钢筋混凝土结构加固改造技术

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钢筋混凝土结构加固改造技术

简介： 本文介绍了多种钢筋混凝土加固技术。
关键字：加固 改造 

碳纤维加固技术　

　碳纤维布加固技术是利用碳素纤维布和专用结构胶对建筑构件进行加固处理，该技术采用的碳素纤维布强度是普通二级钢的10倍左右。具有强度高、重量轻、耐腐蚀性和耐久性强等优点。厚度仅为2mm左右，基本上不增加构件截面，能保证碳素纤维布与原构件共同工作。

1、碳纤维介绍
　　碳纤维根据原料及生产方式的不同，主要分为聚丙烯腈（PAN）基碳纤维及沥青基碳纤维。碳纤维产品包括PAN基碳纤维（高强度型）及沥青基碳纤维（高弹性型）。
2、环氧树脂
　　不同类型的树脂还可以保证其对砼具有良好的渗透作用，例如底涂树脂；以及对碳纤维片与砼结构的粘接作用，例如环氧粘结树脂等。
（1）环氧树脂简介
　　仅仅依靠碳纤维片本身并不能充分发挥其强大的力学特性及优越的耐久性能，只有通过环氧树脂将碳纤维片粘附于钢筋混凝土结构表面并与之紧密地结合在一起形成整体共同工作，才能达到补强的目的。因此，环氧树脂的性能是重要的关键之一。环氧树脂因类型不同而有不同的性能，适应于各个部位的不同要求。例如底涂树脂对混凝土具有良好的渗透作用，能渗入到混凝土内一定深度；粘贴碳纤维片的环氧树脂易于"透"过碳纤维片，有很强的粘结力。依使用温度的不同，树脂还分为夏用及冬用类树脂。我公司使用的各类树脂规格及性能（包括底层涂料的规格及性能、环氧腻子的规格及性能、粘结树脂的规格及性能等均有详细表格资料、以备索取）。
（2）物理性能
　　碳纤维片工法中使用了底涂、腻子、浸渗粘着树脂等三种环氧树脂。上述三种环氧树脂的使用目的各不相同，其物性标准也不相同。
①底涂：粘着强度
　　底涂必须确实具有把作用在混凝土表面上的荷载传递到碳纤维片上的力学性能。因此粘着强度成为制定其物性标准的重要依据。
②腻子：
压缩强度·压缩弹性率
　　腻子用于填充混凝土上的微小缺损部分。因此，要求必须具有与混凝土同等以上的压缩强度。此外，还要求具有较高的压缩弹性模量。根据以上理由，制定腻子的物性标准时主要根据其压缩强度及压缩弹性模量。剪切强度·粘着强度
　　腻子与底涂一样必须具有把因荷载作用等在混凝土表面上发生的应变确实传递到碳纤维片上的力学性能。因此剪切强度及粘着强度便成为制定其物性标准的重要依据。
③ 粘着树脂：
张拉强度·弯曲强度
　　碳纤维片工法系通过向碳纤维片内渗透浸渗粘着树脂、通过固化形成CFRP。重要
的是固化后的CFRP的物性，而浸渗粘着树脂本身的物性并非重要。但要想获得良好的CFRP物性，浸渗粘着树脂本身的物性确实也有影响。因此制定了最小限度的张拉强度及弯曲强度的物性标准。
剪切强度·粘着强度
　　浸渗粘着树脂除渗透到碳纤维片内、通过固化形成CFRP之外，还具有粘着剂的功能。与腻子、底涂同样，必须具有把因载荷作用等在混凝土表面上发生的应变确实传递到碳纤维片上的力学性能。因此剪切强度及粘着强度便成为制定其物性标准的重要依据。
相比之下，国产的树脂材料目前缺乏配套产品，用途单一，且尚未制定出严格的物性标准。
2、碳纤维材料与其他加固材料对比
　　（1）抗拉强度：碳纤维的抗拉强度约为钢材的10倍。
　　（2）弹性模量：碳纤维复合材料的拉伸弹性模量高于钢材，但芳纶和玻璃纤维复合材料的拉伸弹性模量则仅为钢材的一半和四分之一。

