针对建筑物梁加固,目前国内最常见的几种加固方法有增大截面法、包钢加固法、预应力加固法、粘贴钢板加固法、碳纤维加固法等,进行加固施工时要经过确定加固方法后,必须要有设计师对荷载的计算后出图实施。
混凝土梁加固:通过某种施工工艺增加混凝土梁的承载力,以达到特定的使用要求。
引起混凝土梁加固的原因有很多种情况:承重荷载增加、抗震等级提高、由于施工质量出现的缺陷(混凝土裂缝、混凝土空心麻面露筋等)、由于设计缺陷导致的质量事故、由于外在因素导致的事故等等。
混凝土梁加固通常有以下几种方案:
①碳纤维复合材料加固 ②湿包钢加固
③粘钢加固 ④增大截面加固
碳纤维复合材料加固
碳纤维加固具有节省空间、施工简便、不需要现场固定设施、施工质量易保证、基本不增加结构截面尺寸及自重、耐腐蚀、耐久性能好、造价低等特点
此种加固方案主要弥补混凝土梁因增大荷载造成的受弯、受拉不足,根据受力大小可采取梁底粘贴单层或双层(不宜超过三层)碳纤维布,梁侧加U型箍及压条加固,施工完成后应对碳纤维表面进行防火处理。
技术特点:
(1)抗拉强度高,是同等截面钢材的7-10倍。
(2)重量轻,密度只有普通钢材的1/4。
(3)耐久性好,可阻抗化学腐蚀和恶劣环境、气候变化的破坏。
(4)施工方便快捷、省力节时、施工质量易于保证。
湿包钢加固
包钢加固是通过钢板固定于混凝土梁上,通过焊接等方式进行成型固定,通过锚栓固定于加固构件基层,然后采用压力注胶形式密实,利用钢板良好的抗拉强度达到增强构件承载能力及刚度的目的。包钢加固增加截面尺寸较小,是一种既简便又可靠的加固方法,承载力可大幅度提高(混凝土强度在C15以下时不宜采用此方案)。
当采用包钢加固时可采用包钢板加固或包角钢加固,包钢加固时钢板厚度不宜小于5mm,梁侧加U型箍及压条加固,当采用包角钢加固时梁侧宜采用丝杆焊接角钢后穿楼板固定。包钢施工完成后应进行防腐和防火处理。
该法受力可靠、施工简便、现场工作量较小,但用钢量较大,可大幅度地提高混凝土梁的承载力
施工流程:粘贴面处理 → 加压固定及卸荷系统准备(根据实际情况和设计要求,卸荷步骤有时省去) → 钢材固定 → 配置胶粘剂压力注胶 → 固化、卸加压固定系统 → 防腐防火处理 → 维护。
粘钢加固
粘钢加固亦称粘贴钢板加固,是将钢板采用高性能的环氧类粘接剂粘结于混凝土构件的表面,使钢板与混凝土形成统一的整体,利用钢板良好的抗拉强度达到增强构件承载能力及刚度的目的。
粘钢加固时钢板厚度不宜大于5mm,梁侧加U型箍及压条加固。粘钢施工完成后应进行防腐和防火处理。该法受力可靠、施工简便、现场工作量较小,基本不增加被加固构件断面尺寸和重量。
1、适用于承受静力作用的一般受弯及受拉构件。
2、使用环境温度不超过5~60℃,相对湿度不大于70%及无化学腐蚀的使用条件为限,否则应采取有效 的防护措施。
3、当构件混凝上强度等级低于Cl5 时,不宜采用本法加固
施工流程:粘贴面处理 → 加压固定及卸荷系统准备(根据实际情况和设计要求,卸荷步骤有时省去) → 胶粘剂配制 → 涂胶和粘贴钢板 → 固化、卸加压固定系统 → 防腐防火处理 → 维护
增大截面加固
增大截面加固分三种加固方法:只增加受力钢筋截面不增加混凝土梁截面、增加受力钢筋同时增加混凝土梁截面和变截面加固三种,可根据梁的正截面、斜截面的承载力选择相应的方法。
常用方法多为增加受力钢筋的同时增加梁的截面,此种方法对补加的钢筋起粘结和保护作用,当后浇混凝土处在受拉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,并增加了构件的刚度,因此其加固效果是非常显著的。
增加截面加固时应注意:新增混凝土宜采用无收缩细石混凝土,强度应不小于C30且应比原结构混凝土强度等级提高一级,新增混凝土层厚度应大于50mm,新增纵向受力钢筋应锚固原结构柱/墙内15d以上,箍筋应与原梁箍筋焊接或植筋。新旧混凝土结合面应考虑凿毛及涂刷界面剂(界面剂涂刷后应在有效时间内浇筑混凝土!)
