《砼结构加固设计》PPT课件.ppt
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1、 砼结构加固设计 张 浩二OO九年九月初票衷淹蛙碑霸蚕验馅肿交痘坪迹滤雌伺鹅恍弗播窟阮汤榆巧南苹扳自跺砼结构加固设计砼结构加固设计 前 言 应院结构专业委员会的要求,给大家作一次结构加层加固设计方面的讲座。大家都知道,工程的加层加固设计比较麻烦,大部分人不愿意做这项工作,但有时候是不得不做的。虽然碰到的不多,但碰到时往往感觉到无处下手,特别是对于年轻同志来说更是如此。工程加固设计有它的特殊性,要照顾到工程的现状,不像新设计那样方便。加固方案一要可靠,二要施工简便,三要经济。同一个工程可能会有不同的加固方案,但最合适的方案可能会达到事半功倍的效果。加固设计的内容很多,本人由于日常的生产任务很重,
2、没有更多的时间投入到坟壁裔饯没丽暮游叔汽淀裔硬畜县能恿译伞郑榜导辟谆坑备按敲汤提宜乎砼结构加固设计砼结构加固设计这个讲座中,所以这次只讲钢筋砼结构的加固,对于砌体结构和地基等的加固这次没有涉及。另外也是由于时间的问题,这次讲座没有附图(原计划是要附图),这是一件很遗憾的事情,大家可以参阅加固规范和有关的参考书,如果图文并茂效果会更佳,但工作量会太大,时间上不允许,请大家谅解。这次讲座中,根据自己对规范的理解,提出了一些实用的、近似的计算方法,因为没有与同行交流,不知道是否正确?请大家学习后批评指正。伍北廓艳嫌只首始费梅坪揉涡步缓墩欠殴琼蛹四峦咕水松寐症轿德栗痹拘砼结构加固设计砼结构加固设计 目
3、 录第一部分 加固的基本要求 一、加固的原因 二、加固的目的和标准 三、加固的原则 四、加固材料的基本要求第二部分 常用的几种加固方法 一、加大截面加固法 二、外粘型钢加固法 三、粘贴钢板加固法 四、粘贴纤维复合材加固法 五、外加预应力加固法 六、增设支点加固法酒松鼻棠刹挪袭潦绪锐响亲鹰炊魁函包答晒澈酞剃炉恕札倡匝讨蝎拧晃宗砼结构加固设计砼结构加固设计 七、置换砼加固法第三部分 常用的几种加固技术 一、植筋技术 二、锚栓技术 三、砼缺陷的处理第四部分 构件的加固方法 一、板的加固 二、梁的加固 三、柱的加固 四、剪力墙的加固 五、基础的加固第五部分 工程加固设计实例简介 一、驭腾大厦加层加固
4、二、中联西北院东办公楼加层加固掌奉必姓新滇畴存精记盈瓜河把酮锥揣咬竹掷兑恢郡茫半杀纷侮夺切萍彦砼结构加固设计砼结构加固设计 三、陕西省人大办公楼加层加固 四、连云港开发区复合纸品厂单层厂房加固 五、西安方欣食品厂快捷酒店加层改造 六、中航631研究所辅楼改造 七、西安交大第一附属医院水塔加固 八、陕西汽车制造厂住宅楼地基加固 九、第二炮兵工程学院学员宿舍楼地基加固 十、中建西北院南办公楼加层旷脾栅蜗尔姑肄吹猖涅码灿绩曰惶误苏肺绿雏爱钡脚匝锹磷硝鹤眩蓑滴羔砼结构加固设计砼结构加固设计 第一部分 加固的基本要求一、加固的原因 1、勘察、设计和施工中出现了问题:这种工程实例很多,不用举例说明。2、使
5、用功能改变:象改建、扩建、加层等,由于荷载的改变,导致结构内力变化,需要加固。3、自然灾害与偶然事故:象地震、风灾、火灾、水灾、爆炸、滑坡等,比如去年的汶川大地震后,大量的破损房屋都要进行维修和加固。4、结构的耐久性降低:比如西安南郊某医院的水塔支架出现裂缝,使该构筑物的耐久性降低,最后采用了加大截面加固法。访私萝唾诱跃勿给杜眺俺畴悔伤味延樟胞腾柄蕊说做旋需嚏霞漱后梆谆燕砼结构加固设计砼结构加固设计二、加固的目的和标准 加固的目的就是提高结构的安全度,满足正常的使用要求。提到安全度就牵扯到加固后的安全等级问题;提到正常使用就牵扯到加固后的使用年限问题。关于加固后结构的安全等级问题,要根据结构破
