文／赖力、邢灵巧 攀钢集团设计研究院有限公司 四川攀枝花 617023

引言：

既有建筑物的使用要求、用途发生改变，在设计施工中要对钢筋混凝土结构进行加固补强。建筑物周边地理环境、所在地区发生的自然灾害，使用年限以及建筑使用功能改变等因素的影响，混凝土结构的损坏时有发生，为此，进行有效的结构加固是一项非常良好的措施，利用许多科学合理的方法，尽可能地恢复建筑结构功能，充分确保结构的安全使用。

鉴于上述原因，对现实中已经建成的建筑物的钢筋混凝土结构改造加固设计的相关办法进行研究，并对各种方法对应各类工程的适用性、经济性进行比较都是十分必要的。由于工业建筑的特殊性，结合实际工程案例，就置换混凝土加固法、粘贴纤维增强复合材加固法等方法进行讨论。

1、钢筋混凝土结构常用加固方法在工程中的具体应用

1.1 置换混凝土加固法

1.1.1 概述

置换混凝土加固法适用于结构中承重构件受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的局部加固。置换混凝土加固法的有效应用，关键在于新旧混凝土结合面的处理效果。置换部位的结合面处理效果良好，旧混凝土表面结构层露出，新混凝土中含有的水泥由于受到预压应力而渗到里面，在此基础上，会发生相应的水泥水化反应，从而粘合在一起。置换混凝土加固法一方面能够用来加固混凝土质量相对较差的新建筑物，另一方面，还能够用来修复那些混凝土结构受损的建筑物。

1.1.2 工程实例一

（1）工程概况

某既有框架结构厂房，对其一层柱进行检测，发现其强度不足，需进行加固处理。首层柱高H=5600mm，截面尺寸为700mm×700mm，原柱一侧配筋为518+320，对称配置，加固钢筋为916，柱的承载力设计值为6500kN。

（2）设计依据

笔者在设计过程中考虑到承重构件受压区混凝土强度偏低，置换混凝土加固法：

通过这一技术处理轴心受压构件过程中，其正截面承载力必须满足以下基本条件：

其中：N—加固后的轴向压力设计值；

φ—受压构件稳定系数，根据GB50010 的要求取值；

ac—置换部分新增混凝土的强度利用系数，若置换环节无支顶，在这种情况下，该指标取值为0.8；若该环节有支顶，那么该指标取值为1.0；

fco、fc—原构件混凝土和置换部分新混凝土的抗压强度设计值；

Ac0、Ac—原构件截面扣去置换部分后的剩余面积和置换部分的截面面积；

as—新增箍筋强度利用系数，取as=0.9；

（3）加固方案

①加固设计参数

采用置换混凝土的方法加固，柱加固详图如图1 所示。

图1

②加固前柱承载力计算

经检测，fo=7.2N/mm2

已知:A'so=4429mm2，f'yo=360N/mm2

加固前按GB50010-2010 规范进行求解：

故承载力不足。

③加固设计计算

采用 C35 混凝土进行加固置换，加固后计算得：

（4）技术经济效果

综上所述，对于类似于本工程承重构件受压区混凝土发生强度偏低或有严重缺陷时，通过该技术可以更好的补充缺失的混凝土强度，补足缺陷，取得更好的成效。

1.2 粘贴纤维增强复合材加固法

1.2.1 概述

具体来说，即指在建筑结构构件表面粘上纤维布，这个过程中用到的材料是高性能粘结剂，通过这种方法来改善建筑物结构构件的承载能力，以有效加固建筑物，充分确保结构的安全使用。

这种方法表现出非常突出的优势，例如强度高、耐腐蚀性及耐久性提升明显、基本不增加结构自重、施工简便等优点。碳纤维结构加固技术带来的诸多好处使得该加固方法在大量钢筋混凝土结构加固工程中取得广泛应用。

1.2.2 工程实例二

（1）工程概况

某综合楼进行改造，该楼第二层框架某T 形截面梁b×h=250mmx550mm，b=750mm，h=80mm，C20混凝土，HRB400 级，受拉钢筋面积为322（Aso=1140mm2，配率0.98%)。梁的抗剪能力满足要求，仅需进行抗弯加固，要求抗弯承载力提高40%，不考虑二次受力。

