混凝土结构加固与改造

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1、第六章第六章 混凝土结构加固与改造混凝土结构加固与改造6-16-1加固的一般原则加固的一般原则1)加固方案的总体效应原则加固方案的总体效应原则;2)材料选用和强度取值原则材料选用和强度取值原则3)荷载计算原则荷载计算原则 4)承载力验算原则承载力验算原则 5)承载力验算原则承载力验算原则 混凝土结构加固与改造混凝土结构加固与改造6-2加固方法及其选择加固方法及其选择 l 增大截面法增大截面法 优点：提高构件的承载力，提高截面刚度，改善正优点：提高构件的承载力，提高截面刚度，改善正 常使用阶段的性能。常使用阶段的性能。缺点：减小使用空间，增加结构自重。缺点：减小使用空间，增加结构自重。适用：适用

2、于有空间余量的多种结构。适用：适用于有空间余量的多种结构。l外包钢加固法外包钢加固法 优点：同增大截面法且基本不减小空间，增加结优点：同增大截面法且基本不减小空间，增加结 构的延性。构的延性。缺点：用钢量大，维护费用高；需作防腐处理。缺点：用钢量大，维护费用高；需作防腐处理。混凝土结构加固与改造混凝土结构加固与改造6-2加固方法及其选择加固方法及其选择 预应力加固法预应力加固法 优点：消除或减缓后加结构的应力滞后现优点：消除或减缓后加结构的应力滞后现 象，减小原构件的挠度和裂缝宽象，减小原构件的挠度和裂缝宽 度，甚至可使裂缝完全闭合。度，甚至可使裂缝完全闭合。缺点：施工较复杂缺点：施工较复杂。

3、改变受力体系加固法改变受力体系加固法 优点：可明显地改善结构的受力性能，提优点：可明显地改善结构的受力性能，提 高结构的承载力和刚度。高结构的承载力和刚度。缺点：设计要求高，施工风险较大缺点：设计要求高，施工风险较大。混凝土结构加固与改造混凝土结构加固与改造6-2加固方法及其选择加固方法及其选择 外粘纤维加固法外粘纤维加固法 优点：在局部实施加固，工程量小且施工优点：在局部实施加固，工程量小且施工 方便，提高承载力的效果也较明显。方便，提高承载力的效果也较明显。缺点：施工工艺要求高，胶水的耐久性尚缺点：施工工艺要求高，胶水的耐久性尚 有待考验。有待考验。混凝土结构加固与改造混凝土结构加固与改造

4、6-3混凝土水平结构混凝土水平结构(梁板结构梁板结构)的加固(1)梁板结构的破坏特征梁板结构的破坏特征 正截面破坏正截面破坏 斜截面破坏斜截面破坏少筋破坏少筋破坏()适筋破坏适筋破坏()超筋破坏超筋破坏()弯剪裂缝为主弯剪裂缝为主(适筋适筋)斜剪裂缝为主斜剪裂缝为主(超筋超筋)斜拉裂缝为主斜拉裂缝为主(少筋少筋)混凝土结构加固与改造混凝土结构加固与改造6-3混凝土水平结构混凝土水平结构(梁板结构梁板结构)的加固(2)预应力加固方法预应力加固方法 1)体外预应力结构的概念体外预应力结构的概念 对于预应力混凝土结构可以有三种不同的理解：对于预应力混凝土结构可以有三种不同的理解：预加应力使混凝土由脆

5、性材料成为弹性材料；预加应力使混凝土由脆性材料成为弹性材料；（便于弹性分析）（便于弹性分析）预加应力充分发挥了高强钢材的作用，使其与混预加应力充分发挥了高强钢材的作用，使其与混凝土共同工作；（强度理论）凝土共同工作；（强度理论）预加应力平衡或转移了结构外荷载。预加应力平衡或转移了结构外荷载。n平衡荷载的设计概念平衡荷载的设计概念 混凝土结构加固与改造混凝土结构加固与改造梁内配有预应力筋，其线型符合抛物线方程梁内配有预应力筋，其线型符合抛物线方程:其中其中f为抛物线的矢高，为抛物线的矢高，x为计算截面离梁左端的距离。为计算截面离梁左端的距离。n平衡荷载的设计概念平衡荷载的设计概念 混凝土结构加固

