工程技術(shù)
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加大截面加固法是一種傳統的加固方法，采用同種材料即混凝土和鋼筋對工程原結構進(jìn)行加固補強的一種施工技術(shù)。具體實(shí)施過(guò)程為：打掉原混凝土結構的棱角，將混凝土表面殘渣清除干凈、鑿毛、開(kāi)槽，新增鋼筋采用焊接等方法與原結構鋼筋連接，再吸盡灰塵，噴涂水性環(huán)氧混凝土界面劑，并在固化劑固化前澆筑混凝土。其技術(shù)要點(diǎn)就在于用鋼筋混凝土來(lái)增大原混凝土結構截面面積以提高結構的承載力為目的。該方法工藝簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟，適用于梁、板、柱、墻及一般構筑物混凝土的加固，但加固后的建筑物凈空會(huì )有一定減小。
- 鋼筋混凝土構件
1、加固形式
鋼筋混凝土構件的加固可采用四周外包、三周外包(U形外包)、單側加厚和雙側加厚等形式。
2、受力特征
在加固過(guò)程中，即在新舊混凝土結為整體的過(guò)程中，原構件所承擔的荷載一般很難被完全卸除，其內部存在著(zhù)相當高的應力，而新增部分的應力水平卻很低；而且，在新舊部分結為整體后，原構件的大部分收縮、徐變一般都已完成，幾乎不再有發(fā)展，而新增部分的收縮干徐變尚處于初期的發(fā)展階段，數值和速度都較大，因此在新舊部分共同受力的過(guò)程中，會(huì )有部分應力因徐變而由新增部分轉移到原構件上，或者因收縮而在新舊部分中產(chǎn)生相互平衡的拉壓應力。這些都會(huì )使加固中新增的部分存在應變滯后現象．即在共同受力的過(guò)程中，原構件的直力、應變水平要高于新增部分的應力和應變。
加固后如果荷載不再增加，新增部分的應力水平依然會(huì )很低；荷載進(jìn)一步增加時(shí)，試驗表明，只要新舊混凝土黏結可靠，整個(gè)構件截面的應變增量基本符合線(xiàn)性關(guān)系，新舊材料的應力將按照各自的本構關(guān)系增長(cháng)；由于存在應變滯后現象，在受壓區，原構件的混凝土將首先達到極限壓應蠻而退出工作，而此時(shí)新增混凝十的壓應變尚低于極限壓應變．能夠轉接部分荷載，并對原構件的混凝土產(chǎn)生一定的側向約束作用，但因其單獨工作的承載力較低，且處于不利的受力狀態(tài)中，很快也會(huì )被壓壞，導致整個(gè)構件破壞，出現各個(gè)擊破的破壞現象。因此，在構件破壞時(shí)，新增混凝土的應力要低于其抗壓強度，其作用并未得到充分發(fā)揮，而且加固時(shí)原構件的應力水平越高，或者說(shuō)，原構件的工作應力與其材料強度的比值越高，新增部分的應變滯后現象則越嚴重，能夠發(fā)揮的作用越小，加固效果也就越差。一般而言，原構件在加固時(shí)所承擔的荷載宜控制在60％以?xún)?。不能滿(mǎn)足這一要求時(shí)，需采取臨時(shí)卸載、支頂等措施，降低原構件的應力。
在共同受力的過(guò)程中，如果新舊混凝土之間的黏結不能保證，整個(gè)構件的承載力還可能進(jìn)一步降低。新舊混凝土之間的黏結主要決定于結合面的抗剪能力，但新舊混凝土結合面的抗剪強度要遠低于混凝土材料的抗剪強度
