第四章HPFL加固混凝土結(jié)構(gòu)

1、第四章第四章 HPFL加固混凝土結(jié)構(gòu)加固混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋網(wǎng)25mm200-300mm復(fù)合砂漿鋼筋網(wǎng)薄層復(fù)合砂漿鋼筋網(wǎng)薄層HPFLHPFL 高性能復(fù)合砂漿，是在普通水泥砂漿中摻入聚丙烯纖維、膨脹劑、減水高性能復(fù)合砂漿，是在普通水泥砂漿中摻入聚丙烯纖維、膨脹劑、減水劑、以及硅灰、粉煤灰等超細(xì)摻合料制作而成。高性能復(fù)合砂漿不僅具有很劑、以及硅灰、粉煤灰等超細(xì)摻合料制作而成。高性能復(fù)合砂漿不僅具有很高的抗拉（高的抗拉（3 35MPa5MPa）、抗壓）、抗壓(40MPa(40MPa以上以上) )強(qiáng)度，而且具有良好的黏結(jié)強(qiáng)度、強(qiáng)度，而且具有良好的黏結(jié)強(qiáng)度、韌性、延展性和較大的極限拉應(yīng)變。相對(duì)于普通水泥砂漿，

2、高性能水泥復(fù)合韌性、延展性和較大的極限拉應(yīng)變。相對(duì)于普通水泥砂漿，高性能水泥復(fù)合砂漿固化前具有良好的保水性、流動(dòng)性和工作度，硬化過(guò)程中收縮量小，硬砂漿固化前具有良好的保水性、流動(dòng)性和工作度，硬化過(guò)程中收縮量小，硬化后抗壓強(qiáng)度及新老界面粘結(jié)強(qiáng)度較高。化后抗壓強(qiáng)度及新老界面粘結(jié)強(qiáng)度較高。HPFL HPFL H High igh P Performance erformance F Ferro-cement erro-cement L Laminateaminate高性能復(fù)合砂漿薄層高性能復(fù)合砂漿薄層 4.1 HPFL加固混凝土構(gòu)件界面強(qiáng)度設(shè)計(jì)與計(jì)算 4.1 .1界面破壞的模式 加固界面性能是保證H

3、PFL加固層與原混凝土構(gòu)件共同工作的關(guān)鍵，HPFL加固混凝土構(gòu)件可能發(fā)生界面破壞，界面破壞表現(xiàn)為加固層的剝離，加固層剝離后便退出工 作，致使加固效果大大折減。界面剝離的機(jī)理為：荷載作用在加固試件上，加固層與原構(gòu)件界面便產(chǎn)生粘結(jié)應(yīng)力。當(dāng)粘結(jié)應(yīng)力較小時(shí)，加固層與原混凝土構(gòu)件形成整體，共同受力；荷載增大，粘結(jié)應(yīng)力便增大，大于界面粘結(jié)強(qiáng)度時(shí)，界面出現(xiàn)裂縫，加固層與原構(gòu)件開始滑移。產(chǎn)生剝離的加固層部分便退出工作，使加固層的承載貢獻(xiàn)減小，最后由于剝離程度過(guò)大引起試件承載力不足而破壞。 4.1.2 剪切銷釘增強(qiáng)加固界面設(shè)計(jì)計(jì)算剪切銷釘增強(qiáng)加固界面設(shè)計(jì)計(jì)算 植有剪切銷釘?shù)乃鄰?fù)合砂漿加固界面剪切承載力設(shè)計(jì)值F

4、cb可按下列公式計(jì)算： Fcb = k1k2fcAcnFb （4-1） （4-2） Fb = f Wx / Lb （4-3）122cmccbVk k f AnF式中 Fcb植有剪切銷釘?shù)募庸探缑鎲蝹?cè)剪切承載力設(shè)計(jì)值；fc混凝土軸心抗壓強(qiáng)度；Vcm加固后新增加的剪力；k1混凝土強(qiáng)度影響系數(shù)，取k1=0.04；k2界面銷釘分布影響系數(shù)，加固界面上銷釘均勻?qū)ΨQ分布，k21.25；其余情況下，k21.00；剪切銷釘沿梁高方向1列不得少于4根，沿梁長(zhǎng)方向剪切銷釘?shù)拈g距不大于150mm。Ac加固層與混凝土單側(cè)接觸面積，對(duì)于梁、柱端加固界面抗剪復(fù)核時(shí)可取Ac=h2 （h為梁、柱截面高度）；n單側(cè)界面銷釘根數(shù)

5、；Fb單根銷釘抗彎承載力；截面塑性發(fā)展系數(shù)，取=1.2；Wx單根銷釘凈截面抗彎模量；f鋼材的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；Lb銷釘?shù)耐饴堕L(zhǎng)度。 被加固構(gòu)件應(yīng)采用剪切銷釘以增強(qiáng)加固界面的抗剪強(qiáng)度，剪切銷釘?shù)闹睆胶烷g距應(yīng)按上述的式（4-1）（4-3）計(jì)算確定。同時(shí)還對(duì)剪切銷釘提出了如下的構(gòu)造要求： 1.剪切銷釘應(yīng)采用熱軋變形鋼筋； 剪切銷釘植筋可采用有機(jī)材料植筋或無(wú)機(jī)材料植筋，當(dāng)有防火要求時(shí)宜優(yōu)先采用無(wú)機(jī)材料植筋。 2.剪切銷釘植入深度應(yīng)符合下列要求： （1）用有機(jī)結(jié)構(gòu)膠植剪切銷釘，植入深度不應(yīng)小于5d（d為銷釘直徑），且不應(yīng)小于40mm。 （2）用無(wú)機(jī)材料植剪切銷釘，植入深度不應(yīng)小于8d，且不應(yīng)小于60mm。