（3） 疲劳强度：碳纤维和芳纶纤维复合材料的疲劳强度高于高强纲丝。金属材料在交变应力作用下，疲劳极限仅为静荷强度的30%～40%。由于纤维与基体复合可缓和裂纹扩展，以及存在纤维内力再分配的可能性，复合材料的疲劳极限较高，约为静荷强度的70%～80%，并在破坏前有变形显著的征兆。
　　（4）重量：约为钢材的五分之一。
　　（5）与碳纤维板的比较：碳纤维片材可以粘贴在各种形状的结构表面，而板材更适用于规则构件表面。此外，由于粘贴板材时底层树脂的用量比片材多、厚度大，与混凝土界面的粘接强度不如片材。

3、材料性能
　　碳纤维片是以碳纤维为组分，以树脂为基体，通过一定的成型方法形成的单向排列的碳纤维的复合片材。它具有极其优越的品质：材料质轻高强，碳纤维片的抗拉强度比同截面钢材高7~10倍，用环氧树脂将它与结构物粘贴后形成一体，能可靠地与钢筋混凝土共同工作，获得优异的补强效果，而结构物自重的增加几乎可以忽略；其抗疲劳强度高，耐久性能好，耐磨损、抗老化等。注：设计厚度是按照碳纤维断面积推算出的厚度，施工时用的片材含有集束用的预浸树脂、玻璃纤维网和衬纸，其厚度与设计厚度不同。
4、工具简介
（1）基底处理工具：
① 磨机：用于混凝土表面的打磨用
② 錾子：用于剔凿混凝土表面松散部位的混凝土残渣
③ 钢丝刷：用于清除混凝土表面的不洁污渍
（2） 粘贴碳纤维：
① 调料容器：用于调和环氧树脂用
② 衡器：用于称量材料各组分的重量
③ 搅拌器：用于搅拌混合树脂材料用
④ 刮板：用于修补凹凸不平及粘贴碳纤维抚平用
⑤ 滚筒刷：用于涂刷树脂用
⑥ 罗拉：用于碳纤维的脱泡和压紧用
（3） 检测类工具：
① 靠尺：用于检查混凝土表面平整度
② 塞尺：与靠尺配合使用
③ 温湿度计：用于测量大气温度、湿度用
④ 小鼓锤：用于检查空鼓用 ⑤ 卷尺与钢板尺
（4） 修补类工具

①      注胶器：用于向空鼓内注入粘结树脂
②  割刀：用于割开空鼓处碳纤维片以便注入粘结树脂

（5） 劳保类用品

①  工作服、工作帽

②  防护眼睛

③  防尘口罩

④  安全帽

⑤  胶手套

结构粘钢加固

粘贴钢板加固法，是指用胶黏剂将钢板粘贴在构件外部的一种加固方法。该法在建筑，桥梁等工程的加固、补强、修复中的应用较为广泛。

结构粘钢加固方法，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：

    1、坚固耐用：经过多年来的工程实践，已经证明完全能保证加固工程的质量，结构的强度和刚度都能满足设计的要求。施工工艺精巧，质量优秀，工程合格率为100%。胶粘剂30年老化试验耐久性能满足要求。粘钢加固后的结构试验，也证明强度和刚度的设计方法是正确的和可靠的。

2、施工快速：在保证粘钢加固结构质量的前提下，快速完成施工任务，并能根据业务要求，在不停产不影响使用的情况下完成施工，受到用户的普遍赞扬。

3、简洁轻巧：与其它加固方法比较，粘钢加固的施工，干净利落，比较简便，现场无湿作业。完成加固后的结构外观不改变，比较轻巧，钢板薄，结构自重增加极微，不会导致建筑物内其他构件的连锁加固。