混凝土結合面的抗剪強度有時(shí)難以滿(mǎn)足新舊混凝土祜結的要求，需配置一定數量的貫穿結合面的剪切一摩擦筋，抵抗結合面上的剪力。根據中國建筑科學(xué)研究院結構所的試驗結果，混凝土結合面的抗剪能力可復核
對于采用混凝土圍套四面加固的梁、柱，由于原構件外圍配置有封閉式箍筋，因此新舊混凝土結合面的抗剪能力要高得多，一般能夠滿(mǎn)足抗剪要求。
新舊混凝土的結合而除了承受剪應力，實(shí)際上還要承受一定的拉、壓應力，處于較為復雜的二向或三向應力場(chǎng)中，只是保證新舊混凝土共同工作的必要條件。四川省建筑科學(xué)研究院的試驗結果表明，即使是軸心受壓，柱的初始縱向裂縫也總是最先出現在結合面上，使新舊兩部分過(guò)早分離，導致構件整體剛度和承載力因新舊部分共同工作能力的降低而降低。
3．計算假定和失效準則
對于按常規方法加固的鋼筋混凝土構件，在計算其承載能力時(shí)，一般可采用以下計算假定：
（1）加固后構件截面的變形仍保持平面，整個(gè)截面的應變增量符合線(xiàn)性比例關(guān)系。
（2）不考慮混凝土的抗拉強度。
（3）混凝土受壓的應力與應變關(guān)系曲線(xiàn)符合現行國家標準《混凝土結構設計規范》(GB50010—2010)的規定。
（4）縱向鋼筋的應力等于鋼筋應變與其彈性模量的乘積，但其絕對隨不應大于其相應的強度設計值，其極限拉應變取為0.01。
當加固后的構件出現以下現象之一時(shí)，可認為構件達到了承載能力極限狀態(tài)：
（1）原構件的混凝土或新增混凝土的壓應變達到混凝土極限壓應變。
（2）原構件鋼筋或新增鋼筋的拉應變達到鋼筋的極限拉應變。
（3）以上兩種情況同時(shí)出現。
4．截面承載力計算
(1)軸心受壓構件
在軸向壓力作用下，當原構件的混凝土達到極限壓應變時(shí)，可認為加固后的構件達到極限承數力：這時(shí)原構件的混凝土中縱向鋼筋的壓應力均可達到材料強度值，但新增混凝土的應力和新增縱向鋼筋的應力則達不到。
新增混凝土、新增縱向鋼筋的強度利用系數與原構件混凝土的應變水平指標或應力水平指標有著(zhù)直接的關(guān)系。應變水平指標能夠較直觀(guān)地反映應變滯后的程度。
(2)偏心受壓柱
采用增大截面法加固鋼筋混凝土偏心受壓構件時(shí)，其承載力可參照軸心受壓、受彎構件的基本原則計算，一般可將新舊部分作為一個(gè)整體對待，按照現行國家標準《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)的規定計算，但是考慮到應變滯后、共同工作等方面的因素，需對新增混凝土和新增縱向鋼筋的強度進(jìn)行折減。
(3)受彎構件
按增大截面法加固梁、板等受彎構件時(shí)有兩種基本形式：增大受拉區，多用于粱的加固；增大受壓區，多用于板的加固。
當采用增大受壓區的加固方法時(shí)，如果能夠保證新舊混凝土結為整體，加固后構件的承載能力、抗裂度、鋼筋應力、裂縫寬度、變形等可按混凝土疊合構件計算；如果新舊混凝土的黏結不能保證，可將新舊部分作為兩個(gè)獨立的構件進(jìn)行計算，后增彎矩按撓度棚等的變形協(xié)調條件在新舊部分之間進(jìn)行分配，一般情況下可按截面的抗彎剛度分配。
如果采用增大受拉區的方法加固受彎構件，由于鋼筋的極限拉應變可達到0.01，而一般的熱軋鋼筋的彈性比例極限應變值僅為0.001～0.0025，因此在原鋼筋屈服但未達到極限拉應變0.01時(shí)，新增鋼筋一般能夠屈服，加固后受彎構件的承載力可按一般的受彎構件計算，但是考慮到新舊鋼筋共同工作的能力，以及構件在使用階段出現較寬裂縫的可能性，一般對新增鋼筋的抗拉強度乘以折減系數0.9。
