浅谈钢筋混凝土结构房屋改造加固设计(增大截面法-碳纤维法)

'浅谈钢筋混凝土结构房屋改造加固设计(增大截面法碳纤维法)　　摘要危房加固是根据破损原因和破损情况,选取适宜的加固方法,本文介绍采用增大截面法与碳纤维加固钢筋混凝土结构,保证房屋使用安全，达到经济实用的目的,为钢筋混凝土整体结构加固提供参考。关键词碳纤维；增大截面法；加固修复；结构中图分类号：TQ327.3文献标识码：ABriefDiscussionabouttheStrengtheningDesignfortheBuildingswithReinforecedConcreteStructure(Increasedcrosssectionmethod、Carbonfibersheet)CHENGDing-Qiang（LuoyangEngineering&ResearchInstituteforNon-ferrousMetalsProcessing,Luoyang,Henan471039,China）ABSTRACTAccordingtothefailurecausesandfailureconditions,thesuitablereinforcedmethodshouldselectedinordertoreachteconomicandapplicationpurposesandtoensurethesafetyapplicationofthebuildings.Thepapermainly7 introducedthereinforcedfeaturesofthecarbonfibersheet(CFS)andtheincreasingcrosssectionmethodtoreinforcetheconcretestructure,whichcouldprovidetheengineeringreferencesforthereinforcedmethodinthefuture.KEYWORDSCarbonfibersheet；Increasedcrosssectionmethod；Reinforcementandrepair；Structure1、前言随着国家经济水平的提高和国家建设的快速发展，我国已建造了大量的民用和工业建筑。随之而来的是，由于建筑物结构建造年代、使用年限、设计和实际使用功能上的差别、遭受各种人为或自然灾害等因素的影响，许多已完工或正在建设中的建筑结构已产生了使用功能的改变或不同程度的损坏，因此，改造和维修加固应运而生，并且近年来得到了蓬勃发展，加固这门新学科在我国发展异常迅速，在钢筋混凝土结构加固、危旧房改造及工程事故处理等大量的工程实践中，取得了很大的成果。钢筋混凝土结构的加固分为直接加固与间接加固两类，设计时可根据实际条件和使用要求选择适宜的方法和配套的技术。本文采用增大截面加固法与碳纤维片材加固钢筋混凝土结构。2、增大截面加固法与碳纤维片材加固的技术简介及特点7 2.1增大截面加固法增大截面加固法是在钢筋混凝土构件外部外包混凝土（通常是在钢筋混凝土受弯构件受压区增加混凝土现浇层，受拉区增加配筋量）增大构件截面积和配筋量，增加截面有效高度，从而提高构件正截面抗弯，斜截面抗剪能力和截面刚度，起到加固补强的作用。在适筋范围内，由于混凝土受弯构件正截面承载力随着钢筋截面积和强度的增大而提高。在原构件正截面配筋率不太高的情况下，增大主筋截面积或强度，增加现浇钢筋混凝土围套增大构件截面，通过新加部分和原构件共同作用，可有效地提高原构件正截面抗弯、斜截面抗剪承载力和截面刚度，改善正常使用性能。增大截面加固法的优点是：施工工艺简单，适用面广，适应性强，并具有成熟的设计和施工经验，可广泛用于一般梁、板、柱、墙等构件和一般构造物的钢筋混凝土加固。缺点是：现场施工的湿作业工作量大，养护时间较长，对生产和生活有一定的影响，而且加固后构件的截面增大，对建筑物的净空和外观有较大影响。更为重要的是增加的外包混凝土与原有构件的混凝土材龄相差较大，要解决好新、旧混凝土的整体工作共同受力，是一个很复杂的问题，并且增大构件截面的同时也增加了结构的自重。