6、 （3）鋼筋混凝土板底加固時(shí)，剪切銷釘植入深度應(yīng)在上述規(guī)定的基礎(chǔ)上增加3d。 3.剪切銷釘?shù)拈g距不應(yīng)小于銷釘植入深度的兩倍，銷釘與試件邊緣的距離不應(yīng)小于60mm。 4.當(dāng)按構(gòu)造（不需按計(jì)算）設(shè)置剪切銷釘時(shí)，其間距不應(yīng)大于鋼筋網(wǎng)同方向間距的3倍，且不得大于300mm，銷釘直徑不應(yīng)小于6mm。4.1.3 高溫對(duì)加固界面強(qiáng)度的影響 高溫作用下，HPFL加固構(gòu)件一般都會(huì)發(fā)生剝離，甚至有可能發(fā)生加固層砂漿爆裂現(xiàn)象，如果發(fā)生爆裂現(xiàn)象，則會(huì)致使加固層剝離更嚴(yán)重，從而使加固試件的高溫、耐火性能大大削弱?，F(xiàn)將高溫爆裂和剝離的產(chǎn)生機(jī)理分析如下。 高溫爆裂機(jī)理：在高溫作用下，砂漿層內(nèi)部水分蒸發(fā)逸出，在內(nèi)部產(chǎn)生相當(dāng)大

7、的蒸汽壓力，當(dāng)蒸汽壓力超過(guò)砂漿的抗拉強(qiáng)度時(shí)，砂漿層瞬間裂成大小不一碎塊四處飛散并伴隨巨響。爆裂發(fā)生后，砂漿層截面減小，所以加固界面更容易產(chǎn)生剝離。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)爆裂都發(fā)生在砂漿施工分層面，由于施工質(zhì)量差，分層的砂漿之間不致密、粘結(jié)性能差，故易于發(fā)生爆裂。 高溫剝離機(jī)理：高溫作用下，加固界面粘結(jié)強(qiáng)度惡化嚴(yán)重，當(dāng)界面剪應(yīng)力超過(guò)界面粘結(jié)強(qiáng)度時(shí)便發(fā)生剝離，如果界面質(zhì)量不好或沒有有效約束，剝離便迅速開展，致使加固效果大幅度降低，甚至是試件在高溫下隨即破壞。高溫下剝離形態(tài)與常溫下相同，一般從端部界面開始后向跨中和梁底發(fā)展，因?yàn)槎瞬拷缑媸钦辰Y(jié)強(qiáng)度的薄弱區(qū)域，又是粘結(jié)應(yīng)力最大的區(qū)域。 在火災(zāi)和高溫環(huán)境中，加固構(gòu)件

8、的性能一般用耐火極限來(lái)衡量，為了使建筑物滿足防火要求，建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范和高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范對(duì)建筑構(gòu)件的耐火極限進(jìn)行了規(guī)定。為了使加固構(gòu)件的耐火極限滿足國(guó)家防火規(guī)范的要求，提出考慮防火要求的HPFL加固層厚度構(gòu)造要求如表4.1所示。表4.1 不同耐火極限下HPFL薄層構(gòu)造要求10mm復(fù)合砂漿保護(hù)層15mm復(fù)合砂漿保護(hù)層20mm復(fù)合砂漿保護(hù)層耐火極限0.5h耐火極限1.0h外抹5mm石灰砂漿耐火極限1.5h外抹10mm石灰砂漿外抹5mm石灰砂漿耐火極限2.0h外抹15mm石灰砂漿外抹10mm石灰砂漿外抹5mm石灰砂漿耐火極限2.5h外抹5mm防火砂漿外抹15mm石灰砂漿外抹10mm石灰砂漿耐

9、火極限3.0h外抹10mm防火砂漿外抹5mm防火砂漿外抹15mm石灰砂漿 由表4.1可以看出，當(dāng)耐火極限要求越高時(shí)，加固層鋼筋網(wǎng)的保護(hù)層厚度就要求越大，即加固層的厚度要求越大，當(dāng)加固層的厚度不能滿足耐火極限的要求時(shí)可以在加固層外面抹一層防護(hù)砂漿來(lái)保證加固構(gòu)件的耐火極限。 因此該表的構(gòu)造要求可以對(duì)實(shí)際工程設(shè)計(jì)考慮防火要求時(shí)提供參考意見，比如當(dāng)鋼筋網(wǎng)的保護(hù)層厚度為15mm時(shí)，加固層厚度一般為25mm，加固構(gòu)件可以滿足0.5h和1h的耐火極限要求，當(dāng)耐火極限要求分別為1.5h、2.0h、2.5h，應(yīng)分別在加固層表面加抹不小于5mm、10mm、15mm的石灰砂漿作防護(hù)層，當(dāng)耐火極限要求為3.0h時(shí)，應(yīng)