5．構造規定
（1）原構件混凝土強度等級應大于C10，新加固混凝土強度等級應高于原構件。
（2）新增混凝土層的最小厚度，加固板時(shí)不應小于40mm，加固梁、柱時(shí)不應小于60mm，用噴射混凝土施工時(shí)不應小于50mm。
（3）石子宜用堅硬耐久的卵石或碎石，其最大粒徑不宜大于20mm。
（4）加固板的受力鋼筋直徑宜用8～12mm，加固梁、柱的縱向受力鋼筋宜用帶肋鋼筋，鋼筋最小直徑對于梁不宜小于12mm，對于柱不宜小于14mm，最大直徑不宜大于25mm；封閉式箍筋直徑不宜小于8mm，U型箍筋直徑宜與原有箍筋直徑相同。
（5）新舊受力鋼筋的凈距不應小于20mm，并應采用短筋焊接連接；箍筋應采用封閉箍筋或U型箍筋，并按照現行國家標準《混凝土結構設汁規范》(GB50010-2010)的構造要求配置。
①當新舊受力鋼筋采用短筋焊接時(shí)，短筋的直徑不應小于20mm，長(cháng)度不小于5d(d為新、舊受力鋼筋直徑的較小值)，各短筋的中距不大于500mm。
②當用混凝土圍套對構件進(jìn)行加固時(shí)，應設囂封閉箍筋。
③當對構件的單側或雙側進(jìn)行加固時(shí)，應設置U型箍筋。U型箍筋應焊在原箍筋上，當面焊縫長(cháng)度為10d．雙面焊縫為5d(d為U型箍筋直徑)，或者焊在增設的錨釘上，也可直接仲入錨孔內錨固，錨釘的直徑d不應小于10mm，距構件邊緣不小于3d．
且不小于40mm，采用環(huán)氧樹(shù)脂漿政環(huán)氧樹(shù)脂砂漿將錨釘錨固于原梁、柱的鉆孔內，鉆孔直徑應大于錨釘直徑4mm，錨幽深度不小于10d。
（6）梁的新增縱向受力鋼筋的兩端應可靠錨固；柱的新增縱向受力鋼筋的下端應伸入基礎，并滿(mǎn)足錨固要求，上端應穿過(guò)樓板與上柱腳連接，或在屋面板處封頂錨固。
6．施工要求
加固混凝土結構的施工過(guò)程，應遵循下列工序和原則：
（1）對原構件存在缺陷的部位進(jìn)行清理，直至混凝土的密實(shí)部分，并將構件表面鑿毛或打出溝槽，溝槽深度不宜小于6mm，間距不宜大于箍筋間距或200mm，被包部分的角部應倒角，除去浮碴、塵土等。
（2）原有混凝土表面應沖洗干凈，充分洇水，澆注混凝土前，結合而應以水泥漿等界面劑進(jìn)行處理。
（3）對原有和新增受力鋼筋應進(jìn)行除銹，在受力鋼筋上施焊前直采取卸荷或支頂措施，并應逐根分區、分段、分層施焊。
（4）模板搭設、鋼筋安置以及新混凝上的澆注和養護，應符合現行同家標準《混凝土結構工程施工質(zhì)量驗收規范》(GB50204-2002)的要求。
二、鋼構件
1．加固形式
在加固鋼梁、鋼柱、鋼桁架等鋼構件時(shí)，一般是通過(guò)增設角鋼、槽鋼、鋼板、鋼管、園鋼等增大構件的截面面積，從而提高構件的承載力和剛度。新增加固件與原構件的連接包括焊接、螺栓連接、鉚接等，一般采用焊接。
對鋼構件的加固還包括對原構件中各零件之問(wèn)連接的加固和對構件節點(diǎn)的加固，可分為焊縫連接、高強度螺栓連接、鉚接和普通螺栓連接三種情況。
（1）對焊棒連接的加固：宵接延長(cháng)原焊縫的長(cháng)度，如存在困難，也可采用附加連接板和增大節點(diǎn)板的方法，增加焊縫有效高度；增設新焊縫。