（2）设计依据

考虑到工程工期、投资需求及适用范围，笔者决定采用粘贴纤维增强复合材加固法：

①在矩形截面受弯构件的受拉边混凝土表面上采用该方法时，其正截面承载力根据以下式子进行求解：

其中M—加固后弯矩设计值；

x—混凝土受压区高度；

b、h—矩形截面宽度和高度；

f'y、f'yo、Aso、A'so—原截面受拉钢筋和受压钢筋的抗拉、抗压强度设计值、截面面积；

a'—纵向受压钢筋合力点至截面近边的距离；

ho—构件加固前的截面有效高度；

ff—纤维复合材的抗拉强度设计值，按照其品种，按碳纤维复合材设计计算指标及玻璃纤维复合材（单向织物）设计计算指标采用；

Afe—纤维复合材的有效截面面积；

ψf—考虑其抗拉应变达不到设计值而引入的强度利用系数，若其大约1.0，在这种情况下，其取值为1.0；

εcu—混凝土极限压应变，取0.0033；

εf—纤维复合材拉应变设计值，根据其品种，分别按碳纤维复合材设计计算指标及玻璃纤维复合材（单向织物）设计计算指标采用；

εfo—考虑二次受力影响时，其滞后应变，需要根据GB50367 相关规定进行求解，如果二次受力影响忽略不计，那么该指标取值为0。

②实际粘贴的纤维复合材截面面积Af，需要根据以下的方法进行求解：

除此之外，其厚度折减系数km主要通过以下方法来取值：

①如果使用的材料是预成形板，那么该指标取值为1.0；

②如果使用多层粘贴的纤维织物时，那么就通过以下方法进行求解，

其中 Ef——纤维复合材弹性模量设计值，分别按碳纤维复合材设计计算指标及玻璃纤维复合材（单向织物）设计计算指标采用；

nt、tt—纤维复合材（单向织物）层数和单层厚度。

（3）加固方案

①原梁承载力计算

采用高强度I 级碳纤维布：

得Afe=75.44mm2

预估采用3 层0.167mm 厚规格的碳纤维布：

因此选用粘贴3 层250mm 宽的碳纤维布。

③技术经济效果

根据本项目计算结果，采用该技术进行处理后，粘贴纤维和混凝土一起发挥加固作用，在很大程度上改善了结构构件的承载能力。且纤维增强聚合物自重轻，对原有结构荷载影响较小，强度高。加固后大大提高了结构的耐腐蚀性及耐久性，达到了对建筑物进行加固、补强的目的;同时也具有施工简便，缩短工期，节省投资等特点。

2、其余常用加固方法概述

2.1 增大截面加固法

这个方法的基本原理如下：增大梁等构件的配筋与截面，利用这种措施提升其各项性能，例如刚度、承载力等。该技术表现出非常突出的优越性，例如工艺简单，相对较强的适用性，能够用来加固大部分混凝土构件。其主要包括以下几种类型：单侧、双侧、三侧及四面包套的加固。按照加固要求进行划分，主要包括以下几种类型：加大断面、加配钢筋以及综合上述两者的加固。加固中应将新旧钢筋加以焊接，做好新旧混凝土的结合。

2.2 外粘型钢加固法

这种方法的适用范围如下：构件截面面积增大相对较少，而其承载力需明显改善的场合。经外粘型钢加固法处理后外包钢会对混凝土构件起到一定的约束作用，在一定程度上提升了其延性以及承载力。另一方面，该方法表现出突出的优势，例如容易施工、速度比较快等，到现在为止，它主要在加固钢筋混凝土柱、梁、桁架弦、腹杆等构件中使用。采用外粘型钢加固混凝土结构构件时，应使用特殊的粘胶进行处理，比如常用改性环氧树脂胶粘剂进行灌注。采用外粘型钢加固钢筋混凝土构件时，外粘型钢的胶缝厚度宜控制在3-5mm。型钢表面需要涂上水泥砂浆（厚度必须保持在25mm 以上），在此基础上，配备上相应的防护层（现实中人们通常使用钢筋网进行加固），有时候人们会使用其它装饰材料进行处理，提高改造后混凝土构件的耐久性。

2.3 粘贴钢板加固法

到现在为止，这是用来加固建筑结构工程是普遍采用的方法，能够获得良好的效果。在结构的表面通过结构胶粘剂粘上钢板，达到加固和增强混凝土构件强度和刚度的目的。粘贴钢板法，与其他的加固方法比较，有许多独特的优点和先进性，主要有:坚固耐用、施工快速、简洁轻巧、灵活多样、经济合理。根据以往工程经验，该法主要用于下列设计方案:混凝土强度等级无法满足设计要求，结构强度需要提高情况下的加固、工业厂房牛腿节点的加固、悬挂式吊车梁荷载发生变化情况下的加固、楼面荷载集中荷载作用下的加固、火灾后梁柱混凝土烧坏情况下的加固、爆炸冲击波破坏混凝土构件情况下的加固、工业厂房屋面桁架下弦腐蚀破坏严重情况下的加固、梁柱在酸碱性环境下受化学腐蚀的加固、旧房改造综合加固、重要建筑物局部新增荷载补充加固等。

2.4 外加预应力加固法

这是一种通过预应力筋来处理建筑物的梁、板等构件的技术，起到加固构件的作用。该项技术一方面非常容易进行施工，另一方面，还能够在保持梁、板截面高度不变以及不改变结构使用空间的情况下，明显改善构件的抗弯、抗剪承载力，在很大程度上提升建筑物的性能。

根据以往工程经验及设计方案，外加预应力加固法适用于混凝土构件截面相对较小或需增加其使用荷载、需改善其使用性能、其处于高应力、应变状态，同时不容易通过直接的措施将其结构上的荷载卸除。使用这种技术处理建筑物过程中，必须充分兼顾到建筑物构件的受力性质、构造特点以及施工现场实际情况，在此基础上，采用科学合理的处理方法。

结语：

钢筋混凝土结构在长期的自然条件以及人为因素的影响下，其总体功能会逐渐降低，这是一个无法避免的问题，也是社会各界需要高度注意的一个问题。作为一名结构设计从业人员，不仅要做好新建建筑物的设计工作，还要能科学的去评估结构受损坏的客观规律和损坏程度，采取一些有效的方法来保障结构的安全性能，对既有的钢筋混凝土结构改造加固设计的相关办法进行研究是一项非常重要的工作。

综上，在实际工作中要以建筑结构的不同特点和要求制定科学合理的加固方法，能够延长建、构筑物的使用寿命，节省不必要的投资，缩短对既有生产、生活的影响，促使建筑更加安全。