2.2碳纤维片材加固7 碳纤维布加固修补结构技术是一种新型的结构加固技术，它是利用树脂类粘结材料将碳纤维布粘贴于钢筋混凝土结构表面，使它与被加固的钢筋混凝土构件截面共同工作，提高构件承载能力，以达到对结构及构件加固补强的目的。碳纤维片材加固可用于各种受力性质的钢筋混凝土构件和一般构筑物构件。碳纤维材料(CFRP)用于混凝土结构加固修补的研究始于80年代美、日等发达国家，我国起步很晚，近年来发展十分迅速，在航空、航天、汽车、环境工程、化工、能源、交通、建筑、电子、运动器材等众多领域得到了广泛的应用。碳纤维片材加固的优点是：抗拉强度高，是普通钢材的10倍；加固后能大大提高结构的耐腐蚀性及耐久性；自重轻（约200g/m2），密度只有普通钢材的1/4，基本不增加结构自重及截面尺寸；柔性好，易于裁剪，适用范围广，适合任何形状；施工简便（不需大型施工机构及周转材料）没有湿作业，易于操作，经济性好；适用范围广，施工工期短。缺点是：对使用环境的温度有限制，且需作专门的防护处理，特别是防火，若防护不当，易遭受火灾和人为损坏。3、钢筋混凝土结构加固工程实例3.1工程概况7 洛阳市自来水公司的供水大厦办公楼位于涧西区南昌路与周山路交汇处，西临洛阳丹尼斯百货，东临珠江路商业街，建于2004年，为多层框架结构。原设计为地下一层地下汽车库，地上各层均为市自来水公司的办公用房。由于公司发展需要，现计划改变原有建筑的使用功能，将其改造为一个高档的洗浴中心，预在一层设置游泳池和相关的洗浴设施，在一层以上设置配套的休闲客房。由于建筑物的功能改变，导致建筑物的使用荷载增大，一层及以下部分框架柱及一层部分框架梁不能满足设计要求，需要加固，经方案论证和经济技术可行性分析，决定采用化学植筋增大截面法对框架柱进行加固、粘贴碳纤维片材对框架梁进行加固。3.2框架柱加固（增大截面法）框架柱是受压构件，同时承受轴向力、弯矩和剪力作用。就破坏特性而言，它是由于钢筋或混凝土的强度达到极限而破坏的,但若柱的轴压比很大,当荷载超过其临界荷载后,构件就会发生失稳破坏。所用材料采用混凝土强度等级C30；钢筋I级钢筋——HPB300级钢筋；II级钢筋——HRB335级钢筋；Ⅲ级钢筋——HRB400级钢筋；其它铁件为Q235钢。7 框架柱加固工艺，其操作要点为:(1)钢筋表面应洁净，无损坏，油渍，铁锈等，在使用前清除干净，带有颗粒状或片状及老锈的钢筋不得使用，加工好的钢筋应平直，无局部曲折，现场安装钢筋时按设计图，钢筋表核对安装，专人复核。(2)受力钢筋保护层要先做好砂浆垫块控制，保证钢筋的正确位置。凡是采用焊接的钢筋接头，应按规定要求进行取样试验，同时钢筋焊接应检查焊条的合格证，附上焊条（剂）的合格证。(3)钢筋单面焊接，焊接长度不小于10倍钢筋直径。(4)楼板钻孔时，应进行放线定位，控制穿孔钢筋位于孔边，以便于混凝土能从孔中注入。(5)植筋工艺,植筋定位→在相应部位提供工作平台→凿除植筋部位混凝土保护层→钻孔→清孔→注胶→插筋→后续工序施工。　　3.3框架梁加固（粘贴碳纤维片材）框架梁在主要承受弯矩的阶段,有可能产生垂直裂缝,当荷载增大后,框架梁可能沿垂直裂缝发生正截面受弯破坏；在弯矩和剪力共同作用的区段内,框架梁常产生斜裂缝,随着载荷的增大,框架梁还可能发生斜截面破坏。碳纤维加固框架梁概述如下：1、材料特性⑴本工程使用德国进口的碳纤维布（C200），其主要性能指标见表1：表1：碳纤维布主要性能指标⑵粘贴用树脂采用国产JGN型建筑结构胶，其主要性能指标见表2：表2：配套胶主要性能指标2、加固设计7 2.1基本假定，碳纤维材料加固后混凝土梁的极限承载力计算采用如下基本假定：（1）受拉区混凝土的作用忽略不计；（2）梁受弯后，混凝土、钢筋及碳纤维应变符合平截面假定；（3）碳纤维材料采用线弹性应力-应变关系：σcf=Ecf×εcf且εcf0.01取[εcf]=0.01界限相对高度：ξcfb=0.8Xεcu/(εcu+[εcf])=0.8×0.0033/((0.0033+0.01)=0.1985混凝土受压区高度x和受拉面上碳纤维片材的拉应变εcf应按下列公式进行计算：1）、fcbx=fyAs－fy＇As＇+EcfεcfAcf2)、x＝0.8εcu/εcu+εcf解得：ξcfbh＝0.1985x650＝1297'