施工流程:基层凿毛处理 → 钢筋制作安装 → 底侧模板制作安装 → 涂刷界面剂 → 梁侧合模 → 混凝土浇筑 → 养护 → 拆模。
1 增大截面加固法
1.1增大截面法加固梁应根据梁的类型、截面形式、所处位置及受力情况等的不同,采用相应的加固构造方式。
1.2仅梁底正截面受弯承载力不足且相差不多时,可只增加钢筋而不增大混凝土截面。当正截面受弯承载力相差较多时,钢筋和混凝土截面应同时增大。对连续梁若梁顶负弯矩区受弯承载力也不足时,可对支座负弯矩进行适度调幅,经调幅后梁顶面负弯矩承载力仍不足时,应双面加固。当梁受剪截面过小或斜截面受剪承载力过低必须箍筋和截面同时增大时,应采用包套加固。
1.3梁新增受力钢筋应由计算确定,纵筋直径一般取≥Ø16, 且不应小于Ø12。箍筋直径一般取≥8mm,在规定的范围内应加密,其加密区范围和间距应满足《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010的相关规定。
1.4新增钢筋与原混凝土之间的间隙不宜小于钢筋直径d;新增混凝土厚度应满足《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010对混凝土保护层厚度的规定。
1.5新增混凝土强度应比原梁提高一级,且不应低于C20。
1.6新增受力钢筋应设保护层,只增加钢筋时可以采用高强水泥砂浆抹面保护。
1.7对于只增加钢筋不增大混凝土截面情况,新增受力钢筋与原钢筋间可采用短筋焊接连接,短筋直径不应小于20mm,长度不小于5d,短筋中距不应大于500mm,端部取250mm。
1.8混凝土围套加固箍筋应封闭,单面或双面加固可采用U形箍,U形箍应与原箍筋焊接,焊缝长度:双面焊时不小于5d,单面焊时不小于10d;现浇梁顶板面U形箍亦可采用植筋锚固于板。
1.9新旧混凝土界面处理应符合混凝土结构加固总则1.8条的相关规定。
1.10梁新增受力钢筋宜采用钻孔直通,并后灌胶粘剂。现场无条件时,也可齐柱边直通。
2外粘型钢加固法
2.1外粘型钢加固法对梁截面尺寸影响较小,承载力可大幅度提高。
2.2正截面受弯承载力不足时,对于跨中正弯矩,可采用角钢外包于梁底两角;对于T形截面连续梁梁顶负弯矩区,可采用双扁钢外包。
2.3斜截面受剪承载力不足时,可采用"缀板+螺杆"进行加固。为形成封闭箍,构造上尚应辅之以角钢和垫板。
2.4外包钢规格应由计算确定,角钢的厚度不应小于5mm ,肢长不应小于50mm;沿梁轴线方向应每隔一定距离用扁钢制作的箍板或缀板与角钢焊接。当有楼板时,附加螺杆穿过楼板,与 U形箍板焊接。
2. 5箍板或缀板截面不应小于40 x4mm,间距不应大于20r(r为单根角钢截面的最小回转半径),且不应大于500mm;在节点区, 其间距宜适当加密。
2.6外粘型钢的两端应有可靠的连接和锚固,可采用穿孔螺栓或组合型钢箍并配以锚栓的锚固方式。
2.7外粘型钢加固梁时,应将原构件截面的棱角打磨成半径r ≥7mm的圆角。
2.8外粘型钢的注胶应在型钢构架焊接完成后进行,胶缝厚度宜控制在3-5mm;局部允许有长度不大于300mm、厚度不大于8mm的胶缝,但不得出现在角钢端部600mm范围内。
2.9加固所用型钢表面(包括混凝土表面)应抹厚度不小于25mm 的高强度等级水泥砂浆(应加钢丝网防裂、防空鼓)作防护层。
3 粘贴钢板加固法
3.1粘贴钢板法加固梁是用胶粘剂将钢板粘贴于梁的上下受力表面,用以补充梁的配筋量不足,达到提高截面承载力的目的。
3.2粘贴钢板法较适合于梁的正截面受弯加固,尤其是简支梁;斜截面受剪粘钢加固,因构造上较难处理,受力也不够理想,较少采用。推荐纤维布斜截面受剪加固法,正截面受弯 加固采用粘贴钢板法,二者合用后简称复合加固法或综合法。加固后结构构件,其正截面受弯承载力的提高幅度,不应超过40%.