6、坏后的严重性、结构的重要性和加固设计的使用年限,由委托方和设计方按实际情况共同商定。这主要是由于加固前原结构服役时间各不相同,加固后结构功能又有所改变,因此不能直接沿用其新建时的安全等级作为加固后的安全等级,也不能一刀切统一定一个安全等级,要视具体情况由双方商定。关于加固后结构的设计使用年限问题,要由委托方和设计方按实际情况共同商定,一般情况下宜 膛咳逊拐界疾捏锌修绳浓蛙盛祟浅挚住秘桥蹲女溃姿门测笨署递社戊牌汁砼结构加固设计砼结构加固设计按30年考虑,到期后可重新进行可靠性鉴定,若正常仍可继续延长使用年限,这与咱们新设计的设计使用年限为50年一样。但是要注意对使用胶粘方法或掺有聚合物加固的结构
7、构件,尚应定期检查其工作状态,检查的时间间隔可由设计单位确定,但第一次检查时间不应迟于10年。对于加固设计来说,还要面临一个问题:就是要满足哪一本规范算是满足要求?由于加固的楼往往是按照老规范设计的,因而安全度比按现行规范设计的楼低,那么加固设计是要满足老规范还是要满足现行规范?能否比现行规范适当降低?一般来说是要满足国家现行规范和标准的要求。现行规范包括现行的设计规范和现行的砼结构加固设计规范GB50367二者相互补充。设计计算的原则和宵费康颓氓履输沙沤昔遁石荫诸陕碑泛耿畸梆周掩胯嘱凑悍扫篆激恃瑚袭砼结构加固设计砼结构加固设计方法是要按照现行的设计规范,有一些特殊的规定是要按照加固规范来执行
8、。这里要特别注意加固规范中有一些调整系数与现行设计规范不同,不同的系数有着不同的原因。结构构件的尺寸取值,对原有部分应采用实测值,对新增部分采用设计值。原结构构件的砼强度等级和钢筋的抗拉强度标准值要按下列规定取值:当原设计文件有效,且不怀疑结构有严重的性能退化时,可采用原设计的标准值;当结构可靠性鉴定认为应重新进行现场检测时,应采用检测结果推定的标准值。有资料介绍,在有充分依据的情况下,可以利用砼后期强度的增长。我们知道砼的强度取得是28天的强度,随着时间的推移它的强度还会提高,比如普通硅酸盐水泥熬钙泌灾击昭啸为鹰台踌莫华谈枷扦裔权浦列殊珍堤胶徽傻糕泊歇茨暂弘砼结构加固设计砼结构加固设计砼90
9、天的强度比28天大约可提高20%,在潮湿环境下提高得更多,提高的强度在特殊情况下是可以利用的,一般加固设计中不利用这部分强度,把它作为安全储备奉送给结构。当然新设计的结构计算中没有考虑这部分强度,为了使加固设计与新设计具有相同的安全储备,建议不考虑这部分强度。三、加固的原则 加固设计的大原则是:技术安全可靠、经济合理、施工简便。具体来讲还要遵循以下原则:1、加固设计前应按照工业厂房可靠性鉴定标准GB50144或民用建筑可靠性鉴定标准GB50292进行可靠性鉴定,当与抗震加固结合进行时还要按照建筑抗震设计规范GB50011或紧虱玲啪瘸榔译疹仙卒颐询善核娄洽怜抗铣沿熬娶晦健都俏市拯残盲括以砼结构加
10、固设计砼结构加固设计建筑抗震鉴定标准GB50023进行抗震能力鉴定,依据鉴定结果再进行加固设计。这一条在实际工程的执行中会遇到一定的困难,许多甲方不愿意做这项工作,设计院须要提前告知甲方,否则可能会遇到一些不必要的麻烦。2、应尽量保留和利用原有的结构和构件,避免不必要的拆除和更换,当然保留的部分要安全可靠。3、要考虑到施工的方便和施工过程中原结构的安全,必要时采用可靠的支撑。4、要保证新增构件与原结构连接可靠,新增截面与原截面的粘结要牢固,这样才能形成一个整体,共同工作。是否考虑和如何考虑加固部分应变滞后问题要视工程的具体情况来考虑,并应避免对未加固结构和构件造成不利影响,必要时可设置临 惹帚
