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简介
这是加固工程ppt，包括了概述，混凝土结构加固，砌体结构加固，钢结构加固，地基基础加固，建筑抗震加固等内容，欢迎点击下载。
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工程结构诊治技术
5.2 混凝土结构的加固
主要内容
5.2.1 混凝土结构加固概述；
5.2.2 增大截面加固法
5.2.3 置换混凝土加固法；
5.2.4 预应力加固法；
5.2.5 外粘型钢加固法；
5.2.6 粘贴纤维复合材料加固法；
5.2.7 粘贴钢板加固法(外粘型钢加固法类似)
5.2.1 混凝土结构加固概述
加固一般规定(八点)
1 加固前必须由专业技术人员进行可靠性鉴定和加固设计； 加固范围可小(一个构件)可大(整栋建筑)，但必须考虑结构整体性；
2 加固后结构安全等级由委托和设计方共同确定；
3 加固设计与施工应紧密配合，并保证新老构件共同工作；
4 加固设计应考虑经济效果，避免不必要的拆除或更换；
5 加固施工时应采取必要的临时安全措施；
6 加固后结构使用年限由设计和业主协商确定，一般宜按30年考虑；
7 使用粘结方法或聚合物加固的结构应定期检查其工作状态(10年)；
9 未经鉴定或设计许可，不得改变加固后结构用途和使用环境。
加固设计计算原则(13点)
1 结构分析方法一般采用线弹性分析方法；
2 应进行规定的承载力极限状态和正常使用极限状态设计和验算；
3 结构上作用应调查和检测核实 (可引用可靠性鉴定结论)；
4 结构上作用效应计算简图应符合实际；
5 作用效应组合、组合值系数、分项系数应按荷载规范确定，并应考虑荷载偏心、结构变形、温度作用等附加内力；
6 结构构件尺寸对原有部分采用实测值，设计部分采用名义值；
7 原砼强度等级和钢筋强度标准值一般应采用现场检测结果推定的标准值(砼强度等级可采用钻芯或回弹法，并应进行龄期修正)；
加固设计计算原则(13点)
8 加固材料质量和性能(标准值和设计值)应符合相关规定
9 承载力验算应考虑应变滞后特点及新老结构共同工作的程度
10 相关构件及地基基础必要验算(结构质量增大、荷载传递路线变化)
11 地震区结构构件加固尚应符合抗震设计规范和抗震加固规范(质量和刚度变化)
12 使用胶粘剂或参有聚合物(改性沥青、聚合物砂浆等)加固设计尚应进行原结构验算(确保偶然事件发生后，防止加固结构的加固部分失效，要求原结构构件具有一定的安全保证；要求原结构构件能承担n倍恒载标准值作用)
可变荷载标准值/永久荷载标准值≤1，n=1.2；
可变荷载标准值/永久荷载标准值≥2，n=1.5;
1<可变荷载标准值/永久荷载标准值<2，n按线性内插法确定
加固材料标准值的确定(抽样检查)
结构荷载标准值的确定
现场抽样确定自重标准值方法
试样数量不少于5个。
加固方法及配合技术
5.2.2 增大截面加固法
设计规定
适用范围：钢筋混凝土受弯(梁板)和受压构件的加固
原砼要求：不应低于C10(现场检测结果)(无法提供足够的粘结力)
新砼要求：高于原砼一个等级且不低于C20
界面处理和粘结质量要求：符合规定可按整体截面处理
基本假定：同《混凝土结构设计规范》GB50010
加固形式
受弯构件正截面加固(压区加固)
受弯构件正截面加固(拉区加固)
知识点：增大截面后的相对界限受压区高度
推导增大截面后的相对界限受压区高度
推导增大截面后的相对界限受压区高度
受弯构件正截面加固(拉区加固)
受弯构件斜截面加固
截面最小尺寸验算条件（同砼设计规范）
受弯构件斜截面加固
当拉区增设配筋混凝土层，并采用U形箍与原箍筋逐个焊接时
受弯构件斜截面加固
解释：应力滞后和应变滞后概念
混凝土强度利用系数
钢筋强度利用系数
混凝土和钢筋强度利用系数
加大截面法加固轴压构件
为什么综合修正系数取0.8?
