钢筋混凝土梁抗剪加固方法研究

（湄洲湾职业技术学院建筑工程系，莆田）

钢筋混凝土梁是建筑结构中用量最多的构件类型之一，由于早期设计不足、施工质量水平不高、超负荷使用、自然环境影响等原因，造成抗剪承载力不足，导致剪切破坏，而剪切破坏是一种典型的脆性破坏，需要极力避免。

根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）[1]规定，配置箍筋混凝土梁的斜截面承载力设计值为：

式中：Vcs为构件斜截面受剪承载力设计值；αcv为斜截面混凝土受剪承载力系数；ft为混凝土轴心抗拉强度标准值；b 为截面的腹板宽度；h0为截面有效高度；fyv为箍筋抗拉强度标准值；Asv为配置在同一截面内箍筋各肢的全部截面面积；s 为沿构件长度方向的箍筋间距。

当混凝土梁出现抗剪承载力不足时，应立即采取措施进行加固和改造。

1 增加截面法[2]

增大截面加固法可以直接增加截面的宽度或有效高度，工艺简单、受力可靠、加固费用低廉，是一种常见的抗剪加固方法。为了防止加固后的混凝土梁发生斜压破坏（或腹板压坏），同时限制在使用阶段可能发生的斜裂缝宽度，受弯构件加固后的斜截面应符合以下条件：

当4＜hw/b＜6 时，按线性内插法确定。

式中，V 为构件加固后剪力设计值；βc为混凝土强度影响系数；b 为截面腹板宽度；hw为截面的腹板高度。

由于养护期长、减少建筑使用高度等原因，限制了增大截面法更广泛的使用。采用增大截面法必须保证新旧混凝土界面的可靠粘结，如遇到原混凝土密实性太差甚至有孔洞、蜂窝等缺陷时，应先替换缺陷混凝土，再进行加固，以保证新旧混凝土可以协同工作。

2 置换混凝土加固法

置换混凝土加固法适用于混凝土强度偏低或混凝土内部存在严重缺陷的加固，常用于混凝土质量不合格或混凝土严重受损后的修复加固。换用混凝土的强度等级应比原构件混凝土提高一级，且不应低于C25。

3 外贴钢板法

外贴钢板法是在混凝土梁表面用粘结剂粘贴钢板以提高其抗剪承载力的方法，粘贴时加锚封闭箍或U 形箍，不得仅在侧面粘贴。外贴钢板法施工速度快，养护时间短，且对建筑空间影响较小。外贴钢板加固的有效性主要取决于钢板的强度以及钢板与混凝土之间的粘结强度。因此，采用外贴钢板法时，需要根据使用环境选用正确的胶粘剂并做好钢板的防锈工作。同增大截面加固法一样，采用外贴钢板法加固后混凝土梁截面尺寸也要式子（2）、（3）的要求。加固后的承载力提高值为：

式中：Vb,sp为粘贴钢板加固后，对梁斜截面承载力的提高值；ψv为与钢板的粘贴方式及受力条件有关的抗剪强度折减系数；Ab,sp为配置在同一截面处箍板各肢的截面面积之和；hsp为U 形箍板单肢与梁侧面混凝土粘结的竖向高度；ssp为箍板的间距（mm）。

4 外包型钢加固法

外包型钢加固法，是采用横向缀板或箍板为连接件，将型钢包在原混凝土构件表面、四周或两侧的一种加固方法，外包型钢对核心混凝土的变形有较强的约束作用，可大幅度提高原结构承载能力和抗震能力。这种加固方法适用面很广，但加固费用较高，且同外贴钢板法一样需要根据使用环境选用正确的胶粘剂并做好钢板的防锈工作。

5 增设支点加固法

增设支点加固法是一种传统的加固法，通过增加支点改变结构的受力状态，这种方法施工方便，受力可靠且可拆卸，经常用于抢险工程。但由于需要增加支点，会严重影响建筑空间使用，在很多场合应用受限。

6 FRP 加固法

传统加固方法在提高结构或构件的刚度和承载力方面起到了一定的作用，但是也都存在着自重大、影响建筑使用高度、不耐腐蚀等缺点，FRP 材料因其耐腐蚀、轻质、施工便捷等优点，已经被广泛应用于混凝土结构的加固中，同时由于FRP 对于不同截面形状（如构件角部）的广泛适用性，特别适合于混凝土梁的抗剪加固。

在梁的受剪加固中，FRP 的粘贴方式有多种，包括仅在梁两侧面粘贴FRP、于梁侧和受拉面U 形粘贴FRP 以及沿整个梁截面封闭粘贴FRP。各国规范针对FRP 抗剪加固混凝土梁提出了不同的设计方法[3]：

（1）美国ACI 规范：

式中：Vf为FRP 抗剪承载力；fφ为与粘贴方式有关的折减系数，对于U形粘贴和侧面粘贴，φf取0.85，封闭缠绕的φf取0.95；Af为FRP 横截面面积；Ef为FRP 弹性模量；εfe为FRP 有效应变；β 为纤维与水平线的夹角；df为FRP 端部到受拉钢筋中心距离； sf为FRP 条带中心距。

（2）英国Concrete Society 设计规范：

式中：n 为与粘结方式有关的系数，封闭缠绕的为0，U 形黏贴的为1，侧面粘结的为2；

β为纤维与水平线的夹角；εfse为FRP 的有效应变；Afs为垂直于FRP纤维方向截面面积，由于两侧对称黏贴，所以Afs= 2bftf；df为FRP 端部到受拉钢筋中心距离；Efd为FRP 的拉伸模量；lt,max为发挥完全锚固性能所需的锚固强度；sf为FRP 带的纵向间隔。

（3）欧洲fib 设计规范：

式中,ef,ε为FRP 的有效应变；Ef为FRP 弹性模量；wb为超过有效深度横截面的最小宽度；d 为横截面的有效深度；fρ为FRP 配箍率；d为梁的有效高度；β为纤维与水平线的夹角。

（4）我国《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》[4]：

式中：Vbcf为碳纤维片材承担的剪力；ncf为碳纤维片材的粘贴层数；wcf为环形箍或U 形箍的宽度；tcf为单层碳纤维片材的厚度；Scf为环形箍或U 形箍的净间距；εcfv为达到受剪承载能力极限状态时碳纤维片材的应变；Ecf为FRP 弹性模量；hcf为U 形箍粘贴高度。

FRP 三种粘结方式中，封闭粘贴加固效果最好，但应用范围较小，在实际工程应用中很难实施。对于侧面粘贴和U 形粘贴FRP 加固混凝土梁，梁的主要破坏模式为FRP 剥离破坏。该种破坏模态发生时，FRP 的有效应变主要是由FRP-混凝土粘结界面控制，FRP 的强度利用率很低，相关的设计规范建议采用端部锚固措施来防止FRP 剥离破坏[5]。

7 结语

综上所述，应根据实际工程情况和使用环境选用不同的混凝土梁抗剪加固方法，相较于传统的加固方法，FRP 材料因其耐腐蚀、轻质、施工便捷等优点，在混凝土抗剪加固中具有广泛的应用前景。但FRP 容易发生剥离破坏，不能充分发挥FRP 材料性能，导致FRP 材料利用率低，各国的相关规范建议采用端部锚固措施来防止FRP 剥离破坏，但是并没有给出有效的锚固设计和计算方法。因此，研究增强FRP 的锚固措施并提出可靠的设计施工方法，对于推广FRP 在混凝土加固领域的应用具有重要的意义。