基于新天地8号高层建筑结构改造加固优化设计研究

'◎申请同济大学工学硕士学位论文新天地8号高层建筑结构改造加固优化设计研究培养单位：土木工程学院一级学科：土木工程二级学科：结构工程研究生：史先进指导教师：李思明教授二oo七年三月 摘要随着社会经济和文化的发展，越来越多不满足人们使用要求的旧建筑需要进行改造加固，改造加固的方法有很多，对这些方法研究的重点之一就是如何选择一个最优的结构加固方案。本文通过结构计算分析，对新天地8号A座高层楼盖的加固改造工程进行了优化设计研究。在国内外学者研究的基础上，根据本工程的具体情况，本文从被加固构件的安全、施工时间、施工影响大小、经济性等多方面对各种类型板块的加固方案进行了优化研究，然后采用优化后的方案进行了设计，并介绍了相关的结构加固方案实施事宜。A座高层楼盖经改造后，可分为三种加固方法：第一种是次梁被拆除后，板块受力方向发生改变的类型，利用增大截面加固法进行了设计；第二种是次梁被拆除后，板仅能承受自重和部分活载，利用了粘贴碳纤维加固法进行了设计；第三种是因净空要求必须降低次梁截面高度的情况，对这种次梁采用的是拆除重浇的改造方法。最后，对本文的研究进行了总结，并对有关于进一步工作的内容进行了简要的讨论。关键词：高层建筑，改造加固，优化设计，增大截面，粘贴碳纤维 AbstractABSTRACTAlongwiththedovelopmentofthosooialeconomyand砌tl∽．moreandInoFcold咖ctllresthatnolongermeetthedemandsofpeopleneedalterationwork．Therea∞lotsofmethodstodothealterationands仃engtheningwork,andOnCof曲峙keypointsofstudythesemethodsishowtochoosemoptimtml．Throughanalysisandcalculation,alloptimizationforfloordesignofthetowerAofthetowerNo．8inXinTianDiisproposedinthispaper．BasedOnlllcstudiesofexpertsfromabroadandathomc,∞Qordingtothespec墒coonditionoftI”c,onQernedprojc鸭asolutionoptimizationforslabstrengtheningofallkindsismadeinthispaper,fromthe嬲pec拓ofdegreeofsafe哆ofthes仃engm吼edmembers，oonstr眦tionsohed,le，influenoeofoong岫尬ti∞，eoonomyandSOon,followedbyadesigninvolvingtheoptimizedsolution,ande,crt,ainrelatedoo越huctionnotes．Aftcralterationwork．theremightbethreestrengtheningmethodsforthefloorsofItigh-fiseA：firstonc，incrcas抽gseotionmethodisadoptedfordesign,fortheOItSCSthattheloadingdiljcctionofslabohangcsafterthedemolitionofsooondatybeams；secondonc,fastonedcarbonfibermethodisbroughtinfortheoasesthattheslabgcmonlyk盯dcadwcightandpartialliveloadatterthedemolitionofsccondarybeams；thethird,rclnovcandrccastforthosethatthe,tcpthofsccondarybeamsmustbc伸(1uccdfortheclcarheightdemand．Inthefimlity,abriel"di∞ussionismdconthefurthal"workdirection．KeyWords：highbuilding,删响凤optimizationfordesign,increasingsection,fastenedoarbonfibefⅡ 学位论文版权使用授权书本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。学位论文作者签名：老芝逸钟弓月厶日经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。指导教师签名：年月日学位论文作者签名：翌无泣刎年≥月20Et 同济大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。签名：羟艺迎啪年；月 第1章绪论1．1引言世界经济发达国家的工程建设大体上都经历了三个时期：一是大规模的新建阶段；二是新建与维修改造并举阶段；三是除部分新建外，重点转向旧建筑物的维修与改造阶段【l】。20世纪70年代以来，世界建筑维修改造业的发展速度开始加快，各国相应加大了建筑物维修改造的投资比例，行业规模迅速扩大。我国自改革开放以来，特别是进入20世纪90年以来，随着社会与经济的发展，国家建筑工程开始了大规模的新建。在这十几年间，上海的建筑物像雨后春笋一样涌现，城市面貌发生了翻天覆地的变化。随着时间的流逝，房屋在使用环境中不利因素的长期作用下，其性能会慢慢衰退。我国在大规模建设时期，由于相关规范不够健全，有些建筑施工管理比较混乱，施工质量较差，这些问题在潜伏了20～30年后，现在开始慢慢暴露出来。另外，随着社会经济和文化的发展，人们对居住、工作环境的要求也发生着变化，特别是对建筑空间、光照、通风等方面的要求更是较过去发生了很大变化，这将导致相当数量的旧建筑物相对新的标准功能而滞后；在工业建筑中，由于生产工艺和设备更新周期的缩短，也有相当数量的旧建筑物难以适应工业技术的快速发展IzJ。部分建筑物的功能滞后是社会发展、科技进步的必然结果，是任何时期都必须面对的普遍问题，其解决途径之一是对旧建筑物进行维修改造。建筑物的维修是指维持具有固定资产的建筑物简单再生产的建筑活动。建筑物的改造是指改善和提高具有固定资产的建筑物扩大再生产的建筑活动。也可以说是改善和提高已有建筑物原设计功能和标准的建筑活动【31。维修改造能够以经济的技术手段保证已有建筑物不断适应人类社会的发展，与新建建筑物相比，维修改造具有三个突出的优点：投资少，工期短，省空间。这些优点都会带来显著的经济效益，特别是时间和空间的节省，对工业和商业活动来讲，在效益方面往往起着决定性的作用。以上海为例，一般效益 第1章绪论可达30～40斜”。此外，维修改造还有其它突出的优点：节约城市用地、节省管网建设、减少建筑垃圾、延长建筑寿命等【5】。现在，上海的建筑业已经进入了第二个发展阶段，我国的其它城市也逐渐开始在进入这个阶段一新建与维修改造并举阶段，并慢慢以维修改造为主。由于我国城市建设用地比较紧张，住房问题相当突出。因此，对以前建造的占地面积大的低层房屋进行增层，对卫生设备不全或合用单元的住宅和对生产工艺和使用功能有了变更的建筑物进行改造和改建，是一个很有现实意义的课题[61。总体来说，当代城市建设发展不应“大拆大建”，而应采取更加务实的、分阶段的、小规模的渐进式改造和保护相结合的方式。今后，国家用于旧房维修改造和加固的费用会逐步增加。1．2相关问题的国内外研究概况自人类有建筑史以来，就出现了结构加固这个传统专业，但是在过去，人们习惯于把加固和维修完全等同，把加固视为修修补补，“头痛医头，脚痛医脚”，缺少系统的分析和理论探讨，因而技术水平提高不快，并没有形成一门科学。近三十年来，结构鉴定与加固改造技术在我国得以迅速发展并且初具规模，作为--I"J新的学科正逐渐形成【7l。我国对已有建筑加固的方法有很多，在上部结构中，有加大截面加固法、体外后张预应力加固法和改变结构传力体系加固法等，这些方法在我国已经长期大量使用，取得了很多成熟的经验。在传统的结构加固方法中，加大截面加固法和体外后张预应力加固法是常用的方法，已在实际工程中得到了成功的应用。但是，这两种方法存在一些不足之处，体外后张预应力加固法，锚固构造困难，旌工技术要求高、难度大，存在施工时侧向稳定问题及耐久性问题。加大截面加固法施工周期长，对环境影响大，而且增大了截面尺寸、减小了使用空间等，因此其应用有一定的局限性。从20世纪60年代开始，随着环氧树脂粘结剂的问世，一种新的加固方法—外部粘贴钢板加固法开始出现。这种加固法是用环氧树脂等粘结剂把钢板等高强度材料牢固地粘贴于被加固构件的表面，使其与被加固构件共同工作，达到补强和加固的目的。 第1章绪论20世纪末，随着国际市场纤维材料价格的大幅度降低，一种类似于粘钢加固方法的外贴纤维复合材料加固法逐渐引起工程技术人员的关注。1984年，瑞士首先开始了外贴纤维复合材料加固的实验研究，随后，各国学者开始在该领域开展了广泛的研究和应用推广工作，美国、日本等国家已经制定了外贴纤维复合材料加固的有关技术标准，我国碳纤维加固的技术标准一《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》也已经在2003年颁布实施。由于外贴加固方法具有施工周期短、对原结构影响小等优点，倍受设计者和使用者的欢迎。但是，由于外贴加固中，外贴材料与构件的结合性能是保证加固效果的关键，粘结剂性能的好坏决定了外贴加固的成功与否。由于受到粘结性能等的限制，目前外部粘贴加固还大多局限于环境湿度、温度较低的承受静力作用的构件。另外，外贴材料与被加固构件之间的粘结锚固性能和锚固破坏机理、加固构件的耐久性及耐高温性能、加固构件的可靠性以及材料强度取值等理论问题仍在进一步研究中【8l。进入20世纪80年代，国民经济开始高速增长，一些旧建筑开始与高速发展的生产需要不相适应。一些有识之士开始对已有建筑物的诊断、修复、改造等技术进行系统的研究。近年来，投身于这一行业的人越来越多。为了统一有关技术标准，提高行业的总体水平，1990年成立了“全国建筑物鉴定与加固标准技术委员会”，已编或正在编制的各种标准达20多种，有力推动了我国加固改造行业的发展。我国已有建筑物现代加固改造技术的研究正处于全面起步阶段，发展迅速，尽管取得了一些成果，但总体水平较低，市场秩序还不太规范，缺少统一的行为准则来规范人们的业务活动。总之，与发达国家相比，我国在已有建筑物加固改造行业等方面的总体水平还不高，集中体现在以下几个方面：(1)目前，主要技术力量集中在少数专业研究院(所)，高等学校及少数大型设计院，发展不均衡，大多数企业的技术水平还不高。有的工程由于加固或改造方案选择失误，对结构整体造成了不应有的损失。(2)从事建筑物加固改造的施工单位多数是从事一般基本建设的施工队伍，或者是松散组织的临时工。操作工人对建筑物加固改造施工并不熟悉，造成工程质量低，设计意图不能完全实现，甚至违背设计意图。(3)建筑物的检测手段比较落后，也没有相应的检验标准供人们遵循。解决问题时，有的仍以经验为主进行判断，有时迫于工程需要，匆忙得出结论，3 第1章绪论增加了技术风险，有的造成失误。(4)缺少配套的施工操作规程、规范和质量验收标准，施工操作的随意性太大．特别是采用新材料、新技术时，由于没有标准的工艺做法，施工操作人员在现场进行操作，工程的质量在很大程度上取决于个体操作人员的素质和责任心，在大多数情况下很难获得最佳加固效果，最终导致工程质量低劣。(5)缺少专用的工程机具、材料。近年来，有的单位也开发了一些专用的机具、器材，但总的来说，还没有满足工程应用的需要，有的是质量不能满足要求，有的是使用不便，影响了机具、材料的推广使用。目前，我国对已有建筑物加固改造行业尚未建立起完善的管理体系，对承担项目的单位缺少恰当的资质认证办法、标准和健全的监督约束机制；对操作人员缺少技能考核制度；对投入市场的一些新型修补材料、新技术、新方法缺少有效的工程检验或质量认证办法和标准，这样，助长了一些人的投机行为，导致行业市场运行不规范【9】。1．3本课题的工程背景本课题来源于上海新天地8号A座高层建筑的结构改造加固项目。照片l新天地8号A座高层建筑外立面4 第1章绪论上海新天地8号A壅是一幢框架．核心筒结构，地下l层，地上”层。平面大致呈矩形，长29．4m，宽26．4m，总建筑面积约22110Ⅲo，其外立面见照片1。现拟对_----十三层的楼盖进行结构改造，改造前的--～--十三层平面布置示意图见图1．1，改造后的三--十三层平面布置示意图见图1．2。