加大截面法加固偏压构件
加大截面法加固偏压构件
偏心距e应按混凝土结构设计规范计算，但增大系数尚应乘以下列修正系数Φη
对于围套或其他对称形式的加固
当e0/h≥0.3时， Φη＝1.1；
当e0/h<0.3时， Φη＝1.2；
对于非对称形式的加固
当e0/h≥0.3时， Φη＝1.2；
当e0/h<0.3时， Φη＝1.3；
相关构造要求
新增砼层最小厚度，板≥40mm，梁柱采用人工浇注时≥60mm，采用喷射砼施工时≥50mm。
加固用的钢筋应采用热轧钢筋。板受力筋直径≥8mm；梁受力筋直径≥12mm；柱受力筋直径≥14mm，加锚式箍筋直径≥8mm；U形箍筋直径与原箍筋相同；分布钢筋直径≥6mm.
5.2.3 置换混凝土加固法
基本规定
适用范围：承重构件受压区砼强度偏低或有严重缺陷的局部加固。
卸载要求
加固梁式构件，加固时应采取有效支顶；
对于柱和墙，应进行原构件全过程承载力状态验算、观测和控制，置换截面不应出现拉应力，否则应采取有效支顶措施。
原砼要求：不低于建造时的混凝土强度(现场检测结果)
界面处理和粘结质量要求：符合规定其结合面可按整体工作
轴压构件加固计算
偏压构件加固计算
偏压构件加固计算
受弯构件加固计算
受弯构件加固计算
相关构造要求
置换砼强度等级：应比原构件砼强度等级提高一级，且不低于C25 (不宜过高，以免产生销栓效应) ；
置换砼层最小深度：板≥40mm，梁柱采用人工浇注时≥60mm，采用喷射砼施工时≥50mm（确保置换混凝土的密实性）；
置换长度：应按混凝土强度和缺陷的检测及验算结果确定，但对于非全长置换情况，其两端应分别延伸≥100mm；
置换位置：置换部分应位于受压区内，且应根据受力方向，将有缺陷的砼剔除；剔除位置应在沿构件整个宽度的一侧或对称的两侧；不得剔除截面的一隅(避免不对称剔除，造成截面受力不均匀或传力偏心)。
5.2.4 外加预应力加固法
一般规定
适用范围：梁板柱和桁架的加固（适用范围很广，加固方法多）
原构件截面偏小或需要增加其使用荷载
原构件需要改善其使用性能
原构件处于高应力、高应变状态，且难以直接卸除结构上的荷载
原砼强度要求：符合规范对预应力砼强度的要求
防锈蚀处理：新增的预应力拉杆、缀板、紧固件和锚固件应进行可靠的防锈处理。
环境温度要求：长期使用的环境温度不应高于60℃
防火要求：符合《建筑防火设计规范》对预应力构件及其连接防护
一般规定
一般规定
预应力水平拉杆加固法
1 估算预应力水平拉杆的总截面面积
2 新增外载作用下拉杆作用效应增量计算
2 新增外载作用下拉杆作用效应增量计算
(1) 新增外载引起的水平拉杆变形增量
新增荷载作用下，构件产生挠曲变形，构件端部产生转角，由此引起水平拉杆的轴向变形增量△δq
(2) 偏心反作用(弯矩)引起的水平拉杆变形增量
新增荷载作用下，水平拉杆将产生轴向力变化△N，由于该值偏心作用于构件端部，将产生弯矩c△N，由此将产生水平拉杆的轴向变形增量△δM。
(3) 构件反作用压力引起的水平拉杆变形增量
新增荷载作用下，水平拉杆将产生轴向力变化△N，该力反作用于构件，产生轴向压力△N，由此将产生水平拉杆的轴向变形增量△δN。
新增轴力引起水平拉杆的总轴向拉伸变形
利用变形协调条件确定拉杆作用效应增量
3 确定并验算水平拉杆施加的预应力值
4 承载力验算