4、灵活多样：粘钢加固法的适应性很强，能够解决生产上和生活上各种有关问题。粘贴钢板的方案多种多样，灵活巧妙。还可粘贴型钢、加固钢结构及砖砌体结构等。

5、经济合理：由于施工快，避免或减少工厂停产时间，节约加固材料，与其它加固方法比较，粘钢加固的费用大为节省，经济效益很高。

结构粘刚加固的使用情况：                                  

（1）钢筋焊接点断裂加固

   （2）施工中漏放钢筋加固

   （3）混凝土标号达不到，提高结构强度加固                     

   （4）加层抗震加固

   （5）阳台根部断裂加固

   （6）牛腿接点加固

   （7）悬挂式吊车梁提高荷载加固

   （8）楼面荷载集中力加固

   （9）火灾后梁柱砼烧坏加固

   （10）混凝土柱子牛腿断裂加固

   （11）桥式吊车梁加固

   （12）薄腹梁断裂加固

   （13）爆炸冲击波破坏梁体加固

   （14）提高楼面荷载加固

   （15）屋架梁下弦腐蚀严重露筋加固

   （16）断梁加固

   （17）截柱加固

   （18）减震加固

   （19）梁柱受化学腐蚀的粘钢加固

   （20）旧房改造综合加固

   （21）生命线建筑物抗震加固

   （22）剪力墙开1.6M以下的圆洞加固，开1M X 2M以下的门洞加固

   （23）桥梁断裂、旧桥维修加固

　（24）提高柱子承载力解决柱子轴压比超标加固

化学植筋技术

（一）、化学植筋技术
    植筋新技术是运用高强度的化学粘合剂，使钢筋、螺杆等与混凝土产生握固力，从而达到预期效果。施工后产生高负荷承载力，不易产生移位、拔出，并且密着性能良好，无需作任何防水处理。由于其通过化学粘合固定，不但对基材不会产生膨胀破坏，而且对结构有补强作用。施工简便迅速，安全并符合环保要求，是建筑工程中钢筋混凝土结构变更、追加、加固的最有效的方法。

（二）、 使用范围
    1、各类建筑结构增建、变更等预留钢筋固定。
    2、横梁、柱头、楼板、剪刀墙等加固预留钢筋锚定。
    3、各类刚结构、机械设备、支架等的螺杆锚定。土结构

（三）、 技术特点
    1、高承载力（剪力、拉力）
    2、对固定的基材不产生膨胀力，适宜边距、间距小的部位
    3、施工简便、时间短

（四）、 植筋（化学锚栓）加固施工工艺流程

①钻孔②清孔③注入锚固剂④植入钢筋或螺杆⑤固化⑥完成

（五）、植筋技术数据

钢筋直经

钻孔直径

钻孔推荐深度

承载力（KN）

10 MM

14 MM

150 MM

26.3

12 MM

16 MM

180 MM

37.9

14 MM

18 MM

210 MM

51.6

16 MM

22 MM

240 MM

67.4

18 MM

25 MM

270 MM

85.4

20 MM

28 MM

300 MM

105.2

22 MM

30 MM

330 MM

127.3

25 MM

32 MM

400 MM

153.8

28 MM

36 MM

500 MM

206.3

32 MM

40 MM

600 MM

257.9

注浆加固设计

（一）、注浆加固设计

针对钢筋混凝土结构物（构造物）由于各种原因产生的各种裂缝，采用环氧树脂类粘合剂及密封剂灌浆加固修补，在不影响生产运营的情况下可以达到预期的强度，延长结构的适用寿命，施工快捷方面，不需要大型机械作业，加固效果安全可靠。

（二）、 注浆工法特点
    1、采用慢速、低压连续灌浆，可以确保树脂注入裂缝细微部位
    2、可以控制注入量，必要时可以补充灌浆料
    3、可根据裂缝大小、注入状况的需要，调整压力
    4、注入量和注入情形可以目视观察

　（三）、注浆工法适用的范围
    1、 混凝土建筑物裂缝的修补：大厦、公寓、仓库
    2、 各种设施：储存、塔槽、烟囱等
    3、 桥梁、铁道的附属构件：桥墩、桥台、桥面、绗架、隧道等
    4、 港湾、河川设施：堤岸、便桥、拦沙坝、堰堤等

