建筑结构加固技术及工程实践课件.ppt

1、n1 工程结构建设经历的三个阶段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。n2 加固行业的形成和发展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SG111-12（2008年合订本）；国家建筑标准设计图集混凝土结构加

2、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。GB 50367-2013混凝土结构加固设计规范增大原构件截面面积或增配钢筋，以提高其承载力和刚度，或改变其自振频率的一种直接加固法 缺点：l损伤原结构l施工时有湿作业l施工周期长l新老混凝土连接问题承重构件受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷时，将有缺陷混凝土剔除，用比原构件混凝土提高一级，且不低于C25的新混凝土置换的加固方法 l6.3 外包钢加固法(

3、外粘型钢)n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。n1、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。n2、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。n 外包钢应须防腐处理，以提高其耐久性。l6.4 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p6.4.1 原理：通过施加预应力，强迫后加的拉杆(筋

4、)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p6.4.2 适用条件：高应力状态下的结构，尤其是大型结构的加固。p6.4.3 预应力加固法分类：预应力拉杆(筋)加固和预应力撑杆加固。n预应力拉杆(筋)加固：主要用于受弯构件。l水平拉杆适用于正截面受弯承载力不足的加固;l下撑式拉杆适用于斜截面受剪承载力、正截面受弯承载力均不足的受弯构件加固；l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

5、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n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；l双侧撑杆：由四根角钢构成，布置在柱四角。l单侧撑杆：只布置在偏心受压柱的受压一侧。优点：可以预先制造，然后在现场装；撑杆占地小，柱子宽度只增加几厘米；利用结构本身重量施加预应力，方法简便。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l6.5 改变传力途径(增设支点)加固法梁、板、桁架、网架等结构，通过增加支承结构，改变

6、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。36广西某拱桥立柱之间加设X型或K型钢斜撑l改变传力路径l6.6 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增加配筋量的方法增加配筋量的方法采取采取可靠的锚固措施；可靠的锚固措施；钢板结构胶应力集中区离端部距离剥离应力应力集中示意图节点负弯筋粘钢加固锚固钢围套U型箍侧向钢板条武昌紫阳路湖北移动通信机房改造加固（面积近1500m2）加固实例l6.7 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

7、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。p特点l 重量轻、强度高、耐腐蚀l 延伸率比钢材小、较脆、各向异性l 施工方便、节省人工。局限性l 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。l 混凝土与碳纤维之间的环氧树脂粘结层容易发生粘结破坏。p适用范围：l 轴心受压柱通过横向约束混凝土，强度、延性显著提高；l 大偏心受压柱加固受拉侧；l 梁抗

8、弯、抗剪；l 板抗弯。v1 1 梁、板的抗弯加固梁、板的抗弯加固在混凝土梁板拉应力出现部位粘贴碳纤维布；纤维方向与拉应力方向平行。v2 梁的抗剪加固碳纤维片材的抗剪加固方式两侧粘贴U形满粘U形条带粘使混凝土使混凝土横向变形受到约束，类似于单向受压状态变成三向横向变形受到约束，类似于单向受压状态变成三向受压状态一样，受压状态一样，v3 轴心受压柱的加固FRP螺旋粘贴FRP条带粘贴FRP满粘进行方形截面和矩形截面钢筋混凝土柱的修复加固时，为了提高加固效果，可根据实际情况采用类似于下图所示的方法。FRP原截面FRP原截面原截面FRP方形截面柱的修复加固矩形截面柱的修复加固FRP原截面FRP原截面FR

9、P原截面l粘贴碳纤维布增强砖砌体的抗震能力是非常有效的：极限荷载明显提高变形能力明显改善开裂位移显著增长低强度无构造柱带窗洞墙片加固方式 低强度有构造柱带侧门洞墙片加固方式 “X”形粘贴和网格状粘贴加固墙体 l6.8 植筋和锚栓植筋(也称化学植筋)用专用的结构胶粘剂将带肋钢筋或全螺纹螺杆锚固于基材混凝土中，可作为主要受力钢筋或附加锚固措施。锚栓(也称后置式锚固螺栓)用专用的结构胶粘剂将特制螺栓锚固于基材混凝土中。受力钢构件的附加锚固措施；受力钢构件与主体结构的连接；新老混凝土连接；设备基础安装等。外包钢加固（植筋作为附加锚固措施）外粘钢板加固（植筋作为附加锚固措施）植筋作为受力钢筋l6.9 裂

10、缝修补根据裂缝形态、宽度一段时间后会终止发展69l7.1 粘结型钢加大截面加固技术通过板底粘接型钢改变传力途径，梁底粘接型钢加大截面来大幅度提高承载力的加固方法n7.1.1原理与特点l外粘钢板与外粘复合材料加固的局限截面尺寸和混凝土强度一定时，通过加筋来提高承载力是有一定限度的；外粘钢板与外粘复合材料过多会成为超筋截面20max,max,bhfMcsu对HPB235级钢筋（I级），s,max=0.426对HRB335级钢筋（II级），s,max=0.400例：对单筋矩形截面受弯构件同样，对梁的受剪：Vu,max=0.25cfcbh0。l混凝土围套加大截面的缺陷新老混凝土的结合；现场湿作业量大、