10、在加固層表面加抹5mm的防火砂漿作防護(hù)層。 4.1.4受彎構(gòu)件界面強(qiáng)度設(shè)計(jì)與計(jì)算 4.1.4.1 當(dāng)2Fds=Vcm1時(shí)，宜采用三面U型加固。 4.1.4.2 四面圍繞加固界面強(qiáng)度設(shè)計(jì)與計(jì)算 如果加固后要求梁提高的幅度很大，或者為了加固更為穩(wěn)妥且現(xiàn)場(chǎng)情況允許，應(yīng)采用四面圍繞加固混凝土梁，如圖4.1、4.2所示。 圖4.1 梁四面圍繞加固示意圖復(fù)合砂漿面層樓板打孔橫向網(wǎng)筋穿孔橫向網(wǎng)筋側(cè)面縱向鋼筋網(wǎng)筋底部縱向鋼筋網(wǎng)筋復(fù)合砂漿薄層剪切銷釘圖4.2 梁四面圍繞加固截面示意圖 由于豎向鋼筋網(wǎng)在現(xiàn)場(chǎng)穿孔相對(duì)施工難度大，因此在滿足要求的情況下不需要每根豎向鋼筋網(wǎng)都穿孔，豎向鋼筋網(wǎng)穿孔的間距應(yīng)滿足下列要求：

11、（4-4） （4-5）2yvsv0mvcm2cm3.50.14f A hsVf th 0ku1 0.3VV yvfsvAvs20.92cmVt22式中加固后新增加的剪力； 豎向加固筋的屈服強(qiáng)度； 配置在同一截面內(nèi)豎向加固鋼筋的面積，按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010）中箍筋面積的計(jì)算方法確定； 豎向加固筋穿孔的間距；加固層單側(cè)的厚度；加固水泥復(fù)合砂漿抗剪承載力的影響系數(shù)，取 ；加固水泥復(fù)合砂漿抗剪承載力的影響系數(shù)，取 =0.5；二次受力影響系數(shù)。 對(duì)集中荷載作用下（包括作用有多種荷載，其中集中荷載對(duì)支座截面或節(jié)點(diǎn)邊緣所產(chǎn)生的剪力設(shè)計(jì)值占總剪力設(shè)計(jì)值的75以上的情況）的獨(dú)立梁，豎向鋼筋網(wǎng)穿孔的

12、間距應(yīng)滿足下列要求：2yv0msvvcm2cm2.50.41.5f hAsVf th （4-6）式中 剪跨比影響系數(shù)，當(dāng) 時(shí)， ；當(dāng) 時(shí)， 。1.511.51.5計(jì)算截面的剪跨比，按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010）規(guī)定的方法計(jì)算。4.1.4.3三面U型加固界面強(qiáng)度設(shè)計(jì)與計(jì)算 對(duì)梁進(jìn)行加固時(shí)，由于受現(xiàn)場(chǎng)條件限制，不能或者不便采用四面圍繞加固，采用三面U型加固時(shí)構(gòu)件承載力應(yīng)滿足下列要求：fstVV222(0.56)(0.56)2fstvsvyvsvyhVffffh （47） （48）式中 V 加固后梁斜截面受剪承載力； fstV 三面U型加固界限受剪承載力； vf 結(jié)合面混凝土抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，

13、按表4.2取值；sv橫貫結(jié)合面剪切-摩擦鋼筋配筋率； yf 貫通鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值?；炷翉?qiáng)度等級(jí)C10C15C20C25C30C35C40C45C50C60粘接抗剪標(biāo)準(zhǔn)值0.250.320.390.440.500.540.580.620.660.73設(shè)計(jì)值0.190.240.290.330.370.400.430.460.490.54整體抗剪標(biāo)準(zhǔn)值1.251.702.102.502.853.203.503.803.904.10設(shè)計(jì)值0.901.251.751.802.102.352.602.802.903.10表表4.2 混凝土抗剪強(qiáng)度與粘接抗剪強(qiáng)度（混凝土抗剪強(qiáng)度與粘接抗剪強(qiáng)度（N/mm2

14、） 同時(shí)剪切銷釘應(yīng)滿足本章4.1.2節(jié)的規(guī)定，且在梁端部的剪切銷釘數(shù)目不得少于6個(gè)，三面U型加固受力情況示意圖見圖4.3。圖4.3 三面U型加固受力情況示意圖 如果加固后梁斜截面受剪承載力不滿足公式（36）的要求，則必須采用四面圍繞加固的方法對(duì)梁進(jìn)行加固。4.1.4.4底部加固鋼筋網(wǎng)縱向鋼筋截面配筋率計(jì)算 為了防止底部發(fā)生界面滑移破壞（如圖4.4所示），底部加固用的縱向鋼筋面積應(yīng)符合下列規(guī)定：圖4.4 底部滑移破壞示意圖smsm ,m axAA (4-9)式中 smA底面加固鋼筋網(wǎng)縱向鋼筋面積。 sm,max00.4uymMAfh，其中uM表示原梁承載能力設(shè)計(jì)值。 4.2 HPFL加固混凝土梁