3.3粘贴钢板法受力钢板规格应由计算确定,钢板层数宜为一层。粘贴钢板法所用胶粘剂质量应可靠,性能指标应满足相关规范的要求。为保证加固质量,对粘贴钢板法中主要受力钢板,采用锚栓进行附加锚固。
3.4框架梁上下受弯纵向扁钢端部应有可靠锚固。对于梁顶钢板,为避免柱子阻断,可齐柱边通长布置在梁有效翼缘内;边跨尽端,应弯折向下贴于边梁,延伸长度应满足相关要求。梁底钢板可釆用封闭式扁钢箍锚固于柱或釆用“U形钢板箍+锚栓”的方式锚固于梁端。
3.5框架梁受力钢板锚固连接中存在大量的现场配焊,为避免高温对胶粘剂的不利影响,局部钢板不宜采用预粘工艺,可采用后灌工艺。
3.6釆用手工涂胶时,钢板宜裁成多条粘贴,且钢板厚度不应大于5mm。
4 粘贴纤维布加固法
4.1粘贴纤维布加固法加固梁,是用胶粘剂将碳纤维、玻璃纤维等复合纤维布粘贴于梁的受力表面,用以补充梁的配筋量不足,达到提高梁的正截面受弯承载力和斜截面受剪承载力的目的。
4.2正截面受弯加固,纤维布的纤维方向应沿纵向贴于梁的受拉面;斜截面受剪加固,纤维方向应沿横向环绕贴于梁周表面。加固所用纤维布规格,包括面积质量、宽度、层数、弹性模量及强度等,应由计算确定。加固后结构构件,其正截面受弯承载力的提高幅度,不应超过40%。
4.3梁截面棱角应在粘贴前通过打磨加以圆化;圆化半径,对于碳纤维不应小于20mm,对于玻璃纤维不应小于15mm。
4.4梁顶纵向纤维布,当无障碍时,可通长直接贴于梁顶面;当有障碍时,可齐柱根贴在梁的有效翼缘内。纤维布在梁端应向下弯折贴于端边梁侧面,其延伸长度应满足相关要求,转折处以角钢压条压结,尽端以钢板压结。
4.6斜截面受剪环向纤维箍应闭合,对于T形截面梁的锚固可采用加锚封闭箍,即“穿板螺栓+连接箍板+压结角钢";钢板锚U形箍,即"钢板压条+锚栓";一般U形箍,即釆用纤维织物作为压条。
5 外加预应力加固法
5.1体外预应力加固混凝土梁的转向块,锚固块形式和布置应根据既有建筑结构和体外预应力筋的布置选用。
5.2对于正截面受弯承载力不足的梁,可釆用预应力水平拉杆进行加固;正截面和斜截面均需加固的梁,可采用下撑式预应力拉杆进行加固。若工程需要,且构造条件允许,也可同时采用水平拉杆和下撑式拉杆进行加固。
5.3相关加固方法的计算依据和构造措施应符合《混凝土结构加固设计规范》GB 50367-2006和《建筑结构体外预应力加固技术规程》JGJ/T 279-2012的规定。
6增设支点加固法
6.1增设支点法加固梁,按支承结构受力性能的不同分刚性支点加固法与弹性支点加固法两种。设计时,应根据被加固梁的构造特点和工作条件选用其中一种。
6.2设计支撑结构或构件时,宜釆用有预加力的方案。预加力的大小,应以支座处被支顶构件表面不出现裂缝和不增设附加钢筋为度。
6.3新增支撑应与被加固梁有可靠的连接,推荐采用型钢套箍干式连接。
6.4制作支撑结构和构件的材料,应根据被加固结构所处的环境及使用要求确定。当在高湿度或高温环境中使用钢构件及其连接时,应采用有效的防锈、隔热措施。
7 钢绞线网片-聚合物砂浆外加层加固法
