建筑工程混凝土结构加固设计浅析

建筑工程混凝土结构加固设计浅析

摘要：结构在长期的自然环境和使用环境的作用下，其功能必然逐渐减弱，我们结构工程的任务不单要作好建筑物前期的设计工作，还要能科学的评估结构损伤的客观规律和程度，并采取有效的方法保证结构的安全的使用，那么，结构的加固将成为一项重要的工作。

关键词：混凝土结构直接加固间接加固加固设计

混凝土结构一般在使用30～50 年以后会产生明显的劣化与损伤。已有建筑物的鉴定，改造加固已经成为经济发达国家的建设重点之一，由此也产生并推动了加固技术的不断发展。在我国，在经过几十年大规模的基本建设后，已有建筑物的维修、改造和加固必将占据其应有的重要地位。因此，混凝土结构的固设计越来越受到人民的重视。

1 直接加固法

1.1 外贴钢板补强法

外贴钢板加固方法是指在混凝土构件表面贴上钢板，与混凝土构件共同作用，一起承受外界作用力，从而提高构件的抗力。至于外贴的方法，主要有焊接、锚结和黏结。焊接和锚结是很早就采用的，黏结则是随着高强黏结剂的出现而逐步得到推广的。

1.1.1 黏结钢板法

采用高强黏结剂，将钢板黏于钢筋混凝土构件需要补强部分的表面，以达到增加构件承载力的目的。当采用黏结钢板法时，原混凝土构件的强度等级不小于C15。如对跨中抗弯能力不够的梁，可将钢板黏于梁跨中间的下边缘；对于支座处抵抗负弯矩不足的梁，则可在梁的支座截面处上边缘贴钢板，或者在上边打出一定长度的槽形孔，在其中黏结扁钢；对抗剪能力不够的梁，则可在梁的两侧黏结钢板。如图1所示。

图1 黏结钢板法

塑结钢板的截面可由承载力计算确定，一般钢板厚度3～5mm，黏结前应除锈并将黏结面打毛(粗糙化)，以增强黏结力。黏结钢板施工3天后即可正常受力，发挥作用。

黏结钢板补强的优点是：不占有室内使用空间，可以在短时间内达到强度。但工艺要求较高，并且现在胶黏剂耐高温性能差，当温度达到80℃-90℃时，胶

黏剂强度下降。此外，黏结剂的老化问题也需要进一步研究。

1.1.2 锚结钢板法

由于冲击钻及膨胀螺栓的应用，可以将钢板甚至其他钢件(如槽钢、角钢等)锚结于混凝土构件上，以达到加固补强的目的。

与黏结钢板法相比较，锚结钢板的优点是可以充分发挥钢材的延性性能，锚结速度快，锚结构件可立即承受外力作用。锚结钢板可以厚一点，甚至用型钢，这样可大幅度提高构件承载力。当混凝土孔洞多，破损面大而不能采用黏钢板时，用锚结钢板效果更好。但也有其缺点，即加固后表面不够平整美观，对钢筋密集区锚栓困难，钢材孔径位置加工精度要求高。并且锚栓对原构件有局部损伤，处理不当会起反作用。

若混凝土表面不够平整，常需用水泥砂浆或环氧砂浆找平，以使所加钢板与混凝土面紧密结合。

1.1.3 焊接钢板法

焊接钢板法是将钢板或钢筋、型钢焊接于原构件的主筋上，它适用于整体构件加固。因焊接时钢筋受热，形成焊接应力。施工中应注意加临时支撑，并设计好施焊顺序。目前，这种方法常与扩大断面法结合使用。

1.2 外包钢加固法

外包钢加固法，就是在混凝土构件四周包以型钢的加固方法。适用于不允许增大混凝土构件截面尺寸，但要求大幅度地提高承载力的混凝土结构加固。

外包钢加固法分干式和湿式两种形式。当型钢直接外包于被加固构件四周，型钢加固构件间无任何连接，或者虽填塞有水泥砂浆仍不能确保结合面剪力有效传递，称干式外包钢加固法。当以乳胶水泥黏贴或以环氧树脂化学灌浆等方法黏结时，称湿式外包加固法，如图2所示。

