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1、返回总目录,第17章结构加固整浇钢筋混凝土结构加固方案论证三例,教学提示：治病贵在对症下药，结构加固方案选择失当就会劳而无功，甚至前功尽弃。下面三例是很有代表性的，也是引起社会广泛关注的。其中的一些经验和教训值得吸取。教学要求：建议引导学生针对案例提出各种不同的见解，展开讨论。结构加固就像医生治病：人命关天，风险很大，技术含量很高，因此付出的经济代价也会很高，必然慎重从事。医生治病贵在对症下药，结构加固贵在方案选择。只要方案选择合理，就能收到立竿见影、事半功倍的效果。医生用错药，动错刀，就完全有可能让病人死在手术台上。因此对于结构加固方案的选择，一举一动，不可不慎。这里试借三个结构加固方案选择
2、失当的工程实例来进行一些讨论。,结构加固市场呼唤新的结构加固技术,现行钢筋混凝土结构加固技术简介,各种加固技术的优缺点及其适用性,本章内容,思考题与习题,三例工程事故的结构加固方案论证,一个原则和几项建议,结构加固市场呼唤新的结构加固技术,由于整浇钢筋混凝土框(刚)架结构的使用面很广，而其设计与施工程序又很复杂而繁琐，受不定因素和人为过失的影响很大。因此，其事故几率也很高，事故处理和结构加固工作量也就很大。由于钢筋混凝土结构受到混凝土碳化、钢筋锈蚀两个因素的严格制约，在一般环境条件下，普通混凝土的碳化深度在一定时期后就会透过15mm25mm的保护层，导致钢筋锈蚀，使结构丧失承载力、服务期终止。
3、对于施工质量没有得到保证、环境恶劣的工程，其服务寿命就更短。由于长期以来人们对混凝土碳化、钢筋锈蚀影响混凝耐久性的问题关注和研究不够，致使大量整浇钢筋混凝土结构工程提前进入危险期。据统计，我国已拥有百亿平方米以上的在用工程，其中50左右敲起了等待加固的警钟。至于起步早的西方发达国家，其加固工程比重就更大。因而钢筋混凝土结构工作的加固设计与施工工作成了当前工程界的一项中心任务，对此要求工程界提供操作简便易行、适应面最广、经济代价低的整浇钢筋混凝土框(刚)架结构的加固方法，这事成了当务之急。,现行钢筋混凝土结构加固技术简介,现行钢筋混凝土结构加固技术分为传统技术和先进技术两大类，已广泛应用于工程加
4、固实践中。一.传统加固技术方法可以归纳为以下5种。(1)加大截面法。(2)外包钢法。(3)预应力法。(4)改变传力途径法。(5)加强整体刚度法。这些都是经过长期实践检验可靠性比较高的方法，已收入国家标准混凝土结构加固技术(CECS259 0)。不仅有比较充分的理论依据，规范还提供了详细的计算公式。在加固设计与施工中，应该已是有法可依，有章可循了。原则上属于强制执行范畴。,现行钢筋混凝土结构加固技术简介,二.先进加固技术方法可以归纳为以下3种。(1)粘钢法。(2)碳纤维布加固法。(3)粘贴玻璃钢复合料板材加固法。由于其科技含量高，技术先进，近几年来在国内外发展迅速，为工程界所关注，并已广泛用于工
5、程实践中。,各种加固技术的优缺点及其适用性,对以上多种混凝土结构加固技术来说，每一种技术都有其优缺点和适用性。而对于每一项须加固的工程对象来说，又都有其独特个性和不同的要求。具体选择哪种加固技术，应按彼此适应的原则。现列举各种加固技术的优缺点及其适用范围如下。一.加大截面法加大截面法有单面加大、双面加大、或四面加大三种情况，目的是将原有受力断面扩大。目前受施工工艺限制，最小加大厚度按规范要求不小于60mm，但实际施工中往往采用不小于100mm的最小限额值。其最大优点是概念清楚、计算公式详尽。但其缺点也很 多，有以下几点。(1)断面积扩大后，刚度变化太大，设原有断面为400mm600mm，四面扩