11、工期长。l粘结型钢加大截面加固法设想有些情况下需要大幅度提高承载力通过板、梁底部外粘型钢改变结构传力途径或加大截面可以实现大幅度提高承载力。n7.1.2 粘接型钢加固的理论 和试验研究（二）试验研究及结论抗弯实验研究缺口梁端部抗剪试验研究疲劳试验研究分析、归纳与计算公式粘结型钢加大截面加固板试验简支梁加固悬臂梁加固缺口梁抗剪加固简支梁疲劳实验l后粘型钢梁与原混凝土梁完全能联合工作l采用粘结型钢扩大截面加固法可以大幅度提高原构件的刚度与承载力l简支梁正弯矩承载力符合钢与混凝土组合梁理论；l悬臂梁负弯矩承载力可假定由受拉边钢筋和受压区型钢按平衡条件确定；l剪切键钢板和结构胶粘结能满足200万次以上

12、的疲劳次数要求n7.1.3 设计要点l 粘结型钢加固的梁、板可参考现行钢结构设计规范(GB50017)关于组合梁的规定计算；l 计算钢梁与原混凝土梁(板)的连接时，钢梁与原混凝土构件结合面之间的纵向水平剪力假定由连接件全部承受，不考虑钢梁与混凝土构件结合面之间的粘结力。l 由外加型钢与原混凝土梁、板形成的组合梁截面设计，当属于下列情形之一时，应采用弹性方法（容许应力法）计算其承载力，其它情况可采用塑性方法计算。l按弹性方法设计时，连接件的计算：按弹性方法设计时，连接件的计算：钢梁与原混凝土梁（板）的连接件数量和沿梁长度方向的布置，应按钢梁与原混凝土构件结合面之间的剪应力图形分段确定。yscvf

13、AN7.0vbcvfAN67.0l 按塑性理论设计时，计算钢梁与原混凝土梁（板）的连接时，钢梁与原混凝土构件结合面之间的纵向水平剪力假定由连接件全部承受，不考虑钢梁与混凝土构件结合面之间的粘结力;钢梁与原混凝土构件间抗剪连接件的计算，应以弯矩绝对值最大点及零弯矩点为界限，划分为若干个剪跨区逐段进行 材料型号材料型号HPB235HPB300HRB335HRB400HRB5004.6级锚栓级锚栓1.571.331.351.351.261.67武汉青山热电厂改造加固湖北省移动通讯大楼整体改造加固工程设备层荷载由每平米2.5kN增加到12kN，改造层数5层，面积超过5000平米粘结型钢加固技术NoIm

14、age瀑布沟水电站溢洪道进口阀室交通桥加固工程T型梁进行粘贴型钢梁加固方式,汽车荷载由20吨提高到55吨某实验小学教学楼悬挑梁粘型钢加固l7.2 扩孔自锁锚杆技术n自锁锚固将岩石或混凝土所钻的直孔底部，用特制的扩孔钻头扩成倒锥面；安装带有下大上小锚头的锚杆，使锚头的锥头面与孔底倒锥面贴紧；利用孔底的机械咬合力和灌胶（浆）后锚杆的沿程摩阻力来锚固。n工艺流程锚固原理应用领域：高温高湿环境的锚固技术；化学植筋的缺点n7.2.1 高温高湿环境的锚固技术l锚杆端部通过加压张开自锁l扩孔钻头将孔底扩成锥形l灌注无机粘结剂或结构胶v2 理念与方法 耐水、耐温性能较差对水工结构、高温厂房不适用 耐老化性不好

15、尤其在紫外线作用下易老化。扩倒锥孔v3 自锁锚杆锚固原理扩孔钻头 锚杆与楔块 自锁锚杆安装后的断面v4 技术特点l 耐温、耐湿l 可靠性高l 耐老化v 应用l葛洲坝电厂50万伏开关站 A型支架加固l某抽水蓄能电站上库水工观测廊道加固109l陕西宝鸡峡灌区倒虹吸管倒虹为双管桥式，全长880m，承担着下游159万亩农田灌溉输水的任务急抢险p缺点缺点v深孔清孔器v自锁长锚杆v深孔自锁锚固技术的应用领域1、弧形闸门闸墩预应力加固；2、高层建筑的抗浮桩；3、锚固桥台箱形截面桥梁腹板预应力加固；4、各类工程结构的体内直线筋预应力加固；5、潮湿、高温环境下的植筋；6、大型设备的后置式锚栓安装；7、塔桅及高耸

16、构筑物的基础锚固；8、风（电）机基础。常规重力式风机基础风机基础水平荷载大，倾覆力矩大，一般要求采用体量大的扩展式重力基础，并且深埋地下。当风电场场地岩石裸露时，还采用常规自重式扩展基础，在岩石上开挖施工难度大，造价高。采用岩石锚杆基础，利用扩孔自锁锚杆将岩石地基变成基础的一部分，减少基础工程量和造价。自重式扩展基础风机结构圆形独立基础（原方案）某风电场1.5MW风轮机岩石锚杆基础的优化 某49.5MW(33x1.5)风电场地基为岩土层，风机塔高70m，风机叶半径42m，原设计的塔基采用重力扩展式基础，基底直径16.0m，基础埋深3m，基础持力层选用强风化石灰岩。扩展基础剖面见上图。基本概况：

