增大截面加固法的基本要求和工程應(yīng)用
增大截面加固法是用增大結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面面積進(jìn)行加固的一種方法,它不僅可以提高被加固構(gòu)件的承載能力,而且還可以加大其截面剛度,改變其自振頻率,使正常使用階段的性能在某種程度上得到改善,這種加固方法廣泛應(yīng)用于加固混凝土結(jié)構(gòu)中的梁、板、柱等。
增大截面加固法具有原理簡(jiǎn)單、使用經(jīng)驗(yàn)豐富、受力可靠、加固費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn),很容易為人們所接受;但它也有一些缺點(diǎn),如濕作業(yè)工作量大,養(yǎng)護(hù)周期長(zhǎng)、增加結(jié)構(gòu)自重、占用建筑空間較多等,使其應(yīng)用受到限制。這是傳統(tǒng)的加固法,最原始但也往往是最為可靠的方法,在工程實(shí)踐中常會(huì)采用這種方法。
1、增大截面加固法的適用范圍
增大截面加固法適用于鋼筋混凝土受彎和受壓構(gòu)件的加固,當(dāng)梁、板、柱其承載力相差較大,且其剛度也不滿足要求時(shí),采用增大截面加固較為有效。采用增大截面加固法時(shí)要求按現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果確定的原構(gòu)件混凝土強(qiáng)度等級(jí)不低于C13。該方法施工時(shí)的重點(diǎn)是要保證新舊混凝土界面的處理和粘結(jié)的質(zhì)量,只有當(dāng)界面處理及其粘結(jié)質(zhì)量符合規(guī)范要求時(shí),方可考慮新加混凝土與原有混凝土的協(xié)同工作,按整體截面進(jìn)行計(jì)算。
2、受彎構(gòu)件正截面加固計(jì)算的基本原則
(1).當(dāng)僅在受壓區(qū)加固受彎構(gòu)件時(shí),其承載力、抗裂度、鋼筋應(yīng)力、裂縫寬度及撓度的計(jì)算和驗(yàn)算,可按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010關(guān)于疊合式受彎構(gòu)件的規(guī)定進(jìn)行。若驗(yàn)算結(jié)果表明,僅需增設(shè)混凝土疊合層即可滿足承載力要求時(shí),也應(yīng)按構(gòu)造要求配置受壓鋼筋和分布鋼筋。
(2).在受拉區(qū)加固矩形截面受彎構(gòu)件時(shí),考慮新增受拉鋼筋的作用,并對(duì)新增鋼筋的強(qiáng)度進(jìn)行折減。
3、受彎構(gòu)件斜截面加固計(jì)算的基本原則
受彎構(gòu)件加固后應(yīng)首先符合受彎構(gòu)件的截面限制條件,其目的是防止發(fā)生斜剪破壞,限制使用階段的斜裂縫寬度,同時(shí)也是滿足斜截面受剪破壞的最大配箍率條件,公式與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010相同。
4、受壓構(gòu)件正截面加固計(jì)算的基本原則
(1)軸心受壓構(gòu)件采用增大截面法加固的計(jì)算
對(duì)新增的混凝土和鋼筋考慮利用系數(shù),并取=0.8,按(+)確定新增的混凝土和鋼筋的受壓承截力,與原軸心受壓構(gòu)件的承載力之和即為加固后的正截面受壓承載力。
(2)采用增大截面法加固鋼筋混凝土偏心受壓構(gòu)件時(shí)
1)新舊混凝土組合截面的混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fcc=(fco+0.9fc)
2)偏心距e按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010規(guī)定進(jìn)行計(jì)算,但其增大系數(shù)應(yīng)進(jìn)行修正。
5、增大截面加固法的構(gòu)造要求
增大截面加固法在設(shè)計(jì)構(gòu)造方面必須解決好新加部分與原有部分的整體工作共同受力問題,試驗(yàn)研究表明,加固結(jié)構(gòu)在受力過程中結(jié)合面會(huì)出現(xiàn)拉、壓、彎、剪等各種復(fù)雜應(yīng)力,其中關(guān)鍵是剪力和拉力。在彈性階段,結(jié)合面的剪應(yīng)力和法向應(yīng)力主要靠結(jié)合面兩邊新舊混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度承擔(dān),在開裂及極限狀態(tài)下,主要是通過貫穿結(jié)合面的錨固鋼筋或錨固螺栓所產(chǎn)生的被動(dòng)剪切磨擦力傳遞。