　（四）、 注浆加固工法施工工艺流程

   　　①基层处理②裂缝密封③安装底座④密封剂养护⑤注入浆材⑥硬化养护⑦修正饰平⑧完成

改变受力体系加固法

改变受力体系加固法，既在梁的中间部位增设支点、托梁（架）或将多跨筒支梁变为连续梁等方法。改变结构的受力体系，能大幅度地降低计算弯矩，提高结构构件的承载力，达到加强原结构的目的。按增设支点的支撑刚度的不同，分为刚性支点和弹性支点两种。按支撑的受力情况分预应力支撑和非预应力支撑。

（一）、刚性支点

所谓刚性支点，就是指新增设的支撑件刚度很大，以致被加固结构构件的新支点在外荷载作用下没有竖向位移或位移很小可忽略。工程中常见的集中支撑体系，这些杆件受轴向力作用，在后记上荷载作用下，新支点的变位很小，可以作为刚性支点考虑。

（二）、弹性支点

所谓弹性支点，是指所增设的支杆或托架相对刚度不大，在外荷载作用下，新支点的位移相对于原结构支座较大。当采用受弯构件作为支撑件或支撑件的刚度较小，轴向变形叫大时，支撑点的位移不能忽略，应按弹性支点计算。工程中长作为弹性支点计算的加固件。

（三）、预应力撑杆（支柱）

预应力撑杆（支柱），是指在施工时，对支撑杆件施加预压应力，使之对被加固结构构件施加预顶力。它不仅可保证支撑件良好地参加工作，而且可调节被加固结构构件的内力。预定理顶力对被加固构件的内力有较大的影响，梁中弯矩随预应力的增大而减小，预顶力越大，跨中弯矩减少得越多，增设支点的“卸载”作用也就越大。若预顶力过大，原梁可能出现负弯矩。因此，对预顶力的大小应加以控制。加固规范规定，预应力的大小以支点上表面不出现裂缝和不需增设附加钢筋为宜。

在撑杆中施加预应力的方法有以下两种：

（1）.纵向压缩法

采用预制型钢支撑或钢筋混凝土支柱时，使其预制长度略小于实际长度，并在支柱下部预留一孔洞。加固施工时，先将小托梁穿入预留孔内，然后用两只千斤顶顶升小托梁，当顶升力达到要求后，在支柱底部嵌入钢板，拆去千斤顶及小拖梁，浇混凝土加以保护。纵向压缩的另一种方法，是采用直接在支柱的底部及基础顶面嵌入钢，以产生预顶力。

（2）.横向校直法

用型钢做支柱时，可采用横向交织法产生预顶力。做法是使钢支柱的制作长度稍大于安装尺寸，并使其对称地向外弯曲（折）。安装时，先固定支柱的两端，然后用螺栓装置将支柱校直。支柱弯曲（折）变直，受到压缩而产生预顶力。预顶力值由初始弯曲值控制。

在对被加固梁进行内力分析时，可以把预顶力作为作用在加固梁上的外力来考虑。

（四）、多跨简支梁的连续化

简支梁在房屋建筑和桥梁工程中有广泛的应用。多跨简支梁的支座处加负弯矩筋，使其可以承受弯矩。这样，简支梁体系变为连续梁体系，减小了原梁的跨中弯矩，提高了受荷等级。简支梁连续化的加固方法如下：

1）在铺设钢筋的位置，凿出钢筋槽（深20mm、宽50mm）；

2）清洗钢筋槽，并用丙酮将混凝土表面擦拭干净；

3）在槽内铺10mm厚的环养砂，放入加配的钢筋；

4）对钢筋施加1.5～2.0kN/m的压力，3d后即可使用。

增补受拉钢筋加固法

增补受拉钢筋加固法，是指在梁的受力较大区段补加受拉钢筋（或型钢），以提高梁承载能力的加固方法。增补钢筋与原梁之间的连接方法有全焊接法、半焊接法和黏结法3种；增补型钢与原梁的连接方法有湿式外包法和干式外包法两种。