15、、板正截面強(qiáng)度設(shè)計(jì)與計(jì)算 混凝土梁、板這一類的受彎構(gòu)件在荷載等因素下，可能發(fā)生兩種主要的破壞：一種是沿彎矩最大的截面破壞，另一種是沿剪力最大或剪力和彎矩較大的截面破壞，本章討論此類受彎構(gòu)件的正截面承載力計(jì)算。 4.2.1 設(shè)計(jì)計(jì)算的一般規(guī)定 4.2.1.1 基本假定 計(jì)算采用如下計(jì)算假設(shè)： 1）截面變形符合平截面假定； 2）不考慮混凝土和復(fù)合砂漿的抗拉強(qiáng)度； 3）混凝土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系為現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010-2002）所采用的應(yīng)力應(yīng)變曲線。 4）鋼筋按理想彈塑性材料不考慮其強(qiáng)化部分提高的強(qiáng)度 4.2.1.2 矩形截面一次受力正截面承載力計(jì)算 當(dāng)初始荷載產(chǎn)生的彎矩小于原構(gòu)件

16、設(shè)計(jì)彎矩的20%時(shí)，考慮到應(yīng)力應(yīng)變滯后的現(xiàn)象不太明顯，可按一次受力計(jì)算構(gòu)件的正截面受彎承載力（圖4.5），其正截面受彎承載力應(yīng)符合下列規(guī)定：x0.8(h-x)1 cm12 f tx1 cfbxy sf Aym smf Aym 1 sm 10.8()h xf Ahys/f A圖4.5 受彎構(gòu)件一次受力正截面承載力計(jì)算簡(jiǎn)圖 對(duì)于圖4.5的受力情況，可以建立兩個(gè)靜力平衡方成，一個(gè)是所有各力在水平軸方向上的合力為零，即：0X /1c1cm 1ysymsmym1sm1ys0.8()2hxf bxf t xf AfAfAf Ah （410） 另一個(gè)是所有各力對(duì)截面任何一點(diǎn)的合力矩為零，當(dāng) 對(duì)受壓區(qū)混凝土壓

17、應(yīng)力合力的作用點(diǎn)取矩時(shí)，有：0M /ys0ymsm0mym1sm1ys0.8()()()(0.60.1 )()222xxhxxMf A hfAhfAhxf Aah （411）構(gòu)件加固后的彎矩設(shè)計(jì)值；原構(gòu)件鋼筋抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；原構(gòu)件中縱向受拉、受壓鋼筋截面積；梁底鋼筋網(wǎng)片鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；梁側(cè)鋼筋網(wǎng)片鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；原構(gòu)件混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；高性能水泥復(fù)合砂漿軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；鋼筋網(wǎng)片中梁底縱向受拉鋼筋截面積；側(cè)面縱向受拉鋼筋網(wǎng)面積； b,h 原構(gòu)件截面寬度、原構(gòu)件截面高度；原構(gòu)件截面有效高度；加固后構(gòu)件的截面有效高度；加固梁混凝土受壓區(qū)高度；梁?jiǎn)蝹?cè)水泥復(fù)合砂漿加固層厚度；梁

18、受壓鋼筋合力點(diǎn)至截面近邊的距離；按受壓區(qū)混凝土矩形應(yīng)力圖的應(yīng)力值與混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值之比確定的系數(shù)；一次受力構(gòu)件加固后相對(duì)界限受壓區(qū)高度系數(shù)。Myfyf、 sAsA、 ymfym1fcfcmfsmAsm1A0homhx1ta1b 公式（410）、（411）是根據(jù)適筋構(gòu)件的破壞簡(jiǎn)圖推導(dǎo)出的靜力平衡方程式，它們只適用于適筋構(gòu)件的計(jì)算，不適合少筋構(gòu)件和超筋構(gòu)件的計(jì)算。考慮到加固構(gòu)件基本都是承載力不夠而需要加固，因此出現(xiàn)少筋的可能性幾乎不存在，只要控制構(gòu)件不要發(fā)生超筋破壞。 為了防止將構(gòu)件設(shè)計(jì)成超筋構(gòu)件，要求構(gòu)件截面的相對(duì)受壓區(qū)高度不得超過(guò)其相對(duì)界限受壓區(qū)高度，即：b（412） 相對(duì)界限受壓區(qū)高

19、度可以根據(jù)截面平面變形等假定求出：1bymcusm1fE（413） 4.2.1.3 矩形截面二次受力正截面承載力計(jì)算（1）滯后應(yīng)變的計(jì)算 在實(shí)際加固工程中，許多條件決定了結(jié)構(gòu)物上的荷載在加固處理時(shí)不可能完全卸去。例如：為了不影響生產(chǎn)，工業(yè)廠房的設(shè)備不可能全部卸除，結(jié)構(gòu)自重對(duì)加固構(gòu)件來(lái)說(shuō)也是一種外荷載，其本身也是不可能拆除的。所謂鋼筋混凝土二次受力是指在加固過(guò)程中原結(jié)構(gòu)（核心構(gòu)件）仍然承受一定的外荷載（包括建筑物的恒載、部分活載和施工荷載），進(jìn)行加固后，鋼筋混凝土構(gòu)件連同加固材料一起共同承受新增外荷載的作用直至設(shè)計(jì)的極限狀態(tài)。在二次受力問(wèn)題中，加固材料同原鋼筋混凝土構(gòu)件相比較，存在較為明顯的應(yīng)力