6、大断面后成600mm800mm，面积扩大到2倍，惯矩却扩大到3.6倍。构件断面积和刚度在加固前后有如此大的变化，不仅是有碍观感和使用，在整个结构体系中产生的副作用也是惊人的。,各种加固技术的优缺点及其适用性,(2)对于轴心受压构件来说，也许新旧断面之间的协同工作条件还较满足。对于偏压、压弯、弯扭、扭剪等复杂受力情况来说，能否协同受力是很值得怀疑的。比如在平截面受弯条件下，首先受力的是外层钢筋，只有在外层钢筋屈伏以后，远远“退居第二线”的内层钢筋才受力。照这样就有了各个受力物体被击破或遭到连续破坏的危险。假如在加固设计时就放弃原有钢筋，使之退出工作，又未免过于浪费。(3)从钢筋锚固焊接到薄层混凝
7、土的浇筑养护，施工难度是很大的。尤其是最需要加固的梁柱节点却很难得到加固和改善，这是一大遗憾。(4)扩大断面法用于梁的加固，其最大难点是施工(基准)温度的控制和钢筋内初应力的消除。,各种加固技术的优缺点及其适用性,二.外包钢套法外包钢套法分干法与湿法，其最大优点与扩大断面法相似，其最大的缺点是施工难度大。对于干法来说，由于加固断面的施工误差不可避免，很难保证钢套与混凝土表面密贴，协同工作。对于湿法来说，要指望夹垫的胶泥层和原本存在强度不够、质地不匀或早已碳化的旧混凝土表层来传递粘着力和剪力，以满足外套与原构件协同工作的要求，显然是不切实际的。关键的问题还是外包钢套法对于梁柱节点加固实在无能为力
8、，因为框架柱往往存在上下层变断面的情况，再加上施工中的上下柱错位和误差等实际问题，使外包钢套很难上下准确衔接与上下贯通，节点处箍筋也无法追补和交圈。若无视这些情况，进行节点加固，只能算敷衍了事。三.预应力法预应力法的最大优点是便于使有较大跨度和较大荷载且已出现较大变形(挠度)后的 钢筋混凝土梁或桁架恢复承载能力。这种方法在早年工业建筑中用得较多。其最大缺点是施工工艺复杂，维护困难，耐久性差，而且还占有一定空间，影响外观与使用，现已不受欢迎。,各种加固技术的优缺点及其适用性,四.改变结构传力路径法改变结构传力路径法是彻底改变结构内力的计算图形。比如在梁的跨中增设支点，在梁的两端支座处增加牛腿或梁
9、胁，以缩小梁的计算跨度，减小梁内弯曲应力；或在柱脚增设柱墩，在柱顶增加牛腿或角撑，以压缩柱(刚架)的计算高度，卸减柱内弯矩和剪力。这是一种有效的加固方法，但一般要涉及建筑平面和使用功能的改变，这是其缺点。五.粘钢法用结构胶在被加固构件表面粘贴4mm6mm厚的钢板进行结构加固，增加的构件自 重很小，扩大构件断面很小，也不占用空间，是当前最受工程界青睐的一种混凝土结构加固方法。但也有以下缺点。(1)技术要求高，施工操作程序较复杂。掌握不好的话，质量难保证，可靠性也不高。(2)耐高低温、耐湿、耐腐蚀等性能是否可靠尚未经实践考验，耐久性也没有保证。据现有资料反映，结构胶的最长耐久年限是30年，对于旧房
10、加固来说，这个年限也许已够，但对于施工事故处理中新结构加固来说，这个年限显然不够，何况市场供应胶的实际耐久年限还是未知数。(3)依靠被加固的不可靠的混凝土表面来传递剪力以达到协同工作进行加固的目的，是值得怀疑的。其破损机理是最危险的剪切脆性破坏，是值得警惕的。,各种加固技术的优缺点及其适用性,六.碳纤维加固法与粘钢法相比，这是一种科技含量更高更先进的加固技术。往往因其质轻高强的惊人物理特性而深受人们欢迎。此法与粘钢法一样，也存在同样的缺点，甚至更严重。现列举如下。(1)由于其强度更高，脆性破坏的危险性更大。(2)受变形协调原理制约，碳纤维的变形须与构件内原有钢筋的变形协调，因而其强度高的特性并
