论文部分内容阅读
摘要：钢筋混凝土梁结构的加固方法各式各样，本文主要对梁粘钢加固设计进行了简单的讲述，仅供同行交流参考。
关键词：钢筋混凝土、梁结构、加固、设计
一、前言
随着工业的发展以及工艺的不断改革，往往需要对原有的建筑体进行改造加固，或者由于钢筋混凝土构件遭到严重腐蚀，需要对结构构件本身进行加固，以直接提高它的抗力和刚度。一些新建和在建的工程，由于设计或施工不当等因素，有些工程面临功能改变，荷载增加，提高建筑物的抗震设防等级，减小构件过大的变形等等，这些都需要对结构进行加固。通过这些加固措施，可以使企业降低成本，提高经济效益。目前，使用建筑结构胶在混凝土表面粘结钢板来加固混凝土结构，可以改善结构在使用荷载下的运行状况和提高承载力，是目前较为普遍的一种简便而行之有效的加固方法。
二、引起梁结构问题的原因
当梁板结构构件由于挠度偏大，裂缝宽度过宽、过长，钢筋严重锈蚀，受压区砼压碎等情况时，需要加固。而引起这些问题的原因主要有以下几种：
1、设计、施工方面
由于设计时荷载未考虑周全，计算模型、计算简图有误，计算公式运用不符合应用该公式的条件，尤其是现在应用计算机计算时，数据输入有误等。施工时砼强度达不到设计要求，负筋放错位置或在施工时被踩下，砼截面尺寸偏小，尤其是板的厚度达不到要求，钢筋少配或误配，材料使用不当等均可引起结构不满足使用条件。
2、严重超载或使用功能改变
当结构由于不当使用造成严重超载时，容易造成结构的承载力不足，而使用功能的改变是指工业厂房由于技术改造、生产工艺改变，民用建筑由于用途的改变，如阳台要改为厨房等。
3、周围环境影响
在外部环境及使用条件下，结构材料时刻都受外部环境的侵蚀，致使材料性能恶化，达不到设计要求。如冶炼、化工等工厂的酸、碱或气体对钢筋砼或钢结构的侵蚀，高温、高湿、冻融循环、昼夜温差的变化使结构产生裂缝等。
4、地基的不均匀沉降
由于地基的不均匀沉降，引起结构承载力不足，出现裂缝等。
三、钢筋混凝土结构加固的注意事项
在对钢筋混凝土结构进行加固时，应注重以下几个方面：一是要对结构整体进行分析，不应只对单个构件进行分析，因为加固时改变了本构件的刚度，引起内力分配有变化，故应作为一个整体分析。二是对于比较复杂的结构，需要借助于仪器进行测试和测量，简单结构可以凭借目测和经验来确定结构的损坏程度。三是钢材宜选用二、三级钢，水泥要425 号以上，混凝土强度比原结构高一个等级。四是应尽量利用原结构本身仍具有的承载力，减少新加部份承担的内力和拆除原构件的工作量，同时选用技术上先进、经济合理、施工方便的加固方案。
四、梁粘钢加固设计
钢筋混凝土梁结构加固方法主要有：预应力加固法、改变受力体系法、增大截面法、增补受拉钢筋（型钢） 加固法、粘钢加固法。在此就不一一阐述，下文就粘钢加固法进行简单的讲述。粘钢加固法有粘钢板加固和粘型钢加固两种形式。
1、粘钢板加固设计
1）抗弯加固设计