r：：●●。。。。。。。。。。。。。。。～图1．1改造前三～二十三层楼板平面示意图此次改造主要是改变室内建筑平面布置，相应凿去部分次梁、新建部分次梁，封堵部分楼板洞口、并在不同位置新开局部楼板洞口等。现有技术下处理这些问题有很多方法，但最经济实用的方法却只用一种，所有这些加固方法均需进行精心设计研究，本课题就是在这个基础上进行研究的。经过结构检测和计算分析，需要进行改造加固的楼盖大致可分为以下三种类型：(1)移除次梁后，传力路线发生改变，需对板块进行加固。如图1．3中的A区格，在未移除次梁前，楼板为一块单向板，其受力方向为板块的短边方向I!py向，x方向仅布置了m6@200的分布钢筋。在移除了次梁后，楼板变成了受力方向为x向的单向板，如利用原来板内十6@200的分布钢筋作为受力钢筋是不满足5酉¨：蚓旧*===i=|[=一 第1章绪论承载力要求的，需进行加固。加固方法初步定为粘贴碳纤维法、粘贴钢板加固法、增大截面加固法等方法中的一种。最佳方案的选定将会在以后的章节中进行论述。(2)移除次梁后，虽然与改造前一样都同属于双向板，但因其跨度变大，荷载重新分配，从而使得板底正弯矩和板顶负弯矩均显著增大，板块的受力钢筋出现不足，需进行加固，如图1．3中的B区格。(3)在原楼板结构中的C区格，因净空要求，次梁必须移除或者把截面降低到一定高度。次梁两边楼板区格中的受力钢筋是断开的，是分别锚固于次梁中的。此时，如果把次梁完全敲掉，一是将会造成两边板块的不连续，另外，两侧楼板的钢筋数量和间距也不尽相同，因此两侧钢筋就不能一一对齐，如果把梁敲掉的话，可能会使得断开的钢筋搭接长度不足，出现安全隐患。二是会出现象B区格楼板那样的情况，即楼板跨度变大，正负弯矩均变大，这样反而会在加固楼板上的造价偏大。所以，对于这样的楼板区格，初步设计把原次梁从普通梁改造为宽扁梁。IP～一一：}：：-。"llI‘i{ll{lll}；}l}=：土=：{：i：图1．2改造后----十三层楼板平面示意图6 第1章绪论●y——————-———一一L—L团心堵的％有垌口E羽*张69艘El蜀双l黑离*螺图1．3-_--十三层楼板改造加固方法示意图此次加固工程的特点是：加固规模大(共21层楼板)，重复性强(21层楼板的楼盖布置基本相同，相当于一个标准层)。从这个意义上来讲，即使对一个小板块进行优化设计只能带来较小的经济效益，但对于整幢房屋来讲，它的经济效益就会是非常巨大的。因此，对本工程加固方法的优化设计研究是非常有意义的，也是非常有必要的。1．4本文研究的主要内容作者根据已有的结构鉴定加固方面的理论、规范、文献，结合上海新天地8号丽晶苑A座高层建筑结构改造项目提出多种加固方案，然后进行计算分析和比较，从中选出最佳方案，同时得出一些有益的结论，希望能对今后同类建筑物的改造和加固起到一定的借鉴作用。本文的具体内容包括以下几个部分：7 第1章绪论(1)对钢筋混凝土构件的常用结构加固方法、基本原理及一般原则进行了探讨，介绍了各种加固方法的适用范围和各自的优缺点等；(2)对A区格这种移除次粱后，传力路线发生改变的楼板加固方案进行了比较选择，确定了此类楼板的最优加固方案为增大截面加固法，然后对此种加固方法进行了设计，并对加固方案具体实施中的有关问题做了说明；(3)对B区格这种传力路线虽没改变，但经改造后受力钢筋出现不足的楼板加固方案进行了比较选择，确定了此类楼板的最优加固方案为粘贴碳纤维加固法，然后对粘贴碳纤维加固法进行了计算和分析；(4)对c区格这种需要把次梁降低截面高度的改造方案进行了比较选择，最终确定需拆除重浇该次梁，本文着重对拆除重浇所面临的植筋锚固问题进行了研究；(5)对本文的分析研究工作进行了总结，并对后续研究工作进行了展望。8 第2章钢筋混凝土构件的加固方法、基本原理及原则2．1概述建筑结构需要进行加固和改造的原因有很多，归纳起来主要有：(1)由于错误的设计、低劣的施工、不适当的使用等原因使建筑物不能满足正常使用，甚至濒临破坏。常见的设计错误有设计概念错误和设计计算错误两类。前者如未在拱结构的两端设计抵抗水平推力的构件；按桁架设计计算的构件，荷载没有作用在节点上而作用在节间。后者如计算时漏掉了主要荷载；计算公式的运用不符合该公式的条件，或者计算参数的选用有误等。常见的施工质量事故有悬挑板的负筋位置不对或在施工过程中被踩下；使用了过期的水泥或混凝土配合比不对导致混凝土强度等级大大低于设计要求；使用了劣质钢筋等。常见的使用不当有任意变更使用用途导致使用荷载大大超载；工业建筑的屋面积灰荷载长期没有清理等【lo】。上述原因引起的工程事故只要尚未引起建筑物的倒塌，均可以通过加固使建筑物安全、正常地使用。(2)在恶劣环境下长期使用，使材料的性能恶化。在长期的外部环境及使用环境条件下，结构材料每时每刻都受到外部介质的侵蚀，导致材料状况恶化。外部环境对工程结构材料的侵蚀主要有以下三类：一是化学作用，如化工车间的酸、碱气体或液体对钢结构或混凝土结构的侵蚀；二是物理作用，如高温、高湿、冻融循环、昼夜温差的变化等，使结构产生裂缝；三是生物作用，如微生物、细菌使木材逐渐腐朽等。在上述自然因素的长期作用下，结构的功能逐渐下降，当达到一定期限以后，就有对结构进行加固的必要ll“。(3)结构使用要求和设计标准的变化。厂房因生产工艺的改变需增添或更新设备，民用建筑的加层或功能的改变，而需要取消或增加某些结构构件，使得结构的传力路线发生改变。所有这些，9 第2章钢筋混凝土构件的加固方法、基本原理及原则都必须进行补强加固，才能保证构件的安全使用[121。随着科学技术的进步以及人们对事物认识的不断深化，建筑设计规范也需不断的进行修订以满足需要，我国早期的规范采用的是低安全度设计原则，随着以后设计规范的修订，设计标准的提高，按照现行标准设计的结构将不能满足今后设计标准的要求。(4)地震、火灾及爆炸等灾害的发生。当结构遭受地震、火灾及爆炸等灾害后，部分构件会产生不同程度的损坏，为了确保灾后建筑结构的安全使用，就必须对结构进行加固。2．2钢筋混凝土构件的基本加固方法加固设计与原设计的最大区别在于其受到原构件的制约，加固方案的选择除了考虑安全和经济因素之外，更要考虑构件的实际受力情况、周围环境、施工的可能性等。同一种方法可能对某些结构形式特别适用，而对其它结构不一定适用，或对这个工程比较适用，而对那个工程就不很有效。现在，对钢筋混凝土构件的加固方法很多，常用的有粘贴钢板加固法、粘贴碳纤维加固法、增大截面加固法、增补受拉钢筋加固法、外包钢加固法、预应力加固法、增设支点加固法等‘”1，分别适用于不同情况，见表2．1。表2．1混凝土结构常用加固方法的特点及适用范围加固方法主要特点适用范围国际上较先进的加固方法。简单，快速，对正常环境下的一般受弯、受粘贴钢板加固法生产和生活影响很小拉构件，及中轻级吊车梁传统加固方法。以同种材料增大构件截面面增大截面加固法粱，板、柱、墙等一般结构积，提高结构承载力截面尺寸和外观影响很小，承载能力提高较外包钢加固法大，施工简便，现场工作量较小，受力较为大型结构及大跨结构可靠卸荷、加固及改变受力三者合而为一的加固预应力加固法方法．承载力、抗裂性及剐度可同时得以提大型结构及大跨结构高增设支承点，减小结构跨度和内力，相应提增设支点加固法粱、板及桁架等高结构总体承载能力以下将简要介绍一下这些加固方法【14l。10 第2章钢筋混凝土构件的加固方法、基本原理及原则2．2．1粘贴钢板加固法粘钢加固法是在混凝土构件表面用特制的建筑结构胶粘贴钢板，以提高结构承载力的一种加固方法。该法始于60年代，优点是简单、快速，不影响结构外形，施工时对生产和生活影响较小，在国际上它是一种适用面较广的先进加固方法，不仅在建筑，而且在公路桥梁上也普遍采用。粘贴钢板加固法在加固、修复结构工程中的应用发展较快，将钢板粘贴在混凝土受拉区，对提高构件的抗拉强度和弯曲抗拉强度有特别显著的效果。目前，该方法已趋于成熟，美国已制定了建筑结构胶的施工规范，日本有建筑胶粘剂质量检验标准，我国也已将此加固方法编入《混凝土结构加固技术规范》中。粘贴钢板加固法能够受到工程技术人员的兴趣和重视，是因为它有传统的加固方法不可取代的如下优点：(1)胶粘剂硬化时间快，工期短。因此，构件加固时不必停产或少停产。(2)工艺简单，施工方便，可以不动明火，能解决防火要求高的车间构件的加固问题。(3)胶粘剂的粘结强度高于混凝土、石材等，可以使加固体与原构件形成一个良好的整体。受力较均匀，不会在混凝土中产生应力集中现象。(4)粘贴钢板所占的空间小，几乎不增加被加固构件的断面尺寸和重量，不影响房屋的使用净空，不改变构件的外形。但是，由于结构胶试验不够全面，粘钢加固目前主要还局限于承受静力作用的一般受弯及受拉构件的加固，且环境温度不超过60℃及相对湿度较小的地区。对于常年相对湿度大于70％的使用条件，须有可靠的防护措施。不过，胶种发展很快，新近已研制出了水下胶及耐高温(100～200℃)胶等系列胶种。试验研究表明，单纯以胶粘结钢板加固的梁或板，抗疲劳性能不够理想，若附加膨胀螺栓等辅助锚固措施，可有效解决这类问题。外部粘钢加固，由于推广应用时间不长(近20年)，其长期抗老化性能尚待考验11】。2．2．2粘贴碳纤维加固法当前在工程结构加固改造市场上，最热门的加固技术莫过于碳纤维织物的粘贴加固。粘贴碳纤维加固法(oarbonfiberreinforcedpolymer,CFRP)，是把碳纤维材料用含浸树脂系粘贴剂叠合在混凝土构件的受拉部位，使之与基体合为11 第2章钢筋混凝土构件的加固方法、基本原理及原则一体，从而提高结构构件的承载力，减少构件的变形和控制结构裂缝扩大的一种加固方法【”】。粘贴碳纤维加固方法与其它加固方法相比，具有以下优点：(1)具有很高的材料抗拉强度，且自重小，即比强度高。如用纤维复合材料对房屋结构进行加固，可基本不考虑纤维复合材料对原结构附加的荷载。(2)具有很高的比刚度(弹性模量与密度之比)。高弹模碳纤维的弹性模量可达到钢材的2～3倍，弹性变形能力强。(3)抗腐蚀性能和耐久性好。建筑工程用的碳纤维复合材料不仅能经得起水泥碱性的腐蚀，而且当应用于经常受盐害侵蚀等腐蚀性环境时，其寿命也较长，有很好的防水效果，能抑制混凝土的劣化和钢筋的锈蚀。(4)抗疲劳能力强。在纤维方向加载时，在很高的应力水平上，碳纤维材料对拉伸疲劳损伤仍不敏感，与普通钢筋混凝土相比，粘贴碳纤维加固混凝土的抗疲劳性能有了很大的提高。实验研究发现，粘贴碳纤维加固混凝土经过一定次数的疲劳循环荷载，荐进行静载强度、挠度实验，与未经历疲劳循环荷载的对比试件相比，其强度及延性指标并没有显示出有所降低。(5)其它优点。比如说，施工过程简便，快捷；结构外观和尺寸不会出现明显变化等。粘贴碳纤维法虽然有很多的优点，但是它也有一些难以控制的弱点，最主要的是在加固设计时，很难评估火灾、人为破坏或其它意外事故对这种材料可能产生的风险。因此，在美、英和瑞士等国的设计指南中均规定：采用碳纤维加固的原结构、构件应具有承受自重及少量活荷载的能力，亦即加固部分的破坏仅降低结构整体的安全度，而不会导致原结构、构件的倒塌116J。因此，这种材料仅适宜于下列工程的加固：(1)被加固的原结构、构件基本完好，但需增大其承受活荷载的能力；(2)因设计或施工错误，原结构、构件少配了部分受拉钢筋或箍筋需要补强；(3)用以增强原结构构件的抗震能力；(4)用于有腐蚀性介质的场所加固。当遇到下列情况时，均不应采用外贴碳纤维加固混凝土结构，而应改用其它加固技术哺】：(1)原结构、构件的截面设计已达到最大配筋率(加固无效)。12 第2章钢筋混凝土构件的加固方法、基本原理及原则(2)原结构、构件的挠度过大(修复无效)。(3)原结构、构件已断裂(承载功能难以通过粘贴碳纤维材料而得到全面恢复，易因受到意外作用而危及安全)。(4)原结构、构件实测的混凝土强度等级，对重要结构低于C20：对一般结构低于C15(剥离风险大)。(5)火灾危险性高而又缺乏可靠的防火保护层时。2．2．3增大截面加固法增大截面加固法【l】，顾名思义，是采用钢筋混凝土或钢筋网砂浆层，来增大原混凝土结构的截面面积，达到提高结构承载能力的目的。在我国，加大截面法是一种传统的加固方法，优点是工艺简单，适用面广，可广泛用于一般梁、柱、板、墙等混凝土结构的加固，缺点是现场湿作业工作量大，养护时间长，对生产和生活有一定的影响，截面增大对结构外观及房屋净空也有一定的影响。增大截面法的加固效果与原结构在加固时的应力水平，结合面构造处理，施工工艺，材料性能，以及加固时是否卸载等因素直接相关。混凝土梁(板)当其承载力相差较大且剐度也不能满足要求时，采用增大截面来加固较为有效。梁、板采用加大截面法加固时，可根据原构件的受力性质、构造特点和现场条件选用三面加厚、两面加厚、单面加厚等构造形式。在连续梁(板)的全长上部补浇混凝土时，后补浇的混凝土在跨中处于受压区，而在支座却处在受拉。