图2 外包钢加固法

外包钢加固法优点：构件截面尺寸增加不多，但构件承载力可大幅度提高，并且经加固后原构件混凝土受到外包钢缀板的约束，原柱子的承载力和延性得到提高。同时，此方法还具有施工简便、工期短的特点，目前广泛用于加固钢筋混凝土柱、梁、桁架弦、腹杆。外包钢加固法还可和外包混凝土配合作用。

1.3 加大截面加固法

在钢筋混凝土受弯、构件受压区加混凝土现浇层，可增加截面有效高度，扩大截面面积，从而提高构件正截面抗弯，斜截面抗剪能力和截面刚度，起到加固补强的作用。在适筋范围内，混凝土弯变构件正截面承载力随钢筋面积和强度的增大而提高。在原构件正截面配筋率不太高的情况下，增大主筋面积可有效地提高原构件正截面抗弯承载力。在截面的受拉区加现浇混凝土围套增加构件截面，通过新加部分和原构件共同工作，可有效地提高构件承载力，改善正常使用性能。加大截面加固法施工工艺简单、适应性强，并具有成熟的设计和施工经验;适用于梁、板、柱、墙和一般构造物的混凝土的加固;但现场施工的湿作业时间长，对生产和生活有一定的影响，且加固后的建筑物净空有一定的减小。

混凝土构件因孔洞、蜂窝或强度达不到设计等级需要加固时，可用扩大断面、增加配筋的方法。扩大断面可用单面、双面、三面甚至四面包套的方法。所需增加的断面一般应通过计算确定，在保证新旧混凝土有良好黏结的情况下可按统一构件(或迭合构件)计算。增加部分断面的厚度一般较小，故常用细石混凝土或喷射混凝土等，当厚度小于20mm时要用砂浆。增加的钢筋应与原构件钢筋能组成骨架，与原钢筋的某些点焊接连好。这种加固方法的优点是技术要求不太高，易于掌握；缺点是施工繁杂、工序多、现场时间长。这种加固方法的技术关键是：新旧混凝土必须黏结可靠，新浇筑混凝土必须密实。如图3所示：

图3 加大截面加固法

1.4 碳纤维片材加固法

碳纤维片材加固法是一种新型的结构加固技术，它是把碳纤维片含浸树脂系黏结剂叠合在混凝土构件受力部位使之与基体合为一体，从而达到加固目的的一种施工方法。当使用碳纤维布时，原混凝土构件的强度等级不小于C15，当使用碳纤维板时，原混凝土构件的强度等级不小于C20。该方法通常以混凝土桥面板、桥墩、梁、柱、烟囱以及隧道衬砌为对象进行构件的抗弯补强、抗剪补强以及防止混凝土开裂、剥落等。

碳纤维加固法常采用现场浸渍方式，它是把碳纤维作为涂布材料，边含浸树脂边辊匪黏附于混凝土基体之上，在常温下硬化后成为复合涂布层，涂布时要避免局部增厚现象。施工中应注意以下两点问题：

1) 基层处理。为保证基材和碳纤维片有充分的黏接性，母材的强度和基面处理必须充分。特别是混凝土表面的模板差痕、损伤部及不平处等事前必须用树脂、腻子、除锈器处理平滑，平直黏贴纤维片，而且有裂纹的地方注入环氧树脂。

