浅谈混凝土结构加固改造设计

　　摘要：随着建筑业的发展，各种建筑结构的加固技术及方法也正在日益发展和完善。本文主要从混凝土结构加固改造方法的设计及设计中应注意的问题进行分析。

　　关键词：混凝土结构,加固,改造,设计

　　前言

　　结构加固就是对建(构)筑物进行改造、加固、维护所采取的措施，目的是加强建(构)筑物的安全，延长其使用寿命。目前常用的加固方法有粘贴碳纤维、粘贴钢板、增大截面、外包型钢、体外预应力加固、置换法等等。改造的方式也多种多样，如有的房屋底层拆除承重墙或框架柱以形成大空间满足使用的需要，有的使用功能发生改变导致原结构的承载能力不足等。

　　一、混凝土结构加固改造设计

　　1、混凝土结构的直接加固

　　1.1加大截面加固法

　　加大截面加固法就是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，起到加固补强的作用。加大截面加固法的关键是要确保结合面能有效传力，并使新旧两部分混凝土整体工作。因此，从设计构造上应该配置足够的剪切摩擦筋或锚固件，贯穿于结合面，将两部分连接起来，使其共同受力，达到加固补强的目的。

　　1.2置换混凝土加固法

　　置换混凝土加固法就是将原结构、构件中的破损混凝土凿除至密实部位，用强度略高的新混凝土浇灌置换，使新旧两部分粘合成一体共同工作。该法适用于受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的梁、柱等混凝土承重构件的加固。其优点与加大截面法相近，且加固后不影响建筑物的净空，能恢复结构原先的外观。但同样存在施工的湿作业时间长、养护时间较长的缺点，而且剔除陈旧混凝土的工作量大，容易伤及原构件的钢筋，所以在施工过程中对原构件可能造成的屈服、疲劳、失稳等破坏状态要进行全面严格的评估。

　　2、混凝土结构的间接加固

　　间接加固的一般方法有：预应力加固法、增加支承加固法、其它加固法。

　　1)预应力加固法。预应力加固是指运用预应力原理，在增设的构件或原有构件(如主梁梁体)中，施加了一定初始应力(即预应力)的一种加固方法。对于钢筋混凝土或预应力混凝土梁板，采用对受拉区施以预加压力的加固，可以抵消部分自重应力，起到卸载作用，从而能较大幅度地提高梁的承载能力。

　　2)增加支承加固法。增设支点加固法是通过减少受弯构件的计算跨度，达到减少作用在被加固构件上的载效应，提高结构承载水平的目的。

　　3)其它加固法。辅助结构加固法是采用另制的辅助构件，如型钢、钢桁架或钢筋混凝土梁，部分或全部分担被加同梁的荷载。

　　二、设计中应注意的问题

　　1、 粘贴碳纤维与粘贴钢板的比较

　　一般来讲，粘贴碳纤维及粘贴钢板的加固方法均可用于构件的抗弯及抗剪承载力不足的加固。但二者均需要通过结构胶受剪来使碳纤维及钢板与原有混凝土构件共同作用，方能达到加固构件的目的。但由于钢板与混凝土的线膨胀系数不同，受温度影响的情况下可能会发生鼓起和脱胶的现象，同时采用粘钢板加固还需进行防锈及设置锚栓的要求。因此，在加固设计中，尽可能采用碳纤维加固。但当采用碳纤维加固层数较多，而影响了加固效果的情况下，可选择粘贴钢板的加固方法。

　　2、混凝土结构框架梁负弯矩粘钢加固方法探讨

　　如图1所示的构造方式锚固效果并不理想，加固钢板与锚栓之间的传力不直接，受力不明确。同时该种锚固也不便于施工。加固用的L形钢板受拉力后，由于其转角部位的拉伸变形，使加固钢板在支座处的锚固不可靠。另外，从平面上简单分析不难发现，粘于柱上的U形钢箍板对加固钢板的约束锚固作用很难计算，而且随着柱截面尺寸的增大，U形箍对加固钢板的约束作用更小。此外，由于加固钢板要向上弯起700mm，并使用较多的U形箍板和高强锚栓，此种锚固构造方法工程费用很高，其锚固构造的费用往往远高于加固钢板的费用。