（2）對高強度螺栓連接的加固：增補同類(lèi)型的高強度螺栓；將單剪結合改造為雙剪結合；增設焊縫連接。
（3）對鉚接和普通螺栓連接的加固：全部或局部更換為高強度螺檢連接：增補新鉚釘、新螺栓或增設高強度螺栓；增設焊縫連接。
2．負荷加固的條件
鋼結構的加固有卸荷加固和負荷加固兩種形式。負荷加固是工作量最小、最方便、也較經(jīng)濟的方法，無(wú)論是采用焊接連接還是非焊接連接，在負荷狀態(tài)下對鋼構件進(jìn)行加固都是可能的。
研究表明，當采用角焊縫焊接厚度為10～14mm的焊件時(shí)，強度影響的最大范圍僅存26mm以?xún)?，且熱滯留時(shí)問(wèn)僅為12s。只要采取措施保證焊接區小范圍退出工作引起的應力重分布不致?lián)p壞整體結構，焊后承載力會(huì )迅速提高。對高應力的對接焊縫和搭接焊縫所作的補焊試驗證明，在按規定順序施焊時(shí)，試驗機荷載下降10％～15％，冷卻后回升5％，施焊后新舊焊縫共同受力。對壓桿的焊接加固試驗也證明了壓桿在接近臨界荷載之前進(jìn)行加固的可能性。這些試驗都說(shuō)明，在較高負荷下對鋼構件進(jìn)行焊接加固是可行的。
但是，負荷加固時(shí)，原構件中畢竟存在著(zhù)較高的應力，施焊、開(kāi)孔、原連接的解除等都會(huì )改變原構件的應力水平和應力分布，并可能對原構件造成損傷，這些都可能威脅構件在施工期間的安全性和耐久性，因此必須對施工期間鋼構件的工作條件和施工的過(guò)程進(jìn)行控制。
中國工程建設標準化協(xié)會(huì )標準《鋼結構加固技術(shù)規范》(CECS77：96)，將被加固構件的設計工作條件劃分為四類(lèi)。在采用增大截面法加固鋼構件時(shí)，要求被加固構件實(shí)際的最大名義應力值必須滿(mǎn)足要求，采用增加非橫向焊縫長(cháng)度的方法加用焊縫連接時(shí)，原焊縫中的應力不得超過(guò)該焊縫的強度設計值，加固處及其鄰近區段結構的最大名義應力必須滿(mǎn)足要求；采用增加角焊縫有效高度的方法加固焊縫連接時(shí)，原焊縫的應力水平應滿(mǎn)足要求。
3．加固方法的選擇
在選擇鋼構件的加固方法時(shí)，應注意以下幾點(diǎn)：
（1）注意周?chē)h(huán)境的凈空限制，避免新增零件與其他桿件相碰，或影響建筑物的使用。
（2）加固方法應適應原構件的幾何形狀和已有的變形，以利于施工。例如，焊接鋼板加固受彎構件時(shí)，如果構件的撓度在施工期間難以消除，則宜選用寬而薄的鋼板。
（3）增大截面時(shí)盡可能使原構件的形心位置保持不變，在受壓構件的四角或四邊同時(shí)增加鋼件，在受彎構件的上、下翼緣同時(shí)增設鋼件，減少受壓構件加固后因形心變化而產(chǎn)生的彎矩，提高對受彎構件加固的效果。
（4)避免選擇易于構件積灰、積水的加固形式，同時(shí)應便于對加固后的構件進(jìn)行油漆和防護。
(5)如果鋼材具有良好的可焊性，并且構件不直接承受動(dòng)力荷載，應盡可能采用焊接方式連接加固件，以減少施工工程量，并方便施工。采用焊縫連接存在困難時(shí)，或者加固過(guò)程中不允許產(chǎn)生變形和殘余應力時(shí)，宜采用摩擦型高強度螺栓連接的方式。
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