当在梁、板下面加厚时，情况正好相反。补浇的混凝土处在受拉区，它对补加的钢筋起到粘结和保护的作用；补浇的混凝土处在受压区时，增加了构件的有效高度，从而提高了构件的抗弯、抗剪承载力，增加了构件的刚度，因此较有效地发挥了后浇混凝土层的作用，其加固的效果是很显著的。在实际工程中，在受拉区补浇混凝土层的情况是比较多的。2．2．4增补受拉钢筋加固法增补受拉钢筋法【”l，是指在梁受力较大区段补加受拉钢筋，以提高梁承载能力的加固方法。增补钢筋与原梁之间的连接方法有全焊接法、半焊接法和粘结法三种。全13 第2章钢筋混凝土构件的加固方法、基本原理及原则焊接法是指把增补筋直接焊接在梁的原筋上，以后不再补浇混凝土作为粘结保护，即增补筋是在裸露条件下，依靠焊接参与原梁的工作；半焊接法是指增补筋焊接在梁中原筋上后，再补浇或喷射一层细石混凝土进行粘结和保护。这样增补筋既受焊点锚固，又受混凝土粘结力的固结，使增补筋的受力特征与原筋相近，受力较为可靠；粘结法是指增补筋是完全依靠后浇混凝土的粘结力来参与原梁的工作。2．2．5外包钢加固法外包钢加固法【17】是以型钢(一般为角钢)外包于构件四角(或两角)的加固方法。在我国，外包钢加固法也是一种使用面较广的传统加固方法，优点是施工简便，现场工作量小，受力较为可靠。适用于使用上不允许增大原构件截面尺寸，却又要求大幅度地提高截面承载能力的混凝土结构加固或砌体结构加固。外包钢加固分湿式和干式两种情况。湿式外包钢加固，外包型钢与构件之间是采用乳胶水泥粘贴或环氧树脂化学灌浆等方法粘结，以使型钢架与原构件能整体工作受力；干式外包钢加固，外包型钢与原构件之间无任何粘结，有时虽填有水泥砂浆，但并不能确保结合面剪力和拉力的有效传递，外包钢架与原构件不能整体工作，彼此只能单独受力。与湿式外包钢相比，干式外包钢施工更为简便，但承载能力提高不如湿式外包钢有效。2．2．6预应力加固法预应力加固法【”1是采用外加预应力钢拉杆或型钢撑杆对结构构件或整体进行加固的方法，特点是通过预应力手段强迫后加部分一拉杆或撑杆受力，改变原结构内力分布并降低原结构应力水平，致使一般加固结构中所特有的应力应变滞后现象得以完全消除，因此后加部分与原结构能较好的共同工作，结构的总体承载力可显著提高。预应力加固法具有加固、卸荷、改变结构内力的三重效果，适用于大跨结构加固，以及采用一般方法无法加固或加固效果很不理想的较高应力应变状态下的大型结构加固。预应力法加固按加固对象的不同，分为预应力拉杆加固及预应力撑杆加固。预应力拉杆加固主要用于一般梁板结构、框架结构、桁架结构、网架结构及大14 第2章钢筋混凝土构件的加固方法、基本原理及原则偏心受压结构；预应力撑杆加固主要用于轴心受压及小偏心受压框架柱。∥[二二武口．，．(b)图2．1预应力拉杆布置方式及反向内力预应力拉杆加固根据加固目的及被加固结构受力要求的不同又分为水平式(或直线式)、下撑式(或折线式)及混合式等几种拉杆布置方式(图2．1)。对于梁，水平式拉杆适用于正截面受弯承载能力不足的加固(图2．1．a)，下撑式拉杆适用于斜截面受剪承载力及正截面受弯承载力均不足以及连续梁的加固(图2．1．b)，混合式拉杆适用于正截面受弯承载力严重不足而斜截面受剪承载力略为不足的加固(图2．1．c)。对于桁架，水平式拉杆主要用于下弦杆受拉承载力不足的加固，下撑式拉杆适用于跨中下弦杆及端腹杆受拉承载力不足的加固。混合式拉杆适用于下弦杆承载力较端腹杆承载力更严重不足的加固。对于框架、钢架、连续粱等，主要采用与结构弯矩图相应的连续折线式拉杆布置方案。预应力撑杆加固按被加固柱受力要求的不同又分为双侧撑杆加固及单侧撑杆加固。双侧撑杆适用于轴心受压及小偏心受压柱加固，单侧撑杆适用于受压筋配筋量不足或混凝土强度过低的弯矩不变号的大偏心受压柱的加固。2．2．7增设支点加固法增设支点加固法是用增多支承点来减少结构计算跨度，达到减少结构内力和提高其承载能力的加固方法。其优点是简单可靠，缺点是使用空间会受到一定的影响。增设支点加固法适用于梁、板、桁架、网架等水平结构构件的加固。该法按支承结构的变形性能，又分为刚性支点和弹性支点两种情况。刚性支点法是通过支承结构的轴心受压或轴心受拉将荷载直接传给基础或柱子的一种加固方15礴辫甬№鼠阜早； 第2章钢筋混凝土构件的加固方法、基本原理及原则法，由于支承结构的轴向变形远远小于被加固结构的挠曲变形，对被加固的结构而言，支承结构可简化按不动支点考虑，结构受力较为明确，内力计算大为简化；弹性支点法是以支承结构的受弯或桁架作用间接传递荷载的一种加固方法，由于支承结构和被加固结构的变形属同一数量级，支承结构只能按可动点一弹性支点考虑，内力分析较为复杂。相对而言，刚性支点加固对结构承载能力提高影响较大，弹性支点加固对结构使用空间影响较小【l”。增设支点加固法支承结构所受外力，应根据被加固结构是否预加支承力，分为两种情况计算。对于有预加支承力时，支承预加力可视作外力计算，由于此力与外荷载方向相反，因此对结构内力减少较多；对于无预加力时，在正常使用工作状态下被加固结构所能传给支承结构的力，一般只是加固后使用中所增加的荷载Aq的部分荷载，对结构内力减少有限。因此，除新增荷载Aq量值较大情况外，为充分发挥支承结构潜力，提高结构加固效果，在增设支点的同时，一般都采用预加支承力或卸荷等辅助措施，尤其是弹性支点加固。2．3钢筋混凝土加固的基本原理2．3．1加固结构受力特征加固结构受力性能与一般未经加固的普通结构有较大差异。首先，加固结构属二次受力结构，加固前原结构已经载荷受力(即第一次受力)，尤其是当结构因承载力不足而进行加固时，截面应力、应变水平一般都很高。然而，新加部分在加固后并不立即分担荷载，而是在新增荷载下，即第二次加载情况下，才开始受力。这样，整个加固结构在其后的第二次载荷受力过程中，新加部分的应力、应变始终滞后于原结构的累计应力、应变，原结构的累计应力、应变值始终高于新加部分的应力、应变值，原结构达到极限状态时，新加部分的应力应变可能还很低，破坏时，新加部分可能达不到自身的极限状态，其潜力可能得不到充分发挥。其次，加固结构属二次组合结构，新旧两部分存在整体工作共同受力问题。整体工作的关键，主要取决于结合面的构造处理及施工方法。由于结合面混凝土的粘结强度一般总是远远低于混凝土本身强度，因此，在总体承载力上二次组合结构比一次整浇结构一般要低一些。加固结构受力特征的上述差异，决定了各类结构加固计算分析和构造处理，】6 第2章钢筋混凝土构件的加固方法、基本原理及原则不能完全沿用普通结构概念进行设计【2”。2．3．2加固结构共同工作问题加固结构受力时，尤其是当结构lI缶近破坏时，结合面会出现拉、压、弯、剪等复杂应力，特别是受弯或偏压构件的剪应力，有时可能是相当大的。加固结构新旧两部分整体工作的关键，主要在于结合面能否有效传递和承担这些应力，而且变形不能过大。结合面传递压力，一般不存在问题，主要是剪力和拉力。由于粘结强度低，且离散性大，结合面混凝土所具有的粘结抗剪和抗拉能力，有时远不能满足受剪和受拉承载力要求‘2“。混凝土加固结构结合面受剪承载力，根据中国建筑科学研究院结构所的试验研究，可按下式计算：fs工+o．56p,．L(2．1)式中f一结合面剪应力设计值；工一结合面混凝土抗剪强度设计值，按表2．2采用；p0一横贯结合面的剪切一摩擦筋配筋率户0一‰／缸；A一配置同一截面内箍筋各肢的全截面面积；b一截面宽度：J一箍筋的间距；f一剪切一摩擦筋抗拉强度设计值。表2．2结合面混凝土抗剪强度(N／ram2)混凝土强度等级C10C15c20C25C30C"c40C45C50c60标准值025o32039o．44o．50o．54o58o．62o．66o．73粘结抗剪设计值0．19o240．29o33037040o．43o46o49054混凝土标准值11251．702．102．502舒3．203．503．803．90410本身抗剪设计值o90l25175l∞2．102．352．602802903lO对于四面采用混凝土围套加固的粱、柱，由于配置有贯穿结合面的封闭式箍筋，且混凝土围套在结合面受力过程中，部分是以整浇混凝土形式参与抗剪和抗拉，结合面承载能力，比之于非封闭的单面或双面加固情况，要大得多，且一般都己足够【”l。17 第2章钢筋混凝土构件的加固方法、基本原理及原则式(2．1)是保证混凝土加固结构新旧两部分按整体截面共同工作的必要条件，但并非充分条件，因为，结合面混凝土的受力性能，与整体一次浇筑结构相比，总是受力上的一个薄弱环节。试验表明，即或是轴心受压，加固柱的初始纵向裂缝，也总是最先出现在结合面，致使新旧两部分过早分离而单独受力，降低了结构整体刚度。实用设计中，加固结构这一降低因素，可采用截面组合系数(或称共同工作系数)y予以考虑瞄】。根据有关试验研究，y值主要与结合面构造处理和施工做法有关。当结合面经凿毛清洁处理，或涂刷胶质界面剂处理，且贯穿结合面配有一定量的剪切一摩擦筋(板无此要求)时，或构件四面采用封闭式钢筋混凝土围套加固时，在满足式(2．1)要求的前提下，可取∥=1．0；当结合面为非封闭式光滑表面或油污浸渍表面时，取矿=0．8～0．9。2．3．3加固结构基本计算假定加固结构的承载力与新旧两部分的应力差值或应变差值直接相关，与原结构的极限变形值有关，与两部分的应力一应变关系有关。从理论上讲，只要这些关系确定，加固结构的承载能力就可以用分析的方法求解。为使分析简化，参照《混凝土结构设计规范》GBS0010．2002规定，加固结构截面承载力，可按下列基本假定进行计算分析‘24】：～(1)截面变形保持平面；(2)不考虑混凝土的抗拉强度；(3)混凝土轴心受压的应力吒与应变疋关系为抛物线，按下式计算，极限变形值取e．so=0．002a吒=【2(二勾一(兰￡。)2】Z(2．2)s,o‘o式中．，：为混凝土轴心抗压强度设计值。(4)钢筋应力吒与应变s，关系为直线和水平线之组合折线，按下式计算，受拉钢筋极限变形值取％=o．01。t-{笋箍器∞，t21‘(‘巨≥Z)(2-3) 第2章钢筋混凝土构件的加固方法、基本原理及原则式中E为钢筋弹性模量a(5)加固结构承载能力极限状态，是以截面变形达到下列情况之一时：当原混凝土或新加混凝土压应变达到混凝土极限变形值‰时；当原钢筋或新加钢筋拉应力达到钢筋的抗拉设计值工时㈣。2．3．4混凝土结构加固材料的要求为适应加固结构应力、应变滞后现象而较充分发挥后加部分的潜力，加固结构所用钢材，一般应选用比例极限变形较小的低强(I、II级)钢材；对于大型结构的预应力法加固，为减小材料用量，可采用高强钢材，但必须通过预应力手段将钢材工作应力提升到相应的水平。为提高二次组合结构结合面的粘结性能，保证新旧两部分能整体共同工作共同受力，加固结构所使用的水泥及混凝土，要求收缩性小，最好微膨胀，与原构件的粘结性好，早期强度高。对加固结构所用化学灌浆材料及粘结剂，要求粘结强度高，可灌性好，收缩性小，耐老化，无毒或低毒mJ。2．3．5卸荷对加固结构承载力的影响加固结构的新加部分，因应力、应变滞后而不能充分发挥其效能，尤其是当原结构工作的应力、应变值较高时，对于以混凝土承载力为主的受压构件和受剪构件，往往会出现原结构与后加部分先后破坏的各个击破现象，致使加固效果很不理想或根本不起作用。相反，加固时若要进行卸荷，情况则完全不同；由于应力、应变滞后现象得以降低，乃至消失，破坏时，新旧两部分就可同时进入各自的极限状态，结构总体承载力可显著提高。卸荷对加固结构承载力提高影响，主要表现在原结构第一次载荷应力、应变水平指标(如∥、屈值)的降低方面，如前所述，这对于以混凝土围套加固的受压结构及增设支点加固的受弯结构，效果特别明显。卸荷加固结构的截面承载力计算，原则上仍按二次结构进行，但当卸荷达到一定程度，可近似简化按一次受力组合结构计算，特别是以钢筋为主要承力的受拉、受弯及大偏心受压结构。卸荷可以是直接卸荷，也可以是间接卸荷。直接卸荷，是全部或部分地直19 第2章钢筋混凝土构件的加固方法、基本原理及原则接搬走作用于原结构上的可卸荷载。间接卸荷，是用反方向力施加于原结构，以抵消或降低原有作用效应。直接卸荷直观、准确，但可卸荷载有限，一般只适限于部分活荷载。间接卸荷量值无限，甚至可使作用效应出现负值。间接卸荷有楔升卸荷和顶升卸荷，前者以变形控制，误差较大；后者以力控制，较为准确。预应力加固法使加固与卸荷合而为一，是将原结构所受荷载，通过预应力手段部分地转移到新加结构上面的一种方法【2”。为保证和提高结构加固的实际效果，加固时原结构的应力水平∥=瓯／R，不得超过表2．3中的限值尾，否则必须进行卸荷加固，使∥<尾m】。表2．3必须卸荷加固的原结构应力水平指标限值鼠结构破损情况受力特征裂缝及变形在规范裂缝及变形超出允许范围之内规范规定轴心受压、偏心受压、斜截面受剪、受扭、局部095O．80受压，受弯、轴心受拉，偏心受拉1．