11、泪白桥驮雾狱补槐陋谨骨芳穗幅搂莉塑翘孩踊文父裳桩厢承菠芒缅屿砼结构加固设计砼结构加固设计时支撑等进行卸载处理。5、在可能条件下考虑建筑美观,尽量避免遗留加固的痕迹。四、加固材料的基本要求 1、钢筋:宜选用比例极限变形较小、强度较低、可焊性较好的热轧钢筋,一般可用HPB235或HRB335级钢。当采用预应力加固法时可选用强度较高的钢材。当砼结构的锚固件为植筋时,应使用热轧带肋钢筋,不得使用光圆钢筋,这主要是由于光圆钢筋的锚固质量差,这一点要引起注意,特别是对于新加跨度较小的板。当锚固件为钢螺杆时,应采用全螺纹的螺杆,不得采用锚入部位无螺纹的螺杆。2、型钢、钢板、扁钢和钢管:宜选用Q235级碳素结
12、构钢或Q345级低合金高强度结构钢。鸽斥愧簧祟运抚娥幅时校蛾遵陷抵钟旦昌谎掩乖满诬箕虞颜层妆山绦篙猾砼结构加固设计砼结构加固设计 3、水泥:宜选用快硬、早强、收缩性小的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥,最好采用早强型水泥或微膨胀水泥,水泥强度等级不应低于32.5,不宜低于42.5。4、砼:强度等级应比原结构提高一级,且不低于C20。当原结构的砼强度较高时,如采用与原结构相同的强度等级,必须采取技术措施以保证新旧砼之间有足够的粘结强度。5、螺栓:用Q235或Q345级钢制作。6、锚栓:用碳素钢或合金钢制作。7、浆液(环氧树脂浆液等):浆液固化后,其与砼的粘结强度应高于被粘结构的砼抗拉强度和抗剪强度。8
13、、纤维复合材:包括碳纤维布、碳纤维板、夷棘氨凄处蘸瞥傲褥涡颓律呆烬欣控郝称及奏朝隆毋壬悸忧娱舅贼艾阎议砼结构加固设计砼结构加固设计S玻璃纤维布和E玻璃纤维布。承重结构加固用的碳纤维,必须选用聚丙烯腈基(PAN基)12k或12k以下的小丝束纤维,严禁使用大丝束纤维。单层碳纤维布单位面积碳纤维质量不宜低于150g/m2,一般采用200300 g/m2,严禁使用大于300 g/m2的碳纤维布,这是因为如果大于300 g/m2,胶粘剂将很难浸透,即使能设法浸透,但对仰贴和侧贴的部位仍然保证不了施工质量,因为胶粘剂会大量流淌,致使碳纤维的层内和层间因缺胶而达不到设计所要求的粘结强度。碳纤维板的厚度不宜大
14、于2.0mm,宽度不宜大于200mm,纤维体积含量不宜小于65%。选用纤维复合材时必须要有良好适配性的配套树脂类粘结材料及表面防护材料与之配套使用。9、粘结剂结构胶:承重结构用的胶结剂,按事俺蹿笔肖镭痔是忽怂咙滔宗蒙扼右会狡巳解剿瑞介盟纲姻忧解恃杆促基砼结构加固设计砼结构加固设计其基本性能分为A级胶和B级胶,对重要结构、悬挑结构、承受动力荷载的结构构件应采用A级胶,对一般结构可采用A级或B级胶,这两个等级的主要区别在于其韧性和耐湿热老化性能的合格指标不同。承重结构用的胶结剂使用前必须进行强度安全性检验。一般加固用的胶结剂还必须通过毒性检验。在承重结构用的胶结剂中严禁使用乙二胺作为改性环氧树脂的
15、固化剂,因为它是一种毒性大而又有脆性的固化剂。在寒冷地区加固砼使用的胶结剂应具有耐冻融性能试验合格的证书。浸渍、粘结纤维复合材的胶结剂必须采用专门配制的改性环氧树脂胶结剂。承重结构中不得使用不饱和聚酯树脂、醇酸树脂等作浸渍、粘结胶结剂,主要是由于这两种材料的耐潮湿和耐老化性能 鄂缓春田驱待掘档钉刚包审捷筒阁棋哆耸玫靳樱紧宦茧君绩夸毡喝胀乓茹砼结构加固设计砼结构加固设计差。底胶和修补胶应与浸渍、粘结胶粘剂相适配。粘贴钢板、外粘型钢或植筋用的胶结剂也都必须采用专门配制的改性环氧树脂胶结剂。承重结构加固用的胶结剂,其钢-钢粘结抗剪性能必须经湿热老化检验合格。因为胶结剂都是有机物,因而都有一个老化问题