11、不能得到充分发挥，使其有效利用率实际很低。七.玻璃钢(纤维加强塑料)板加固法外粘玻璃钢加固法是在粘钢加固法基础上发展起来的新方法。因为没有钢板锈蚀的问题，耐久性能较好，加固效果也不错，有其一定的优势。目前还在开发、研究阶段。以上列举的多种加固方法各有其优缺点和适用范围。如何选择混凝土结构的加固方 法，应该兼顾安全耐久和经济适用两个原则。,三例工程事故的结构加固方案论证,现试以某大酒店框架、某大粮库刚架和某大会堂舞台屋面工程的结构加固方案为例，来进行一些探索和研讨。至于该工程事故的具体情况，限于篇幅，不作详细描述。一.某大酒店工程结构加固方案论证1.钢筋混凝土柱加固在该大酒店建筑物中，经用扩大断
12、面法加固的钢筋混凝土柱共73根，柱原有断面分 1000mm、1100mm，2种情况，以1100mm的占多数。原先设计要求扩大的尺寸(半径)控制为75mm，因施工困难，实际控制量不大于l00mm。而且有些柱是下层柱加固，上层柱不加固；有些柱是上层加固，下层不加固；有些则是中间层加固，上、下层均不加固。因此往往使柱身成为上头大、下头小，或中间大、两头小的反常现象。,三例工程事故的结构加固方案论证,这种加固方法的最大问题是使整个结构体系的刚度分布情况发生巨变，极不均匀。比如A座塔楼的首层共有2l根柱，只有3根角柱不用加固。这些柱原设计断面为1l00mm。而地下室则只有二根柱需要进行加固，其原设计断面
13、也为1100mm。加固后的柱断面骤增了40，刚度骤增了95，上大下小或中间大、两头小的刚度变化如此之大，对于结构体系的抗风和抗地震来说，显然是极为不利的。另一个问题是对于遗漏箍筋、混凝土存在蜂窝狗洞、强度最低的最需要加固的节点来说，并没有得到加固。从加固节点图就可发现以下问题：由于上下柱断面的变更，又因为施工中普遍存在的上下柱错位等情况，使新增主筋不能准确地与旧筋衔接，上下贯通，妥善锚固；节点箍筋更不能交圈封闭，以起到约束节点核心混凝土的作用。总之从施工现场可以得出结论：对于节点的处理是敷衍了事的。经历一番辛苦之后，却在这最重要的安全关口前功尽弃。,三例工程事故的结构加固方案论证,2.梁加固该
14、建筑物中经加固处理的框架梁共86根，地下室顶板梁115根。多数框架梁是被认为面筋(节点附筋)不足而被补筋加固的，少数框架梁则是底筋面筋均作了补筋加固。所有地下室梁都作了底筋和面筋的全面补足加固，而且补筋量都是上、下各425。对于梁的加固采用扩大断面补筋法，必然使旧梁机体受到较大损伤。因为施工时不仅要将全部的主筋保护层打掉，而且还要将全部新增钢筋与旧筋焊连，致使旧筋在焊接高温影响下产生初应力。这一结果破坏了旧筋与混凝土之间的粘着力。这一方法最大的缺点还在于增补的钢筋不能妥善锚进节点。对于只因温度应力而引起裂缝的屋面梁和地下室顶板梁来说，本来并不需要增补钢筋，采用补筋加固很可能是得不偿失。,三例工
15、程事故的结构加固方案论证,3.板加固工程人员对面积45000m 2的楼屋面板进行了全面加固，加固办法是以叠合梁理论为基础的。具体做法是将原有混凝土板面打毛清洗后，铺满6200的钢筋网，浇注50mm厚的细石混凝土。这个办法自然满足了板厚和板的跨中抗弯要求，但因梁顶板支座处不配置抗负弯矩的押筋，忽略了这一最薄弱的环节，很可能起不到加固板的效果。在加固过程中，框架柱错位与偏斜问题未得到处理，这也是一隐患。根据以上分析，认为全部加固工程付出了高昂的代价，但其加固效果是值得怀疑的。,三例工程事故的结构加固方案论证,二.某大粮库刚架加固方案论证1.刚架柱底部增设基墩将柱底部的0.00m以下到基础顶标高1.