2) 碳纤维黏贴：碳纤维黏贴时，必须用含浸辊筒将树脂充分浸透碳纤维片，反复辊压密实，消除气泡，形成均质的碳纤维层。

碳纤维加固法以其强度高、重量轻、耐腐蚀、施工简便等优良特性受到土木

工程界的普遍关注，是一项极具发展潜力的加固方法。

2 间接加固法

2.1 预应力加固法

预应力加固是采用预加应力的钢拉杆或撑杆对结构进行加固。钢拉杆的形式主要有水平拉杆、下撑式拉杆和组合式拉杆三种。这种方法几乎可不缩小使用空间，不仅可提高构件的承载力，而且可减小梁、板的挠度，缩小原梁的裂缝宽度甚至使之闭合。预应力能消除或减小后加杆件的应力滞后现象，使后加杆件的材料强度得到充分利用。这种方法广泛地应用于加固受弯构件，也可用于加固柱子。但这种方法不宜用于处在高温环境下的混凝土结构，如图4所示。

图4 预应力加固法

2.2 改变结构传力途径加固法

改变结构传力途径加固法主要分为以下两种：

1) 增设支点法（如图5所示）。该法是以减小结构的计算跨度和变形，提高其承载能力为目的的加固方法。按支承结构的受力性能分为刚性支点和弹性支点两种。刚性支点是通过支承构件的轴心受压将荷载直接传给基础或其他承重结构的一种加固方法。弹性支点法是以支承结构的受弯或桁架作用来间接传递荷载的一种加固方法。上述方法适用于房屋净空不受限制的大跨度结构的加固。

图5 增设支点法

2) 托梁拔柱法。该法是在不拆或少拆上部结构的情况下拆除、更换、接长柱子的一种加固方法。按其施工方法的不同可分为有支撑托梁拔柱、无支撑托梁拔柱及双托梁反牛腿托梁拔柱等方案，适用于要求厂房使用功能改变、增大空间的老厂改造的结构加固，中双托梁反牛腿托梁拔柱，适用于保留上柱的型钢结构的加固。

3 其他加固方法

加固方法种类有很多，除上述介绍的常用加固方法外，还有一些加固方法可根据不同现场情况选用，如：

1) 化学灌浆法。分为充填法和注入法。充填法是当裂缝比较宽时，要采用将树脂或无机类材料填充裂缝的方法。即沿裂缝将混凝土表面凿成V或u字形

槽，然后填以充填材料。这种方法适用于表面处理法不能充分满足耐磨及防腐性要求的场所。注入法是将修补材料注入混凝土内部的修补方法，一般常使用低黏度环氧树脂作注入材料。首先，沿着需要修补的裂缝安设注入用管，裂缝的其他部位可用V形槽充填法、表面薄膜法或黏胶带法等封住，以防注入材料漏掉，然后用电动泵、手动或脚踏泵注入树脂。

2) 水泥灌浆或喷射修补法。

3) 增加受力构件，如增加剪力墙、吊杆等。

4) 增加圈梁、拉杆，增加支撑加强房屋的整体刚度等。

5) 喷射混凝土加固法。

① 无筋喷射混凝土加固：结构构件表层的缺陷与破损，如果没有损害钢筋、没有引起结构变形、没有影响结构承载能力，则可用喷射混凝土加固。具体对下列情况适用：露筋；蜂窝、孔洞；腐蚀、烧蚀及小破损的喷补；防渗堵漏。

② 配筋喷射混凝土加固：结构构件的缺陷或破损较严重，构件有明显变形，影响结构构件的强度或承载能力，则需用配筋喷射混凝土加固。视具体情况配钢筋或型钢。加固方法是在结构构件的外面，按加固设计要求绑上一定数量的钢筋或焊接型钢骨架，喷上一定厚度的混凝土，形成的配筋混凝土外包围套。这种方法适用于加固基础、柱、梁、墙、板、筒、仓等结构构件。

4 结束语

随着我国国民经济的发展，不仅大量老化混凝土结构需要加固，有些使用时间不长的结构也因功能改变等也需要加固改造。当今的混凝土结构加固可用日新月异来形容。更新的技术，更新的工艺，更新的材料，更加深入更加成熟的研究成果，必将伴随着我们跨入新世纪而到来。总之，混凝土结构的加固方法很多，设计时可根据实际条件和使用要求选择适宜的方法和配套的技术。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。