建筑结构加固技术及工程实践

标准图集
➢ 现行各相关专业的结构、构造标准图集；
➢ 国家建筑标准设计图集《建筑结构加固施工图设计表示 方法、建筑结构加固施工图设计深度图样》SG111-1~2 （2008年合订本）；
➢ 国家建筑标准设计图集《混凝土结构加固改造(总则及构 件加固)》06SG311-1；
➢ 国家建筑标准设计图集《混凝土结构加固改造(地基基础 及结构整体加固改造)》08SG311-2；
➢ 国家建筑标准设计图集《砖混结构加固与修复》 03SG611；
➢ 国家建筑标准设计图集《混凝土结构后锚固连接构造》 04SG308。
六、规范加固方法简介
——GB 50367-2013《混凝土结构加固设计规范》
混疑土结构（砌体结构）的主要加固方法:
加大截面加固法； 置换混凝土加固法； 外包钢加固法； 外加预应力加固法； 改变结构传力途径加固法； 外粘钢板加固法； 外粘碳纤维片材加固法； 植筋和锚栓； 裂缝修补。
❖3 轴心受压柱的加固
对受压柱的碳纤维布加固,可分为2种方式： 整体环向包裹； 分条环向包裹。
组合式拉杆——一般用两根水平拉杆，两根下撑 式拉杆组成。适用于正截面受弯承载力严重不足而 斜截面受剪承载力略为不足的加固。
拉杆加固减小受弯构件的挠度、缩小裂缝的宽度
(a) 水平拉杆；
(b) 下撑式拉杆；
(c) 组合式拉杆
预应力撑杆加固：适用于提高轴心受压以及偏心 受压钢筋混凝土柱的承载能力。
➢分为双侧预应力撑杆加固法和单侧预应力撑杆加 固法两种；
➢ 国内改造加固产业形成与发展
建国（1949年）前混凝土结构极少，建国后大量兴建，加固 改造业相对滞后；
上世纪60年代开始涂抹混凝土、喷射混凝土修复； 上世纪70~80年代开始加大混凝土柱截面加固； 上世纪80年代末开始研究外包钢、外粘钢板加固板、梁、柱；
开始有关CFRP片材粘贴加固的应用研究； 上世纪90年代初CECS标准《混凝土结构加固技术规范》，该
——对梁、板、桁架、网架等结构，通过增加支
承结构，改变跨径或传力途径，提高其承载力的 加固方法
➢注意：支点处成为连续结构的支座截面，应核 算其承载力。
改变传力路径
广西某拱桥立柱之间 加设X型或K型钢斜撑
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6.6 外粘钢板加固法
——将薄钢板通过建筑结构胶粘于混凝土构 件外表面，用以提高其强度的加固方法
高温结构胶)； 原构件混凝土强度等级不低于C15。
★1 正截面加固
应力集中区
结构胶
剥 离 应 力
离端部距离
应力集中示意图
钢板
加固大样
➢1 受弯正截面加固(受拉区)
节点负弯筋粘钢加固锚固
➢2 受弯正截面加固(受压区)
★2、斜截面加固方式 钢围套
U型箍
侧向钢板条
➢1 受弯斜截面加固 ➢2 端部附加锚固措施
双侧撑杆：由四根角钢构成，布置在柱四角。 单侧撑杆：只布置在偏心受压柱的受压一侧。 ➢优点： ①可以预先制造，然后在现场装；
②撑杆占地小，柱子宽度只增加几厘米；
③利用结构本身重量施加预应力，方法简便。
④施加预应力能使撑杆有效地参加受力，分担柱子 部分荷载。
(a) 双侧撑杆；
(b)单侧撑杆
6.5 改变传力途径(增设支点)加固法
外粘钢是通过粘贴钢板与原混凝土结构联合工作， 用增加配筋量的方法来补强原钢筋混凝土构件或有 限增大原构件的承载能力；
特点：
结构胶将钢板粘在混凝土结构外表面； 施工快、不改变结构尺寸、不影响生产。
适用条件：
静力受弯、受拉、大偏心受压构件补强加固； 动力荷载、抗震，必须有充分试验依据——采取
可靠的锚固措施； 温度低于60ºC，相对湿度低于70% (已有80 ºC的
对于矩形构件大多在构件四角包角钢，横向用箍板 连接，对于圆柱、烟囱等构件，多用扁钢加套箍的办 法加固。
1、外包钢加固的优点：
➢构件截面尺寸增加不多，构件承载力可大幅度提 高；
➢经加固后原构件混凝土受到外包钢缀板的约束， 原柱子的承载力和延性得到提高；
➢施工简便、工期短。
2、外包钢加固应用：使用上不允许增大截面尺寸，
而又需要大幅度地提高承载力的混凝土结构的加固。
➢加固钢筋混凝土柱、梁、桁架弦、腹杆； ➢加固钢筋混凝土单层工业厂房柱等。 外包钢应须防腐处理，以提高其耐久性。
6.4 外加预应力加固法
——用体外预应力筋（拉杆）或撑杆对结 构进行加固的方法
6.4.1 原理：
➢通过施加预应力，强迫后加的拉杆(筋)或撑杆受 力，改变原结构内力分布，降低原结构应力水平; ➢使一般加固结构中所特有的应力应变滞后现象得 以完全消除，后加部分与原结构能较好地共同工 作，使结构总承载力可显著提高； ➢可减少结构的变形、裂缝宽度缩小甚至完全闭合
五、建筑结构加固依据
1）建筑结构历史
——地勘资料、设计图纸、竣工图纸、设计变更、历 次维修改造加固记录……。