16、460m以上的一段柱断面，从400mm800mm扩大为800mm1200mm的基墩以减小刚架柱的计算高度，这一做法是正确的。刚架柱的计算高度压缩以后，可以减小柱内的计算弯曲应力和剪应力，从而得以弥补柱身混凝土强度不足的缺憾。下面做一对比分析：基脚完全固定、跨度30m、刚架柱计算高度分别为8m和6m两种情况在水平荷载作用下的各自内力状况分析。假设水平荷载分布高度为柱全高，并假定刚架柱断面矩与钢梁断面矩相同，则(参见建筑结构静力计算手册P548)(17-1)式中：q为柱侧均布水平荷载，h为柱高，M为作用于柱根部的弯矩,三例工程事故的结构加固方案论证,假设柱的计算高度为8m时：算得 M1=16.61
17、q假设柱的计算高度为6m时：算得 M2=9.26q=56%M1计算结果表明：将刚架柱的计算高度压缩2m以后，柱内弯矩可降低44，足以弥补混凝土强度不足的影响。2.刚架柱底部扩大断面将刚架柱的+6.00m标高以下至0.00m以上的一段柱身断面从外侧扩大200mm(使400mm800mm断面扩大为400mm1000mm断面)，并在扩大断面内增设425受力筋，用“”形箍筋与旧筋焊连。新断面的计算高度h0虽然增加了200mm，但新配钢筋(425，Ag=l9.64mm2)，仅为原断面配筋(832，Ag=64.34cm2)的30。混凝土强度按C20取值时，新断面抵抗弯矩的能力M抗=428kNM而原断面的抵
18、抗能力M抗=643kNM。因此认为经加固以后，因为原配钢筋已退出工作，其抗弯曲能力反而降低了33，可谓得不偿失。,三例工程事故的结构加固方案论证,3.施工缝的人工挖补处理该例事故的质量检测报告指出，这一工程事故的关键问题是每根刚架柱的1l处施工缝的处理几乎是百分之百的不符合规范要求。可惜未引起关注。没有找出关键问题，就对施工缝进行人工局部挖补处理，显然收不到加固效果，反而，成为隐患。三.某大会堂舞台屋面梁加固方案论证该大会堂舞台屋面梁出现裂缝，被认为是由于温度应力引起的，且已无争议。按常理，温度应力释放以后，裂缝即可稳定，即使不作结构加固，只对裂缝作封缝处理，防止钢筋锈蚀，也能保证安全。有关人
19、员还是决定做结构加固。问题是进行粘钢加固处理以后，在荷载试验中，所加压力尚未达到设计荷载值，粘贴的钢板已呈屈伏状态。此事引起异议，经分析认为存在以下问题。,三例工程事故的结构加固方案论证,1.原设计有弱点(1)原设计的刚度和配筋安全储备不够。全跨度为16.31m计算跨度为15.2m的屋面大梁，梁断面400mml000mm，高跨比H/L不足1/l5，梁两端分别支承于抗风柱顶的连梁上和以舞台台口梁为下弦的空腹刚架上，不是以扎扎实实的钢筋混凝土柱为支座。连梁和空腹刚架的抗扭能力不够，因此梁端的固定程度是有限的。对于如此大跨度、大荷载(除呆载、屋面活载、积水荷载之外，还有舞台吊挂)，如此重要的工程来说
20、，应该留足安全储备。按简支梁偏安全考虑，则梁的高度和配筋(532mm，Ag=40.2lmm2)均嫌不足。(2)将31.10ml6.3lm的大屋面设计成单跨梁和单向连续板，板厚达l50mm。梁断面达400mml000mm的厚板，肥梁结构，这些很不利于温度应力的控制。如果没有条件设计钢网架，比较合理的选择也应该是薄板、轻梁、密肋的井式梁体系。2.粘钢加固时忽略了施工(基准)温度和结构初应力影响应该注意到，屋面梁板施工在严冬进行，而粘钢加固和荷载试验在盛夏进行，梁内钢筋已赋存了一个由于温度应力引起的初应力，即由于钢筋热胀受到制约而产生的预压应 力。而新粘贴的钢板内却没有这个初应力，起点为零。由于钢筋
