在我国,增大混凝土截面是一种传统的加固方法,工艺简单,适用面广,可广泛用于一般梁、板、柱、墙等混凝土结构的加固。
在实际应用中,主要采用钢筋混凝土或钢筋网砂浆层,来增大原混凝土结构面积,提高结构承载力。实际工程中,在构件的受拉区补浇混凝土层的情况较多[2 ],如图1 (a) 所示T 形梁,原配筋率较低,其混凝土受压区高度较小,因此在受拉区增补纵向钢筋并补浇混凝土层,从而提高梁的抗弯承载力;另外,挑檐、阳台、雨蓬等的加固,可在结构的受拉区(原板的上面) 补配钢筋和补浇混凝土,见图1 (b) 。补浇的混凝土如处在受拉区,它对补加的钢筋可起到粘结和保护的作用;补浇的混凝土如处在受压区,可增加构件的有效高度,从而提高构件的抗弯、抗剪承载力,增加构件的刚度。为了达到显著的加固效果,应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、两面加厚或单面加厚等构造形式。
加大截面加固法特性
加大截面加固法即采取增大混凝土结构或构筑物的截面面积，以提高其承载力和满足正常使用的一种方法。钢筋混凝土受弯构件受压区加混凝土现浇层,可增加截面有效高度, 扩大截面面积, 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。采用受压区加固的受弯构件, 其承载力、裂缝宽度及变形计算可按现行混凝土结构设计规范中有关叠合构件的规定进行。在适筋范围内, 混凝土受弯构件正截面承载力随钢筋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, 增大主筋面积可有效地提高原构件正截面抗弯承载力。在截面的受拉区加现浇混凝土围套增加构件截面, 通过新加部分和原构件共同工作, 可有效地提高构件承载力。
加固时可根据构件的工作条件、受力性质和构造特点，采用单面或多面加固。加大截面法作为一种传统的加固方法，具有施工工艺简单、适应性强等特点，广泛适用于梁、板、柱、墙和一般构造物的加固，但采用该法时，现场施工的湿作业时间长，对生产和生活有一定的影响，且加固后的建筑物净空也有一定的减小。随着建筑业的发展,加固工程越来越多。
目前加固方面的规范主要有《混凝土结构加固技术规范》CECS25 :90 (以下简称规范) 。由经验知：小的柱,如b ×h ≤500mm×500mm ,加固部分的混凝土厚度一般≥100mm(规范中规定加固柱时不应小于60mm) ,基本可保证柱加固后新老混凝土的共同工作。但对截面较大的柱,如b ×h ≥1000mm ×1000mm ,若不采取必要的设计、施工措施,较难保证新、老混凝土的共同工作。
加大截面加固法在设计构造方面必须解决好新、旧部分的整体工作、共同受力问题,而新、老混凝土的结合面是加固结构受力时的薄弱环节。因此,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。
在规范中提出了用加大截面加固钢筋混凝土轴心受压构件时,其正截面承载力计算公式为:N < φ[ f co Aco + f ′yo A′so + α( f c Ac + f ′y A′s ) ]
式中各符号的意义见规范第41112 条。公式中的重要系数α在规范中的说明是:加固部分混凝土与原构件协同工作时,加固用混凝土和纵向钢筋的强度利用系数,近似取α= 018。对大截面柱的加固,α是否还取018 ,需要通过试验进行验证。在缺乏试验资料时,应当采取设计、施工措施,保证新老混凝土共同工作。
加固梁的受力特征
用增大截面法加固某梁,在浇捣后浇层前(加固前) ,原梁上作用有弯矩M1 (见图2 (a) ) ;待后浇层中的混凝土达到设计强度后,梁进入整体工作阶段,有新作用的弯矩M2 (见图2 ( b) ) ;在总弯矩M1 +M2 的作用下,已加固梁的截面应力如图2 (c) 所示。由图2 (c) 可以看出,加固梁与一次整浇梁的应力图有很大差异,主要表现有以下两点:
(1) 加固梁与截面尺寸、材料、加荷方式均相同的整浇梁相比,加固梁的后浇层是在弯矩M1 之后才开始参加工作的,因此后浇层的压应变比相对应的整浇梁的压应变小,结果是在受压边缘的混凝土被压碎时,构件的挠度、裂缝都较整浇梁大得多。
(2) 在弯矩M1 作用下,由于原梁的截面高度较对应整浇梁的截面高度小,所以在原梁上产生的钢筋应力σ1 、挠度f 1 都较对应的整浇梁构件大得多。后浇层中的混凝土达到设计强度后, 加固梁的中和轴上移, 使原梁部分受压区变为M2 受力过程中的受拉区,于是原受压区的压力对加固梁的作用相当于预应力构件中的预压应力, 荷载预应力可以减少在弯矩M2 作用下引起的钢筋应力增量和挠度增量。尽管在M2 作用下钢筋应力和挠度增量都小于相应的整浇梁,但终因在M1 作用下,原梁中的应力较整浇梁大得多,使加固梁的钢筋应力、挠度和裂缝宽度在整个受力过程中,始终较相应的整浇梁大,以致受拉钢筋的应力在比整浇梁低得多的弯矩作用下就可能达到流限。
4、 设计要求
加大截面加固法在设计构造方面必须解决好新加部分与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、剪等各种复杂应用,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。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、并使新旧两部分能整体共同工作的关键。加固设计时,应验算原物件的应力水平Bk 值( Bk 为荷载作用下待加固构件实际承受的压应力σo与待加固构件混凝土轴向抗压强度的实测值f co 之比,即Bk =σo/f co) ,若Bk值超出表1 的限值,宜在加固前先卸荷。
5、构造规定及注意事项
(1) 新增混凝土的最小厚度,加固板时不应小于40 mm ,加固梁时不应小于60 mm ,用喷射混凝土施工时不应小于50 mm。
(2) 石子宜用坚硬耐久的卵石或碎石,其更大粒径不宜大于20 mm。
(3) 加固板的受力钢筋宜用§6～8 mm ,加固梁的纵向受力钢筋宜用变形钢筋,钢筋最小直径对于梁不宜小于12 mm ;更大直径不宜大于25 mm。封闭式箍筋直径不宜小于8 mm ,U 型箍筋直径宜与原有箍筋直径相同。
(4) 加固的受力钢筋与原构件的受力钢筋间的净距不应小于20 mm ,并应采用短筋焊接连接,箍筋应采用封闭筋或U 型箍筋,并按照现行标准《混凝土结构设计规范》对箍筋的构造要求进行设置。
(5) 梁的纵向加固受力钢筋的两端应可靠锚固。
6、结构设计与施工要点
6.1进行加固设计时，要考虑新旧结构的协同工作
对于轴心受压构件，应采用《混凝土结构加固规范》中第4.1.2 式进行计算；对于偏心受压构件，其新增混凝土和纵向钢筋的强度设计值需按规定予以折减。但为满足
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