浅析钢筋混凝土结构改造加固设计的特点和应用

刘 勇

（唐山钢铁国际工程技术有限公司，河北 唐山 063000 ）

浅析钢筋混凝土结构改造加固设计的特点和应用

刘 勇

（唐山钢铁国际工程技术有限公司，河北 唐山 063000 ）

针对钢筋混凝土结构的改造加固设计，结合工程实例阐述五种主要加固方法的技术特点和应用，可供钢筋混凝土结构加固设计借鉴、参考。

钢筋混凝土；结构；改造加固

由于建筑物结构建造年代、使用年限、设计和实际使用功能上的差别、遭受各种人为或地震等自然灾害因素的影响，许多已完工或正在建设中的建筑结构已产生了使用功能的改变或不同程度的损害，为此，必须对现有结构进行加固。

1 钢筋混凝土结构加固机理的分析

为满足新的荷载需要和改正在设计计算、施工缺陷或薄弱结构等工程实际中的一系列错误，加固技术被越来越广泛地应用于土木工程中；加固技术也用来修补因意外或自然灾害而严重损伤的结构。外粘钢板或聚合物片材补强加固钢筋混凝土结构的技术，已经成功地应用于土木工程中。近年来，高强度的碳纤维、玻璃纤维等聚合物材料作为钢板的替代物正在被发展和应用。钢筋混凝土结构经常进行的是受弯加固。在钢筋混凝土结构受拉区表面粘结钢板或聚合物板材进行加固，是一种增加受弯承载力和提高抗弯刚度进而减少挠度和控制裂缝的有效方法。这些被称作纤维增强聚合物系列，具有许多重要的优点，如自重轻、耐腐蚀和应用便捷等。自重轻，可以减少施工时间和工程造价，因为不需要重型机械。应用时，不仅可以一层一层地粘贴使用，还可以以薄板的形式使用。要加固因自然灾害而损伤的结构，聚合物片材的加固技术，常常可以很快地实施和完成。与粘结钢板加固结构相比，环氧树脂粘结纤维聚合物片材具有许多优点，如高抗拉强度、高疲劳强度和自重轻，特别是耐腐蚀性。纤维聚合物片材的另外一个优点是，片材能够粘贴于结构的某一特定位置，从而达到最大的加固效率。

有机粘结胶聚合物的一个缺点是耐火性差。一些聚合物在紫外线照射下还容易变性、老化，因而出现耐久性问题。由于碳纤维、玻璃纤维既能暴露于火中，又能够耐受紫外线的照射，因此，将这些纤维织物与混凝土粘结在一起的有机粘结胶，就成了一个薄弱环节。无机粘结胶加固体系，单位碳纤维面积上的弯矩随着碳纤维面积的增加而增加，这意味着使用更厚的碳纤维板，将可达到更佳的加固效率。

外粘碳纤维增强塑料片材加固梁，可以进行抗弯加固、抗剪加固和抗弯、抗剪加固。研究表明，刚度随梁两侧片材面积的增加而增加，但这种增加是有限的。应变片测量的结果表明，没必要在梁两侧整个表面进行加固。在梁两侧进行加固以提高极限受弯承载力的效果并不明显。梁两侧的片材对阻止裂缝的发展，起着重要的作用。为了对梁进行受剪加固，必须同时进行受弯加固。试验测得的结果表明，第一条裂缝一般都是由于受弯引起的，并出现于混凝土受拉区，梁端的裂缝出现最迟。

在无机粘结胶加固体系中，梁都以碳纤维的破裂而失效，在有机粘结胶加固体系中，梁都以碳纤维的剥离破坏而失效，这是由于聚合物和混凝土母体之间的传力机理不同而引起的。在无机粘结胶加固体系中，粘结胶的粘结行为和混凝土中的粘结行为相似，裂缝附近的粘结失效，使碳纤维中的粘结发生局部滑移，从而粘结是间断的。这个机理降低了在混凝土中交接面的拉伸变形。当应变不是很高时，因为交接面上的受剪承载力很强，不会出现安全的剥离。

2 混凝土和砌体结构加固的主要方法

2.1 加大截面加固法

该法施工工艺简单、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。

2.2 有粘结外包型钢加固法

该法也称湿式外包钢加固法，受力可靠、施工简便、现场工作量较小，但用钢量较大，且不宜在无防护的情况下用于高温场所。适用于使用上不允许显著增大原构件截面尺寸，但又要求大幅度提高其承载力的混凝土结构加固。