2）建筑结构现状
——近期检测鉴定报告。
3）建筑结构未来
——业主对建筑物加固改造后的使用条件、功能要求、 耐久性年限……。
4）规范和标准
基本规范——荷载、抗震、混凝土结构、钢结构、 砌体结构、地基基础及相关行业规范……。
特点
重量轻、强度高、耐腐蚀
延伸率比钢材小、较脆、各向异性 施工方便、节省人工。
局限性
碳纤维材料的强度不能被充分利用：碳纤维拉伸 强度一般都达到3000MPa以上,而其弹性模量一 般只有230GPa左右, 当与钢筋共同工作时,钢筋完 全发挥强度时CFRP才发挥出不到20%的强度。 – 采用预应力碳纤维布加固可以克服这一缺点。
❖2 梁的抗剪加固
• 将碳纤维片材(一般采用的是碳纤维布)粘贴于构件 的剪跨区,起到与箍筋类似的作用,以提高构件的抗 剪承载力。
• 加固的原理是利用碳纤维布对混凝土的约束来抑制 剪切裂缝的开裂和发展。
• 纤维方向与加固梁的轴线方向垂直。
碳纤维片材的抗剪加固方式
两侧粘贴
U形满粘
U形条带粘
几种典型的梁的抗剪加固方式
加固设计及施工规范
➢ GB 50367-2013《混凝土结构加固设计规范》； ➢ GB 50702-2011《砌体结构加固设计规范》; ➢ CECS 77:96《钢结构加固技术规范》； ➢ JGJ 116-2009《建筑抗震加固技术规程》； ➢ CECS 295-2011 《建(构)筑物托换技术规程》； ➢ JGJ123-2000 《既有建筑地基基础加固技术规范》； ➢ GB 50550-2010《建筑结构加固工程施工质量验收规范》； ➢ JTG/T J22-2008《公路桥梁加固设计规范》； ➢ JTG/T J23-2008《公路桥梁加固施工技术规范》
自十九世纪末混凝土结构大量兴建就开始有了加固
• 最原始的加固方法就是加大截面法； • 1911年Cart.E.Akeley发明了喷射混凝土枪； • 1940年以后有了外部预应力加固法； • 1956年有了第一个关于聚合物混凝土的发明专利； • 1960年由瑞士的L.Hermite和德国的Bresson开创 了外粘钢板加固法； • 1982年瑞士科学院Meier首创了外粘碳纤维布加固 法。
6.3 外包钢加固法(外粘型钢)
——在混凝土构件(梁、柱)四周包以型钢 的加固方法
原理与特点
➢在构件截面的四角沿构件通长设置角钢； ➢ 横向用箍板或螺栓套箍将角钢连接成整体，成为
外包于构件的钢 构架(角钢套箍)。 ➢外包钢构架可以完全替代或部分替代原构件工作,
达到加固的目的。 ➢外包钢材除角钢外，还可采用槽钢、钢板等。
建筑结构加固技术 及工程实践
介绍内容：
加固发展简介 建筑结构加固原因 建筑结构加固程序 建筑结构加固原则 建筑结构加固依据 规范加固方法简介 加固新技术、新材料及工程案例
一、加固发展简介
结构加固——对可靠性不足或业主要求提 高可靠度的承重结构、构件及其相关部分 采取增强、局部更换或调整其内力等措施， 使其具有现行设计规范及业主所要求的安 全性、耐久性和适用性。
2)局部加固与整体加固
➢对个别构件加固后不影响整个结构体系的受力性能 时，可进行局部加固；
➢当结构整体不满足要求时，例如当结构在地震作用 下的侧向变形不满足要求时，宜对结构整体进行加固.
3)临时加固与永久加固 ➢临时加固的要求可以降低一些； ➢永久加固的要求应高一些。
4)抗震加固设计时需要特别考虑的问题 ➢ 结构的刚度和强度分布均匀，避免出现新的薄弱层; ➢ 竖向受力构件要连续，保证传力路线明确； ➢ 加固后使结构自振特性改变而引起地震作用的加大;
➢ 增设构件或加强原有构件，均要考虑减少整个结构 扭转效应的可能性；
➢ 加强薄弱部位的抗震构造；
➢ 要使结构的受力状态更加合理，防止构件发生脆性 破坏，消除不利于抗震的强梁弱柱、强构件弱节点 等受力状态；
➢ 要考虑建设场地的影响，加固后的结构要选择地震 反应较小的结构体系；
➢ 采用抗震、隔震和消能等新的处理技术。
武大巨成
1 工程结构建设经历的三个阶段大ຫໍສະໝຸດ 模新建新建与维修 加固并存
维修加固占主导
WUDAJUCHENG
发达国家建筑业已进入第三阶段，我国目前处于第 二阶段，即将进入第三阶段。
美国劳工部对二十一世纪热门行业的预测，认为建 筑结构维修改造业将是最受欢迎的九大行业之一。
2 加固行业的形成和发展
➢ 国外改造加固产业形成与发展
加 固 实 例
武昌紫阳路湖北移动通信机房改造加固（面积近 1500m2）
6.7 外粘碳纤维布（玻璃与芳纶纤维） 加固技术
——利用树脂类胶结材料将纤维织物粘贴于混凝土 表面来达到对结构补强加固及改善结构受力性能的 目的。 ——通过对混凝土结构外粘复合材料使其联合工作， 用增加原构件配筋量的方法来达到补强和适当提高 原构件承载力的目的。