000．902．4钢筋混凝土结构加固改造程序及原则已有建筑物的加固及改造较新建房复杂，它不仅受到建筑物原有条件的种种限制，而且这些房屋存在着各种各样的问题。这些问题的起因往往错综复杂，有的无案可查，有的相当隐蔽。另外，旧房所使用的材料因年代不同，常与现状相差很大。以上种种情况，在考虑已有建筑物鉴定、加固及改造方案时，应周密并慎之又慎，严格遵循工作程序和加固原则。对选用的方法不仅应安全可靠，而且要经济合理。2．4．I加固及改造工作程序建筑物加固或改造工作一般应遵循的程序如图2．2。l可靠性鉴定可靠性鉴定是已有建筑物加固或改造的基础。倘若结构某些部位的实际强度没有测准，个别薄弱环节未能找到，一些细部构造没有掌握，就可能使加固 第2章钢筋混凝土构件的加固方法、基本原理及原则工作事倍功半，虽经加固，但隐患仍存。对已有建筑物可靠性鉴定的步骤f冽：(1)对建筑物进行宏观调查；(2)根据现状及用户的要求，确定鉴定的项目和内容；(3)实地检测。实地检测的内容包括：结构形式、截面尺寸、受力状况、计算简图、材料强度、外观情况、裂缝位置和宽度、挠度大小、纵筋和箍筋的配置和构造以及钢筋锈蚀、混凝土碳化、地基沉降和墙面开裂等情况；(4)根据实测强度进行理论分析计算，得出该建筑物的承载指标和耐久性等级；(5)将这些指标与评定标准进行比较，得出该建筑物的可靠性鉴定结论。图2．2加固改造工作程序框图m2加固(改造)方案的选择已有建筑物加固方案的选择十分重要。加固方案的优劣，不仅影响资金的投入，更重要的是影响加固质量。譬如，对于裂缝过大，而承载力已够的构件，若采用增加纵筋的加固方法是不可取的。因为增加纵筋，不会减小已有裂缝。有效的办法是采用外加预应力法，或外加预应力支承，或改变受力体系。又如，当结构构件的承载力足够，但刚度不足时(有的厂房或民用建筑的设备层因机士卤卤由卤 第2章钢筋混凝土构件的加固方法、基本原理及原则器振动而引起工作人员的不适)。宜优先选用增设支点法或增加梁板结构构件截面尺寸，以提高其刚度和改变自振频率。再如，对于承载力不足而实际配筋已达到超筋的结构构件，继续在受拉区增配钢筋是起不到加固作用的。合理的加固方案应该达到下列要求：加固效果好，对使用功能影响小，技术可靠，施工简便，经济合理，外观整齐‘3”。3加固(改造)方案设计建筑物加固(改造)设计，包括被加固构件的承载力验算、构造处理和绘制施工图三大部分。在上述三部分工作中，更需要强调的是：在承载力计算中，应特别注意新加部分与原结构构件的协同工作问题。一般来说，新加部分的应力滞后于原结构；加固(改造)结构的构造处理不仅应满足新加构件自身的构造要求，还应考虑其与原结构构件的连接。4施工组织设计施工组织设计应充分考虑下列情况：(1)施工现场狭窄、场地拥挤；(2)受生产设备、管道和原有结构、构件的制约；(3)需在不停产或局部停产的条件下进行施工；(4)施工时，拆除和清理的工作量比较大，施工需分段、分期进行。由于大多数加固工程的施工是在负荷的情况下进行的，因此施工时的安全非常重要。其措施之一是，在施工前，尽可能卸除一部分外载，并施加预应力顶撑，以减小原构件的应力。5施工及验收施工前期，在拆除原有废旧构件或清理原有构件时，应特别注意观察是否有与原检测情况不相符的地方。工程技术人员应亲l|每现场，随时观察有无意外情况出现。如有意外，应立即停止施工，并采取妥善的处理措施。在补加加固件时，应注意新旧构件结合部位的粘结或连接质量。建筑物的加固施工应速战速决，以减少因施工给用户带来的不便和避免发生意外。加固工程竣工后，应由使用单位或其主管部门组织专业技术人员进行验收。 第2章钢筋混凝土构件的加固方法、基本原理及原则综上所述，结构可靠性鉴定，就好比医生看病一样，主要是对病态结构的病情诊断。加固方案好比处方，处方有好有坏，受主客观等多方面因素所制约。加固设计是按现行加固规范及相关标准对加固方案的深化过程。加固施工是对被加固结构按加固设计进行加固的实施过程；对于大型结构及复杂结构的加固改造，为确保质量和安全，施工前应编制施工组织设计。2．4．2加固及改造的一般原则结构加固的方法虽然有多种，但是它们共同遵循以下原则：1方案制定的总体效应原则在制定建筑物的加固方案时，除考虑可靠性鉴定结论和委托方提出的加固内容及项目外，还应考虑加固后建筑物的总体效应。例如，对房屋的某～层柱子或墙体的加固，有时会改变整个结构的动力特性，从而产生薄弱层，对抗震带来很不利的影响。再如，对楼面或屋面进行改造或维修，会使墙体、柱及地基基础等相关结构承受的荷载增加。因此，在制定加固方案时，应对建筑物总体考虑，不能采用“头痛医头，脚痛医脚”的办法‘”】。2材料的选用和取值原则(1)加固设计时，原结构的材料强度按如下规定取用：如原结构材料种类和性能与原设计一致，按原设计(规范)值取用；当原结构无材料强度资料时，可通过实测评定材料强度等级，再按现行规范取值。(2)加固材料的要求：加固用钢材一般选用I级钢或II级钢；加固用水泥宜选取普通硅酸盐水泥，强度等级不应低于32．5级；加固用混凝土的强度等级，应比原结构的混凝土强度等级提高一级，且加固上部结构构件的混凝土强度等级不应低于C20，加固混凝土中不应掺入粉煤灰、火山灰和高炉矿渣等混和材料【”J；粘结材料及化学灌浆材料的粘结强度，应高于被粘结结构混凝土的抗拉强度和抗剪强度。一般宜采用成品。当工程单位自行配制时，应进行试配，并检验其与混凝土间的粘结强度。23 第2章钢筋混凝土构件的加固方法、基本原理及原则3荷载计算原列对加固结构承受的荷载，应作实地调查进行取值。在一般情况下，当原结构系按《工业与民用建筑结构荷载规范》TJ9．74或《建筑结构荷载规范》GBJ9-87取值者，在鉴定阶段，对结构验算仍按原规范取值，如经确定需要进行加固，则加固验算应按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001相关规定进行取值。对于在现行的荷载规范《建筑结构荷载规范》GB50009-2001中未作规定的永久荷载，可根据情况进行抽样实测确定。抽样样本数不得少于5个，以其平均数的1．1倍作为其荷载标准值。对于工艺荷载和吊车荷载等，应根据使用单位提供的数据取值。4承载力验算原则在承载力验算时，结构的计算简图应根据结构的实际受力状况和结构的实际尺寸确定。构件的截面面积应采用实际有效面积，即应考虑结构的损伤、缺陷、锈蚀等不利影响。验算时，应考虑结构在加固时的实际受力程度及加固部分的应力滞后特点，以及加固部分与原结构协同工作的强度，并对加固部分的材料强度设计值进行适当的折减，还应考虑实际荷载偏心、结构变形、局部损伤、温度作用等造成的附加内力。当加固后使结构的重量增大时，尚应对相关结构及建筑物的基础进行验算m1。5与抗震设防结合的原则我国是一个多地震的国家，6度以上地震区几乎遍及全国各地。1976年以前建造的建筑物，大多没有考虑抗震设防，1989年以前的抗震规范也只是对7度以上地震区才考虑设防。为了使这些建筑物遇地震时具有相应的安全储备，在对它们做承载力和耐久性加固、处理方案时，应与抗震加固方案结合提出。6其他原则对于高温、腐蚀、冻融、振动、地基不均匀沉降等原因造成的结构损坏，应在加固设计中提出相应的处理对策，随后再进行加固。结构的加固应综合考虑其经济性，尽量不损伤原结构，并保留其有利用价值的结构构件，避免不必要的构件拆除或更换。 第2章钢筋混凝土构件的加固方法、基本原理及原则2．5本章小结本章首先对常用的混凝土加固方法进行了介绍，并给出了各种加固方法的优缺点和适用范围；然后对钢筋混凝土构件加固的基本原理，包括加固件的受力特征、新旧混凝土整体工作及基本计算假定等问题，进行了阐述；最后介绍了结构加固改造所遵循的一般程序和基本原则。 第3章A区格楼板加固优化设计3．1概述AN格楼板板顶和板底在Y方向分别布置了十10@150和+8@180的钢筋，在x方向，板底和板顶均布置y,6@200的分布钢筋，具体配筋形式见图3．1，其在总图中的位置见图1．3。现拟把次梁移除，这样的话，板就从改造前的Y方向受力变成了改造后的x方向受力，原来的受力钢筋变成了分布钢筋，原来的分布钢筋变成了受力钢筋。经计算分析发现，原来的受力钢筋作为改造的后的分布钢筋完全满足要求，但原来的分布钢筋却不能满足改造后的受力要求，因此，板底必须进行加固。图3．1A区格楼板原始配筋图3．2A区格楼板加固方案优化3．2．1方案一：外贴加固法(粘贴碳纤维或钢板加固法)当前在工程结构加固改造市场上，最热门的加固技术莫过于碳纤维织物的粘贴加固。其原因，与这种材料本身的优点，诸如：重量轻、强度高、耐酸碱、26 第3章A区格楼板加固优化设计不占有原有的建筑空间、施工简便且几乎无湿作业等等有关。因此，在各种加固改造场合中，总会有很多碳纤维加固方案竞标，即使有些工程并不适宜采用碳纤维，或是有些低档次的碳纤维及其所使用的劣质胶粘剂并不能用于承重结构，但仍然会有说客把它捧的天花乱坠。在这种情况下，很容易因使用不当，或使用了伪劣产品而造成安全事故，调查表明，这几年来，已有不少这类案例出现，其造成的损失是很难估计的。碳纤维或者钢板作为外贴加固的材料，虽然有诸多优点，但也有一些难以控制的弱点，最主要的是在加固设计时，很难评估火灾、人为破坏或其他意外事故对这种材料可能产生的风险。另外，最重要的是，现在市场上出售的结构胶质量参差不齐，不合格率较高。因此，在美、英和瑞士等国的设计指南中均规定【34l：采用粘贴碳纤维或钢板加固的原结构、构件应具有承受自重及少量活荷载的能力，亦eP；nn固部分的破坏仅降低结构整体的安全度，而不会导致原结构、构件的倒塌。另外，《混凝土结构加固设计规范》GB50367--2006明确规定，对使用胶粘方法或掺有聚合物加固的结构、构件，尚应定期检查其工作状态。第一次检查时间不应迟于lo年【351。因此，如果应用粘贴碳纤维加固法就意味着今后还要花费一部分钱和时间进行检测鉴定。因此，A区格楼板如采用粘贴碳纤维或者粘钢加固的话，如果今后房屋发生火灾，结构胶在高温下会失效，或者房屋虽没发生火灾，但结构胶随着时间的增加而老化，同样可能会失效。这些情况下，粘贴的碳纤维可能会剥落从而起不到受力作用，在这种情况下，A区格楼板极有可能会发生坍塌事故。3．2．2方案二：增大截面加固法增大截面加固法，是一种传统的加固方法，它是指在原受弯构件的上面或下面再浇一层新的混凝土和补加相应的钢筋，以提高原构件承载能力的方法。它是工程中常用的一种加固方法。增大截面加固法具有工艺简单、使用经验丰富、受力可靠、加固费用低廉等优点，很容易为人们所接受。另外，本工程A区格需加固的面积较小，因此所增加的自重也较小，几乎不对地基基础产生影响。但是，增大截面加固法也具有湿作业工作量大、养护期长等缺陷。加固构 第3章A区格楼板加固优化设计件的新加部分一般比原构件截面小，厚度仅40～60mm，采用一般支模机械振捣浇灌比较困难，质量不易保证。若采用喷射混凝土浇筑工艺，施工较为简便，混凝土质量和结合性能可显著提高。与普通混凝土相比，喷射混凝土早期强度较高，常温下一天的抗压强度可达6．o～15．OMPa；与旧混凝土的粘结强度较高，粘结抗拉强度可达1．5～2．50MPa，接近混凝土本身强度，比普通混凝土粘结强度高2～4倍。采用增大截面加固法加固A区格楼板，需对A区格板底增配钢筋网，然后喷射混凝土。喷射混凝土施工具有如下特点[71：(1)不需另设模板，对高空板底施工显得非常方便：(2)喷射混凝土对旧混凝土、坚固的岩石有着卓越的粘结力。TJ．里迪曾做过如下实验：将喷射混凝土层喷覆在混凝土板上，然后穿过粘合面钻取芯样，进行抗拉试验。结果发现，混凝土破坏往往出现在旧混凝土上；(3)喷射层的密度大，强度高，抗渗性好；(4)工艺简单，施工高速、高效；(5)可在拌合中加入速凝剂，使水泥浆在10分钟内终凝，2小时具有强度，可以大大缩短工期。所以，喷射混凝土的上述特点，可以大大降低增大截面加固法湿作业工作量大、养护期长的缺点。3．2．3方案--：预应力加固法预应力加固法(见图3．2)在基本不增加板截面高度和不影响结构使用空间的条件下，可提高梁、板的抗弯承载力和改善其在使用阶段的性能。这些优点的形成，主要是由于预应力所产生的负弯矩抵消了一部分荷载弯矩，使得梁板间距减小，裂缝宽度缩小甚至完全闭合。预应力加固法虽然具有很多优点，但是如果应用到本工程A区格楼板的加固中就显得较为繁琐。因为，为了穿预应力筋，必须在弯折点处钻约45度的斜向孔，并沿预应力筋方向凿出狭槽，放置预应力钢索，然后在狭槽内浇捣高强细石混凝土，待混凝土抗压强度达到20MPa时进行张拉，张拉达到要求后立即进行锚固。所有这些施工技术要求较高，机具操作较为复杂，锚固问题不易处理，造价也相对较高口“。另外，预应力索采用的是无粘结预应力筋，因此万一锚固 第3章A区格楼板加固优化设计处理不好而发生破坏时，结构也将会发生突然失效。