21、和粘钢两者在承受荷载时其应力起点不同，只有当钢筋内赋存的预压应力消除以后，钢筋内才产生一定量的拉应力，然后共同增长。钢板必然先进入屈伏状态,一个原则和几项建议,治病，贵在对症下药，根据这个原则，在此提出有关整浇钢筋混凝土结构加固技术的几项小建议。一.内外并举加固构件断面技术所谓内外并举技术是指对构件的加固从内外兼顾着眼，先用高强纤维喷射混凝土或用丹强丝水泥浆对构件断面外围进行全封闭，然后对构件断面内部进行压力注浆，以全面提高混凝土强度，改善混凝土的匀质性。1.加固程序实践证明，除改造工程加固和设计事故补救加固外，绝大部分属于施工质量问题，而且多是由于混凝土强度不够引起的加固。以前述某大酒店工程
22、事故为例，只要解决了混凝土的强度问题，则所谓柱轴压比不够问题、配筋量不足问题也就随之消失。其具体办法是：(1)清理病灶：指对蜂窝、狗洞或碳化层、旧损伤的部位的挖除或清理。(2)处理界面：打毛，清洗，刷界面剂。,一个原则和几项建议,(3)编织外裸钢丝网：以14#、l6#线编织网眼l0mm20mm的钢丝网或类似成品钢板网裸贴在构件外围，并以手动紧线器为工具，用8#线为螺旋箍筋绕在钢丝网上，螺距不大于100mm。(4)在钢丝网面上喷压20.30mm的细石混凝土面层。(5)在喷抹混凝土面层之前，以病灶为重点，选点钻孔，埋设高压注浆咀。(6)喷淋养护达到预定强度后，向构件内部注浆，注浆液视工程需要可用纯
23、水泥浆，也可选用成品注浆料。注浆压力一般控制在1MPa。(7)用钻孔取芯法、拉拔法或超声波法对加固后的混凝土的强度和匀质性进行检测 监控。2.技术优点内外加固断面技术具有以下优点，这是传统加固技术所没有的。(1)不扩大断面，不占用空间；高强度，高延性；有粘钢法和碳纤维布加固法的优点而无其缺点。(2)材质内外一致，协同工作条件好，有扩大断面法的优点而无其缺点。(3)操作简易，价格低廉。,一个原则和几项建议,3.理论根据以钢管混凝土和碳纤维约束混凝土的约束理论为依据，钢管混凝土的约束效应(增强)系数达1.54.5，碳纤维的约束增强系数一般达4.08.0。在加固实践中，一般只要求混凝土强度提高12个
24、等级。增强系数并不高，完全可以轻易达到这一目标，因此注浆压力以控制得低一些为宜。4.适应范围该技术最适用于框(刚)架柱的加固，比如前述某大酒店工程的框架柱加固和某大粮库刚架柱施工缝的加固，用上述办法，可迎刃而解。,一个原则和几项建议,二.软硬兼施加固梁柱节点法所谓软硬兼施加固框架节点技术是指用贴碳纤维布的软处理方法对梁柱交接、构造复杂的框架节点进行外围约束、用钢套焊连的硬处理法解决梁柱内力传递问题。(1)市场呼唤节点加固新技术。事故调查表明：几乎所有整浇钢筋混凝土框(刚)架的施工质量事故都出在梁柱节点部位，因为这里钢筋最密集、绑扎难度最大，漏放箍筋或钢筋绑扎不到位的现象几乎是不可避免的。这里混
