1、 第三章第三章 混凝土結構的加固設計混凝土結構的加固設計 混凝土結構加固技術規范 一般規定一般規定 設計原則設計原則 計算計算3.1 3.1 概述概述一、一般規定一、一般規定1.經可靠性鑒定需要加固時經可靠性鑒定需要加固時，則必須進行加固則必須進行加固； 2.加固內容及范圍加固內容及范圍 （鑒定結論和委托方的要求）；3.驗算驗算：計算簡圖計算簡圖 計算截面積計算截面積 附加內力附加內力 基礎驗算基礎驗算4.設計與施工方法緊密結合設計與施工方法緊密結合 （例圖）（例圖） 確保新澆混凝土與原結構連接可靠，協同工作；5.對于地基不均勻沉降、振動、高溫等造成的結構損壞對于地基不均勻沉降、振動、高溫等造

2、成的結構損壞 應在加固設計中提出相應的處理對策后再進行加固應在加固設計中提出相應的處理對策后再進行加固。 例例：確保新澆混凝土與原結構連接可靠的措施確保新澆混凝土與原結構連接可靠的措施 例：結構加固施工總說明結構加固施工總說明 （8）為確保加固工程施工質量，新、老混凝土交 接面處必須按如下步驟施工： 1）老混凝土界面必須鑿毛，凹凸不小于6mm。 2）用鋼刷將混凝土碎塊，浮渣灰清除干凈。 3）將原混凝土表面沖洗干凈，再用新鮮425號水 泥漿或界面劑涂刷表面。 另外，施工中必須輕敲輕鑿，不得損傷原結構。 二、加固設計的特點（與新設計的區別）二、加固設計的特點（與新設計的區別） 設計修改圖較多（技術

3、核定單技術核定單）； 非唯一性； 受到一定的制約。 應考慮：安全，經濟，結構構件實際受力情況； 構造要求； 施工的可行性，施工方法。三、加固方法三、加固方法（介紹3種） 增大截面增大截面加固法； 外粘型鋼外粘型鋼加固法； 外加預應力外加預應力加固法；置換混凝土置換混凝土加固法； 粘貼鋼板粘貼鋼板加固法； 粘貼纖維復合材粘貼纖維復合材加固法等 四四、材料材料 水泥水泥 混凝土混凝土 鋼材及鋼材及焊接材料焊接材料 膠粘劑膠粘劑 纖維和纖維復合材纖維和纖維復合材 裂縫修補材料裂縫修補材料 阻銹劑阻銹劑例：1.混凝土強度等級混凝土強度等級： 應比原設計提高一級且不得低于提高一級且不得低于C20C20。

4、2. 選用微膨脹、鋼纖維、噴射混凝土等微膨脹、鋼纖維、噴射混凝土等時， 施工前應試配應試配，檢驗其性能，符合要求后方可使用。 不得使用鋁粉鋁粉作為混凝土的膨脹劑。3. 混凝土中所摻的粉煤灰粉煤灰應為級灰， 且燒失量不應大于5。 3.2 3.2 混凝土梁、板、柱的加固混凝土梁、板、柱的加固3.2.1 3.2.1 混凝土梁、板、柱承載力不足的原因及表現混凝土梁、板、柱承載力不足的原因及表現一、承載力不足承載力不足？二、承載力不足的外觀表現承載力不足的外觀表現： 壓區混凝土壓碎； 撓度偏大； 鋼筋嚴重銹蝕（照片照片）； 裂縫過長、過寬（受力裂縫的判別）。三、承載力不足的原因承載力不足的原因 施工，設

5、計，使用，其他。 3.2.2 3.2.2 加固方法加固方法（形式形式 計算方法計算方法 構造構造 施工要求施工要求） 一、增大截面一、增大截面加固法 （一）形式形式 a）梁、板梁、板 板加厚 梁加高 拉區加筋澆混凝土 b）柱柱 a. b. c. d.(壓區) e.(拉區) f.(雙面)增大截面法加固鋼筋混凝土柱增大截面法加固鋼筋混凝土柱式中 加固后的軸向壓力設計值； 、 加固前、加固后新增部分 混凝土截面面積； 、 新增縱向鋼筋和原縱向鋼筋的 抗壓強度設計值； 構件穩定系數構件穩定系數，按加固后的 截面，按現行規范取值； 新增縱向受壓鋼筋截面面積； 綜合考慮新增混凝土和鋼筋 強度利用程度的強度

