钢筋混凝土梁加固施工方法和技术研究

摘要：钢筋混凝土结构在环境条件变化、人为使用不当等因素影响下不可避免地出现损伤累积和功能退化等现象，此外，结构在施工或使用过程中由于变更房屋的使用功能也容易导致结构局部相应构件出现损伤甚至破坏，为了充分保证人民群众生命财产安全，对损伤构件或极易出现损伤的构件进行适当的加固是必需的。基于某工程大楼会议室钢筋混凝土梁加固这一工程实例，本文探讨了施工过程中钢筋混凝土构件加固的施工技术以及基于几种传统加固方法的混合式方法的加固效果。

关键词：钢筋混凝土梁；结构加固；施工技术；混合式方法

中图分类号：TU375

文献标识码：B

文章编号：1008-0422（2011）05-0106-01

1前言

钢筋混凝土结构在环境条件变化、人为使用不当等因素影响下不可避免地出现损伤累积和功能退化等现象，此外，结构在施工或使用过程中由于变更房屋的使用功能也容易导致结构局部相应构件出现损伤甚至破坏，为了充分保证人民群众生命财产安全，对损伤构件或极易出现损伤的构件进行适当的加固是必需的。钢筋混凝土梁是钢筋混凝土结构中的重要承载构件，当其承载力不能满足预定的承载能力及正常使用要求时，必须进行补强加固，才能保证构件的可靠和安全使用[1]。我国已有建筑的加固方法很多，如加大截面加固法、增设支点加固法、预应力加固法、粘贴钢板加固法、喷射混凝土技术加固法等，这些方法在我国已经长期大量使用，取得了很多成熟的经验。在传统的结构加固方法中，加大截面加固法和粘贴钢板加固法由于其工艺简单、适应面广、操作简单等优点在实际工程中得到了广泛运用[2,3,4]。此外，由于碳纤维本身具备的非常优良的材料特性，碳纤维布(Carbon Fiber Sheet (CFS))从20世纪90年代开始作为一种新型的材料被成功应用于加固钢筋混凝土梁、板、柱以及结点，而且还可应用于抗震防灾及公路的修补[5]。基于某工程大楼会议室钢筋混凝土框架梁加固这一工程实例，本文探讨了加大截面加固法、粘贴钢板加固法和碳纤维布加固法的具体施工技术以及该混合式加固方法的加固效果。

2工程背景与特点

本工程为湖南省某公司投资建设的生产试验楼，项目占地面积约16.84亩，该试验楼为框架-剪力墙结构，总层数为15层，本文中提及的需加固的会议室框架梁位于结构顶层（即15层），如图1所示。该区域拟建成会议室，然而4轴交D轴柱正好位于该会议室的中心位置，影响了会议室的视觉空间，因此在对该层进行装修阶段施工时进行了变更，拆除了该柱。然而，作为框架结构中的主要承重构件，将4轴交D轴处柱的移除改变了该区域受力系统的传力途径，致使结构内力重分布，同时，3-5轴交D轴主梁缺少了跨中柱的“支座”作用，若仍然按照原设计图纸要求施工，结构荷载势必超过梁、柱所能承受的极限荷载，从而导致结构构件裂缝骤然发展、结构发生脆性破坏，严重威胁人民群众的生命安全。因此，必须对该区域内的梁、柱以及各个节点进行加固补强以保证达到承载能力及正常使用的要求。

3加固方案

由于本次变更中移除了传递结构竖向荷载的一个重要构件，因此除了对主梁进行必要的加固补强以外，图1中所示区域内的部分其他构件（如与主梁直接关联的次梁和未移除的柱子）以及部分节点均需做不同程度的加固补强。

3.13-5轴交D轴主梁加固

主梁的加固是本次加固工程中的重中之重，经综合考虑，确定采用加大截面和粘贴碳纤维布这一混合加固方案。其具体加固方案如下：

(1) 原主梁钢筋和混凝土全部保留，截面由350mm×650mm扩大至500mm×

1100mm，梁顶和梁底分别采用喜利得植筋法双排植筋，每排5 25，同时，由于主梁为主要抗弯构件，因而在梁下部适当加配纵向受力钢筋，考虑到梁承受的剪力及扭矩加大，为提高其斜截面抗剪力以及抗扭能力，设置了8 14腰筋以及Φ8@100箍筋；此外，梁两侧及底部加两层300g/m2进口碳纤维加固，梁底通长粘贴两层500mm宽碳纤维织物，并且沿箍筋方向设置U型碳纤维织物，协同箍筋进行斜截面抗剪以及加强新老混凝土的粘结效应。

