外包型钢加固法

外包型钢加固法

1.外包型钢加固法，按其与原构件的连接方式分为：外粘结型钢加固法和无粘结外包型钢加固法；均适用于需要大幅度提高截面承载能力和抗震能力的钢筋混凝土柱及梁的加固。但对使用环境的温度和湿度有要求。

外包钢加固法的优点是构件截面尺寸增加不多，但其承载能力和抗震能力可大幅度提高；加固后原构件上的混凝土因受外包钢缀板的约束变成三向受力的约束混凝土，构件的延性得到提高；施工不需要模板，施工速度较快。

外包钢加固法受使用环境限制，费用较高，有时需要特制的夹具，同时外包钢需进行防腐处理，以提高耐久性。

2.当工程要求不使用结构胶粘剂时，宜使用无粘结外包型钢加固法(不使用结构胶或仅使用水泥砂浆堵塞混凝土与型钢缝隙)，也称干式外包型钢加固法。其设计应符合下列规定: 2.1当原柱完好，但需提高其设计荷载时可按原柱与型钢构架共同承担荷载进行计算。此时，型钢构架与原柱所承受的外力，可按各自截面刚度比例进行分配。柱加固后总承载力为型钢构架承载力与原柱承载力之和。

2.2当原柱尚能工作，但需降低原设计承载力时，原柱承载力降低程度由可靠性鉴定结果进行确定；其不足部分由型钢构架承担。

2.3当原柱存在不适合继续承载的损伤或者严重缺陷时，可不考虑原柱的作用，全部荷载由型钢骨架承担。

2.4型钢骨架承载力按《钢结构设计规范》计算，并乘以与原柱协同工作的折减系数。

注意：无粘结外包型钢加固法，属于组合结构范畴；由于型钢与原构件之间无有效连接，其所受的外力，只能按原柱和型钢的刚度进行分配，而不能视为复合构件受力，很费刚材，仅在不宜使用胶粘的场合使用。故型钢加固主要以外粘型钢加固法为主。

3.外粘型钢加固法的作用原理

3.1对梁的加固

对梁的加固，可理解成在加固混凝土梁的外围，套一个弹性空间钢桁架结构组成的组合结构，通过粘胶使梁与空间钢桁架协同工作。采用粘钢双筋梁方案，粘钢加固的计算钢板面积亦是外套钢桁架弦杆的用钢面积，规整后参照构造要求选择型钢型材，组成加固型钢桁架的弦杆。对于加固梁，由于规范规定粘钢板加固梁最多可允许承担M1=1.4M0的弯矩内力，其不足的部分M2=M-1.4M0可由外粘弹性型钢材料的桁架承担。由粘胶连接使二者协同工作，因此当组合结构破坏时，梁和桁架都可达到极限状态，其外粘型钢加固粱的极限限承载力M=M1+M2梁的加固可按黏贴钢板进行计算，属于第九章，故这里不介绍。

3.2对柱的加固

在柱的四角外粘型钢，型钢之间用正交的缀板焊接，并在型钢及缀板与混凝土之间灌注结构胶，使其形成整体共同工作。这个整体类似于外套竖向空间构架组合结构或相当于型钢劲性混凝土柱，其型钢结构自身具有较高的承载力。其次，型钢对混凝土柱的外包，类似方钢管混凝土结构，一方面钢管对核心混凝土的约束作用使混凝土处于三向压应力状态，从而提高了混凝土材料的强度和延性；另一方面核心混凝土阻止钢管壁向内屈曲，增强了柱体系的稳定性和承载力。包钢加固柱是利用粘贴薄钢板与角钢组合的空间构架对构件进行加固，是在柱子一次受力后、具有一定应力水平时加上去的，只有当柱子二次受力时，包钢结构才对原混凝土柱产生被动约束力。包钢结构在梁板楼盖节点处往往在构造上不能连续，梁柱节点处将成为加固的薄弱部位。

注意：采用外包型钢加固时，因采取措施卸除或大部分卸除作用在原结构上的活荷载。

4.外粘型钢加固法采用结构胶粘（如环氧树脂）结混凝土构件和型钢构架。采用这种方法进行结构加固，粘结后两者能形成共同工作的复合截面构件，因此采用这种方法不仅节约钢材，而且将获得更大承载力。所以，加固后的承载力和截面刚度按整截面计算，其截面刚度EI 的近似值，可按下式计算：