钢筋混凝土梁粘钢抗弯加固，就是采用结构胶将钢板粘贴于梁的受拉一侧表面，通过结构胶的粘结力，使外贴钢板变形与梁受拉一侧的混凝土同步，从而使外贴钢板与梁内原有受拉钢筋协同工作，相当于增加了梁的配筋，提高梁的抗弯能力。外粘钢板加固混凝土梁能显著提高梁的抗弯刚度，减少裂缝的扩展和结构变形，并能适度提高构件的极限抗弯能力。在加固设计中，一个值得注意问题是：粘钢板的数量必须控制在最大配筋率的范围之内，不能出现超筋破坏。在承载力极限状态下，粘钢梁呈现出两种破坏形态，即弯曲型破坏和剪切剥离型破坏。弯曲型破坏是加固梁的理想破坏形态，表现为钢筋、钢板屈服，混凝土压碎，钢板、胶层和混凝土之间无剥离现象，属延性破坏。剪切剥离型破坏表现为在混凝土和钢板之间发生剪切破坏，引起混凝土保护层撕开。胶与混凝土或钢板之间的剥离在破坏前无任何迹象，胶层也没有开裂现象，钢筋和钢板未屈服，呈现为突发性的脆性破坏。影响粘钢梁破坏形态的主要因素有：一是钢板的宽厚比。大量的试验表明，宽厚比大于50 时，粘钢梁的破坏是弯曲型的延性破坏。对于一般尺寸的梁，钢板厚度在6mm 时，破坏常常是剪切剥离型的。二是胶层的厚度。在适当范围内，胶层厚度薄，加固效果好。在加固施工时，115mm 是一个较可行的胶层厚度。三是锚固长度。在加固点以外，须有一定的锚固长度来满足钢板的锚固要求，避免钢板剥离。四是锚固方式。纯粹的胶粘锚固有时不能满足锚固要求，常常铺以植筋锚固或胶粘U 型板锚固，具体锚固措施对极限承载力和破坏方式有很大影响。使用植筋并不能阻止脱胶，但可以避免板完全剥离发生。另外，与等厚度钢板梁相比，粘变厚度钢板和几层钢板复粘承載力几乎没有增长。
对于粘钢加固梁，在适筋条件下，虽然加固梁钢板比原钢筋有应力滞后的情况，但在破坏时，钢板一般均能达到屈服强度。在粘结锚固满足时，粘钢加固梁的受弯承载力计算可按照现行国家标准进行梁的受弯承载力计算。
2）粘钢加固梁抗剪承载力计算
当构件斜截面抗剪承载力不足时，可采用粘钢板加固，加固的方式有钢围套加固、粘U 型钢板箍加固、粘翼板加固和粘钢板条加固 。其中，使用围套加固的梁（外包整个剪切区）强度提高最大，且破坏形式为弯曲型。使用U 型箍、钢板条和翼板加固的梁虽可提高斜截面抗剪承载力，但其破坏型式常常是混凝土表面撕裂的脆性破坏。国内常采用粘贴并联U 型箍板进行加固，其斜截面受剪承载力按下式计算：
式中：V 为斜截面剪力设计值；V0 为原构件斜截面受剪承载力设计值；
Aa1 为单肢箍板截面面积；S为箍板轴线间距；Lu 为箍板的高度。
同时，必须满足以下条件：Lu/ S ≥115
2、粘结型钢加固设计
在加固过程中，如果要求大幅提高设计荷载，大幅提高构件的承载能力，粘钢加固往往很难满足要求。因为在已有的钢筋混凝土梁上大量粘钢板，有可能出现超筋，这在工程上是不允许的，这时采用粘型钢加固就是一种有效的方法。粘型钢加固就是在梁的受拉边粘结型钢，使型钢和混凝土共同承受外荷载。粘结的型钢可采用工字钢或组合型钢。为保证型钢和混凝土共同工作，除保证结构胶的粘结外，主要通过箍板与植筋锚固的方式，以防止型钢和混凝土之间的剪切滑移破坏。在梁底粘贴型钢加固，可大幅度提高梁的极限承载能力，还能显著地提高梁的刚度，减小梁的变形。加固后，型钢主要受拉，混凝土受压，有效地限制混凝土的裂缝开展，提高了混凝土的耐久性。加固梁塑性设计时的基本假定为：加固梁的轴向应变符合平截面假定；极限状态时，受压区混凝土达到弯曲抗压强度设计值；不考虑受拉区混凝土的作用。
五、结束语
混凝土结构的加固方法多种多样，但考虑到在原构件上作加固，混凝土和钢筋应力都与原构件的混凝土和钢筋应力不同步，混凝土应力超前，钢筋应力滞后，因此在加固时，要做好原钢筋的应力控制，重点是要做好构件的构造处理，以尽量使原构件和加固部份协同工作。