20、應(yīng)變滯后的現(xiàn)象，如何精確地計(jì)算出加固構(gòu)件中加固材料（受拉區(qū)加固）的滯后應(yīng)變值是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。 滯后應(yīng)變的計(jì)算可以按照下列公式計(jì)算：0ks0ss00.87ME Ah（414） 式中 1計(jì)算系數(shù)，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不超過(guò)C50時(shí)，取1=0.8；當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C80時(shí)，取1=0.74；其間按線性內(nèi)插法確定； so加固前，在初始彎矩M0k作用下原受拉鋼筋的應(yīng)變值。 Es原構(gòu)件鋼筋彈性模量； M0k加固前受彎構(gòu)件驗(yàn)算截面上由初始荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的彎矩；（2）矩形截面二次受力正截面承載力計(jì)算 當(dāng)初始荷載產(chǎn)生的彎矩大于原構(gòu)件設(shè)計(jì)彎矩的20%時(shí)，應(yīng)按二次受力計(jì)算構(gòu)件的正截面受彎承載力（圖4.6） 圖4.6

21、受彎構(gòu)件二次受力正截面承載力計(jì)算簡(jiǎn)圖 對(duì)于圖4.6的受力情況，可以建立兩個(gè)靜力平衡方成，一個(gè)是所有各力在水平軸方向上的合力為零，即：0X （415） 另一個(gè)是所有各力對(duì)截面任何一點(diǎn)的合力矩為零，當(dāng) 對(duì)受壓區(qū)混凝土壓應(yīng)力合力的作用點(diǎn)取矩時(shí)，有：0M （416）/1c1cm 1ysymsmym1sm1ys0.4()2hxf bxf t xf AfAfAf Ah/ys0ymsm0mym1sm1ys0.4() (2.20.7 )()()()2232xxhxhxxMf A hfAhfAf Aah 公式（415）、（416）是根據(jù)適筋構(gòu)件的破壞簡(jiǎn)圖推導(dǎo)出的靜力平衡方程式，它們只適用于適筋構(gòu)件的計(jì)算，不適合

22、少筋構(gòu)件和超筋構(gòu)件的計(jì)算。考慮到加固構(gòu)件基本都是承載力不夠而需要加固，因此出現(xiàn)少筋的可能性幾乎不存在，只要控制構(gòu)件不要發(fā)生超筋破壞。 為了防止將構(gòu)件設(shè)計(jì)成超筋構(gòu)件，要求構(gòu)件截面的相對(duì)受壓區(qū)高度不得超過(guò)其相對(duì)界限受壓區(qū)高度，即：（417） 相對(duì)界限受壓區(qū)高度可以根據(jù)截面平面變形等假定求出：（418） b/1bymsm0cusmcu1fE 當(dāng)按式（4-15）及（4-16）算得加固后混凝土受壓區(qū)高度與加固前原截面有效高度的比值大于原截面相對(duì)界限受壓區(qū)高度系數(shù)時(shí)，此時(shí)的情況是原試件鋼筋屈服，而底部鋼筋網(wǎng)未屈服，其二次受力構(gòu)件的正截面受彎承載力應(yīng)按下列公式計(jì)算（圖4.7）：圖4.7 受彎構(gòu)件二次受力底部

23、加固鋼筋網(wǎng)未屈服正截面承載力計(jì)算簡(jiǎn)圖 對(duì)于圖4.7的受力情況，可以建立兩個(gè)靜力平衡方成，一個(gè)是所有各力在水平軸方向上的合力為零，即：0X （419） 另一個(gè)是所有各力對(duì)截面任何一點(diǎn)的合力矩為零，當(dāng) 對(duì)受壓區(qū)混凝土壓應(yīng)力合力的作用點(diǎn)取矩時(shí)，有：0M （420）/1c1cm 1yssmsm1smsm1sm1sm1ys0.4()2hxf bxf t xf AEAEAf Ah/ys0smsm1sm0msm1sm1sm1ys0.4() (2.20.7 )()()()2232xxhxhxxMf A hEAhEAf Aah其中：sm1cusm00.8hxxsm0s00(1.60.6)hh0ks0ss00.8

24、7ME A h （421） （422） （423）式中 1計(jì)算系數(shù)，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不超過(guò)C50時(shí)，取1=0.8；當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C80時(shí)，取1=0.74；其間按線性內(nèi)插法確定； so加固前，在初始彎矩M0k作用下原受拉鋼筋的應(yīng)變值。 Es原構(gòu)件鋼筋彈性模量； M0k加固前受彎構(gòu)件驗(yàn)算截面上由初始荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的彎矩；4.2.1.4 說(shuō)明 一次受力加固構(gòu)件的計(jì)算，基本按照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010規(guī)定的使用計(jì)算方法，在考慮側(cè)面加固鋼筋網(wǎng)的作用時(shí)，為簡(jiǎn)化計(jì)算采用矩形計(jì)算圖形。 二次受力加固構(gòu)件的計(jì)算，在考慮側(cè)面加固鋼筋網(wǎng)的作用時(shí)，為簡(jiǎn)化計(jì)算采用三角形計(jì)算圖形。 由于二次受力計(jì)