200000.5c c a a a

c a c a EI E I E A a E E I A =+a —原构件混凝土弹性模量

—原构件加固型钢的弹性模量

—原截面惯性矩

—加固构件一侧外粘型钢截面面积

a -受拉与受压两侧型钢截面之间的距离

注意：本条所采用的截面刚度近似计算公式与精确计算公式相比，仅省略型钢绕自身轴的惯性矩，其所引起的计算误差很小，可以忽略不计。计算过程如下：

222()0.52

a a a a a a E A E A a ??= 5.采用外粘型钢加固钢筋混凝土轴心受压构件时，其正截面承载力计算公式如下：

111100000.9()sc c c y s a a a N f A f f f A ?φα≤++

N -构件加固后轴向压力设计值

,,?-<>轴心受压构件稳定系数按加固后的截面尺寸查砼规sc φ-考虑型钢构架对混凝土的约束作用而引入的混凝土承载力提高系数, 1.0,0.9s s s ααα-==新增型钢强度利用系数抗震设计取其余取a f '-新增型钢抗压强度设计值,查<钢规>a

A '-全部受压肢型钢的截面面积

注意：1、查《混凝土结构设计规范》，为了保持与偏心受压构件正截面承载力计算具有可靠的近似度，在上式右端乘以0.9。（不知道为什么，求老师解答）

2、考虑型钢截面对混凝土约束作用而引入的承载力提高系数，与截面的形状有关：对于圆形截面柱，取为1.15；高宽比不大于1.5，截面高度不大于600mm的矩形截面柱取1.1；不符合上述规定的矩形截面柱，取1.0。考虑到型钢结构是二次受力结构，存在应变滞后的效应，故型钢需要乘以强度利用系数，一般取0.9，抗震结构取1.0。

6、偏心受压构件新增参数的意义与轴心受压构建相同，这里就不再重复。

7、施工工艺。

主要步骤说明

1>.型钢骨架的制作：型钢骨架及钢套箍的部件，应在现场按被加固构件的实际外围尺寸进行制作。其部件上预钻的孔洞和切口的位置、尺寸和数量应符合设计图纸的要求。

2>.界面处理：混凝土表面清理、打磨和糙化处理应符合设计要求，清理和凿毛不能打成沟槽：原构件混凝土截面的棱角应进行圆化打磨；圆化半径应不小于7mm，磨圆的混凝土表面应无松动的骨料。

3>型钢骨架安装：

<3.1>乳胶水泥浆、水泥砂浆应按设计要求配制。当采用乳胶水泥浆湿式外包型钢时，应在型钢和混凝土贴合处分别涂抹乳胶水泥浆，厚度约5mm，然后立即将型钢骨架贴合安装，型钢周边应有少量乳胶水泥挤出。

<3.2>型钢骨架各肢的安装，应采用专门的卡具以及钢箍和垫片等箍紧、顶紧；安装后的钢骨架与原构件表面应紧贴，接触面应在80％以上，钢骨架无松动和晃动。

<3.3>型钢骨架各肢安装就位后，应与缀板、箍板以及其他连接件等进行焊接。焊缝应平直、均匀，无虚焊、漏焊，焊缝的质量应符合现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》(GB 50205)的要求。

<3.4>用乳胶水泥浆或水泥砂浆粘贴湿式外包钢施工，当型钢骨架焊接完成后，缀板及因施工造成型钢骨架未填乳胶砂浆或水泥砂浆的部位，按照原工艺及配比重新填实。

4>注浆孔、排气孔留置

外包钢采用环氧树脂化学灌浆，型钢骨架上注浆孔(一般在较低位置处设置)、排气孔的位置与间距应符合设计图纸的规定，在排气孔上插上软管作为排气管，应保证排气管溢胶位置高于粘贴面。