关键词：钢筋混凝土、梁结构、加固、设计
一、前言
随着工业的发展以及工艺的不断改革，往往需要对原有的建筑体进行改造加固，或者由于钢筋混凝土构件遭到严重腐蚀，需要对结构构件本身进行加固，以直接提高它的抗力和刚度。一些新建和在建的工程，由于设计或施工不当等因素，有些工程面临功能改变，荷载增加，提高建筑物的抗震设防等级，减小构件过大的变形等等，这些都需要对结构进行加固。通过这些加固措施，可以使企业降低成本，提高经济效益。目前，使用建筑结构胶在混凝土表面粘结钢板来加固混凝土结构，可以改善结构在使用荷载下的运行状况和提高承载力，是目前较为普遍的一种简便而行之有效的加固方法。
二、引起梁结构问题的原因
当梁板结构构件由于挠度偏大，裂缝宽度过宽、过长，钢筋严重锈蚀，受压区砼压碎等情况时，需要加固。而引起这些问题的原因主要有以下几种：
1、设计、施工方面
由于设计时荷载未考虑周全，计算模型、计算简图有误，计算公式运用不符合应用该公式的条件，尤其是现在应用计算机计算时，数据输入有误等。施工时砼强度达不到设计要求，负筋放错位置或在施工时被踩下，砼截面尺寸偏小，尤其是板的厚度达不到要求，钢筋少配或误配，材料使用不当等均可引起结构不满足使用条件。
2、严重超载或使用功能改变
当结构由于不当使用造成严重超载时，容易造成结构的承载力不足，而使用功能的改变是指工业厂房由于技术改造、生产工艺改变，民用建筑由于用途的改变，如阳台要改为厨房等。
3、周围环境影响
在外部环境及使用条件下，结构材料时刻都受外部环境的侵蚀，致使材料性能恶化，达不到设计要求。如冶炼、化工等工厂的酸、碱或气体对钢筋砼或钢结构的侵蚀，高温、高湿、冻融循环、昼夜温差的变化使结构产生裂缝等。
4、地基的不均匀沉降
由于地基的不均匀沉降，引起结构承载力不足，出现裂缝等。
三、钢筋混凝土结构加固的注意事项
在对钢筋混凝土结构进行加固时，应注重以下几个方面：一是要对结构整体进行分析，不应只对单个构件进行分析，因为加固时改变了本构件的刚度，引起内力分配有变化，故应作为一个整体分析。二是对于比较复杂的结构，需要借助于仪器进行测试和测量，简单结构可以凭借目测和经验来确定结构的损坏程度。三是钢材宜选用二、三级钢，水泥要425 号以上，混凝土强度比原结构高一个等级。四是应尽量利用原结构本身仍具有的承载力，减少新加部份承担的内力和拆除原构件的工作量，同时选用技术上先进、经济合理、施工方便的加固方案。
四、梁粘钢加固设计
钢筋混凝土梁结构加固方法主要有：预应力加固法、改变受力体系法、增大截面法、增补受拉钢筋（型钢） 加固法、粘钢加固法。在此就不一一阐述，下文就粘钢加固法进行简单的讲述。粘钢加固法有粘钢板加固和粘型钢加固两种形式。
1、粘钢板加固设计
1）抗弯加固设计