25、算中受到原構(gòu)件應(yīng)力應(yīng)變水平的影響，可能會(huì)遇到底部加固鋼筋網(wǎng)不屈服的情況，此時(shí)要算出構(gòu)件的滯后應(yīng)變。 由于二次受力計(jì)算中受到原構(gòu)件應(yīng)力應(yīng)變水平的影響，與現(xiàn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范相比，受彎構(gòu)件加固后相對(duì)界限受壓區(qū)高度系數(shù)的計(jì)算也會(huì)發(fā)生變化，此部分還用于計(jì)算滯后應(yīng)變。 4.2.2 正截面受彎承載力計(jì)算(設(shè)計(jì),復(fù)核) 例1某梁截面尺寸bh=250mm500mm，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C30，受拉區(qū)配置了HRB335級(jí)鋼筋325，受壓區(qū)配置了HRB335級(jí)鋼筋218，由于該梁上部需增加設(shè)備，截面的設(shè)計(jì)彎矩值增大為M=2.4108Nmm，加固前采取可靠措施對(duì)梁進(jìn)行卸載，截面彎矩為M0=3.0107Nmm。對(duì)該梁

26、進(jìn)行加固處理，加固采用6的HRB335級(jí)鋼筋，單側(cè)砂漿層厚度為25 mm，砂漿強(qiáng)度等級(jí)為M40，為了計(jì)算簡(jiǎn)化及施工方便，梁底部加固鋼筋網(wǎng)間距與側(cè)面鋼筋網(wǎng)間距取一樣都取50mm，試驗(yàn)算該梁加固后能否滿足要求。 解（1）求原梁的極限彎矩設(shè)計(jì)值 先計(jì)算原梁的混凝土受壓區(qū)高度x則原梁的極限彎矩設(shè)計(jì)值為必須對(duì)原梁進(jìn)行加固（2）加固設(shè)計(jì)驗(yàn)算所以該梁的加固設(shè)計(jì)按一次受力計(jì)算底部加固鋼筋網(wǎng)為 由公式（4-10）、（4-11）得/ysymsmym1sm1ysym1sm11c1cm 10.80.82f AfAfAf AxfAf bf th 滿足設(shè)計(jì)要求 習(xí)題3某梁截面尺寸bh=250mm500mm，混凝土的強(qiáng)度等

27、級(jí)為C30，受拉區(qū)配置了HRB335級(jí)鋼筋325，受壓區(qū)配置了HRB335級(jí)鋼筋218，由于該梁上部需增加設(shè)備，截面的設(shè)計(jì)彎矩值增大為M=2.5108Nmm，加固前采取可靠措施對(duì)梁進(jìn)行卸載，截面彎矩為M0=5.0107Nmm。對(duì)該梁進(jìn)行加固處理，加固采用8的HRB335級(jí)鋼筋，單側(cè)砂漿層厚度為30 mm，砂漿強(qiáng)度等級(jí)為M40，為了計(jì)算簡(jiǎn)化及施工方便，梁底部加固鋼筋網(wǎng)間距與側(cè)面鋼筋網(wǎng)間距取一樣都取50mm，試驗(yàn)算該梁加固后能否滿足要求。- 解（1）求原梁的極限彎矩設(shè)計(jì)值 先計(jì)算原梁的混凝土受壓區(qū)高度x 必須對(duì)原梁進(jìn)行加固（2）加固設(shè)計(jì)驗(yàn)算所以該梁的加固設(shè)計(jì)按二次受力計(jì)算底部加固鋼筋網(wǎng)為側(cè)面鋼筋網(wǎng)

28、面積為 由公式（4-22）、（4-23）求底部加固鋼筋網(wǎng)的滯后應(yīng)變得 由公式（418）求出相對(duì)界限受壓區(qū)高度：1bymsm0cusmcu1fE50.83000.00018810.0033 2.0 100.0033=0.529由公式（4-15）、（4-16）得/1c1cm 1ysymsmym1sm1ys0.4()2hxf bxf t xf AfAfAf Ah/ysymsmym1sm1ysym1sm11c1cm 10.40.42f AfAfAf AxfAf bf th300 1473300 3020.4 300 1006300 5090.4 300 100614.3 2502 19.1 30500

29、 =500520/4962.44=100.90bh=0.529465=246mm/ys0ymsm0mym1sm1ys0.4() (2.20.7 )()()()2232xxhxhxxMf A hfAhfAf Aah100.9100.9300 1473 (465)300 302 (500)220.4(500 100.9) (2.2 5000.7 100.9)100.9300 1006300 509(35)50032=183189645+40729230+33062920+2359215=259341010M=2.5108Nmm 滿足設(shè)計(jì)要求 4.3 HPFL加固混凝土梁斜截面強(qiáng)度設(shè)計(jì)與計(jì)算 混凝土

30、梁在荷載等因素下，除了要驗(yàn)證正截面承載力，還要驗(yàn)證斜截面承載力，本章討論受混凝土梁斜截面承載能力計(jì)算。 4.3.1 設(shè)計(jì)計(jì)算的一般規(guī)定 4.3.1.1加固計(jì)算公式 加固后受彎構(gòu)件的斜截面受剪承載力可按下列公式計(jì)算：ucmVVVsvcm2cm2yv0mv0.141.25AVf thfhs 0ku1 0.3VV （424） （425） （426）20.92uVcmVyvfsvAvst22式中原構(gòu)件的抗剪承載力，按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010）的方法計(jì)算；復(fù)合砂漿鋼筋網(wǎng)的抗剪承載力 豎向加固筋的屈服強(qiáng)度； 配置在同一截面內(nèi)豎向加固鋼筋的面積，按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010）中箍筋面積的計(jì)