5>周边密封

按推荐比例称取并调配封缝胶，用抹刀将型钢、缀板周边缝隙，螺栓周围间隙用封缝胶密封，

安装在钢架构件上的注浆装置，也应用封缝胶粘结固定并密封其周边，封缝胶固化后，应进行通气试压。注意参照封缝胶产品使用说明书上标明的可操作时间，并根据施工具体情况确定每次配胶量，以免造成不必要浪费。一般来说，密封施工1d(常温)后即可进行灌浆粘贴施工。

6>设备检查

注浆设备及其配套装置在注胶前进行适用性检查和试压(其流动度和可灌性应符合设计要求)若达不到要求，应查明原因，采取有效的措施。

7>压气检测

封缝胶固化后，应进行压气试漏检测，检查封缝密闭效果，观察注浆嘴之间的连通情况。在封缝胶处涂刷肥皂水。从进浆嘴压入压缩空气，压力等于注浆压力，观察是否有漏气的气泡出现。若有漏气，应用封缝胶修补，直至无气泡出现。若注浆嘴中气压达0.5MPa时某注浆嘴仍不通气，则说明该部位与其他注浆嘴未连通，应重新埋设注浆嘴，并缩短其间距。

8>灌注浆的配置

9>压力注浆

用合适的濯浆机具从注浆嘴压力注入胶液，即以0.2～0.4MPa的压力将环氧树脂浆从注浆孔压入，注胶工作应从一端开始，当邻近注胶嘴有胶液流出时，将当前的注胶嘴封闭，移至出胶的注胶嘴继续注胶。当排气管中有胶液流出时停止加压，将排气管弯折扎紧，用环氧胶泥堵塞排气孔，再以较低压力维持10min以上方可停止灌浆。注胶的同时用小锤敲击型钢、钢板，由声音判断胶液流动情况及胶液是否注满。倾斜及垂直安装的型钢、钢板要从最低位置开始注入。最后一个排气管应在维持注入压力的情况下封堵，以防胶层脱空。施工中，注胶速度不宜过快，注胶先后顺序应合理，以防形成气囊。

10>固化养护

注胶施工后最初几小时应注意检查是否有流胶现象，以防脱胶。各胶粘剂的固化期见产品说明书，一般来说，常温(250度)下固化不少于3d；固化温度降低，固化时间应相应延长。若固化温度低于５度，应采取红外线灯(或碘钨灯)加热等加温措施或使用低温固化改性产品。被加固产品固化期内不得撞击和振动。

1１>防护层施工

施工后，应按设计要求进行防腐处理。但外抹砂浆保护层防腐时，为有利于砂浆粘结，可在钢板表面粘结或外包一层钢丝网，也可涂刮灌注胶后点粘一层豆石，最好在抹灰时涂刷一道混凝土界面剂。

８构造措施

(1)外粘型钢应优先选用角钢，角钢厚度不应小于5mm。角钢边长：对梁和桁架不应小于50mm；对柱不应小于75mm。沿梁、柱轴线方向，每隔一定距离用扁钢制作的箍板或缀板与角钢焊接。当有楼板时，u形箍板或其附加的螺杆应穿过楼板，与另加的条形钢板焊接，或嵌入楼板后予以胶锚(见图1．38)。箍板与缀板均应在注胶前与角钢焊接。箍板或缀板截面积不应小于40mm×4mm，其间距不应大于20r(r为单根角钢最小回转半径)，且不应大于500mm，在节点区其间距应适当加密。

(2)外粘型钢的两端应有可靠的连接和锚固(见图1-39)。为了保证力的可靠传递，外粘型钢必须通长、连续设置，中间不得断开，若型钢长度受限制，应通过焊接方法接长。对柱的加固，角钢下端应锚固于基础中，中间应穿过各层楼板，上端应伸至加固层的上一层楼板底或屋面板底；若相邻两层柱的尺寸不同，可将上下柱外粘型钢交汇于楼面，并利用其内外间隔嵌入厚度不小于10mm的钢板焊成水平钢柜，与上下柱角钢及上柱钢箍外包钢加固法外是在混凝土构件四周包以型钢的加固方法。对梁的加固，梁角钢(或钢板)应与柱角钢相互焊接。必要时，还可焊扁带或钢筋条，使柱两侧的梁相互连接[见图1-39(c)]；对桁架的加固，角钢应