（一）、全焊接发

全焊接法是增补钢筋直接焊接在梁的原筋上，以后不在补浇混凝土做黏层保护。即增补筋是在裸露情况下，依靠焊接参与原梁的工作。增补筋之所以能锚固与梁中原筋上完成承载功能，是由于梁中原梁的应力是不均匀的有写区段、部位（如简支梁的端部、连续梁的反弯点附近）原筋的应力较小。这些部位的原筋强度没有被充分利用，尚有潜力可挖。若把增补钢筋的端头焊接在上述区段内，则原筋对增补筋即可起到锚固作用。

（二）、半焊接法

半焊接法是指将增补筋焊接在梁中原筋上后，再补浇或喷射一层细石混凝土进行黏结和保护。这样增补筋即手焊点锚固，有手混凝土黏结力的固结，使增补筋的受力特征与原筋相近，受力较为可靠。

（三）、黏结法

黏结法是增补筋完全依靠后浇混凝土的黏结力传递，来参与原梁的工作。

黏结法施工工艺如下：

1）.将需增补钢筋区段的构件表面凿毛，使凹凸不平度大于6mm；

2）.每隔500mm凿一剪力键，并加配U形箍筋焊接在原筋上或用环氧树脂锚固与原混凝土中；

3）.将增补纵筋穿入U形箍筋并予以绑扎，最后涂刷环氧胶黏剂和喷射混凝土。

（四）、湿式外包钢

湿式外包钢加固法，是一种用乳胶水泥砂浆或环氧树脂水泥砂浆把角钢黏贴在原梁下边角部，并用U形螺栓套箍加强，再喷射水泥砂浆保护的加固方法。当被加固梁为楼面梁时，应在楼板U形螺栓相应位置处凿一个方式（或长方形）凹坑，以使垫板和螺帽置与屋面构造层上，这样不会影响防水层，而且施工也比较方便。

（五）、干式外包钢

用型钢对梁进行加固时，当型钢与原梁间无任何胶黏剂，或虽填塞水泥砂浆，但不能确保剪力在结合面上的有效传递，这种加固属于.干式外包钢连接。

施加预应力加固法

用预应力钢筋对梁、板进行加固的方法，称为预应力加固法。这种方法具有施工简便和不影响结构使用空间等缺点。用预应力钢筋加固、板的基本工艺是：在需要加固的受拉区段外面补加预应力筋，对钢筋进行张拉，并将其锚固在梁、板的端部。

（一）、预应力筋的张拉

预应力筋通常裸置于梁体之外，所以预应力筋的张拉也是在梁体外进行的。

张拉的方法有以下3种。

（1）千斤顶张拉法

千斤顶张拉法是使用千斤顶在预应力筋的端部进行张拉并锚固的方法。

（2）横向收紧法

横向收紧法，即在加固筋两端被锚固的情况下，利用简易工具使钢筋由直变弯产生拉伸应变，从而在加固筋中建立预应力。

（3）竖向张拉法

竖向张拉法分为人工张拉和千斤顶张拉两种方法。

（二）、预应力筋的锚固

预应力筋的锚固可采用以下4种方法。

（1）U形钢板锚固

首先将原梁端部的混凝土保护层凿去，并涂以环氧砂浆，然后把与梁同宽U形钢板卡在环氧砂浆上，再将加固筋焊接或锚接U形钢板的两侧。

（2）高强螺栓锚固

在梁及钢板上钻出与高强螺栓相同直径的孔，然后在钢板和梁上涂一层环氧砂浆，用高强螺栓将钢板压在原梁上，以产生摩擦力和黏结力，最后将预应力筋锚固在钢板上，或直接焊接在钢板上。