2.3 粘贴纤维材料加固法

除具有粘贴钢板相似的优点外，还具有耐腐蚀、耐潮湿、几乎不增加结构自重、耐用、维护费用较低等优点，但需要专门的防火处理。适用于各种受力性质的混凝土结构构件和一般构筑物。

2.4 锚栓锚固法

适用于混凝土等级为C20～C60的混凝土承重结构的改造、加固，不适用于已严重风化的上述结构及轻质结构。

2.5 植筋法

可植入普通钢筋，也可植入螺栓式锚筋。已广泛应用于已有建筑物的加固改造工程，如施工中漏埋钢筋或钢筋偏离设计位置的补救，构件加大截面加固的补筋，上部结构扩跨、顶升对梁、柱的接长，房屋加层接柱和高层建筑增设剪力墙的植筋等。

3 碳纤维布加固设计实例

承德建龙钢铁有限公司一幢二层框架结构配电楼二层由于使用功能改变，有八根梁出现裂缝，经过现场勘察和设计复核，发现结构第二层局部梁抗弯承载力无法满足使用要求而产生裂缝（原设计中楼板与柱子较保守，经复核截面及配筋均满足现功能使用要求）。

经分析、比较，决定采用在梁底通长方向粘贴碳纤维布，梁端附加碳纤维布条制成U字箍，既对梁底碳纤维布有较好的锚固作用，也提高了梁端部的抗剪承载力。

计算时，近似认为碳纤维拉应变等于钢筋拉应变，按受力相等原则，将碳纤维布面积转化为等效钢筋面积，即：

式中，Acfs，fcfs，Ase和fy分别代表碳纤维布的面积、抗拉强度、等效的钢筋面积和钢筋的抗拉强度；ψ为碳纤维布的强度折减系数，在本工程中取2/3。碳纤维布的面积Acfs取其净面积，即：

式中，tcfs，Bcfs，n分别为碳纤维布的计算厚度（mm）、幅宽（mm）和加固梁中碳纤维布的粘贴层数；β为碳纤维布粘贴层数的折减系数，仅粘贴一层时取β = 1。然后根据需要加固的梁截面，分别按照钢筋混凝土结构受弯构件的正截面承载力设计公式，由外荷载的增加计算出所需补充受拉钢筋的面积。最后按式(1)、式(2)设计碳纤维布的布置参数。施工时，先采用压力灌注改性环氧对梁裂缝进行封闭，后以粘贴碳纤维进行加固，加固厚度仅为2 mm，不影响室内层高要求。据观测，所有的变化值均在设计许可的范围之内。

4 结语

在为钢筋混凝土结构加固前，工程人员应有针对性地研究加固的措施。按照设计规范，对于不宜采用修复加固的结构重要构件，必须对主体予以拆除，以防止结构向机构转变，因为伴随而来的往往是结构的脆性破坏而具有灾难性。在设计中，应该选择合适的加固方法，同时还应考虑其是否具有良好的施工性、是否经济等方面。随着现代建筑科学技术的不断发展，结构加固方法也会日新月异，加固方法的选择范围也将具有更为广泛的空间。

[1]中国建筑标准设计研究院.混凝土结构加固构造(08 SG311-2)[S].北京:中国计划出版社,2009.

[2]彭碧贤.混凝土梁粘钢加固施工技术研究[J].广东建材, 2011(5).

[3]万墨林,韩继云.混凝土结构加固技术[M].北京:中国建筑工业出版社,1995.

[4]高亮.浅议碳纤维加固混凝土梁的实验[J].科技信息, 2011(22).

（责任编辑、校对：孙海祥）

Features of Transformation and Strengthening Design for Reinforced Concrete Structure and Its Application

LIU Yong
(Tangshan International Steel Engineering Company Limited, Tangshan 063000, China)

Through the transformation and strengthening design technology for the reinforced concrete structure, the technical features of fivel main reinforce methods and their applications were introduced together with the project examples for the transformation and strengthening design of reinforced concrete structure as reference.

reinforced concrete; structure; transformation and strengthening

TU37

A

1009-9115(2012)05-0061-02

2012-05-15

刘勇（1979-），男，河北唐山人，工程师，研究方向为钢筋混凝土加固。