6、与改造混凝土结构加固与改造预加力预加力Np对梁截面产生的弯矩也是抛物线形的，即对梁截面产生的弯矩也是抛物线形的，即:对对x求导可得由求导可得由M引起的等效荷载引起的等效荷载w，即，即:式中负号表示式中负号表示w作用方向朝上。作用方向朝上。设各截面预应力筋的预加力设各截面预应力筋的预加力Np相等，并设相等，并设e（=y)为预应为预应力钢筋至梁截面形心的偏心矩力钢筋至梁截面形心的偏心矩 n平衡荷载的设计概念平衡荷载的设计概念 混凝土结构加固与改造混凝土结构加固与改造 如果梁上作用的均布荷载值如果梁上作用的均布荷载值q与与w相等，则该荷载将全部被相等，则该荷载将全部被预加力所平衡，由此，称为预加力所

7、平衡，由此，称为平衡荷载法平衡荷载法。若若q=w,梁演变为受到水平轴力梁演变为受到水平轴力Np作用的轴心受压构件。作用的轴心受压构件。若若qw,梁演变为受水平轴力梁演变为受水平轴力Np作用的偏心受压构件作用的偏心受压构件.n转移荷载的设计概念转移荷载的设计概念 转移荷载的概念认为预加力除了一部分用于平衡外荷载，转移荷载的概念认为预加力除了一部分用于平衡外荷载，其余部分力作为新引入的荷载作用于结构端部。其余部分力作为新引入的荷载作用于结构端部。n转移荷载的设计概念转移荷载的设计概念 混凝土结构加固与改造混凝土结构加固与改造混凝土结构加固与改造混凝土结构加固与改造n转移荷载的设计概念转移荷载的设计

8、概念 当当Ppres=P时，混凝土受弯构件就成为两端铰支的时，混凝土受弯构件就成为两端铰支的轴压构件，荷载的形式和传递路径被完全改变了。轴压构件，荷载的形式和传递路径被完全改变了。转移荷载的概念不仅保留了平衡荷载概念中通过预转移荷载的概念不仅保留了平衡荷载概念中通过预应力筋的作用，将外荷载的作用相抵消一部分，改变结应力筋的作用，将外荷载的作用相抵消一部分，改变结构受力形式的基本点，同时指出了预应力筋改变了外荷构受力形式的基本点，同时指出了预应力筋改变了外荷载的传递路径，将跨中的部分荷载转移至两端的本质。载的传递路径，将跨中的部分荷载转移至两端的本质。体外预应力技术在加固工程中具有鲜明的特色，体

9、外预应力技术在加固工程中具有鲜明的特色，有着其它加固方式所没有的减小或消除裂缝及挠度的有着其它加固方式所没有的减小或消除裂缝及挠度的作用。作用。2）预应力加固法的工艺）预应力加固法的工艺 混凝土结构加固与改造混凝土结构加固与改造千斤顶张拉法千斤顶张拉法 与普通预应力筋张拉方式一致；与普通预应力筋张拉方式一致；横向收紧法横向收紧法竖向收紧法竖向收紧法 张拉方式张拉方式人工横向收紧法张拉预应力人工横向收紧法张拉预应力1-原梁；原梁；2-加固筋；加固筋；3-U形螺丝；形螺丝；4-撑杆；撑杆；5-高强螺栓高强螺栓混凝土结构加固与改造混凝土结构加固与改造a-竖向收紧张拉；竖向收紧张拉；b-竖向顶撑张拉竖