（3）扁担式锚固

在原梁的受压区增设钢板托套，把加固筋锚固或焊接在钢板托套上。施工时，钢板托套用环氧砂浆年节在原梁上，以防止其滑动。

（4）套箍锚固

套箍锚固是把型钢作成的刚框嵌套在原梁上，并将预应力筋锚固在钢框上的一种锚固方法。施工时，先除去钢框处的混凝土保护层，并用环氧砂浆黏结钢框。

增大加固法

 增大加固法，是指在原受弯构件的上面或下面浇一层新的混凝土并补加相应的钢筋，以提高原构件承载能力的方法。他是工程中常用的一种加固方法。

补浇的混凝土处在受拉区时，对补加的钢筋起到黏结和保护作用；当补浇层混凝土处在受拉区时，增加了构件的有效高度，从而提高了构件的抗弯、抗简承载力，并增加了构件的刚度。因此，其加固效果是很显著的。

实际工程中，在受拉区补搅混凝土层的情况是比较多的。原配筋率较低，其混凝土受压区高度较小，因此在受拉区补加纵向钢筋并浇混凝土是提高该梁抗弯承载力的有效方法。又如阳台、雨蓬等悬臂构件的承载力加固，可在原板的上面（受拉区）补配钢筋和补浇混凝土。当在连续梁（板）的全长上部补浇混凝土时，后补浇的混凝土在跨中处于受压区，而在支座却处在受拉区。按后浇混凝土与原混凝土结合情况的不同，增大截面可分为新旧混凝土截面独立工作和整体工作两种情况。

增加截面法加固时，应满足如下7条构造要求。

1）.新混凝土的强度等级不低于C20，切且宜比原构件设计的混凝土等级提高一级。

2）.新浇混凝土的最小厚度，当加固板为新旧独立工作时，不应小于50mm；当加固板为增体工作为整体工作时，起厚度不应小于40mm；加固梁时不应小于60mm.。

3）.除必要时可再用角钢或钢板外，加固配筋宜优先先采用钢筋。现浇板的受力钢筋直径宜φ6、φ8，分布筋宜为φ^b4、φ^b5；梁的纵向钢筋应采用变形钢筋，最小直径不应小于12mm，最大直径不宜大于25mm，封闭式箍筋直筋不宜小于φ8。

4）.对于加固后为整体工作的板，在支座处应配负钢筋，并与跨中分布筋相搭接。分布筋应采用直径φ^b4、间距不大于300mm的钢筋网，以防止产生收缩裂缝。

5）.石子宜用家蝇上午卵石或碎石，其最大粒径不宜超过新浇混凝土最小厚度的1/2及钢筋最小间距距3/4。

6）.对于加固后按整体计算的板，如果其面层与基层结合不好（有起壳现象），或混凝土实际强度等级低于C15，则应铲除重做，对表面的缺陷应清理至密实部位。

7）浇后浇层之前，原构件表面应保持湿润，但是不得积水。后浇层用平板振动器震捣至出浆，或用辊筒滚压出浆。加固的板表面可随即加以抹光，不再另做面层，以减少荷载。

增大截面加固法

　　增大截面加固法是指在远受弯构件的上面或下面浇一层新的混凝土并补加相应的钢筋，以提高原构件承载能力的方法。这种方法是将原构件在新旧混凝土黏合部位的表面凿毛。板表面不平整度不小于4mm，梁表面不平整度不小于6mm，并在原构件的浇筑面上每隔一定距离凿槽，以形成剪力键，洗净后，涂覆丙乳水泥浆，同时浇混凝土。还应在后浇层中加配箍筋及负弯矩钢筋，并注意其连接。墙体预应力钢拉杆加固法砌体钢拉杆加固（横拉杆加固）采用在墙体上钻孔对穿拉杆，然后施加预应力，有效约束被加固构件的变形，增强砌体结构的整体性。拉杆材料可采用钢筋或钢绞线，适用于横墙开裂加固、顶层墙体抵抗温度应力加固和抗震加固。工艺流程：①定位②墙体上钻孔③穿钢拉杆④施加预应力⑤锁定⑥端头保护。