16、,承重结构的使用年限要在30年以上,所以胶结剂的后期强度必须得到保证,而固化剂的性能在很大程度上决定着胶结剂长期使用的可靠性,所以湿热老化性检验是非常重要的。湿热老化检验检出不良固化剂的能力很强,劣质固化剂虽然不影响短期强度,但抗老化能力急剧下降。琅秀躲网毯漱社驱践蟹葡剿脱乏获缆儡悯炮冗姑揩缠叛样敦棠调泵洲尼神砼结构加固设计砼结构加固设计 第二部分 常用的几种加固方法 常用的砼结构的加固方法可分为直接加固法与间接加固法。直接加固法包括加大截面加固法、外粘型钢加固法、粘贴钢板加固法、粘贴纤维复合材加固法、置换砼加固法等;间接加固法包括预应力加固法和增设支点加固法等。一、加大截面加固法:加大截面加
17、固法,就是加大构件的截面尺寸,由于截面的加大承载力自然就会提高。它适用于梁、板、柱、墙、基础等一般构件。优点是加固效果好、经济、适应面广;缺点是施工复杂,湿作业工作量大,工期长,对净空和美观有影响。比如构件超筋揖恰横零集按捶快总沽遂桑恼也甥嫡桃规狙巩氖赫诀徐职署两锭试你压猜砼结构加固设计砼结构加固设计和墙柱轴压比超限时一般采用此方法,其他情况下就不一定用这种方法,因为比较麻烦。(一)设计规定 1、从受力角度来讲,该方法适用于受压和受弯构件。2、原构件的砼强度不应低于C10。3、可按整截面一次计算。4、符合平截面假定,用于正截面计算。(二)加固计算 1、计算原则 加固受弯构件时,分为受拉区增大截
18、面和受压区增大截面。当增大受压区截面时,变成了叠合式受弯构件,因而就采用现行砼规范关于叠合式受弯构件的计算方法。当增大受拉区截面时,加固规范 笆米稗撂俩迅农首庭竿冀辞景踌坝几亏砒炼辖坛缆迈胖喻株必层涧革寝卖砼结构加固设计砼结构加固设计给出了正截面和斜截面的计算公式,公式类似于砼规范的计算公式,只是新增的钢筋和砼强度给了一个折减系数,正截面受弯时钢筋的折减系数为0.9;斜截面受剪时钢筋的折减系数为0.9,砼的折减系数为0.7;轴心受压正截面计算时钢筋和砼的折减系数都为0.8;偏心受压正截面计算时钢筋和砼的折减系数都为0.9。从理论分析可以看出,加固构件的受力特征与加固施工是否卸载有关,当不卸载或
19、部分卸载时,加固后的构件工作属于二次受力性质,存在着应变滞后问题,当完全卸载时(实际工程中完全卸载很难做到)加固后的构件工作虽属一次受力,但由于受二次施工的影响,其截面仍然不如一次施工的新构件,新增主筋在连接构造和受力状态上不可避免地要受到种种影响因素的综合作用,从而有县役佩笛瑚为隅胀裳冤朴鸽茵敲胞艇鸵企宾氨咸努喧凶存抚吐礁咖吴甸眉砼结构加固设计砼结构加固设计可能导致其强度难以充分发挥。由于加固设计是按整截面计算的(一次受力),所以考虑这些折减系数是很有必要的。2、实用计算法 由于加固规范给出的计算公式对于设计人员来说是比较烦的,必须借助于电算程序,08版PKPM系列程序已经增加了加固设计这一
20、部分,但本人还没用过,不知是否好用?而老版的PKPM软件根本就没有加固设计这一部分,所以必须要用简单的近似方法。这种方法一要简单,可操作性强,二要近似度不能太大,满足工程设计的要求。以前我用了一种近似方法:仍然用PKPM系列软件来计算,就是计算时新加砼与旧砼等级相同,设计图是新比旧的高一级,这样就部分或全部冲减了砼强度的折封韭阀铃面吉癌嘱阿购无寂房您悼雹侄窄翘捆嘉恰捕辜答双诺乓军恶莆瓢砼结构加固设计砼结构加固设计减,由于新加的截面在总截面中占的份额一般不大,所以斜截面受剪时一般将计算出的需要加固的箍筋面积适当放大,以弥补砼强度冲减不够的部分,另外由于轴心受压的构件在工程中碰到得不多,遇到时再特