3．2．4方案的确定图3．2预应力加固板示意图综上，外贴加固法虽然具有很多优点，但是如果结构胶的粘结力由于某些原因降低，甚至完全失去粘结力后，移除次梁后的A区格楼板可能会发生坍塌，这不满足粘贴碳纤维加固法或粘钢加固法的适用条件。预应力加固法施工要求较高，机具操作较为复杂，锚固问题也不好处理。而增大截面加固法，可以在板底增设钢筋网，然后喷射混凝土，喷射的新混凝土对补加的钢筋网起到粘结和保护的作用，新混凝土与旧混凝土之间的粘结较为可靠，可以很好的共同工作。经综合比较，A区格楼板选用增大截面法进行加固。3．3增大截面加固法设计3．3．1增大截面加固法的构造1加固用材料采用增大截面法加固钢筋混凝土构件时，按现场检测结果确定的原构件混凝土强度等级不应低于ClO，新浇混凝土强度等级不低于C20，且宜比原构件设计的混凝土强度等级提高一级；加固钢筋混凝土板时，新增混凝土层的最小厚度不应小于40mm。加固用的钢筋，应采用热轧钢筋。板的受力钢筋不应小于8mm，分布筋直径不应小于6mm。新增受力钢筋与原受力钢筋的净间距不应小于20mm。2新旧混凝土间连接构造29 第3章A区格楼板加固优化设计加大截面加固法在设计构造方面必须解决好新加部分与原有部分的整体工作共同受力问题。试验研究表明，加固结构在受力过程中，结合面会出现拉，压，弯，剪等各种复杂应力，其中关键是剪力和拉力。在弹性阶段，结合面的剪应力和法向拉应力主要是靠结合面两边新旧混凝土的粘结强度承担；开裂后及极限状态下，则主要是通过贯穿结合面的锚筋或锚栓所产生的被动剪切摩擦力传递。由于结合面混凝土的粘结抗剪强度及法向粘结抗拉强度远远低于混凝土本身强度，因此，结合面是加固结构受力时的薄弱环节，即使是轴心受压，破坏面也总是首先发生在结合面。因此，对结合面，从设计构造上配置足够的贯穿于结合面的剪切摩擦筋或锚固件将两部分连接起来，是确保结合面能有效传力，并使新旧两部分整体工作的关键。针对不同结构及加固方式，这一构造措施的具体作法是【13】：(1)当新加受力钢筋与原构件受力钢筋比较靠近时，可通过对焊接钢筋进行连接(图3_3)，短筋直径应不小于与之焊接的最小受力直径，长度不小于5d，间距不大于500mm。图3．3混凝土新旧部分连接构造(焊接短筋连接)图3．4混凝土新旧部分连接构造(弯起短筋焊接) 第3章A区格楼板加固优化设计露劈。图3．5混凝土新旧部分连接构造(a原箍筋上焊u形箍、b．锚接u形箍)’(2)当新加受力钢筋与原构件受力钢筋比较靠远时，可采用弯起钢筋与新旧受力钢筋焊接(图3．4)，或者采用与原构件箍筋焊接(图3．5．a)，或与原构件锚固(图3．5．b)的u形箍筋进行连接。(3)对于采用钢筋网加固的钢筋混凝土楼板，可通过设置于板中与钢筋网焊接的锚栓或锚筋进行连接(图3．6)。厍楼板图3．6混凝土新旧部分连接构造(锚栓锚固钢筋网)加大截面法中新加的受力钢筋，应根据不同情况采用相应可靠的锚固措施。3．3．2增大截面法加固楼板的计算1承载力的计算当在受拉区加固矩形截面受弯构件时，其正截面受弯承载力应按下列公式确定： 第3章A区格楼板加固优化设计吖sq‘4(％一争+‘。厶(％t一争+磊厶噎一口7)q厶bx=￡。40+吒以一局4。2a’≤xs毛％(3．1)(3．2)(3．3)式中膨一构件加固后弯矩设计值；口．一新增钢筋强度利用系数；取吒=O．95工一新增钢筋的抗拉强度设计值；4一新增受拉钢筋的截面面积；％、％。一构件加固后和加固前的截面有效高度；x一等效矩形应力图形的混凝土受压区高度，简称混凝土受压区高度；工。、磊一原钢筋的抗拉、抗压强度设计值；4。、4。一原受拉钢筋和受压钢筋的截面面积；a’一纵向受压钢筋合力点至混凝土受压区边缘的距离：岛一受压区混凝土矩形应力图的应力值与混凝土轴心抗压强度设计值的比值；当混凝土强度等级不超过C50时，取％=1．0；当混凝土强度等级为C80时，取砺=o．94；其间按线性内插法确定；Z。一原构件混凝土轴心抗压强度设计值；b—矩形截面宽度；毛一构件增大截面加固后的相对界限受压区高度。受弯构件增大截面加固后的相对界限受压区高度毛，毛2—1+aL,fy+s,1sⅢElsⅢCl=(1．6‰---一0．6)‘。32应按下列公式确定：(3．4)(3．5) 第3章A区格楼板加固优化设计‰2面而Mok(3，6)式中届—计算系数，当混凝土强度等级不超过C50时，层值取为o．8；当混凝土强度等级为C80时，尼值取为o．74，其间按线性内插法确定；‰一混凝土极限压应变，取气=0．0033；％一新增钢筋位置处，按平截面假设确定的初始应变值；当新增主筋与原主筋的连接采用短钢筋焊接时，可近似取‰=％，乞。=t；工一新增钢筋的抗拉强度设计值；^“。一加固前受弯构件验算截面上原作用的弯矩标准值；t。—加固前，在初始弯矩M。，作用下原受拉钢筋的应变值951。2A区格楼板加圈方案利用上述方法进行计算，加大截面法加固楼板方案的最终确定如图3．7所示。图3．7增大截面加固A区格楼板图 第3章A区格楼板加固优化设计3．4增大截面加固法施工工艺增大截面加固法在施工工艺方面必须保证新旧混凝土具有较高的结合强度。为达到此目的。其要点是：原构件结合面基层应坚实，表面应粗糙、清洁，新浇混凝土收缩应小，粘结性能应好，尽量采用喷射法施工。(1)原构件结合面处理凿去原构件结合面风化酥松层、碳化锈裂层及严重油污层，直至完全露出坚实基层为止，在此基础上将表面打毛，其粗糙程度越大越好，然后用水冲洗干净。对于新混凝土构件，可直接凿毛和清洁处理。(2)采用混凝土界面结合剂由于新浇混凝土与旧混凝土的结合强度很低，直接浇筑很不理想。若在浇灌新混凝土前，先涂刷一层高粘结性能的界面结合剂，随涂随浇，可使结合面混凝土的粘结抗剪强度和粘结抗拉强度接近或高于混凝土本身强度，避免结合面过早开裂破坏。界面结合剂种类很多，主要有高强度等级水泥浆、乳胶水泥浆、环氧树脂胶、YJ混凝土界面结合剂及各种建筑结构胶粘剂等。(3)采用喷射混凝土浇筑工艺。3．4．I喷射混凝土简介喷浆或喷射混凝土是用压缩空气将水泥砂浆或细石混凝土喷射到喷面上，保护、参与或替代原结构工作，以恢复或提高结构的承载力、刚度和耐久性。喷浆和喷射混凝土在建筑物加固中的应用十分广泛。它常与钢筋网、金属套箍、金属夹板、扒钉等共同使用[71。1喷射混凝土的组成材料喷射混凝土的水泥，优先选用32．5级以上的普通硅酸盐水泥，其次是矿渣硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥；砂要采用坚硬、耐久的中砂或粗砂，细度模数一般不宜大于2．5。砂太细会增大喷射的粉尘，加大收缩，产生裂缝；为防止喷射过程中堵管和减小回弹量，石子应采用坚硬、耐久的卵石或碎石，粒径不宜大于150re；若使用碱性速凝剂，石子中不得含有活性二氧化硅，以免产生碱骨料反应而引起混凝土开裂f”I。 第3章A区格楼板加固优化设计2喷射工艺按施工工艺的不同，喷射混凝土可分为干法喷射、湿法喷射和半湿法喷射三种。所谓干法喷射，是将材料干拌和后，用气压把它以悬浮状态通过软管带到喷嘴，在距喷嘴口15～30em处，将多股细水流加入料中进行混合，最后喷射到面上。在日本，为了减少喷射粉尘，在喷嘴数米处供给压力水，这样拌合的材料为干料，而喷嘴喷出的为湿料，因此这种方法称为半湿法。所谓湿法喷射，是将干料与水搅合后，用泵将湿料送至喷嘴，在喷嘴处加入速凝剂后，用气压将混凝土喷出。干法喷射具有材料输送距离长，能喷射轻型多孔集料等优点；其缺点是回弹大、粉尘较大。湿法喷射具有用水量及配合比控制较准确，材料能充分搅拌、回弹小、节约材料、粉尘较小；其缺点是输送的混合料含水量较大，因而其强度、抗渗性、抗冻性受到一定的影响。在结构的加固中，干法喷射采用的较为普遍。经综合考虑，本工程采用干法喷射工艺。3．4．2喷射混凝土施工工艺喷射混凝土的施工工艺流程见图3．8。1待喷面处理待喷面的处理是结构构件加固的关键工作。待喷面的处理包括：裂缝或空间的外形处理和病弱构造层的处理等。用喷浆修补结构裂缝和孔穴时，应将裂缝和孔穴修成“V”形，喇叭口向外，使灰浆可以顺利喷入并堆积密实。否则，砂浆往往只覆盖表面，而在裂缝和孔穴内留下隐蔽的洞穴或形成松散的堆积。当待喷面比较光滑时，则应凿成麻面，以保证新旧混凝土的粘结。结构待喷面为软弱、病弱构造时，一般应铲除至坚实的结构层为止。软弱或病弱构造如果铲除的不彻底，会造成“夹馅”，影响喷射层的粘结、耐久性和新旧结构层的共同受力。为了避免在铲除病弱结构层而削弱结构受力面所带来的安全问题，事先应根据具体情况制定施工组织计划，以确保喷射质量和安全 第3章A区格楼板加固优化设计施工。图3．8喷射混凝土施工工艺流程图2补配钢筋对于原结构内钢筋已经发生锈蚀而断面显著消减者，以及经结构评定认为应该加配钢筋的情况，可在待喷面处理之后补绑钢筋。当附着面上出现透孔现象，应注意透孔的大小，并分别作出处理。当透孔较小时(直径小于50ram)，可直接喷补；当孔洞面积较大(o．2Ⅻ一以下)时，可先绑扎m4～6的钢筋网后再喷补；对面积更大的穿透孔洞，则应采用铁皮等附着面。当喷射两层或多层配筋结构时，则外层钢筋不应正对内层钢筋，而应交错排列，或采用分次配筋，分层喷射。喷射砂浆时，钢筋网与受喷面的间距不应小于12mm；喷射混凝土时，钢筋网与受喷面间的距离不宜小于2倍的最大骨料直径。3埋设赜层厚度标志表3．1喷射混凝土一次喷射厚度一次喷射厚度(柚)喷射方向加速凝剂不加速凝剂向上50～7030～50水平70～lOO60～70向下100～150喷层厚度由计算确定，但每次不能喷得太厚。表3，1给出了一次喷射厚度的36墨舌卤 第3章A区格楼板加固优化设计标准。在喷射前应埋设喷层厚度的标志，以方便喷射施工和保证喷射质量。4喷射喷射作业时应控制：喷射角度、喷射机的使用压力、水泵控制压力(干法喷射)、喷枪与受喷面的距离等。(1)水灰比。水灰比是控制混凝土强度的关键因素。当其小于o．35时，喷射混凝土的强度会急剧降低，且喷层上出现干斑，密实性不好，粉尘大，回弹量多；当水灰比比大于o．5时，喷射面上出现流淌、下坠和滑移现象。因此，水灰比宜控制在O．4～O．5。干法喷射的水灰比是由喷射手通过调节喷枪的水门来控制的。一般以喷射层表面平整、呈油亮光泽、无干斑、不流淌为准。图3．9喷射距离与回弹量的关系(2)喷枪与受喷面距离。喷枪与受喷面之间的距离过大或过小会增加回弹量。由图3．9可见，当喷枪与受喷面距离为1m左右时，回弹量最小。当喷射裂缝、孔洞或钢丝网时，宜将距离缩小为300～700mm，以增大喷射冲击力。(3)喷射角度。当喷枪与受喷面相垂直时，回弹量最小，喷射层的密度最大。回弹量随倾角的增大而增加。(4)水泵输出压力。水泵输出压力的控制是通过水门开启的大小实现的。每lOm高程水压在管内的压力损失约o．1MPa。喷射混凝土时，喷枪水压应比气压高O．05～0．11VlPa。5养护 第3章A区格楼板加固优化设计对于喷射薄层混凝土，尤其对于砌体的喷射混凝土加固层，喷射施工完毕后，加强养护是非常必要的。第一次洒水养护一般应在喷射后l～2小时内进行，以后的洒水养护应以保持表面湿润为度。3．5本章小结本章主要处理了A区格楼板的加固问题。首先对加固方案进行了初步优化，对外贴(钢板或碳纤维)加固法、增大截面加固法、预应力加固法进行了比较，最终确定A区格楼板采用增大截面的加固方法。然后，结合具体工程根据规范和相关文献做了加固设计。最后，对适合本工程施工的喷射混凝土方法做了一般性的介绍。 第4章B区格楼板加固优化设计4．1概述在本工程房屋楼盖的改造中，还有一种情况就是：某些双向板在移除次梁后还是双向受力，但因其跨度变大，荷载重新分配，从而使得板底正弯矩和板顶负弯矩均显著增大，板块的受力钢筋出现不足，需进行加固，如图1．3中的B区格板块。本章将对这种类型楼板的加固方法进行讨论。因为本工程中这种类型的板块较多，为了避免重复起见，本文仅选取一块进行分析，如图4．1，其在总平面中的位置参见图1．3。L一一儿II—v一上副⋯刖_jr⋯⋯⋯一琵乏理乏≯07^b，号一场7／⑨红忍』嬲L—————————————．————————．．jFL———————————3L————————————————————lL————————__r⋯⋯⋯一窝⋯一圜删【一P——1团**镕∞m☆月口[!：i刁m*目∞女*图4．1B区格楼板改造示意图下面就这种情况的加固方案做以下论述。4．2B区格楼板加固方案优化B区格楼板原配有一定量的钢筋，且通过次梁贯通。现移除次梁后，板的跨度增大，荷载发生重新分配。经计算，移除次梁后如不进行加固，楼板仅能承受恒载和部分活载。综合分析考虑，对该楼板的加固方法比较如下。 第4章B区格楼板加固优化设计4．2．1方案一：增大截面加固法增大截面法在上文已有所阐述，增大截面就意味着增大结构自重，本工程中B类区格的楼板较多，每层有B类板约120mm2，按增大的截面厚为60mm的话，自重约增加12．