6、利用程度的修正系數修正系數， 取 =0.8。00000.9 ()ccyscsccysNf AfAf Af A N0cAcAyf 0yf sAcscs（二）計算方法計算方法 （考慮新混凝土與原結構協同工作考慮新混凝土與原結構協同工作） 2.1 軸心受壓構件軸心受壓構件： 2.2 偏心受壓構件偏心受壓構件 矩形截面正截面承載力計算公式矩形截面正截面承載力計算公式100000.90.9ccssssysysNf bxf AfAAA100()0.9()2ccyssxNef bx hf A ha0000000()()ssssyssfAhaAaa010000.8(1)sscuyhEfx00.8(1)sscu

7、yhEfx式中 新舊混凝土組合截面的混凝土軸心抗壓強度設計值, 可按 確定； 、 分別為新舊混凝土軸心抗壓強度設計值； 原構件受拉邊或受壓較小邊縱向鋼筋應力； 當算得 時，取 ； 受拉邊或受壓較小邊新增縱向鋼筋應力； 當算得 時，取 ； 原構件受拉邊或受壓較小邊縱向鋼筋截面面積； 原構件受壓較大邊縱向鋼筋截面面積； 原構件受拉邊或受壓較小邊縱向鋼筋合力點到 加固后截面近邊的距離；01(0.9 )2ccccfff00syf00syfccfcf0cf0sssyfsyf0sA0sA0sa 原構件受壓較大邊縱向鋼筋合力點到加固后截面近邊的距離； 受拉邊或受壓較小邊新增縱向鋼筋合力點至 加固后截面近邊的

8、距離； 受受壓較大邊新增縱向鋼筋合力點至加固后截面近邊的距離； 受拉邊或受壓較小邊新增縱向鋼筋合力點至 加固后截面受壓較大邊緣的距離； 原構件截面有效高度； 偏心距，為軸向壓力設計值 N 的作用點至新增受拉鋼筋 合力點的距離。 按規范計算時，其增大系數 應乘以下列修正系數 ： 1 1 對圍套或其他對稱形式的加固： 當 時： ；當 時： 。 2 2 對非對稱形式的加固： 當 時： ；當 時： 。esa0sasa0h01h0/0.3eh 0/0.3eh 0/0.3eh 0/0.3eh 1.11.21.21.3 2.3 2.3 受彎構件受彎構件按實際情況，采用受壓區受壓區、受拉區受拉區兩種形式 （1

9、）受壓區受壓區加固的受彎構件混凝土結構設計規范混凝土結構設計規范混凝土結構混凝土結構加固加固設計規范設計規范 關于關于疊合構件疊合構件的設計的設計。（2）受拉區受拉區加固的受彎構件混凝土結構設計規范混凝土結構設計規范混凝土結構混凝土結構加固加固設計規范設計規范 新增鋼筋強度利用系數新增鋼筋強度利用系數。0001000222axAfxhAfxhAfMsysysys000001sysyssycAfAfAfbxf02hxab 正截面受彎承載力應按下式確定： （5.2.3-1） （5.2.3-2） （5.2.3-3） 構件加固后彎矩設計值； 新增鋼筋強度利用系數；取0.9； 新增鋼筋的抗拉強度設計值；

10、 新增受拉鋼筋的截面面積； 構件加固后和加固前的截面有效高度； 混凝土受壓區高度； 原鋼筋的抗拉、抗壓強度設計值；0001000222axAfxhAfxhAfMsysysys000001sysyssycAfAfAfbxf02hxabsyfxMA001hh、00yyff、 原受拉、受壓鋼筋的截面面積； 縱向受壓鋼筋合力點至混凝土受壓邊緣 的距離； 受壓區混凝土矩形應力圖的應力值與 混凝土軸心抗壓強度設計值的比值； 當混凝土強度等級不超過C50時，取=1.0； 當混凝土強度等級為C80時，取=0.94； 其間按線性內插法確定； 原構件混凝土軸心抗壓強度設計值； 矩形截面寬度； 增大截面加固后的相對