31、算方法確定； 豎向加固筋的間距；加固層單側(cè)的厚度；加固鋼筋抗剪承載力的影響系數(shù)，取 ；加固水泥復(fù)合砂漿抗剪承載力的影響系數(shù)，取 =0.5；二次受力影響系數(shù)。 對(duì)集中荷載作用下（包括作用有多種荷載，其中集中荷載對(duì)支座截面或節(jié)點(diǎn)邊緣所產(chǎn)生的剪力設(shè)計(jì)值占總剪力設(shè)計(jì)值的75以上的情況）的獨(dú)立梁，當(dāng)按式（5-1）計(jì)算時(shí)，Vcm應(yīng)按下式計(jì)算： svcm2cm2yv0mv0.41.5AVf thfhs （427）式中 剪跨比影響系數(shù)，當(dāng) 時(shí)， ；當(dāng) 時(shí)， 。1.511.51.5計(jì)算截面的剪跨比，按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010）規(guī)定的方法計(jì)算。 梁的斜截面受剪承載力公式僅適用于剪壓破壞情況，不適用于斜壓

32、破壞和斜拉破壞，考慮到加固后箍筋的配筋率不會(huì)很小，因此只對(duì)加固后的斜截面進(jìn)行限制，受彎構(gòu)件的最小截面尺寸應(yīng)滿足下列要求：w14hb cc 1 0m0.25Vf bhw16hb cc 1 0m0.20Vf bhw146hb當(dāng) 時(shí)；當(dāng) 時(shí)；當(dāng) 時(shí)；按線性內(nèi)插法確定。 （428） （429） 同時(shí)，為了加固后構(gòu)件發(fā)生加固層的剝離破壞，鋼筋網(wǎng)的間距與直徑應(yīng)符合下列規(guī)定： 10s d （430）式中 V構(gòu)件加固后的剪力設(shè)計(jì)值； c混凝土強(qiáng)度系數(shù)，按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010的規(guī)定采用； hw截面的腹板高度，按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010的規(guī)定采用； s加固筋的間距； d加固筋的直徑。加固后偏心

33、受壓構(gòu)件的斜截面受剪承載力應(yīng)按下列公式計(jì)算： ucmVVVsvcm2cm2yv0mv0.40.071.5AVf thfhNs 式中 偏心受壓構(gòu)件計(jì)算截面的剪跨比，按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010）規(guī)定的方法計(jì)算； N按本規(guī)程計(jì)算，偏心受壓構(gòu)件增加的受壓承載力 （431） （432） 4.3.2 說(shuō)明 對(duì)受剪截面的限制仍按照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010規(guī)定，增加了加固鋼筋的間距與直徑比值的限制，即 s/d10。 加固后構(gòu)件的斜截面抗剪承載力計(jì)算分為兩部分，對(duì)于原構(gòu)件仍按照國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010規(guī)定計(jì)算，加固部分的計(jì)算考慮了加固復(fù)合砂漿、豎向加固筋對(duì)承載力

34、的貢獻(xiàn)，同時(shí)根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)給出了二次受力影響系數(shù) 。 4.3.3 斜截面受剪承載力計(jì)算(設(shè)計(jì),復(fù)核) 例1某簡(jiǎn)支梁截面尺寸bh=250mm500mm，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C30，原來(lái)配置有雙支箍筋8200，該梁承受均布荷載，支座處最大剪力為V=170kN，由于改變用途，需增加均布荷載，經(jīng)計(jì)算此時(shí)支座處最大剪力為V=260kN，加固前采取可靠措施對(duì)梁進(jìn)行卸載，支座處為剪力V=50kN。對(duì)該梁進(jìn)行加固處理，加固采用6的鋼筋，單側(cè)砂漿層厚度為25 mm，砂漿強(qiáng)度等級(jí)為M40，加固鋼筋網(wǎng)間距取80mm，試驗(yàn)算該梁加固后能否滿足要求。加固前后該梁的受彎承載力都能滿足設(shè)計(jì)要求。 解（1）原梁的參數(shù)計(jì)算

35、原梁的極限受剪承載力svut0yv00.71.25AVf bhfhs1010.7 1.43 250465 1.25 210465200=116366.25+61641.5625=178008 N原梁的截面尺寸w465/2501.86hb 4，屬于一般梁。 cc00.250.25 14.3 250 465415594f bh N178008 N 原梁截面尺寸符合要求。（2）加固后梁的參數(shù)計(jì)算加固后梁的截面尺寸w1500/300 1.667hb 4，屬于一般梁。 加固后梁截面尺寸符合要求。 加固鋼筋網(wǎng)的間距與直徑符合規(guī)定。0ku10.3VV 500001 0.3178008 =0.916svcm2

36、cm2yv0mv0.141.25AVf thfhs 570.14 0.5 0.916 19.1 25 500 1.25 0.9 0.912 21050080=15308.65+76757.625=92066 N=178008+92066 =270074 N260 kN ucmVVV滿足設(shè)計(jì)要求。 例2某梁截面尺寸bh=250mm500mm，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C30，原來(lái)配置有雙支箍筋8150，該梁承受集中荷載，剪跨比=2.5，最大剪力為V=140kN，由于改變用途，需增加荷載，經(jīng)計(jì)算此時(shí)最大剪力為V=220kN，加固前采取措施對(duì)梁進(jìn)行卸載，最大剪力V=100kN。對(duì)該梁進(jìn)行加固處理，加固采用8