5％。这样，增加的自重将对下层柱或者地基基础造成较大的压力。再者，这种加固方法增加了自重，有可能会吸引更多的地震力，可能会对抗侧力构件产生一定的影响，表面上是加固了楼板，实际上是降低了其它构件的安全度，违背了加固总体效应原则。因此不能采用这种“头痛医头，脚痛医脚”的办法。4．2．2方案--：粘贴钢板加固法近年来，粘贴钢板加固法在加固、修复结构工程中的应用发展较快，将钢板粘贴在混凝土受拉区，对提高构件的轴心抗拉强度和弯曲抗拉强度有特别显著的效果。目前，该方法已趋于成熟，美国已制定了建筑结构胶的施工规范，日本有建筑胶粘剂质量检验标准，我国也已将此加固方法编入《混凝土结构加固设计规范》中。粘贴钢板加固法应用较为普遍，因为它具有传统的加固方法不可取代的以下优点：(1)胶粘剂硬化时间快，施工周期短，粘贴钢板的加固方法施工时不必停产或少停产，这对业主有特别的吸引力；(2)工艺简单，施工快捷方便，可以不动明火，对防火要求高的车间特别适用：(3)粘结剂的强度高于混凝土本体强度，可以使加固体与原构件形成一个整体，受力较均匀，不会在混凝土中产生应力集中现象；(4)粘贴钢板所占的空间小，几乎不增加被加固构件的断面尺寸和重量，不影响房屋的使用净空，不改变构件的外形。钢板能否有效地参与原梁的工作，主要取决于钢板与混凝土之间的抗剪强度及抗拉强度，国内外的相关试验结果表明，粘贴钢板加固受弯构件破坏时，粘结在梁底的钢板可以达到屈服强度【”l。在适筋范围内，随着荷载的增加，加固梁在钢板和梁中原筋屈服后，因混凝土被压碎而破坏。然而，也有一部分试验表明，此类加固构件破坏时，粘结于梁底的钢板并未达到屈服强度。这是由40 第4章B区格楼板加固优化设计于梁的破坏是钢板端部与混凝土撕脱所致。这种破坏没有明显的预兆，端头钢板突然被撕脱，致使梁中原筋应力突增，很快进入强化阶段而脆性破坏。在本工程中，根据计算，移除次梁后的荷载效应仅超过抗力的20％左右。如果应用整块钢板粘贴于板底，显得较为浪费，经济性不好；并且施工将会较为麻烦，容易出现孔洞而不合格。如果把钢板切割成板条来加固的话，因为是双向加固，所以就面临着纵横向板条的粘结问题，外层钢板与混凝土间会出现一个缝隙，如图4．2所示。如果考虑在缝隙间塞填钢板的话，工作量就会增加，加固费用也会因此而增加。图4．2双向钢板条加固楼板示意图综上原因，本工程也不选用粘贴钢板加固法。4．2．3方案三：粘贴碳纤维加固法经与其它加固方法相比后，决定对B区格楼板采用粘贴碳纤维的加固方法，原因如下：(1)碳纤维布具有很高的抗拉强度，且自重较小。如用碳纤维复合材料对房屋结构进行加固，可基本不考虑纤维复合材料对原结构附加的荷载。(2)抗腐蚀性能和耐久性好。建筑工程用的FRP不仅能经得起水泥碱性的腐蚀，而且当应用于经常受盐害侵蚀等腐蚀性环境时，其寿命也较长，有很好得防水效果，能抑制混凝土的劣化和钢筋的锈蚀。(3)结构外观和尺寸不会出现明显变化，修复加固效果好。(4)施工过程简便，大部分为手工操作，无需特殊的装备，如重型机械，不需要特别的技术工人，无需焊接，也没有噪声，而且无需较大的施工空间，可对结构的不同部位、各种形状和不同环境下的结构进行施工【3”。 第4章B区格楼板加固优化设计(5)B区格楼板在移除次梁后，原有的钢筋配置也能承受全部恒载和部分活载的。因此，即使由于某些原因(如火灾、结构胶老化失效等)导致结构胶失效，这样结构也不会突然坍塌，人们也有余地进行重新粘贴。(6)粘贴碳纤维特别适用于双向加固，因为碳纤维布比较薄，双向的碳纤维布条与混凝土的粘结处理较为容易。(7)经济性好。其加固施工较为简便，人工费较低，并且施工速度快，投入使用的时间也很快，这样就会使得业主早日投入使用。4．3粘贴碳纤维加固法设计4．3．1粘贴碳纤维加固楼板的材料l碳纤维片材根据《混凝土结构加固设计规范》GB50367--2006规定，纤维复合材用的纤维必须为连续纤维，其品种和性能必须符合下列要求：(1)承重结构加固用的碳纤维，必须选用聚丙烯腈基(PAN基)12k或12k以下的小丝束纤维，严紧使用大丝束纤维；(2)承重结构的现场粘贴加固，严禁使用单位面积质量大于3009／om2的碳纤维织物或预浸法生产的碳纤维织物：碳纤维的力学性能应按照国家有关标准通过实验确定。选用的碳纤维材料应具有产品合格证书、应用许可证，以及纤维材料和配套粘结剂等的产品规格和主要物理力学性能指标，对配套粘结剂等尚应提供耐久性指标及施工和使用环境条件等。常用碳纤维片材的性能指标见表4．1。表4．1常用碳纤维片材的性能指标型号密度(g，m2)设计厚度(m)拉伸强度(MPa)拉伸模量(MPa)FTS．Cl-202000．11135502．35×10，FTS《1003000．16735502．35X105FTSC5-303000．16530004．00×lO，FT$-C6-303000．14325005．00×10’2结构胶 第4章B区格楼板加固优化设计粘贴碳纤维加固法中使用的结构胶与粘钢加固用胶有些类似，也同样要求必须采用专门配置的改性环氧树脂胶粘剂，承重结构加固工程中不得使用不饱和聚酯树脂、醇酸树脂等作浸渍、粘结胶牯剂。与C"FRP配套使用的粘贴胶约有三种，它们分别是FP_呻临、FE—z或FE—B及FR--E3P，如表4．2所示。各种胶的主要作用如下：(1)FP—Ns。底涂材料，作为渗入混凝土内部，强化混凝土表面，改善CFRP与混凝土之问的粘结性能：(2)FE—z或FE—B。整平材料，作为修补混凝土表面缺陷，提高CFRP与混凝土的粘结质量；(3)FR--E3P。粘贴材料，保证CFRP与混凝土的有效粘结及两者的共同工作。表4．2部分粘贴胶性能指标混凝土抗压抗拉适用温可使用干燥时粘结胶型号配合比时间强度度(℃)间(h)强度(mln)(^lPa)(MPa)(h但a)矸。—-NS(春秋用)2：115～254010观．0FE—z(夏季用)2：115～3510014砣．0>35FR—-E3P(春秋用)2：115～254010>303被加固构件对于被加固混凝土构件强度方面的要求，与粘钢加固法完全一样，即同样要求实测混凝土强度等级不得低于C15，且混凝土表面的抗拉粘结强度不得低于1．5～口a。4．3．2粘贴碳纤维加固构件的受力特点及破坏形式纤维复合材料为弹性材料，应力应变关系为线性，当其应力达到抗拉强度时，材料断裂。纤维复合材料的力学性能可以通过单轴抗拉试验进行测试，应力一般是以复合材料(包括基材)的全截面计算的。由于组成纤维复合材料的组成材料、制作工艺等不同，因此纤维复合材料的力学性能差异很大。如碳纤维复合材料，弹性模量与普通钢材相近，但其抗拉强度一般可以达到普通钢材抗拉强度的2倍以上。而玻璃纤维增强复合材料，它的弹性模量相对较低，一 第4章B区格楼板加固优化设计般是钢材的1／5左右，强度也和钢材在一个数量级上。碳纤维加固混凝土受弯构件的受力性能和破坏形式与一般的钢筋混凝土构件不同。计算机模拟分析和实验结果表明(见图4．3)，加固截面的受力过程可以分为三个受力阶段。第一阶段为整体工作阶段，从开始加载至截面混凝土开裂，此时纤维材料的作用较小，截面的弯矩曲率关系和未加固构件相差不大。第二阶段是带裂缝工作阶段，从截面开裂至受拉钢筋屈服，此时纤维的作用开始明显，与普通截面比较，截面刚度和屈服荷载增大。第三阶段是纤维增强阶段，从受拉钢筋屈服至截面破坏，此时外贴纤维布起控制作用，是截面抗力增加的主要因素，截面承担的弯矩有明显的提高，但与上一个阶段相比，截面的刚度有较明显的下降。在第三阶段，截面不像普通混凝土截面那样，有一个明显的延性发展过程，当外部纤维材料与被加固构件间可靠粘结，不产生粘结滑移时，截面的弯矩曲率关系基本呈线性变化。而对破坏前产生局部粘结破坏的加固构件，第三阶段又可以分为两个受力过程，在初期，自钢筋屈服到粘结破坏开始，截面的弯矩曲率关系基本呈线性变化，纤维复合材料明显发挥作用，截面承担的弯矩有明显的提高；而在后期，从局部粘结破坏到构件破坏，纤维与被加固构件问的局部粘结破坏不断发展，截面弯矩仍有一定提高，但截面曲率(变形)发展很快，如图4．3．b所示。(o)完全轱g时(b)破坪酋产±局都牯#碱坪时图4．3碳纤维加固截面弯矩曲率关系示意图对粘结锚固可靠的碳纤维加固受弯构件，其正截面可能产生纤维拉断破坏或混凝土压碎破坏两种破坏形态。截面的破坏状态与截面的配筋量、外贴纤维的用量以及混凝土的强度等级等有关。在混凝土强度和原有配筋率不变的情况 第4章B区格楼板加固优化设计下，如图4．4所示，当纤维配置率较小时，截面的破坏是以纤维拉断破坏为标志(图4．4曲线2)，随着纤维配置率的增大，截面将产生界限破坏，即在纤维拉断的同时混凝土压碎(图4．4曲线3)，当纤维配置率继续增大时，截面的破坏以混凝土的压碎为标志(图4．4曲线4)。图4．4中，曲线1是未加固构件的弯矩曲率曲线。M图4．4不同破坏形式碳纤维加固截面弯矩曲率关系示意图与普通钢筋混凝土受弯构件相比，从图4．4可以看出，无论产生哪一种破坏形式，加固后截面延性大幅度降低，而且由于纤维材料的脆性性能，其破坏具有一定的突然性。对产生纤维拉断破坏的截面，破坏后其承载能力达到加固前的普通钢筋混凝土截面所能承担的水平。而对产生混凝土压碎破坏的截面，一旦破坏，其截面承载能力按超筋计算。另外在图4．4中还可以看出，当截面产生界限破坏时，截面的极限曲率最大，为(L／P。+氏。)／h，延性最好，材料的强度利用率最高。与界限破坏相比，随着纤维或钢筋配置率的增大，截面承载力增大，但延性逐渐变差，纤维利用率降低，截面产生混凝土压碎破坏；而随着纤维或钢筋配置率的减少，截面承载力降低，混凝土抗压强度未充分利用，截面产生纤维拉断破坏I”。4．3．3粘贴碳纤维加固楼板的计算1承载力的计算 第4章B区格楼板加固优化设计在矩形截面受弯构件的受拉边混凝土表面上粘贴纤维复合材进行加固时，其正截面承载力应按下列公式确定：M≤qz。bx(h一-≥+磊以(^一口’)一￡。4。(厅一％)(4．1)qZok=所矗如+‘。4。一磊以(4．2)蚧；坐坐竺塑生㈤5fJ≥2a’(4．4)式中M一构件加固后弯矩设计值；x一等效矩形应力图形的混凝土受压区高度，简称混凝土受压区高度；6、厅一结合面剪应力设计值；厶、局一原截面受拉钢筋和受压钢筋的抗拉、抗压强度设计值；4。、以一原截面受拉钢筋和受压钢筋的截面面积；at一纵向受压钢筋合力点至截面近边的距离；％一构件加固前的截面有效高度；f一纤维复合材的抗拉强度设计值；以一纤维复合材的有效截面面积；y，一考虑纤维复合材实际抗拉应变达不到设计值而引入的强度利用系数，当妒，>1时，取妒，=1；‰一混凝土极限压应变，取气=o．0033；占。—考虑二次受力影响时，纤维复合材的滞后应变；若不考虑二次受力影响，取占，o=0。当考虑二次受力影响时，加固钢板的滞后应变占。应按下式计算：驴案(45)如2云赢‘4．5) 第4章B区格楼板加固优化设计式中^“。—加固前受弯构件验算截面上作用的弯矩标准值；口，一综合考虑受弯构件裂缝截面内力臂变化、钢筋拉应变不均匀以及钢筋排列影响的计算系数；此外，与粘钢加固法类似，为了避免因加固量过大而导致超筋性质的脆性破坏，应对重要受弯构件，加固后的相对界限受压区高度％=0．75Fb，其中毛为构件加固前的相对界限受压区高度，按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010．2002的规定计算。满足了此条要求，实际上已经确定了碳纤维的“最大加固量”。2碳纤维锚固长度的计算对受弯构件正弯矩区的正截面加固，其粘贴碳纤维复合材的截断位置应从其充分利用的截面算起，取不小于按下式确定的粘贴延伸长度：之=警+20。(46)、以≯f⋯’。”’式中t一纤维复合材粘贴延伸长度(mm)；6，一对梁为受拉面粘贴的纤维复合材的总宽度(mm)，对板为1000mm板宽范围内粘贴的纤维复合材总宽度；^一纤维复合材抗拉强度设计值(MPa)；矗，一纤维与混凝土之问的粘结强度设计值(MPa)，取矗，=o．40ft；Z为混凝土抗拉强度设计值，按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010-2002规定值采用；当疗，，计算值低于0．4时，取矗，=o．40MPa；当矗，计算值高于0．7时，取矗，=O．70MPa；奶一修正系数；对重要构件，取％=1J45；对一般构件，取奶=1．0。3B区格楼板加固方案经计算，粘贴碳纤维法加固B区格楼板底的碳纤维示意图如图4．5。47 第4章B区格楼板加固优化设计图4．5B区格楼板底粘贴碳纤维加固示意图4．4粘贴碳纤维加固法施工工艺采用粘贴碳纤维片材加固混凝土结构，应由熟悉该技术的专业施工队伍承担，并应有加固方案和施工技术措施。4．4．