11、界限受壓區高度。bb0cf1a00ssAA、增大截面后的增大截面后的相對界限受壓區高度相對界限受壓區高度 計算系數，當混凝土強度等級C50，取0.8； 混凝土極限壓應變，取0.0033 ； 新增鋼筋位置處，按平截面假設確定的初始應變值； 當新增主筋與原主筋的連接采用短筋焊接時， 可近似取 加固前受彎構件驗算截面上原作用的彎矩標準值； 加固前在初始彎矩 作用下原受拉筋的應變值。 1cu1s0kM0s0kM01010,sshh111bsyscuscufE010011.60.6sshh001000.87oksssMh A E （三）構造要求構造要求（各方法均有其構造要求）1.新澆混凝土的最小厚度 板

12、：不應小于40mm 梁、柱：不應小于60mm 用噴射混凝土時不應小于50mm2.石子宜用堅硬耐久的卵石或碎石，最大粒徑不宜大于20mm3.梁的縱向加固受力鋼筋的兩端應可靠錨固。 4. 板的受力鋼筋直徑宜用68 mm； 梁、柱的縱向受力鋼筋宜用變形鋼筋； 梁、柱鋼筋最?。ù螅┲睆剑?梁：不宜小于12 mm（不宜大于25mm）； 柱：不宜小于14 mm（不宜大于25mm）； 封閉式箍筋直徑不宜小于8 mm； U型箍筋直徑宜與原箍筋直徑相同5.新、老受力鋼筋間的凈距 不應小于20 mm（圖圖），并采用短筋焊接連接；6.應采用封閉或U型箍筋， 并按規范構造要求設置(圖圖） a b c d e 增大截面

13、配置新增箍筋的連接構造注：d為箍筋直徑 （四）施工要求施工要求 （1）符合施工驗收規范的要求 （2）新、老受力鋼筋應除銹處理，受力鋼筋施焊前 應采取卸荷或支撐措施，并分段分層焊接。 （3）新、老混凝土交接面處理： 棱角打掉對原構件混凝土存在的缺陷清理至密實處，表面鑿毛（或打成溝槽，溝槽深度6mm），除去浮渣，表面沖洗干凈，原混凝土表面應以水泥漿等界面劑進行處理。a a）加大截面加固柱）加大截面加固柱 b）加大截面加固梁加大截面加固梁：（4）模板搭設；鋼筋安置； 新混凝土澆注和養護等 應符合混凝土工程施工及驗收規范混凝土工程施工及驗收規范要求。注:采用外粘型鋼加固時， 應采用改性環氧樹脂膠粘劑膠

14、粘劑進行灌注。 （以前：濕式、干式兩種）二、外粘型鋼二、外粘型鋼加固法 適用于需要大幅度提高截面承載能力和抗震能力截面承載能力和抗震能力 （一）（一）形式形式 （二）計算方法 1.截面剛度采用外粘型鋼加固時，其加固后的承載力和截面剛度可按整截面計算；其截面剛度EI的近似值按下式計算： 和 分別為原原構件混凝土和加固型鋼的彈性模量 原原構件截面慣性矩； 加固構件一側外粘型鋼截面面積； 受拉與受壓兩側型鋼截面形心間的距離。2000.5ccaaaEIE IE A a0cEaE0cIaAaa2.軸心軸心受壓構件正截面承載力3.偏心偏心受壓構件正截面承載力 新增型鋼強度利用系數強度利用系數， 抗震設計時

15、取1.0，其他取0.9。10000000000()()2()()cysssssaaaaaxNef bx hfAhaAaaf A ha01000.81sscuhEx00.81aacuhEx00000.9 ()ccysaaaNf AfAfA100000cysssaaaaaaNf bxfAAf AA a（三） 構造要求1.應優先選用角鋼， 角鋼的厚度厚度：不應小于5mm， 角鋼的邊長邊長：柱不應小于75mm；梁不應小于50mm2.外粘型鋼的兩端兩端應有可靠的連接和錨固 柱：角鋼下端應錨固于基礎中；中間應穿過樓板；上端 梁：梁角鋼應與柱角鋼相互焊接3.排架柱： 應將加固的型鋼加固的型鋼與原柱頭頂部的承

