浅析混凝土增大截面加固法

摘　要:分析了增大截面加固法的特点、适用范围以及加固之后的受力特点,阐述了混凝土增大截面加固的构 造规定及施工关键技术,研究成果有利于该技术的推广使用。 

关键词:增大截面法加固,混凝土结构,受力特点,构造规定,增大截面加固

1 引言 

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[1 ] 。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。 

2 增大截面加固梁的受力特征 

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。 

3 设计要求 

增大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 = 4 构造规定[ 3] 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,其最大粒 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 ;最大直径不宜大于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,并按照现行国家标准《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。 

5 增大截面加固施工关键技术 

(1) 浇筑后浇层前应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,具体要求是:板 表面高低差应不小于4 mm ,梁表面高低差应不小 于6 mm ,并在构件的浇筑面上每隔一定距离凿槽。 

(2) 浇筑后浇层前应将原构件冲洗干净,先涂刷 一层高粘性能的界面结合剂(如丙乳水泥浆或TG 胶聚合水泥浆) ,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。 

(3) 当在梁上施作后浇层时,除按上述两条处理 原构件表面外,还应在后浇层中加配箍筋及负弯矩钢 筋(或架立筋) ,并注意其连接。加固的受力纵筋与原 构件的受力纵筋采用短筋焊接,尤其在加固筋的两 端。例如,图3 (a) 所示为焊接法将补加的U 形箍焊 在原有箍筋上,焊缝长度不小于5 D(D 为U 形箍直 径) ;图3 (b) 所示为U 形箍焊接在增设的锚钉上的连 接措施,锚钉直径D 不小于10 mm ,锚钉距构件边缘 不小于3 D ,且不小于40 mm;锚钉锚固深度不小于 10 D ,并采用环氧胶泥或环氧砂浆将锚钉锚固于原 梁的钻孔内,钻孔直径应比锚钉直径大4 mm ,另外也 可不用锚钉而直接将U 形箍筋伸进锚孔内锚固。 

(4) 加固构件新加部分一般比原构件截面小,厚 度仅40～60 mm ,采用一般支模机械振捣浇筑比较 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. 0～15. 0 MPa ;与旧混凝 土的粘结强度较高,常温下一天的抗压强度可达1. 5 ～2. 0 MPa ,比普通混凝土粘接强度高2～4 倍。

(5) 喷射混凝土施工工艺:喷射混凝土施工具有 施工机具设备简单、工期短、耗资少、不中断交通等 特点。图4 是喷射加固某板桥的操作流程。在喷射 混凝土施工中,喷射混凝土环节最为关键,图5 为干 喷法喷射混凝土工艺流程。对新喷射的混凝土,用 高压水泵喷水养护,保持其表面湿润,从喷射混凝土 初凝后2 h 开始,养护期不少于14 d。由于喷射混 凝土中掺有一定量的速凝剂,既能显著加快混凝土 凝结,提高早期强度,也在一定程度上抑制了由于水 泥的水化作用而产生的较大收缩变形。因此,必须 保证较长的养护时间,以保证强度的正常增长,减少 和防止收缩开裂。 

6 结束语 

采用混凝土增大截面加固法,只要严格按照 规范进行设计与施工,就能取得良好的效果。随 着时间的推移,混凝土增大截面加固法的应用将 日益广泛,将会产生越来越大的经济效益和社会 效益。

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