钢筋混凝土梁粘钢抗弯加固，就是采用结构胶将钢板粘贴于梁的受拉一侧表面，通过结构胶的粘结力，使外贴钢板变形与梁受拉一侧的混凝土同步，从而使外贴钢板与梁内原有受拉钢筋协同工作，相当于增加了梁的配筋，提高梁的抗弯能力。外粘钢板加固混凝土梁能显著提高梁的抗弯刚度，减少裂缝的扩展和结构变形，并能适度提高构件的极限抗弯能力。在加固设计中，一个值得注意问题是：粘钢板的数量必须控制在最大配筋率的范围之内，不能出现超筋破坏。在承载力极限状态下，粘钢梁呈现出两种破坏形态，即弯曲型破坏和剪切剥离型破坏。弯曲型破坏是加固梁的理想破坏形态，表现为钢筋、钢板屈服，混凝土压碎，钢板、胶层和混凝土之间无剥离现象，属延性破坏。剪切剥离型破坏表现为在混凝土和钢板之间发生剪切破坏，引起混凝土保护层撕开。胶与混凝土或钢板之间的剥离在破坏前无任何迹象，胶层也没有开裂现象，钢筋和钢板未屈服，呈现为突发性的脆性破坏。影响粘钢梁破坏形态的主要因素有：一是钢板的宽厚比。大量的试验表明，宽厚比大于50 时，粘钢梁的破坏是弯曲型的延性破坏。对于一般尺寸的梁，钢板厚度在6mm 时，破坏常常是剪切剥离型的。二是胶层的厚度。在适当范围内，胶层厚度薄，加固效果好。在加固施工时，115mm 是一个较可行的胶层厚度。三是锚固长度。在加固点以外，须有一定的锚固长度来满足钢板的锚固要求，避免钢板剥离。四是锚固方式。纯粹的胶粘锚固有时不能满足锚固要求，常常铺以植筋锚固或胶粘U 型板锚固，具体锚固措施对极限承载力和破坏方式有很大影响。使用植筋并不能阻止脱胶，但可以避免板完全剥离发生。另外，与等厚度钢板梁相比，粘变厚度钢板和几层钢板复粘承載力几乎没有增长。
对于粘钢加固梁，在适筋条件下，虽然加固梁钢板比原钢筋有应力滞后的情况，但在破坏时，钢板一般均能达到屈服强度。在粘结锚固满足时，粘钢加固梁的受弯承载力计算可按照现行国家标准进行梁的受弯承载力计算。
2）粘钢加固梁抗剪承载力计算
当构件斜截面抗剪承载力不足时，可采用粘钢板加固，加固的方式有钢围套加固、粘U 型钢板箍加固、粘翼板加固和粘钢板条加固 。其中，使用围套加固的梁（外包整个剪切区）强度提高最大，且破坏形式为弯曲型。使用U 型箍、钢板条和翼板加固的梁虽可提高斜截面抗剪承载力，但其破坏型式常常是混凝土表面撕裂的脆性破坏。国内常采用粘贴并联U 型箍板进行加固，其斜截面受剪承载力按下式计算：
式中：V 为斜截面剪力设计值；V0 为原构件斜截面受剪承载力设计值；
Aa1 为单肢箍板截面面积；S为箍板轴线间距；Lu 为箍板的高度。
同时，必须满足以下条件：Lu/ S ≥115
2、粘结型钢加固设计
在加固过程中，如果要求大幅提高设计荷载，大幅提高构件的承载能力，粘钢加固往往很难满足要求。因为在已有的钢筋混凝土梁上大量粘钢板，有可能出现超筋，这在工程上是不允许的，这时采用粘型钢加固就是一种有效的方法。粘型钢加固就是在梁的受拉边粘结型钢，使型钢和混凝土共同承受外荷载。粘结的型钢可采用工字钢或组合型钢。为保证型钢和混凝土共同工作，除保证结构胶的粘结外，主要通过箍板与植筋锚固的方式，以防止型钢和混凝土之间的剪切滑移破坏。在梁底粘贴型钢加固，可大幅度提高梁的极限承载能力，还能显著地提高梁的刚度，减小梁的变形。加固后，型钢主要受拉，混凝土受压，有效地限制混凝土的裂缝开展，提高了混凝土的耐久性。加固梁塑性设计时的基本假定为：加固梁的轴向应变符合平截面假定；极限状态时，受压区混凝土达到弯曲抗压强度设计值；不考虑受拉区混凝土的作用。
五、结束语
混凝土结构的加固方法多种多样，但考虑到在原构件上作加固，混凝土和钢筋应力都与原构件的混凝土和钢筋应力不同步，混凝土应力超前，钢筋应力滞后，因此在加固时，要做好原钢筋的应力控制，重点是要做好构件的构造处理，以尽量使原构件和加固部份协同工作。