由于結(jié)合面混凝土的粘結(jié)抗剪強(qiáng)度及法向粘結(jié)抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于混凝土本身強(qiáng)度,結(jié)合面是加固結(jié)構(gòu)受力時(shí)的薄弱環(huán)節(jié),即或是軸心受壓破壞也總是首先發(fā)生在結(jié)合面,因此,結(jié)合面必須進(jìn)行處理,涂刷界面劑,必要時(shí)對(duì)結(jié)合面從設(shè)計(jì)構(gòu)造上配置足夠的貫穿于結(jié)合面的剪切磨擦筋或錨固件將兩部分連接起來,是確保結(jié)合面有效傳力,使新舊兩部分整體工作。
6、增大截面加固法的施工要點(diǎn)
增大截面加固法施工的主要環(huán)節(jié)有:加固前的卸荷處理,連接處的表面處理,新增層的施工。施工中應(yīng)用到新舊混凝土截面處理專用技術(shù)。
(1)加固前的卸荷。加固一般都存在新加部分應(yīng)力滯后問題,為了使新舊結(jié)構(gòu)盡可能共同受力,加固前應(yīng)盡量卸去原結(jié)構(gòu)所承受的荷載,完全和精確的卸荷可采用千斤頂反向加載,簡(jiǎn)單的卸荷可僅移去活荷載,并控制施工荷載。
(2)連接表面的處理。對(duì)原有混凝土的缺陷清理至密實(shí)部位,鑿去一切風(fēng)化酥松層、碳化銹層及油污層,并將表面鑿毛或打成溝槽。溝槽的深度不宜小于6mm,間距不宜大于箍筋間距或200mm,被包的混凝土棱角應(yīng)打掉,同時(shí)應(yīng)除去浮碴、塵土。原有混凝土表面應(yīng)沖洗干凈,澆注混凝土前,原混凝土表面應(yīng)保濕,擦干滯留水,刷凈水泥漿或涂刷界面處理劑進(jìn)行處理。原有和新設(shè)受力鋼筋應(yīng)進(jìn)行除銹處理;在受力鋼筋上施焊前應(yīng)采取卸荷或支撐措施,并應(yīng)逐根分區(qū)分段分層進(jìn)行焊接,以盡量減少焊接熱量對(duì)鋼筋的影響。
(3)新增層的施工。模板搭設(shè)、鋼筋安置以及新混凝土的澆注和養(yǎng)護(hù),應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》要求。
(4)施工工藝。增大截面加固法加固施工時(shí),推薦采用施工工藝是:
a.噴射混凝土澆筑工藝,施工較為簡(jiǎn)便,混凝土質(zhì)量和結(jié)合性能可顯著提高,與普通混凝土相比,噴射混凝土早期強(qiáng)度較高,常溫下一天的抗壓強(qiáng)度可達(dá)6.0MPa~15.0MPa,與舊混凝土的粘強(qiáng)強(qiáng)度較高,粘結(jié)抗拉強(qiáng)度可達(dá)1.5~2.5MPa,接近混凝土本身強(qiáng)度,比普通混凝土粘結(jié)強(qiáng)度高2~4倍。
b.混凝土灌漿料,按設(shè)計(jì)及規(guī)范、材料說明要求進(jìn)行拌制灌漿料。將拌制好的灌漿料灌入模板內(nèi),并進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼駬v,使其達(dá)到密實(shí)可靠。
7、增大截面加固法的工程應(yīng)用
對(duì)于簡(jiǎn)支梁,僅正截面受彎承載力不足時(shí),一般采用于梁底部增配鋼筋加固;若斜截面受剪承載力也不足時(shí),應(yīng)三面包套并加配箍筋加固,對(duì)于連續(xù)梁,僅支座部位負(fù)彎矩受彎承載力不足時(shí),可于頂面增配鋼筋加固;若正負(fù)受彎承載力均不足時(shí),應(yīng)雙面增配鋼筋加固;若受剪承載力也不足時(shí),尚應(yīng)三面或四面包套增配箍筋加固。
對(duì)于簡(jiǎn)支板受彎承載力不足但差別不大時(shí)(≤15%),可于板面增澆高強(qiáng)度等級(jí)混凝土疊合層(按構(gòu)造配筋)加固;若承載力相差較多時(shí),則應(yīng)于板底增配鋼筋網(wǎng),采用噴射混凝土層加固。對(duì)于連續(xù)板,應(yīng)雙面增配鋼筋網(wǎng)和混凝土層加固,支座負(fù)筋應(yīng)穿墻通過,不得斷開。
對(duì)于柱,應(yīng)根據(jù)受力情況和實(shí)際構(gòu)造的不同,分別采用四面包套、三面包套以及主要受力方向的兩面包套加固。截面承載力不足著重增配鋼筋,軸壓比超標(biāo)或混凝土強(qiáng)度偏低,則著重增大包套面積及混凝土強(qiáng)度等級(jí)。
對(duì)于墻,有單面加固和雙面加固,一般是對(duì)癥加固,缺鋼筋補(bǔ)鋼筋,若混凝土強(qiáng)度偏低或軸壓比超標(biāo),則著重提高加固層厚度及混凝土強(qiáng)度。