　　采用植筋与粘钢相结合的锚固方法，相对受力较为合理，工程成本亦较低，且不影响美观。但有一点要注意的是，钢筋与钢板的焊接接头质量一定要保证，焊缝长度可适当加长，对焊接质量应现场抽样。

　　2、植筋深度

　　1)注意规范强条：“承重结构植筋的锚固深度必须经设计计算确定;严禁按短期拉拔试验值或厂商技术手册的推荐值采用”。

　　2)规范构造：用于植筋的钢筋混凝土构件最小厚度应大于钢筋锚固深度加2倍植筋钻孔直径。

　　3)若配筋有富余，基本锚固长度可按配筋余量修正，修正系数为设计计算配筋面积比实际配筋面积，但应大于最小锚固长度。

　　三、实例分析

　　1、工程概况

　　浙江省某县某学校食堂二层楼面现已施工完成，原设计在二层楼平面预留二孔安装锅炉，预留孔位置在纵轴⑤一⑥轴之间，孔开间大小分别约为：7200mmx8l00mm、7200mmx9000mm;现由于原设计锅炉房布置在房屋内不符合有关消防设计要求，需更改原设计。原预留孔位置将要新增梁板结构，按设计单位意见，将采取增加二根结构梁300mmx750mm及楼面板，梁主筋采用化学植筋加固工艺施工。

　　2、植筋的设计

　　(1)定位：按设计修改意见，测定植筋孔位置并做好标识，但由于原钢筋砼梁存在受力钢筋.钻孔位置可适当调整.但均宜植在箍筋内侧(对梁)或分布筋内侧(对板)。详见下图2：

　　图2：植筋位置示意圈

　　(2)应注意的地方

　　1)设计时应考虑拟植筋部位混凝土构件截面尺寸和横向配筋率的影响.

　　2)设计时，如果受拟植筋部位混凝土构件截面尺寸限制，所植钢筋植入深度达不到要求时，所植钢筋的锚固抗拉强度可以按以下系数进行折减。

　　3)当拟在混凝土上植筋时，所植钢筋的相对保护层厚度c/d应不小于5.其中c为所植钢筋的保护层厚度，d为所植钢筋直径.

　　4)考虑多次重复荷载作用(如吊车制动力)影响时，所植钢筋的锚固抗拉强度应按0.6的系数进行折减。

　　5)考虑周期反复荷载作用(如地震作用)影响时，所植钢筋的锚固抗拉强度应按0.8系数进行折减。

　　6)所植钢筋作为预埋件替换方案中的锚筋使用时，应符合下列规定：①锚筋和锚板应采用穿孔塞焊。且当采用手工焊时，焊缝厚度不宜小于6mm及0.6d;②锚筋的根数、直径及布置设计，均应符合预埋件设计的要求，并应考虑锚筋边距、排数及荷载情况的影响;③锚筋所用的植筋材料锚固性能，不应因锚筋与锚板焊接引起的高温影响而削弱，必要时应进行现场试验。

　　7)设计时应注意使所植筋部位结构构件满足建筑防火要求，

　　8)对于植筋后新增混凝土和原构件混凝土的共同工作问题，设计时应提出具体的措施。

　　结语

　　总之，目前混凝土结构加同技术还有待于在实践中进一步探索，随着建筑科学技术的不断进步，新型建筑材料不断出现，因此，加固改造设计方案的选择范围也将具有更为广泛的空间。

　　参考文献

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　　[2]李国胜.钢筋混凝土结构房屋改造加固设计中的若干问题[J].建筑结构，2008(7)：18—19.

　　[3] 曹双寅，邱洪兴，王恒华.结构可靠性鉴定与加固技术[M].北京：中国水利水电出版社，2001.

　　[4]王艳瑶.钢筋混凝土结构加固的必要性及方法的选择[J].山西建筑，2009，35(20)：69—70.

《浅谈混凝土结构加固改造设计》

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