZS4、JZS4-1, JZS6、JZS6-1，JZG4，JZG4-1，JZG6，JZG6-1，各梁编号具体说明见表3.1。

本体梁的配筋率为1.39%，素混凝土加固梁的配筋率为1.1%，钢筋混凝土加固梁的配筋率为1.0%。

3.3 试验程序

试验用9根本体梁制作—实验之前对本体梁施加受损荷载(加载到6t)—对8根加固用本体梁进行试验的第一次加载并采集数据(加载到6t)，剩下的一根梁加载至极限承载力—对8根加固用本体梁加固—对加固后的受损梁第二次加载至极限承载力同时采集数据。

3.4 试验加载方式及测试内容

测试内容：采集每级荷载下混凝土及钢筋的应变，读取每级荷载下梁体各侧点的挠度值，

观测每级荷载下裂纹变化规律。

4 数据分析

4.1 各梁极限承载力对比分析

4.2 加固前后裂纹对比

由于梁体较多，故本文只对JZG4梁进行对比。

5 总结

本文在广泛深入研究国内外既有桥梁结构损伤破坏的现状下，为挖掘现有桥梁的承载潜力，提出了一种采用在上端通过增大使用截面来恢复或提高梁体承载能力的加固方法。通过本文的研究和分析总结，可得出如下主要结论:

（1）所有的试验梁在加固后，与用作对比试验的本体梁相比其极限承载力提高了52.4%～61.9%，钢筋混凝土加固梁其承载力总体上要大于素混凝土加固梁。其中，钢筋混凝土加固梁较加固之前截面高度每增加1%，其极限破坏值将平均提高1.9%；素混凝土加固梁较加固之前截面高度每增加1%，其极限破坏值将平均提高2.2%。由此说明加固之后，梁体的极限承载力提高幅度明显，素混凝土加固梁加固后承载力提高效率要略大于钢筋混凝土加固梁，但考虑加固梁体受力的整体性，本文推荐使用钢筋混凝土加固方式。

（2）所有试验梁在进行加固后，在相同等级荷载作用下，其混凝土、钢筋应力均小于对比梁的应力值，其位移均小于对比梁的位移，可见在对试验梁进行加固后减缓了梁体裂纹发生、发展的趋势，提高了试验梁在正常使用荷载下的刚度。

（3）从裂纹的分布看，加固梁的裂纹总数要多于本体梁，而且裂纹的间距小，分布更加细密。在二次加载初期，加固材料并不能很好的阻止原先裂纹的扩展，其原因可能是加固梁在加固之前，裂纹宽度比较大而且内部的受拉钢筋己发生滑移，致使钢筋与混凝土之间的粘合力减小，而此时的加固材料还无法发挥足够作用，抑制裂纹端部应力的集中，所以导致原先裂纹的继续扩展，并且这种现象在初次加载时梁体受损程度较大的梁上反映得最为明显。

（4）通过试验数据可知：通过增加加固用混凝土厚度、提高加固用混凝土等级并增设受压钢筋和箍筋、采用弹模较小的加固用粘结界面剂能够起到更好地提高加固梁极限承载力、改善梁体抗弯受力性能、减少界面粘结剪应力和正应力的作用。因此，从试验数据分析和有限元理论计算得出此次加固试验的最优方案为采用结构胶作为界面剂的C60钢筋混凝土加固梁，即JZG6梁。它的钢筋极限屈服值为14.4t，梁体极限破坏值为17t。

（5）由试验可知：这8根加固梁在达到极限破坏时，它们的界面均未出现破坏且新增压区混凝土均未压碎，也并无从梁底贯通到梁顶的裂纹。考虑到结构胶的价格要比水泥砂浆昂贵很多，且C60商品混凝土的价格较C40混凝土要高，所以本论文推荐此次加固试验最具工程实用价值的是采用水泥砂浆作为界面剂的C40钢筋混凝土加固梁，即JZG4梁，虽然它在正常使用荷载情况作用下各项受力性能不如JZG6梁，但它的钢筋极限屈服值为13.3t，梁体极限破坏值同样达到了17t，因此它在极限承载力方面较JZG6梁具有很高的性价比优势。

参考文献

[1] 混凝土结构加固设计规范. GB 50367-2006.

[2]钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范J T G D62-2004. 人民交通出版社.

[3] 卓尚木、季直仓、卓吕志.钢筋混凝土结构事故分析与加固.北京:中国建筑土业出版社，1997.

[4] 杨文渊，桥梁维修与加固.人民交通出版社，1992.

[5] 蒋元驯，韩素芳.混凝土工程病害与修补加固.北京:海洋出版社，1996.

[6] 张有才等.建筑物的检测、鉴定、加固与改造.北京，冶金工业出版社,1997.

[7] 建筑结构补强加固技术编写组.建筑结构补强加固技

术.北京:中国铁道出版社，1987.

2012.No22