16、壓鋼板原柱頭頂部的承壓鋼板相互焊接； （二階柱） 上下柱連接處上下柱連接處及牛腿處的連接牛腿處的連接構造應予加強。 4. 梁、柱原構件截面的棱角棱角打磨成半經大于7mm 的圓角。5.型鋼表面型鋼表面（混凝土表面混凝土表面）宜抹厚度不小于25mm的高強度等級水泥砂漿作防護層，亦可采用其他防腐材料加以保護。 三、粘貼鋼板加固法粘貼鋼板加固法 （一）概述 1.1.形式形式 用膠粘劑膠粘劑將鋼板鋼板貼在構件外部的一種加固方法。 膠粘劑膠粘劑是以環氧樹脂為基料，再加入適量的 固化劑固化劑、增韌劑增韌劑、增塑劑增塑劑配制而成的“結構膠結構膠”。 結構膠鋼板 2.2.優點優點1）膠粘劑硬化時間快，施工周期短

17、，不（少）停產。2）工藝簡單，施工方便， 可不動明火，對防火要求高的房屋特別適用。3）粘結劑的強度高于混凝土本體強度， 可使加固體與原構件形成一個整體，受力較均勻。4）不影響房屋的凈空，不改變構件的外形。 （粘貼鋼板所占的空間小，幾乎不增加被加固構件的 截面尺寸、重量）。（二）結構膠性能（二）結構膠性能1.結構膠的組成（以環氧樹脂為主劑）（1 1）環氧樹脂優點）環氧樹脂優點： a. 具有很高的膠粘性， 對混凝土等材料均有很好的粘結力。 b. 有良好的工藝性， 可配制成很稠的膏狀或很稀的灌漿材料， 固化時間可根據需要進行適當調整。 c. 固化的環氧膠有良好的物理、機械性能， 耐腐蝕介質性能好，固

18、化收縮率小。 d. 材料來源廣，價格較便宜，基本無毒。 環氧樹脂只有在加入固化劑后才會固化， 單獨的環氧樹脂固化物呈脆性， 因此必須在固化前加入增塑劑、增韌劑增塑劑、增韌劑，以改變其脆性 提高其塑性和韌性，增強抗沖擊強度和耐寒性。（2 2）固化劑）固化劑（種類很多） 常用： 乙二胺、二乙醇三胺、三乙醇四胺、多乙醇多胺等（3 3）增塑劑）增塑劑不參與固化反應，常用： 鄰苯二甲酸二?。ㄐ粒┲?，磷酸三丁脂等。 （4）增韌劑增韌劑（活性增塑劑）參與固化反應，常用： 聚酰胺、丁晴橡膠、聚硫橡膠等 （5）稀釋劑稀釋劑（為了減小稠度） 常用： 丙酮、苯、甲苯、二甲苯等 目前市場上出售的結構膠結構膠均為雙組份

19、。 甲組份甲組份：（A A組份組份） 環氧樹脂并添加了增塑劑一類的改性劑和填料 乙組份乙組份：（B B組份組份） 由固化劑和其他助劑組成。 使用時按一定比例配制即可使用時按一定比例配制即可。 2.2.結構膠的物理力學性能試驗結構膠的物理力學性能試驗 粘鋼所用的粘結劑，應符合表3.6的規定。 表 3.6 對承重結構膠粘結劑基本性能的要求 啟用每一批膠時， 均應抽取一定數量的膠液， 按規程的方法，進行膠粘強度檢驗， 合格后方可使用。試驗項目常溫下的粘結強度(N/mm2)80下粘結強度（N/mm2）耐久性檢驗基材種類受力性質抗 剪軸心抗拉抗 剪抗 剪鋼混凝土(A3) (C40)混凝土破壞混凝土破壞混