(2) 相邻段主梁由于柱端支座负弯矩的影响，因而在相邻段主梁顶部加4mm厚钢板与原梁用进口结构胶粘结，梁两侧及底部加贴两层300g/m2进口碳纤维用进口结构胶与原梁加固。

3.2部分次梁和柱子加固

除了主梁进行加固以外，由于4轴交D轴柱的移除使得区域内各个构件的受力性能均发生了较大的变化，各构件承受的内力均不同程度的有所增加，因此，在保证主梁不会受损的情况下同样必须对其余构件进行必要的加固。其具体施工方案如下：

(1) 对于次梁（如：D-E轴交4轴梁），靠近边柱的部分次梁2.48m范围以内四面包4mm厚钢板与原梁用结构胶粘结，每面设两排8.80级M10化学螺栓固定在梁上。

(2) 对于与主梁直接相连的框架柱（如D轴交3轴柱），柱的四周布置L140×12型角钢，利用510mm×8mm×80mm作为缀板进行加固，缀板和角钢采用E43型焊条进行焊接，形成钢套，进而通过注胶方法形成加固体，并且四周用M15水泥砂浆加钢丝网做成30mm厚的保护层。

3.3节点加固

对于一个完整的受力体系而言，尽管各个构件达到了承载力要求，但是节点的破坏仍然可以导致整个系统的失效，因此对节点进行加固补强是必不可少的。

对于梁柱节点，梁顶上部钢板与柱子之间通过角钢以及化学螺栓锚固，通过适量浇注结构胶加强节点的粘结效应，防止节点出现局部损伤。

4加固效果

主梁的加固采用的是混合式加固方法，其中加大截面后的梁的正截面承载力可以直接利用经典的钢筋混凝土梁正截面承载力公式，楼板荷载按双向板计算。粘贴碳纤维布后，梁的正截面承载力公式按式(1)和式(2)进行计算 [6,7]：

本工程采用广厦结构CAD11.0版高层建筑三维（墙元）分析程序SSW进行计算，结合设计时结构承受的活荷载、恒荷载，计算得出梁的正截面承载能力以及斜截面抗剪能力均满足要求，同时计算出梁的跨中挠度为52.33mm，满足规范要求的L/250(即56.448mm)。目前，该工程已经完工，通过现场实测，在拆除柱子时该主梁下降的挠度仅为17mm，经过装修二年后再次监测，梁跨中的挠度为27mm，其值均满足规范要求，同时也小于计算值，这说明该混合式方法有效地解决了该加固难题。

5结语

根据现场工程的实际要求，本文采取了一种混合式的加固方法，通过利用加大截面加固法、粘贴钢板加固法和粘贴碳纤维布加固法的各自优点，解决了钢筋混凝土梁的加固问题。实践证明，该方法能有效地提高构件承载力，满足规范要求，解决实际问题。

参考文献:

[1]梁立.钢筋混凝土梁加固方法研究.山西建筑，31(3)：33-35，2005.

[2]范效彩.浅谈建筑工程中混凝土结构加固技术.研究与探讨.8:149，2010.

[3]魏荣录.钢筋混凝土结构加固方法.建筑科技与管理.8:77-78,2010.

[4]陆海烈.混凝土结构工程加固施工及方案的优选.理论研究&创新发展.26：138-139,2010.

[5]屠祖国.碳纤维布在钢筋混凝土梁加固中的应用.路桥与建筑工程.5:75-79,2007.

[6]纪卫红.碳纤维布加固钢筋混凝土结构技术研究.硕士毕业论文（大连理工大学）.2000.

[7]陈卫兵，李大庆，张维.钢筋混凝土梁加固前后的应力应变分析及抗弯承载力计算，武汉大学学报(工学版)，37：103-106,2004.