伸过该杆件两端的节点．或设詈节点板将角钢焊在节点板上。

(3)当按《混凝土结构加固设计规范》(GB 50367--2006)构造要求采用外粘型钢加固排架柱时，应将加固的型钢与原柱头顶部的承压钢板相互焊接。对于二阶柱，上下柱交接处及牛腿处的连接构造应予加强。

(4)外包型钢加固梁、柱时，应将原构件截面的棱角打磨成半径r，>7mm的圆角。外包型钢的注胶应在型钢构架焊接完成后进行。外包型钢的胶缝厚度宜控制在3-5mm；局部允许有长度不大于300mm、厚度不大于8mm的胶缝，但不得出现在角钢端部600mm范围内。

(5)当采用结构胶压浆进行外包钢加固时，缀板应紧贴在混凝土表面，并与角钢平焊连

接。焊好后，应用结构胶将型钢周围封闭，并留出排气孔，然后按有关方法进行压浆粘结。

(6)当采用乳胶水泥砂浆(乳胶含量应不少于5％)粘贴外包钢时，缀板可焊于角钢外面。

(7)采用外包钢加固混凝土构件时，型钢表面(包括混凝土表面)宜抹厚度不小于25mm 的高强度等级水泥砂浆(应加钢丝网防裂)作防护层，亦可采用其他具有防腐蚀和防火性能的饰面材料加以保护。

例题某商住楼钢筋混凝土框架结构底层中柱，因结构夹层，需承受轴向荷载：恒载标准值G k =1230KN,活荷载标准值Q k =920KN 。柱截面尺寸b=400mm,h=500mm,柱计算高度l0=5400mm 。混凝土强度等级C20，原柱对称配筋6B 18（A

、S0=1526mm 2

）,环境类别为一类，要求对该柱进行验算，如需加固进行加固设计。

解：原结构承载力计算： 0154001.2 1.4 1.21230 1.49202764,

13.5400

k k l N G Q kN b =+=?+?===查《混凝土结构设计规范》表7.3.1得0.93?=，原柱极限承载力： '

'

0000110.9()0.90.93(9.64005003001526)

1990.21990.22764,0.722764u c c y s u N f A f A N kN N kN N ?=+=????+?=<===

不满足要求，必须进行加固后才允许进行施工。因底层为商业店层，不允许加大截面，故可以采用外粘钢法进行加固。

'

'

13'2'

0.9773.8,

773.8104777.70.90.90.930.9215

u a a a a a a N N N f A kN N

A mm f ?α?α?=-==??===???

角钢与缀板的连接采用焊接，角钢与基础连接部位缀板加密，节点处加宽缀板加强。加固示意图如下所示：

'

224808,4921.24777.7,a L A mm mm ?=>选用角钢符合要求

8.1.1外包型钢加固法，按其与原构件的连接方式分为：外粘结型钢加固法和无粘结外包型钢加固法；均适用于需要大幅度提高截面承载能力和抗震能力的钢筋混凝土柱及梁的加固。

8.1.2当工程要求不使用结构胶粘剂时，宜使用无粘结外包型钢加固法，也称干式外包型钢加固法。其设计应符合下列规定：

1.当原柱完好，但需提高其设计荷载时可按原柱与型钢构架共同承担荷载进行计算。此时，型钢构架与原柱所承受的外力，可按各自截面刚度比例进行分配。柱加固后总承载力为型钢构架承载力与原柱承载力之和。

2.当原柱尚能工作，但需降低原设计承载力时，原柱承载力降低程度由可靠性鉴定结果进行确定；其不足部分由型钢构架承担。

3.当原柱存在不适合继续承载的损伤或者严重缺陷时，可不考虑原柱的作用，全部荷载由型钢骨架承担。

4.型钢骨架承载力按《钢结构设计规范》计算，并乘以与原柱协同工作的折减系数。

8.1.3

8.1.4外粘钢加固时，加固后的承载力和截面刚度按整截面计算，其截面刚度EI 的近似值，可按下式计算：

200000.5c c a a a

c a c a EI E I E A a E E I A =+a 、—分别为原构件混凝土和加固型钢的弹性模量

原截面惯性矩

加固构件一侧外粘型钢截面面积

a

8.1.5

8.1.6