20、凝土破壞混凝土破壞鋼鋼182014（三）粘貼鋼板加固梁破壞特征及鋼板受力分析（三）粘貼鋼板加固梁破壞特征及鋼板受力分析 1.加固梁的破壞特征（1）梁底的鋼板達到達到屈服強度 在適筋范圍內，隨著荷載的增加， 加固梁在鋼板和梁中原鋼筋屈服后， 因混凝土被壓碎而破壞。（2）梁底的鋼板未達到未達到屈服強度 梁的破壞是由于鋼板端部與混凝土撕脫撕脫所致。 鋼板被撕脫的原因鋼板被撕脫的原因粘結鋼板與混凝土中的鋼筋相比，受力較為不利受力較為不利。 鋼板的拉力僅靠單面的粘結應力來平衡；鋼板的合力與粘結應力不在一條線上鋼板的合力與粘結應力不在一條線上，它們形成一個 力偶，有使鋼板產生與梁的彎曲方向相反的變形， 起

21、著剝離鋼板的作用；粘結層粘結層處于不利的剪拉復合應力狀態剪拉復合應力狀態下工作；鋼板端頭缺少缺少與混凝土的錨固措施錨固措施；膠粘劑質量和施工工藝膠粘劑質量和施工工藝影響粘結效果。 2.粘貼鋼板的應力滯后現象粘貼鋼板的應力滯后現象 粘貼鋼板在受力過程中存在著應力滯后現象應力滯后現象 因為一般是在不卸載的情況下進行加固的， 原梁中的鋼筋中已有一定的應力存在， 而所粘貼的鋼板僅在后加荷載作用下才產生應力。 因此，當原鋼筋屈服時，鋼板往往尚未屈服， 而當鋼板屈服時，加固梁的撓度及裂縫會發展得很快。 （四）計算方法計算方法 當使用的膠粘劑經檢驗確認其粘結強度 滿足混凝土結構加固設計規范的要求， 則膠粘劑

22、的粘結強度膠粘劑的粘結強度可采用規范表中的數值。4.1 4.1 受彎構件正截面加固計算受彎構件正截面加固計算 1.在矩形截面受拉、受壓面粘貼鋼板受拉、受壓面粘貼鋼板加固時, 其正截面承載力正截面承載力的計算公式。 2.對受彎構件正彎矩區的正截面加固時， 受拉鋼板的截斷位置距其充分利用截面的距離 不應小于粘貼延伸長度粘貼延伸長度。 3.加固后的相對界限受壓區高度相對界限受壓區高度的計算公式。 混凝土結構加固設計規范混凝土結構加固設計規范中的有關公式中的有關公式 10.2.310.2.3 在矩形截面受拉、受壓面粘貼鋼板加固時在矩形截面受拉、受壓面粘貼鋼板加固時, , 其正截面承載力應符合下列規定其

23、正截面承載力應符合下列規定： （10.2.3-1） （10.2.3-2） （10.2.3-3） （10.2.3-4） spspsoysyspspspcAfAfAfAfbxf00001ax 2spspspcucuspEfxh0,8 . 0)()2(0001ahAfxhbxfsyc)(000hhAfhAfsyspsp 加固后彎矩設計值； 混凝土極限壓應變，取0.0033； 混凝土受壓區高度； 、 矩形截面寬度和高度； 、 加固鋼板的抗拉、抗壓強度設計值； 、 受拉鋼板和受壓鋼板的截面面積； 縱向受壓鋼筋合力點至截面近邊的距離； 加固前的截面有效高度； 考慮二次受力影響時，考慮二次受力影響時， 受拉

24、鋼板強度可能達不到設計值而引用的折減系數受拉鋼板強度可能達不到設計值而引用的折減系數； 當 時，取 。 考慮考慮二次受力影響時，受拉鋼板的滯后應變二次受力影響時，受拉鋼板的滯后應變， 按規范計算；若不考慮二次受力影響時，取按規范計算；若不考慮二次受力影響時，取 。 若受壓面沒有粘貼鋼板（ ）， 可根據式10.2.3-1計算出混凝土受壓區的高度 ， 按式10.2.3-3計算出強度折減系數 ， 按式10.2.3-2，求出受拉面應粘貼的鋼板加固量 。 0 . 1sp0 . 1sp00,sp0spAxspspAxb hspfspf spAspAa0hspcu0,sp10.2.4 10.2.4 對受彎構