21、殊处理;钢筋强度按受弯、受剪、偏心受压时折减0.9考虑,另外受弯时用平截面假定将旧钢筋的强度或截面进行折减,从而确定新增钢筋截面面积。这种方法可能有一定的误差,但对于工程设计来说精度是够了,不知这个观点是否正确?仅供大家参考。(三)构造规定 1、新增砼层的最小厚度:板不应小于40;梁、柱人工浇筑时不小于60,喷射砼时不小于50。2、钢筋要采用热轧钢筋,板受力钢筋直径不 私甸讹颊炔趾尘近车医渗面似污荚妙郧肩程倒努美汉力刹瘟珊蔫衅宠斥骇砼结构加固设计砼结构加固设计小于8;梁受力钢筋直径不小于12;柱受力钢筋直径不小于14;加锚式箍筋直径不小于8,U形箍直径与原箍筋相同;分布筋直径不小于6。3、梁的
22、新增纵向钢筋在两端应可靠锚固,应视梁的性质和支座的不同选用不同而简单可靠的锚固方法;柱的新增纵向钢筋伸入基础并满足锚固要求,上端穿过楼板与上层柱脚连接或在屋面板处封顶锚固。加固钢筋的可靠锚固是很重要的,如果锚固不好,新加钢筋的作用就不能充分发挥,因而可能会导致加固失败。这是加固设计和施工中容易犯的错误,比如加固设计锚固不牢或交代不清或施工难以做到等。4、新增纵筋与原纵筋的连接可以采用短钢筋焊接,短钢筋直径不应小于20mm,长度不应小于水具渍盂池我廉蒙帚撰袭奋诱蔗磕凤疑瑟雨播划氦宁竭赞忻汰辉宙问纱广砼结构加固设计砼结构加固设计其直径的5倍,各短筋的中心距不应大于500mm。5、新增箍筋为U形箍时
23、,U形箍应焊在原有箍筋上,也可采用植筋方式;当用围套加固时,应设置环形箍或胶锚式箍筋。(四)施工要求 1、加大截面加固法是按整体截面计算,那么新旧砼就要像同一种砼一样能够共同工作,要达到这个要求新旧砼界面处的粘结质量要保证,因而对原有砼构件的表面处理就要有一定的要求。要求把构件表面的抹灰层铲除,对砼表面存在的缺陷清理至密实部位,并将表面凿毛,要求打成麻沟或沟槽,坑和槽深度不宜小于6mm,麻坑每100mmX100mm的面积内不宜少于5个,沟槽间距不宜大于箍筋间距或200mm,并用压力水将构件表 励省媚疟声演盈歹负武祈垫氮蛋佰括诱勺嚼兑弟烷驾熟闰改烈地绪移姑叮砼结构加固设计砼结构加固设计面冲洗干净
24、,再涂刷一层高粘结性能的截面结合剂。当新旧砼界面处的粘结质量要求比较高时,可以在结合面凿小坑,埋入10短钢筋,其长度为100150,伸进和出坑各一半,间距宜为200300,呈梅花状布置。新旧砼界面处也可以锚入膨胀型锚栓。2、加固钢筋与原有钢筋之间的连接:采用短钢筋焊接时,应凿除砼保护层并至少裸露出钢筋截面的一半,将加固钢筋、短钢筋和原钢筋焊在一起,施焊时应逐根分区、分段、分层和从中部向两端进行焊接,焊缝要饱满。施焊前应视被加固构件的受力情况,需要时可以采取卸荷或临时支撑措施。3、水泥砂浆保护层:当纵筋采用短钢筋连接时,一般采用水泥砂浆做保护层,其施工要求如下:沛慰脑启撤蛆陈列亮怒浚擅昆稳麻昏骡
25、拐恿户伎淮沾盟寐瞩校尚磁蕴委揽砼结构加固设计砼结构加固设计基层处理后用1:1水泥砂浆掺10%的建筑胶薄抹一层,约3mm,24h后在进行抹灰,抹灰前对基层浇水湿润,分层、多遍成活,一般分为底层、中层和面层,每层厚度为610mm之间,抹灰的砂浆中可以掺入乳胶等材料,一般养护不少于3天。4、砼中粗骨料最大粒径不宜大于20mm,对于厚度小于100mm的砼宜采用细石砼。二、外粘型钢加固法 外粘型钢加固法一般是在构件四角或两角包上角钢,角钢之间焊有扁钢箍(缀板)相连成整体,在型钢构架与原构件之间通过压力灌注改性环氧树脂胶结剂,使之达到型钢与原构件能够整体工作,共同受力。它的特点是先焊后灌注高强度的结构 疹
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