17、风轮机岩石锚杆基础剖面见下图采用岩石扩孔自锁锚杆对原扩展式基础进行优化优化方案锚杆采用直径40mm、强度等级PSB930的精轧螺纹钢筋，锚杆总根数取36，锚杆抗拔力设计值650kN锚杆锚固段岩层选用中风化石灰岩，入岩深度4m，单根锚杆预应力350kN 风轮机岩石锚杆基础（优化方案）自锁锚杆经济效益比较通过采用扩孔自锁锚杆，基础工程量及总价减少幅度大，岩石扩孔自锁锚杆基础的经济效益显著表3.1 扩孔自锁锚杆基础与原普通基础的比较云南西洱河水电站锚杆加固工程 武汉东湖广场锚杆抗浮工程贵阳保利国际广场4 锚固桥台箱形截面桥梁腹板预应力加固某大桥预应力锚杆加固工程 123n7 7.3.3 无损切割与修

18、形无损切割与修形盘锯绳锯(链锯)液压破碎机钻排孔超高压水124丹江口水利工程坝体背面修型125葛洲坝尾水平台改造 新滩口泵站进水流道由钟型改为簸箕型流道，我公司采用免振捣自密实混凝土、自锁锚杆连接技术成功解决了新浇顶板及侧墙混凝土无法振捣及新老混凝土连接问题，为流道改造等修形工程施工提供了成熟经验和有力保障。主要加固方案为植筋、自锁锚杆、现浇自密实混凝土。新华通讯社新闻大厦位于北京市宣武区西大街57号，由一栋主楼（段）和四栋裙楼房（、段）共五部分组成。主要加固方法：混凝土增大截面加固；灌胶湿式外包钢加固，植筋加固工程；粘碳纤维布加固工程。对应拆除的墙、梁、板的混凝土无损切割。剪力墙用绳锯无损切

19、割开门洞洞口周边加固楼板用盘锯无损切割132n7.4 锚杆静压桩托换1桩；2压桩孔，3锚杆；4反力架；5千斤顶；6电动葫芦，7基础137杭甬高速公路桥梁病害加固基础l锚杆静压桩138n7 7.5.5 结构表面防护结构表面防护140l二滩水垫塘JME改性环氧砂浆抗冲磨修补141江西柘林水库渡槽CPC防碳化 戚墅堰电厂冷却塔筒体表面CPC防碳化新乡火电厂CPC防碳化材料n产品特性p p 耐候-耐候性达20年以上p 防腐-防止有害介质进入p 耐污-自清洁效果p 环保-水性、无毒、无污染p 美观-体现混凝土建筑风格巨成产品清水混凝土保护涂料巨成产品武汉大学人文馆外墙涂装仙洪高速桥墩混凝土采用“巨成”清

20、水混凝土涂料涂装修饰修色前修色后清水混凝土面层技术修色技术145n7 7.6.6 顶升增层拓展停车空间顶升增层拓展停车空间u一种利用顶升技术使建筑物增层的施工方法，具体适用于既 有多层建筑的底部加层改造。利用顶升增层技术，对多层房屋的老旧居民小区整体顶升增层改造，新建一连通的地下空间，提供充裕的停车位，改善居住休闲环境，提高居民的生活品质。3、顶升增层147n7 7.7.7 后浇清水混凝土面层技术后浇清水混凝土面层技术清水混凝土 清水混凝土不做任何外装饰，直接利用混凝土原浇筑表面的 本色和自身质感以及有规律排 列的对拉螺栓孔眼、明缝、禅 缝、假眼等作为装饰元素的混 凝土工程。不同于普通混凝土，

21、清水混凝土表面平整光洁、色泽均匀，棱角分明、线条顺直，无碰损和污染，其表面仅以透明保护剂进行保护，显得十分天然、庄重、质朴、清雅。清水混凝土与清水混凝土面层技术 清水混凝土面层技术将装饰与加固有效的结合。提高结构承载能力，起到美观、自然、环保、耐久的效果。薄层浇筑，零星施工，施工极其复杂，难度大清水混凝土与清水混凝土面层技术既有结构的清水混凝土面层技术赤壁陆水水库清水混凝土面层改造 清水混凝土面层技术改造前改造后加固改造内容:桥体结构加固 人行道拓宽改造 景观连通改造 后浇清水混凝土饰面观音阁水库改造加固改造前后（效果图）观音阁水库具有供水、发电和防洪的综合功能。每年可为鞍山、本溪和辽阳提供工业用水7.9亿立方米，为农业提供3.8亿立方米用水。观音阁水库改变了本溪东北山区的自然与生产面貌，给本溪水洞风景区增添了新的风光。水洞风景区本已融山、水、林、洞、泉、湖以及古人类遗址之美，现在又有改造后的观音阁水库构筑物的靓丽加入，更使景区锦上添花。观音阁水库改造加固改造前后（效果图）154谢谢大家！