10、向顶撑张拉1-原梁；原梁；2加固筋；加固筋；3-收紧螺栓；收紧螺栓；4-钢板；钢板；5-高强螺栓；高强螺栓；6-顶撑螺丝；顶撑螺丝；7-上钢板；上钢板；8-下钢板下钢板预应力筋的锚固预应力筋的锚固混凝土结构加固与改造混凝土结构加固与改造1）U形形钢钢板板锚锚固；固；2）高）高强强度螺栓摩擦度螺栓摩擦粘粘结锚结锚固；固；3）焊焊接接锚锚固；固；4）扁担式）扁担式锚锚固；固；5）套箍）套箍锚锚固；固；6）利用原结构锚固）利用原结构锚固混凝土结构加固与改造混凝土结构加固与改造预应力筋锚固方法示意图预应力筋锚固方法示意图aU形钢板锚固；形钢板锚固；b高强度螺栓摩擦高强度螺栓摩擦粘结锚固；粘结锚固；c焊

11、接锚固；焊接锚固；d扁担式锚扁担式锚固；固；e套箍锚固。套箍锚固。1原梁；原梁；2加固筋；加固筋；3上钢板；上钢板；4下钢板（棒）；下钢板（棒）；5焊焊接；接；6螺栓；螺栓；7外拉式千斤顶；外拉式千斤顶；8锚接接头；锚接接头；9高强螺栓高强螺栓3)体外预应力受弯构件截面的受力特性体外预应力受弯构件截面的受力特性l构件受力特性构件受力特性 二次效应二次效应:当构件受荷载作用产生变形后，体外预应力筋在当构件受荷载作用产生变形后，体外预应力筋在锚固端与转向块之间仍保持直线，因此构件的形心线与力锚固端与转向块之间仍保持直线，因此构件的形心线与力筋之间的距离会发生变化，这种现象称为二次效应。筋之间的距离

12、会发生变化，这种现象称为二次效应。混凝土结构加固与改造混凝土结构加固与改造混凝土结构加固与改造混凝土结构加固与改造体外体外预应预应力筋偏心距力筋偏心距 二次效应是一个十分复杂的受力过程，要想准确地计算很二次效应是一个十分复杂的受力过程，要想准确地计算很困难，因此，在实际工程中一般不从设计计算来考虑二次效困难，因此，在实际工程中一般不从设计计算来考虑二次效应的影响。应的影响。混凝土结构加固与改造混凝土结构加固与改造正截面承载力计算正截面承载力计算 为受压区混凝土截面对受拉区钢筋合力点的静矩为受压区混凝土截面对受拉区钢筋合力点的静矩 参照无粘参照无粘结预应结预应力我国力我国无粘无粘结预应结预应力混

13、凝土力混凝土结结构技构技术规术规程程（JGJ/T92-93）规规定了其定了其应应力力设计值设计值按受弯构件跨高比按受弯构件跨高比 实际实际上，加固工程中的体外上，加固工程中的体外预应预应力筋往往达不到其屈服力筋往往达不到其屈服强强度，所以其度，所以其设计值设计值 应取其实际应力值参与截面平衡条应取其实际应力值参与截面平衡条件，即：件，即：混凝土结构加固与改造混凝土结构加固与改造正截面承载力计算正截面承载力计算。及及综综合配筋指合配筋指标标来确定。来确定。对对35，且，且0.45的构件，的构件，对对 35，且，且 0.45的构件，的构件，而而为配筋综合指标为配筋综合指标混凝土结构加固与改造混凝土结构加固与改造斜截面承载力计算斜截面承载力计算对于直线型外露的预应力加固筋，则有：对于直线型外露的预应力加固筋，则有：式中：式中：原梁的斜截面抗剪承原梁的斜截面抗剪承载载力；力；预应预应力力产产生的生的纵纵向作用力。向作用力。预应力加固筋为元宝式布设，斜直线段预应力筋相预应力加固筋为元宝式布设，斜直线段预应力筋相当于普通混凝土梁中的弯起筋，则有：当于普通混凝土梁中的弯起筋，则有：预应力筋与原梁浇筑为一体的加固梁预应力筋与原梁浇筑为一体的加固梁