37、的鋼筋，單側(cè)砂漿層厚度為30 mm，砂漿強(qiáng)度等級(jí)為M40，加固鋼筋網(wǎng)間距取100mm，試驗(yàn)算該梁加固后能否滿足要求。加固前后該梁的受彎承載力都能滿足設(shè)計(jì)要求。 解（1）原梁的參數(shù)計(jì)算 原梁的極限受剪承載力svut0yv01.751AVf bhfhs1.751011.43 250 4652104652.5 1150=83118.75+65751=148870 NV=140kN 原梁的截面尺寸 cc00.250.25 14.3 250 465415594f bhN148870 N 原梁截面尺寸符合要求。（2）加固后梁的參數(shù)計(jì)算加固后梁的截面尺寸加固后梁截面尺寸符合要求。加固鋼筋網(wǎng)的間距與直徑符合規(guī)

38、定。滿足設(shè)計(jì)要求。 習(xí)題4某梁截面尺寸bh=250mm500mm，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C30，原來(lái)配置有雙支箍筋8150，該梁承受集中荷載，剪跨比=2.5，最大剪力為V=140kN，由于改變用途，需增加荷載，經(jīng)計(jì)算此時(shí)最大剪力為V=260kN，加固前采取措施對(duì)梁進(jìn)行卸載，最大剪力V=110kN。對(duì)該梁進(jìn)行加固處理，加固采用8的鋼筋，單側(cè)砂漿層厚度為30 mm，砂漿強(qiáng)度等級(jí)為M40，加固鋼筋網(wǎng)間距取100mm，試驗(yàn)算該梁加固后能否滿足要求。加固前后該梁的受彎承載力都能滿足設(shè)計(jì)要求。 例3某簡(jiǎn)支梁截面尺寸bh=300mm600mm，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C25，原來(lái)配置有雙支箍筋8150，該梁承受均布荷

39、載，支座處最大剪力為V=240kN，由于改變用途，需增加均布荷載，經(jīng)計(jì)算此時(shí)支座處最大剪力為V=360kN，加固前采取可靠措施對(duì)梁進(jìn)行卸載，支座處為剪力V=200kN。對(duì)該梁進(jìn)行加固處理，加固采用8的鋼筋，單側(cè)砂漿層厚度為30 mm，砂漿強(qiáng)度等級(jí)為M35，加固鋼筋網(wǎng)間距取100mm，試驗(yàn)算該梁加固后能否滿足要求。加固前后該梁的受彎承載力都能滿足設(shè)計(jì)要求。 解（1）原梁的參數(shù)計(jì)算 原梁的極限受剪承載力svut0yv00.71.25AVf bhfhs1010.7 1.27 300 565 1.25 210565150=150685.5+99863.75=250549NV=240kN原梁的截面尺寸

40、w565/3001.883hb 4，屬于一般梁。 cc00.250.25 11.9 300 565504262.5f bhN250549N 原梁截面尺寸符合要求。（2）加固設(shè)計(jì)對(duì)該梁進(jìn)行加固處理，加固采用8的鋼筋，單側(cè)砂漿層厚度為30 mm，砂漿強(qiáng)度等級(jí)為M35。加固后梁的截面尺寸加固后梁截面尺寸符合要求。cmuVVV=360000250549=1094512yv0msvvcm2cm1.250.14f hAsVf th 10895046.75109451 16012.962=116.7 mm加固鋼筋網(wǎng)的間距與直徑符合規(guī)定。即加固采用8150的鋼筋，單側(cè)砂漿層厚度為30 mm，砂漿強(qiáng)度等級(jí)為M3

41、5。4.4 HPFL加固混凝土梁裂縫寬度及撓度計(jì)算 4.4.1設(shè)計(jì)計(jì)算的一般規(guī)定 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加固設(shè)計(jì)不僅要解決結(jié)構(gòu)承載力設(shè)計(jì)問(wèn)題，而且要解決結(jié)構(gòu)構(gòu)件的適用性和耐久性問(wèn)題。對(duì)于使用上要控制變形和裂縫的結(jié)構(gòu)構(gòu)件除了要進(jìn)行臨近破壞階段的承載力計(jì)算外，還要進(jìn)行正常情況下的變形和裂縫驗(yàn)算。試驗(yàn)分析表明，當(dāng)初始荷載設(shè)計(jì)值作用下的效應(yīng)大于或等于原構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)值的20%時(shí)，應(yīng)考慮二次受力影響的計(jì)算。 4.4.2 受彎構(gòu)件裂縫寬度計(jì)算 對(duì)用高性能水泥復(fù)合砂漿鋼筋網(wǎng)薄層加固的抗彎足尺混凝土梁二次受力的裂縫與撓度試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析,包括4根未加固的對(duì)比梁和10根用高性能水泥復(fù)合砂漿鋼筋網(wǎng)薄層加固的加固梁，在此基礎(chǔ)上提出了加固梁的裂縫寬度計(jì)算公式。分析表明, 公式計(jì)算值與試驗(yàn)值吻合較好，加固措施可以提高梁的抗裂性能，顯著提高加固梁的剛度。 本章提出加固梁最大裂縫寬度計(jì)算公式， 在三面或四面采用高性能