1施工工序施工必须按照下列工序进行：(1)施工准备。(2)混凝土表面处理。(3)配制并涂刷底层树脂。(4)配制找平材料并对不平整处进行找平处理。(5)配制并涂刷浸渍树脂或粘贴树脂。(6)粘贴碳纤维片材。(7)表面防护。施工宜在环境温度不低于5℃的条件下，并应符合配套树脂要求的施工使用温度。当环境温度低于5"C时，应采用适用于低温环境的配套树脂或采取升温措施。施工时应考虑环境湿度对树脂固化的不利影响。在进行混凝土表面处理和粘贴碳纤维片材前，应按加固设计部位放线定位。 第4章B区格楼板加固优化设计树脂配制时，应按产品使用说明中规定的配比称量并置于容器中，用搅拌器搅拌至色泽均匀。在搅拌用容器内及搅拌器上不得有油污和杂质。应根据现场实际环境温度确定树脂的每次拌合量，并按要求严格控制使用时间。4．4．2施工准备(1)应认真阅读设计施工图。(2)应根据施工现场和被加固构件混凝土的实际情况，拟定旌工方案和施工计划。(3)应对所使用的碳纤维片材、配套树脂、机具等做好施工前的准备工作。4．4．3表面处理(1)应清除被加固构件表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土，露出混凝土结构层，并用修复材料将表面修复平整。(2)应按设计要求对裂缝进行灌缝或封闭处理。(3)被粘贴的混凝土表面应打磨平整，除去表层浮浆、油污等杂质，直至完全露出混凝土结构新面。转角粘贴处应进行导角处理并打磨成圆弧状，圆弧半径不应小于20ram。(4)混凝土表面应清理干净并保持干燥。4．4．4涂刷底层树脂(1)应按产品生产厂提供的工艺规定配制底层树脂。(2)应采用滚筒刷将底层树脂均匀涂抹于混凝土表面。宜在底层树脂表面干燥后，尽快进行下一工序的施工。4．4．5找平处理(1)应按产品生产厂提供的工艺规定配制找平材料。(2)应对混凝土表面凹陷部位用找平材料填补平整，不应有棱角。(3)转角处应采用找平材料修理成为光滑的圆弧，半径不应小于20ram。(4)宜在找平材料表面指触干燥后，尽快进行下一工序的施工。49 第4章B区格楼板加固优化设计4．4．6粘贴碳纤维片材应按下列步骤和要求粘贴碳纤维布：(1)应按设计要求的尺寸裁剪纤维布。(2)应按产品生产厂提供的工艺规定配制浸渍树脂，并均匀涂抹于粘贴部位。(3)将碳纤维布用手轻压贴于需粘贴的位置，采用专用的滚筒顺纤维方向多次滚压，挤除气泡，使浸渍树脂充分浸透碳纤维布，滚压时不得损伤碳纤维布。(4)多层粘贴时应重复上述步骤，并宜在纤维表面的浸渍树脂指触干燥后尽快进行下一次粘贴。(5)应在最后一层碳纤维布的表面均匀涂抹浸渍树脂。应按下列步骤和要求粘贴碳纤维板：(1)应按设计要求的尺寸裁剪碳纤维板，并按产品生产厂提供的工艺规定配制粘结树脂。(2)应将碳纤维板表面擦拭干净至无粉尘。当需粘贴两层时，底层碳纤维板的两面均应擦拭干净。(3)擦拭干净的碳纤维板应立即涂刷粘结树脂，树脂层应呈突起状，平均厚度不应小于2mm。(4)应将涂有粘结树脂的碳纤维板用手轻压贴于需粘贴的位置。用橡皮滚筒顺纤维方向均匀平稳压实，使树脂从两边挤出，保证密实无空洞。当平行粘贴多条碳纤维板时，两条板带之间的空隙不应小于5mm。(5)需粘贴两层碳纤维板时，应连续粘贴。当不能立即粘贴时，在开始粘贴前应对底层碳纤维板重新进行清理。4．4．7表面防护当需要做表面防护时，应按有关标准的规定处理，并保证防护材料与碳纤维片材之间有可靠的粘结。4．4．8施工安全和注意事项 第4章B区格楼板加固优化设计(1)碳纤维片材为导电材料，施工碳纤维片材时应远离电气设备和电源，或采取可靠的防护措施。(2)施工过程中应避免碳纤维片材弯折。(3)碳纤维片材配套树脂的原料应密封储存，远离火源，避免阳光直接照射。(4)树脂的配制和使用场所应保持通风良好。(5)现场施工人员应采取相应的劳动保护措施[71。4．5本章小结本章主要处理了B区格楼板的加固问题。首先对B区格楼板的加固方案进行了初步优化，对增大截面加固法、粘贴钢板加固法、粘贴碳纤维加固法进行了比较，最终确定B区格楼板采用粘贴碳纤维的加固方法。然后，结合具体工程实例根据规范和相关文献做了加固设计。最后，对粘贴碳纤维的旌工方法和注意事项做了一般性的介绍。51 第5章C区格次梁改造优化设计5．1概述第5章c区格次梁改造优化设计根据业主要求，为了增加房屋净空，C区格中的次梁(如图5．1，其在总图中的具体位置参见图1．3)必须减小截面高度，要求改造后的梁截面高不能超过350ram，截面宽不作限制要求。图5，1C区格次梁改造示意图5．2次梁改造方案的优化口#¨*¨t112墨固≮t￡}舳寰l加固设计与新设计的最大区别在于其受到原构件的制约，加固方案的选择除了考虑安全和经济因素之外，更要考虑构件的实际受力情况、周围环境、施工的可能性等。同一种方法可能对某些结构形式特别适用，而对其他结构不一定适用，或者在这个工程比较适用，而对那个工程就不很有效。5．2．1方案一：预应力加固法用预应力筋对建筑物的梁或板进行加固的方法，称为预应力加固法。这种方法可基本不增加梁、板截面高度和不影响结构使用空间的条件下，可提高梁、板的抗弯、抗剪承载力和改善其在使用阶段的性能。预应力加固法的优点，主52 第5章C区格次梁改造优化设计要是由于预应力所产生的负弯矩抵消了一部分荷载弯矩，致使梁、板弯矩减小，裂缝宽度缩小甚至完全闭合，当采用元宝式预应力筋(如)加固梁时，其效果将更佳‘删。图5．2元宝式预应力筋加固梁示意图当利用元宝式预应力筋加固时，由于预应力筋在撑杆处作用于被加固梁一个力，使得被加固梁的内力将发生重新分配，如图5．3所示。盘旺图5．3次梁加固前后受力形式的变化由图5．3可以看出，次梁在被加固后A点由原来的下部受拉变成了上部受拉，此时A点的上部受拉区要进行加固；另外，在下部受拉区，由于要降低梁高，下部受拉区钢筋被拆除，使得受拉区没有了钢筋，因此梁下部受拉区必须增设钢筋。此外，预应力加固的施工技术要求较高，施工费用较大，显然这种预应力加固方法在本项目中是不经济的，本工程中不采用预应力加固法。5．2．2方案--：增补受拉钢筋加固法 第5章C区格次梁改造优化设计增补受拉钢筋法，是指在梁受力较大区段补加受拉钢筋或型钢，以提高梁承载能力的加固方法。增补钢筋与原梁之间的连接方法有全焊接法、半焊接法和粘结法三种。全焊接法是指把增补筋直接焊接在梁的原筋上，以后不再补浇混凝土作为粘结保护，即增补筋是在裸露条件下，依靠焊接参与原粱的工作；半焊接法是指增补筋焊接在梁中原筋上后，再补浇或喷射一层细石混凝土进行粘结和保护‘41J。这样增补筋既受焊点锚固，又受混凝土粘结力的固结，使增补筋的受力特征与原筋相近，受力较为可靠；粘结法是指增补筋是完全依靠后浇混凝土的粘结力来参与原梁的工作。在本工程中，如果采用增补受拉钢筋加固法的话，也只能采用粘结法。因为，原梁截面较高，需拆除掉包括受拉钢筋在内的部分截面，因此使得原梁没有了受拉钢筋，也就没有了可供新加钢筋焊接的钢筋。增补受拉钢筋加固本梁的示意图如图5．4所示。翟露瑶堕童董堕垃l垂丘图5．4增补受拉钢筋改造次梁示意图因为被改造的梁的受拉钢筋被移除，所以就必须增补受拉钢筋，经初算，增补了足够抵抗抗弯能力的钢筋后，本梁将变成一根超筋梁，且箍筋配筋率也超过了规范的允许值。因此，我们在梁下部增补受拉钢筋，梁的两侧再增浇部分混凝土，以使梁的截面增大，调整配筋指标以满足规范要求。利用粘结法加固本梁，理论上似乎是可行的，但是，这种方法在本工程的施工中存在着一些问题，因为新加混凝土处于梁和板的下部，立模浇捣混凝土较为麻烦，难以保证浇筑出来混凝土的密实性，也就很难保证新加混凝土和原混凝土之间的粘结，从而难以保证新旧混凝土的共同工作。所以，本梁不适合采用增补受拉钢筋的加固方法。5．2．3方案三：外贴加固法(粘贴碳纤维或钢板加固法) 第5章C区格次粱改造优化设计外贴加固法(粘贴碳纤维或钢板加固法)加固本梁也是不合适的。因为原粱在削除掉下部后，受拉区将不再有受拉钢筋，原梁连自重都不能够承受。粘贴碳纤维或者钢板适用于原构件在没有进行加固前还能承受自重及部分活荷载的情况下。因为，现在粘结剂的耐高温问题、耐老化问题还没有完全解决，万一由于某些原因，碳纤维或者钢板与混凝土问粘结失效的话，梁将会没有任何预兆的突然坍塌，出现严重的安全问题。所以，本梁不采用粘贴碳纤维或粘贴钢板的加固方法。5．2．4方案四：拆除重浇法经过详细分析比较，作者认为本梁采用拆除重建的方案最为合适(见图5．5)。这种方法虽然有施工周期长、施工空间大、需要立模等缺点，但它避免了其它加固方法的致命缺点，并且具有以下其它方法所没有的优点：缪丑缆丑^型l(o)改造前(b)改造后图5．5拆除重浇法改造示意图(1)整体性好。重浇后的混凝土与钢筋作为一个整体受力，不存在一般加固方法所带来的二次受力特征。(2)新旧混凝土结合面小。重浇后，仅在新浇的梁端与原有主粱和一级次梁之间、新浇次梁与原板之间存在着新旧混凝土结合面，这些部位的结合面的粘结问题一般容易处理。(3)新浇结构受力明确。新浇结构的计算模型可以简化成一根普通的简支梁计算，不必考虑二次受力、应力滞后等问题。(4)施工技术简便。在拆除旧梁之后，易于植筋、绑扎钢筋笼、浇筑震捣。 第5章C区格次梁改造优化设计5．3重浇次梁的设计新浇的次梁可简化成一根普通的简支梁进行计算，配筋计算方法简单，本章中就不再赘述。重浇次梁面临的主要问题在于新加主筋与原构件之间的连接问题，即植筋问题。5．3．1植筋及锚固分析与计算钢筋混凝土植筋技术是一种新的应用技术，近年来，在建筑物改造扩建、加固、维修中多有应用。它解决了在原有结构需改造的梁、板、柱、基础等部位的钢筋生根问题，也称为化学植筋、锚栽钢筋、钢筋的生根技术。即在钢筋混凝土结构要生根的位置上，按设计计算的钢筋数量、规格、深度，经过钻孔、清孔、注入植筋胶植入钢筋的方法，植入的钢筋与混凝土共同工作，达到设计要求的承载力【4”。在混凝土结构加固改造工程中使用的植筋技术，可分为两类：(1)使用水泥与微膨胀剂等组成的粘结剂进行固定的一般植筋。(2)使甩聚氨酯、甲基丙烯酸脂或改性环氧树脂等与水泥或石英砂等组成的粘结剂进行固定的高性能植筋。当被植筋的混凝土结构可提供足够的锚固深度，且仅受静力作用时，上述两类植筋均可使用；若被植筋的混凝土结构受动力荷载作用，或其构造上难以增大锚固深度而又要求所植钢筋不致发生脆性粘结破坏时，应选用高性能植筋【捌。1檀筋锚固体的破坏形式植筋锚固体由被植钢筋、植筋胶、混凝土基材三部分组成。植筋锚固体在外力作用下的破坏有三种形式：(1)植筋本身钢材被拉断、剪坏或拉剪组合受力破坏。这主要是因为锚固深度过深，混凝土强度过高或植筋钢材强度过低引起的，此种破坏一般有明显的塑性变形，破坏荷载离散性较小。(2)基材破坏。一般以植筋头为顶点成圆锥形受拉、受剪破坏，或以植筋为轴单边楔形破坏。此种破坏主要发生在混凝土强度偏低，植筋埋深浅或植筋周边混凝土过薄引起的。此种破坏表现出一定脆性，破坏荷载离散性较大。(3)拔出破坏。表现为植筋从构件孔中拔出。主要原因是植筋胶强度过低56 第5章C区格次粱改造优化设计或失效，埋植深度不够，施工时钻孔过大，清孔不干净，安装方法不当等。拔出破坏荷载离散性较大，一般定为植筋不合格【『”。以上三种破坏形式，第一种以钢筋破坏为极限状态，同普通钢筋混凝土结构要求；第二种情况可通过构造要求予以避免；第三种情况是植筋所要重点考察的破坏形式。研究表明基层混凝土强度对植筋的粘结力影响不大，当然基层混凝土强度对植筋总承载力有影响，混凝土强度过低，可能发生基层混凝土劈裂或受剪破坏，应从构造上采取措施予以预防。2檀筋锚固计算我国《混凝土结构加固设计规范》GB50367--2006规定，承重构件的植筋锚固计算应遵守以下原则：(1)植筋设计应在计算和构造上防止混凝土发生劈裂破坏；(2)植筋仅承受轴力，且仅允许按充分利用钢材强度的计算模式进行设计；(3)植筋胶粘剂的粘结强度设计值应按表5．1采用，表中名值仅适用于带肋钢筋的粘结锚固。当使用表中的允值时，其构件的混凝土保护层厚度，应不低于现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010的规定值。表中s。为植筋间距，s。为植筋边距；表5．1植筋胶粘剂粘结强度设计值允胶粘剂构造条件混凝土强度等级等级C20C25C30C40≥C60A级胶或B级胶SI≥5d、S2>／2．鲥2．32．73．43．640S，≥6d，8，／>3．0d2．3273．6404．5A级胶S，≥7d、&≥3．5d2．3274．0t550(4)地震区的承重结构，其植筋承载力仍按以下的规定进行计算，但其锚固深度设计值应乘以考虑位移延性要求的修正系数。单根植筋锚固的承载力设计值应符合下列规定：”=f／,(5．1)‘≥蜘≯么‘(5．