7.1釆用钢绞线网片-聚合物砂浆法加固钢筋混凝土梁前,应先清理、修补原构件,并按聚合物砂浆产品使用说明书的规定进行界面处理。
7.2钢绞线网片应无破损、无死折、无散束,卡扣无开口、脱落,主筋和横向筋间距均匀,表面不得涂有油脂、油漆等污物,网片主筋规格和间距应满足设计要求。钢绞线网片表面聚合物砂浆外加层的厚度,不应小于25mm,也不宜大于35mm。当采用镀锌钢绞线时,其保护层厚度不应小于15mm。
7.3钢绞线网片下料应按照设计文件的说明和加固的具体部位尺寸进行,下料尺寸应考虑钢绞线绷紧时的施工余量和端头错开锚固的构造要求。
7.4钢绞线网片主筋端部可釆用“拉环+U形卡具+配套胀栓”进行锚固。
7.5钢绞线网片与基材混凝土的固定可釆用配套胀栓及U形卡具,胀栓呈梅花形布置。
7.6对于重要构件的加固,应选用改性环氧类聚合物砂浆;对一般构件的加固可选用改性环氧类聚合物砂浆或改性丙烯酸醋共聚物乳液配制的聚合物砂浆。
7.7常温下,聚合物砂浆施工完毕6h内,应采取可靠保湿养护措施,养护时间不少于7d,并应满足产品使用说明规定的时间。
7.8钢绞线网片需要搭接时,沿主筋方向的搭接长度应符合设计要求,如设计未注明,其搭接长度不应小于600mm,且不应位于受力较大位置。
注:1.增大截面法适用于提高梁的受弯承载力、受剪承载力的加固。
2.新增受力钢筋由计算确定≥Ø12,焊接短筋≥Ø20@500。
3.水泥砂浆抹面时,应设置防裂钢丝网。
增大截面加固法:简支梁加固(只增加钢筋)
增大截面法:框架梁受弯承载力加固
增大截面加固法:框架梁受弯承载力加固
注:1.新增受力钢筋由计算确定,且≥Ø12。
2.纵向受力钢筋端部植入边梁,其锚固效果宜进行折减,设计时不宜按刚接考虑。
3.架立筋≥Ø12,腰筋≥Ø12。
4.箍筋应满足现行规范有关加密区设置的规定。
5.纵向受力钢筋植筋应满足锚固深度和最小边距、间距的要求。
6.穿孔部位应采用胶粘剂灌注锚固。
增大截面加固法:框架梁受弯、受剪承载力加固
外粘型钢加固法:中框架梁加固(穿孔螺栓锚固)
外粘型钢加固法:中框架梁加固(型钢箍锚固)
外粘型钢加固法:边框架梁加固(穿孔螺栓锚固)
外粘型钢加固法:边框架梁加固(型钢箍锚固)
粘贴钢板加固法:简支梁正截面粘钢加固
粘贴钢板加固法:简支梁综合法加固
粘贴钢板加固法:中框架梁正截面加固
粘贴钢板加固法:边框架梁正截面加固
粘贴纤维布加固法:简支梁正截面加固
粘贴纤维布加固法:中框架梁加固
粘贴纤维布加固法:边框架梁加固
粘贴纤维布加固法:框架梁斜截面加固
外加预应力加固法:预制梁体外预应力拉杆加固
外加预应力加固法:框架梁体外预应力加固
外加预应力加固法:梁端部锚固块构造
增设支点加固法:框架梁斜向支撑加固
钢绞线网片-聚合物砂浆加固法:梁支座受弯承载力加固
钢绞线网片-聚合物砂浆加固法:梁跨中受弯承载力加固
钢绞线网片-聚合物砂浆加固法:梁受剪承载力加固
《建筑工程结构加固补强施工技术的应用_柯金山》(已在文中黄笔高亮)
部分强化方法
(1)在梁的三、四侧做套管
(2)梁的一侧加大截面法
预应力加固法