25、件正彎矩區的正截面加固，受拉鋼板的截斷位置距其充分利用截面的距離不應小于按下式確定的粘貼延伸長度粘貼延伸長度： （10.2.4） 受拉鋼板粘貼延伸長度（mm）； 粘貼的鋼板總厚度（mm）； 鋼板與混凝土之間的粘結強度設計值（表10.2.4） 表表10.2.4 10.2.4 鋼板與混凝土之間的粘結強度設計值鋼板與混凝土之間的粘結強度設計值 （MPa） spbdspspsptftfl170bdf混凝土強度等級C15C20C25C30C35C40C50 C60粘結強度設計值0.61 0.80 0.94 1.05 1.14 1.21 1.31 1.35bdfsplsptbdf 對受彎構件負彎矩區的正截

26、面加固，鋼板的截斷位置距支座邊緣的距離，除應根據負彎矩包絡圖按上式確定外，尚且按規范的構造規定進行設計。10.2.210.2.2 加固后的相對界限受壓區高度 應按下式計算： 1. 對重要構件,采用加固前控制值0.9倍 (10.2.2-1) 2. 對一般構件,采用加固前控制值 (10.2.2-2) 構件加固前的相對界限受壓高度。 4.1 4.1 受彎構件受彎構件正正截面加固計算截面加固計算 4.2 4.2 受彎構件斜截面加固計算受彎構件斜截面加固計算 4.3 4.3 大偏心受壓構件正截面加固計算大偏心受壓構件正截面加固計算 4.4 4.4 受拉構件正截面加固計算受拉構件正截面加固計算spb,bs

27、pb 0.9,bspb,b（五）構造規定（五）構造規定 采用粘鋼加固混凝土構件，應滿足下列構造要求： 1）粘鋼加固基層的混凝土強度等級不應低于C15。 2）鋼板厚度: 采用手工涂膠粘貼的鋼板厚度不應大于5mm。 采用壓力注膠粘結的鋼板厚度不應大于10mm。 3）當粘貼的鋼板延伸至支座邊緣仍不滿足規范延伸 長度的要求時，應采取錨固措施。 （六）粘鋼施工要求（六）粘鋼施工要求 （施工工藝流程）（施工工藝流程） 1 1.混凝土構件表面處理，混凝土構件表面處理， 2.2.鋼板粘貼前的處理，鋼板粘貼前的處理， 3 3.膠粘劑的配制，膠粘劑的配制， 4.4.鋼板粘貼，鋼板粘貼， 5.5.粘貼后的工作，粘貼

28、后的工作， 6.6.工程質量及驗收。工程質量及驗收。 1.混凝土構件表面處理混凝土構件表面處理： 1 1）表面（粘合面）很臟很舊）表面（粘合面）很臟很舊 用硬毛刷（沾洗滌劑）刷除表面油污后用清水沖洗， 對表面打磨，除去23mm 厚表層直至露出新面， 用壓縮空氣吹除粉粒。 待干燥后用脫脂棉（沾丙酮）擦拭表面。 2 2）表面（粘合面）不是很臟很舊）表面（粘合面）不是很臟很舊 直接對表面打磨，去掉l2mm 厚表層， 其余做法同上。 3 3）新混凝土表面（粘合面）新混凝土表面（粘合面） 用鋼絲刷將表面松散浮渣刷去， 用硬毛刷（沾洗滌劑）洗刷表面或用壓力水沖洗， 待完全干后即可涂粘結劑。 4 4）齡期在）齡期在3 3個月以內，或濕度較大的混凝土構件個月以內，或濕度較大的混凝土構件 尚須進行人工干燥處理。 2.鋼板粘貼前的處理鋼板粘貼前的處理 1）鋼板粘結面除銹和粗糙處理除銹和粗糙處理 （a）未生銹或輕微銹蝕未生銹或輕微銹蝕 可用噴砂、砂布或平砂輪打磨，直至出現金屬光澤 再用脫脂棉（沾丙酮）擦試干凈。（打磨粗糙度越大越好，打磨紋路與鋼板受力方向垂直） （b）銹蝕嚴重銹蝕嚴重 先用適度鹽酸浸泡20分鐘，使銹層脫落， 再用石灰水沖洗，中和酸離子， 最后用