2)式中矿一植筋钢材轴向受拉承载力设计值； 第5章C区格次梁改造优化设计工一植筋用钢筋的抗拉强度设计值；4—钢筋截面面积；‘一植筋锚固深度设计值；jJ一植筋的基本锚固深度；≯，0—考虑各种因素对钢筋受拉承载力影响而需加大锚固深度的修正系数；％。一考虑植筋位移延性要求的修正系数；当混凝土强度等级不高于C30时，对6度区及7度区一、二类场地，取％=1．1；对7度区三、四类场地及8度区，取儿=1．25。当混凝土强度高于C30时，取‰=1．0·植筋的基本锚固深度t应按下列公式确定：‘；0．2％t矾／允(5．3)式中口。一为防止混凝土劈裂引用的计算系数；d一植筋公称直径；允一植筋用胶粘剂的粘结强度设计值，按表5．1采用-考虑各种因素对植筋受拉承载力影响而需加大锚固深度的修正系数％，应按下列公式计算：≯，Ⅳ=％‰≯rr(5．4)式中po一考虑结构构件受力状态对承载力影响的系数：当为悬挑结构构件时，缈0=1．5；当为非悬挑构件的重要构件时，驴0=1．15；当为其他构件时，％=1．05虬一混凝土孔壁潮湿影响系数，对耐潮湿型胶粘剂，按产品说明书的规定值采用，但不得低于1．1；昕一使用环境的温度(T)影响系数，当T一<60"C时，取％=1．0；当60℃80。C时，应采用耐高温胶粘剂，并采取有效的隔热措施。本工程种植采用16钢筋，考虑结构受力状态对承载力影响的系数％，取5R 第5章C区格次梁改造优化设计为1．0，混凝土孔壁潮湿影响系数妒。取为1．1，使用环境的温度影响系数％取为1．o，考虑植筋位移延性要求的修正系数妒。取为1．25(本工程所处地为7度四类场地)。经上述方法计算出适筋锚固深度设计值为350ram。3次粱施工图经上述方法计算，新浇次梁的配筋形式如图5．6。t"8@120l1幽年军重重辜三!矸町L-jL盈丝。l1b业l400I-e---------●-5．4次梁改造施工技术图5．6次梁配筋示意图5．4．1植筋工艺植筋的工艺流程见图5．7171。图5．7植筋的工艺流程(1)孔洞处理。孔洞处理包括三方面的内容：清孔、孔干燥和孔壁除尘。清孔就是清除孔内粉尘积水等杂物，设备一般采用空压机；由于环氧类胶粘剂不适应潮湿的基层，植筋施工时应对孔洞进行干燥处理。孔壁周边粘附一层微59 第5章C区格次粱改造优化设计薄的粉尘，这部分粉尘难以被空压机清除，应采取高挥发性的有机溶剂清洗孔壁，方可除去。(2)钢筋表面处理。钢筋表面锈蚀或不清洁，会降低钢筋与结构胶的胶结摩阻力。故植筋前应对钢筋进行除锈、除油和清洁处理。清洗应采用丙酮等有机溶剂，杜绝用水冲洗。(3)配胶及灌胶。胶应按使用的结构胶要求配制，配制时搅拌应均匀，配好的胶液控制在40～60mm内使用完毕。灌胶应一次完成，并以孔外溢出结构胶为最佳状态。在种植水平钢筋时，最后可用堵孔胶封堵孔口，以免造成孔内结构胶外溢。堵孔胶应有较高的稠度，可利用配好的结构胶如入水泥作堵孔胶。(4)插筋。应以一个方向，缓慢地将钢筋插入灌了胶的孔内。(5)养护。在结构胶完全固化前，应避免挠动种植的钢筋。5．5本章小结本章主要处理了C区格次梁的改造问题，C区格次梁因净空限制要求，必须减小截面高度。本章首先结合次梁改造的具体情况对预应力加固法、增补受拉钢筋加固法、外贴(钢板或碳纤维)加固法进行了分析比较，然后确定了对此次梁采用拆除重浇的改造方法。拆除重浇法计算配筋较为简便，但新浇梁钢筋与原结构的连接需采用种植钢筋的施工技术，本章着重对植筋技术进行了计算和分析。60 第6章结论与展望6．1主要结论钢筋混凝土结构的加固改造是当今工程界研究的热点之一，由于加固工程现场的多变性，导致了工程加固改造设计的复杂性。与新建项目相比，无论从设计还是施工上以及节点的构造处理上，加固改造工程都有其特殊性。本文在国内外学者研究的基础上，围绕钢筋混凝土结构加固设计的优化问题，展开了全面探讨，力图从被加固构件的安全度、施工周期、施工对周围环境影响的大小、加固费用等方面来寻求最优的结构加固设计方案。通过本文的研究和分析总结，可得出如下主要结论：(1)对A区格这种移除次梁后，传力路线发生改变楼板的加固方案进行了比较选择，确定了此类楼板的最优加固方案为增大截面加固法。增大截面加固法是一种传统的加固方法，与其它方案相比，加固后较高的安全度是A区格选择增大截面加固法的重要考虑因素。(2)对B区格这种经改造后传力路线虽没发生改变，但受力钢筋出现不足的楼板加固方案进行了比较选择，确定了此类楼板的最优加固方案为粘贴碳纤维加固法。因为B区格楼板如不进行加固，也能承受自重和部分活载，利用粘贴碳纤维加固法来加固B区格楼板是最优的方案。(3)对C区格这种需要把次梁降低截面高度的改造方案决定采用拆除重建的措施，本文对增补受拉钢筋加固法、预应力加固法等进行了比较，最后从施工的可行性考虑，决定对该次梁进行拆除重建。6．2展望钢筋混凝土结构加固的优化设计，关系到被加固构件的安全问题，关系到施工对周围环境的影响，关系到工程的经济性问题等，对社会的可持续发展具有重大的意义。虽然国内外许多学者对这类问题做了大量的研究，但总的来说还不太成熟，仍有许多问题需要迸一步研究，现提出几点初步设想：61 第6章结论与展望(1)加固工程中，新旧混凝土结合面是受力薄弱环节，解决这一问题的关键渠道在于研制开发使用性能优异的界面处理剂或特种混凝土。(2)加固部分和原有结构之间存在一个时间差的问题，如何对原有构件的剩余寿命进行检测与评估，如何使得加固部分的使用寿命与原建筑相匹配都值得我们进一步去研究。(3)工程结构加固，往往问题复杂，涉及因素众多。在影响结构加固方案优劣的因素中，有些因素可得到定量值；而由于实际问题的复杂性及客观存在的模糊性，有些因素则较难得到定量值，设计人员往往只能对这些目标给出定性的估计和评判。因此有必要建立一个更加合理的评估体系。 致谢本文是在导师李思明教授．金国芳教授的悉心指导和细心审核下完成的．本文的整个研究工作，从选题到论文的撰写、修改及最后定稿都凝聚着两位老师的心血。老师严谨务实的治学态度、渊博深厚的学识功底和无私奉献的高贵品格无不给学生留下了终身难忘的印象．研究生学习阶段的两年多来，在学业上，老师对我严格要求，耐心指导，不断给予指点和引导；在生活上，老师更是对我关怀备至，帮助我度过了很多难关，使我能更专心于学业．在此，我对李教授和金教授致以最真挚的感谢和祝福!感谢结构鉴定与加固教研室的熊海贝老师、李检保老师．胡惠荣老师在我于同济求学期问给予的帮助和支持．感谢李永华博士、谈臻博士、崔志俊硕士、邓志宁硕士，王家祥硕士、王春磊硕士、曾学为硕士在本论文中的帮助。感谢叶松、贾传果、孙同丽、马健成、郝军、李志强，贾国成等同窗学友，是你们的支持与帮助，让我走过了这两年半的求学时光．感谢所有关心、爱护和帮助我的人，衷心祝福你们幸福、安康!最后，特别感谢自己的父母和家人，你们对我无私永恒的爱永远是我前进的动力!是你们的支持和鼓励，使我能安心、顺利地完成学业．63史先进2007年3月于同济大学 参考文献[1]唐业清，万墨林．建筑物改造与病害处理．北京：中国建筑工业出版社，2000[2]姚继涛，马永欣，董振平等．建筑物可靠性鉴定和加固一基本原理和方法．北京：科学出版社。2003．[33张聚山，王俊林．房屋增层改造加固工程，郑州：黄河水利出版社，1995[4]朱伯龙，刘祖华．建筑改造工程学．上海：同济大学出版社，1997IS]卫龙武，吕志涛．建筑物评估，加固与改造．南京：江苏科学技术出版社，1993[6]唐业清．关于旧有房屋增层改造工程的几个问题．建筑技术，1992，(3)[7]卫龙武，吕志涛．建筑物评估、加固与改造(第2版)．南京：江苏科学技术出版社，2006[8]李国胜．建筑结构裂缝及加层加固疑难问题的处理一附实例．北京：中国建筑工业出版社，2006[9]h良桃，王济川．建筑结构加固改造设计与施工．长沙：湖南大学出版社．2002[10]建筑事故防范与处理课题组．建筑事故防范与处理实用全书．北京：中国建材工业出版社，2006[11]蒋元翱，韩素芳．混凝土工程病害与修补加固．北京：海洋出版社，1996[12]张富春等．建筑物的加固与改造．北京：中国建筑工业出版社，1992[13]吕西林主编．建筑结构加固设计．北京：科学出版社，2001[14]张有才，段敬民．建筑物的检测、鉴定加固与改造．北京：冶金工业出版社，2001115]ⅥSierra-RuJz，J．F．Destrehecq，托Grediac．Thetransferlengthinconcretestructurerepairedwithcompositematerials：8surveyofsomeanalyticalmodelsandsimplifiedapproaches，CompositeStructures2002，55[16]J．G．Teng．J．F．Chen,S．T．Smith,L．1am,FRP-StrerlgthenedRCStructures。JohnWiley&Sons，Ltd．2002[17]江见鲸等．建筑工程事故分析与处理．北京：中国建筑工业出版社，1998[18]卫龙武，吕志涛．预应力加固工艺及计算．工业建筑，1991，(3)[19】范锡盛等．建筑物改造和维修加固新技术．北京：中国建筑工业出版社，1999[20]AllenRTL，EnwardsSC．TheRepairofConcreteStructures．Blackie．GlasgowandLondo玛1987[21]陆洲导等．型钢一混凝土组合梁在改造加固中的试验研究．工业建筑，2002[22]王赫主编．建筑工程事故处理手册．北京；中国建筑工业出版社。1994[23]J．G’Teng，J．w．Zhang，S．T．SmiteInterfacialstressesinreinforcedconcretebeamsbondedwithasoffitplate：afiniteelementstudy，ConcreteandBuildingMaterial2002，16[24]中华人民共和国建设部．GB50010-2002．混凝土结构设计规范．北京：中国建筑工业出 参考文献版社，2002[25]范锡盛，曹薇．建筑物改造和维修加固新技术．北京：中国建材工业出版社，1999[26]北京粘结学会．胶粘剂技术与应用手册．北京：宇航出版社，1991[27]曹双寅，邱洪兴，王恒华．结构可靠性鉴定与加固技术．北京；中国水利水电出版社，1999【28]AllenRTL，EnwardsSc．TheRepairofConcreteStructures．Blackie，GlasgowandLondon,1987[29]张立人．建筑结构检测、鉴定与加固．武汉：武汉理工大学出版社，2003[30]刘建华，徐国彬．关于工程设计方案优选的模糊决策．工业建筑，2000，2[31]刘立钧等．建筑设计方案优选的定量分析．工业建筑，2000，3[32]卓尚木等编著．钢筋混凝土结构事故分析与加固，北京：中国水利水电出版社，1997[33]唐业清．关于旧有房屋增层改造工程的几个问题．建筑技术，1992，3[34]Tharnsisc．ShearStrengtheningofReinforcedConcreteBeamsUsingEpoxy—bondedFRPComposite．ACIStructuralJournal。March-April1998[35]中华人民共和国建设部．GB50367—2006．混凝土结构加固设计规范．北京：中国建筑工业出版杜，2006[36]吕志涛，褚靖宇．钢筋混凝土连续梁体外预应力筋加固的试验与计算．建筑技术，1992[37]傅沛兴。碱一骨料反应一中国混凝土工程的一大隐患．建筑技术，1999，l[38]张玉成等．CFgP布和钢条带混合法加固某住宅楼楼板．建筑技术，2005，6[39]彭亚萍等．碳纤维板材加固混凝土粱正截面承载力的工程应用．建筑结构，2005，12E40]许曙东等．体外预应力加固技术在框架粱改造工程中的应用．建筑技术，2004，6[41]卫龙武．焊接补筋法加固梁的计算．工业建筑，1991，8[42]袁海军等．建筑结构检测鉴定与加固手册．北京：中国建筑工业出版社，2003[43]游宝坤等．混凝土膨胀剂应用技术．中国建筑材料科学研究院科龙抗裂防渗技术中心．2004 个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果个人简历：史先进，男，1981年6月生。2003年7月毕业于石家庄铁道学院土木工程专业获学士学位。2004年9月入同济大学土木工程学院攻读硕士研究生。已发表论文：[1]史先进，张念峰．某砌体结构房屋的裂缝分析及处理．结构工程师，2007，增刊研究报告：[1]史先进，叶松．宏康拉链厂车间房屋质量鉴定报告．2006[2]史先进，崔志俊．鸿鹤舟鞋厂房屋质量鉴定报告．2006[3]史先进，邓志宁，贺剑，李杰．耀源鞋厂1号车间房屋质量鉴定报告．2007'