25、凝土浇捣难度最大，蜂窝、狗洞也都出在这里，而这里却是最要害的部位。迄今为止，却没有一种加固手段能完美地解决节点加固问题。最先进的碳纤布加固法也无能为力。市场迫切需要一种操作简易、见效显著、费用不高的框架节点加固技术的开发与应用。(2)节点加固的具体步骤。如图17.1所示。,一个原则和几项建议,图17.1 框架节点加固图注：1.板上沟槽截筋；2.梁头型套筒抱紧；3.柱角4角铁抱紧；4.角铁端绕贴碳纤维布；5.套筒卷边与角铁面贴碳纤维布；6.抱紧螺丝。,一个原则和几项建议,具体步骤如图17.1所示。用8mm厚钢板，按梁断面大小加工抱箍式套筒，套筒长l00mm左右，一端加宽度50mm左右法兰式反边，
26、用紧固螺栓抱紧于梁头；沿梁头两边在楼板上抠出长度大于套筒、宽度大于反边的沟槽，以便将套筒就位安装。尽量使反边紧贴柱身，并将柱主筋与反边就近用Z形铁搭焊牢；用4根长度为梁高加2100mm的角铁抱紧节点柱角；用碳纤维布绕贴角铁端捆紧角铁；在梁头套筒反边与角铁面贴碳纤维布；选点埋设注浆咀；与柱身同时注浆。(3)加固质量监控与柱身加固一致。,一个原则和几项建议,三.梁板加固原则1.根据结构计算经验，混凝土的强度等级要求主要由柱身，尤其是节点的质量要求控制，对梁板的计算结果(配筋量)反应并不敏感。因此除非是设计错误或漏放钢筋等特殊 情况，一般不对梁作加固处理。尤其是对多发事故中的屋面梁裂缝，只要作好屋面
27、隔热保温，并作好裂缝的封闭防锈处理，即可确保安全，可以不作加固处理。像某大会堂舞台屋面梁裂缝事故，除温度因素外，还涉及梁的刚度与配筋不足的问题，则须以提高刚度、补足钢筋为出发点进行加固，加固时尤应注意基准温度和初应力(含温度应力与自重应力)的影响问题。2.板裂缝是工程中的多发事故，由于不便于板下进行加固处理，建议在板面上做迭加层，但补筋时应以在梁顶(板支座处)补足抗负弯矩筋为着眼点。板加厚以后，板底配筋一般均已满足要求。因为设计中所犯的通病往往是板底配筋一般留有一定储备，而支座配筋往往不完全满足要求，忽视了连续板或四边固定板的支座弯矩系数比跨中弯矩系数要高达3倍左右这一事实，而施工中所犯的毛病
28、是最容易将梁顶押筋踩塌，致使押筋规格质量均得不到保证。因此，楼板裂缝十之八九是支座负筋不足引起的锅底状下陷或板厚不足引起的剪切破坏。对已铺好地面砖的民用工程楼板加固，采用板面叠加的处理手法，损失太大。建议在板底加轻钢十字梁，梁面蒙钢丝网水泥，既经济，效果也很好。,一个原则和几项建议,四.关于柱身错位或歪斜问题的处理柱身错位或歪斜是常见事故，也是严重事故。如发现及时，建议以推倒重来为上策，如发现得晚，往往只能从抹灰、装修上做些表面文章，至于效果好不好，这一问题就成了心病。因此不妨用植筋法增植主筋，恢复正位，并逐渐向上扩大(修正)断面，使等断面框架柱形成对称的变断面刚架柱，可避免轴心偏离、应力集中等不良影响，并保持框架的原有计算图形和内力情况，至于赘余体形影响观感，当依赖装饰手段去解决。,思考题与习题,1.传统的钢筋混凝土结构加固方法有哪些？2.近年来流行的钢筋混凝土结构加固新技术有哪些优越性？3.你有什么好办法对框架节点进行加固？4.举出两个结构加固方案选择失当，结果失败的例子。5.举出两个结构加固方案选择恰当，取得成功的例子。,