钢筋砼受弯构件采用预应力水平拉杆加固后，由原来的受弯构件，变为偏心受压构件。按现行砼结构设计规范验算被加固梁在跨中和支座截面的偏心受压承载力，以及支座附近的斜截面受剪承载力。其中应将水平拉杆的内力作为外力施加到梁上。如果加固后梁的承载力不能满足要求，可增加拉杆的面积或采用其他加固措施。
注意：采用预应力水平拉杆加固，降低跨中截面弯矩效应的同时，增加了其他截面负弯矩效应。故在设计时，尚应根据构件支撑情况和受力特点验算支座等截面承载力
(1) 正截面承载力验算(按偏压构件进行)
(1) 斜截面承载力验算(按偏压构件进行)
由于水平拉杆对构件产生的压力作用，抗剪承载力将会提高。加固后构件抗剪承载力由原构件的抗剪承载力及水平拉杆的压力作用对斜截面抗剪的提高之和。
5 水平拉杆的预应力施加方法
(1) 水平拉杆无撑棍横向一点收紧的横向张拉量△H
(2) 水平拉杆有撑棍横向一点收紧的横向张拉量△H
(3) 水平拉杆横向有撑棍两点收紧的横向张拉量△H
预应力下撑式拉杆加固法
1 估算预应力下撑式拉杆的截面面积
2 新增外载作用下拉杆中部水平段作用效应增量ΔN
3 确定并验算水平拉杆施加预应力值
4 承载力验算
钢筋砼受弯构件采用预应力水平拉杆加固后，由原来的受弯构件，变为偏心受压构件。按现行砼结构设计规范验算被加固梁在跨中和支座截面的偏心受压承载力，以及支座到拉杆弯折处的斜截面受剪承载力。其中应将下撑式拉杆的内力作为外力施加到梁上。如果加固后梁的承载力不能满足要求，可增加拉杆的面积或采用其他加固措施。
4 承载力验算
（1）偏心受压承载力计算与前述水平拉杆的计算方法相同 ；
（2）斜截面抗剪承载力应考虑拉杆斜段对抗剪承载力的提高作用。
5 预应力施加方法
机张法、电热法、横向收紧法和竖向张拉法。当采用千斤顶或电热法张拉时，施工时的控制量和水平拉杆加固法相同。
5 预应力施加方法
(2)竖向收紧法
5 预应力施加方法
(2)竖向收紧法
加固梁挠度的计算
预应力拉杆加固桁架
1 计算在设计荷载作用下原桁架各杆件的作用效应N1i；
2 根据主要受力杆件（下弦杆）的拉力值及截面承载力Nui的差值，估算预应力拉杆的总截面面积Ap，est；
3 选定预应力拉杆的总截面面积和应施加的预应力值，初步确定拉杆预应力值Np＝σpAp，并将其作为外力，计算其在桁架各杆件中的作用效应N2i；
4 将1、3步内力叠加得到Ni，验算各杆件承载力，必要时还要验算其抗裂度和桁架挠度等，若不符合混凝土结构设计规范的要求，应相应增大拉杆截面Ap或者预应力σp的大小或改变拉杆布置方式。并重复2－4项计算和比较，直到所有杆件均满足要求为止。
预应力双侧撑杆加固法(轴压柱)
预应力双侧撑杆加固法(轴压柱)
施工控制量应按采用的施加预应力方法计算
(1) 当采用千斤顶、楔子等进行竖向顶升安装撑杆时，顶升量
预应力双侧撑杆加固法(轴压柱)
施工控制量应按采用的施加预应力方法计算
(2) 当用横向张拉安装撑杆时，横向张拉量
预应力单侧撑杆加固法(弯矩不变号偏压柱)
5.2.5 外粘型钢加固法
一般规定
适用范围：需要大幅度提高截面承载力和抗震能力的钢砼梁柱加固
粘结要求：采用改性环氧树脂胶粘剂灌注；
计算假定：加固后承载力和截面刚度按整截面计算，刚度EI近似值
轴压构件加固计算
偏压构件加固计算
受弯构件加固计算
采用外粘型钢加固混凝土梁时，应在梁截面的四隅粘贴角钢，若梁的受压区有翼缘或楼板时，应将梁顶面两隅的角钢改为钢板。其正截面和斜截面承载力可以按照粘贴钢板加固法的方法进行计算，但是应将对应钢板截面面积改为角钢截面面积。
5.2.6 粘贴纤维复合材加固法
原理、优点和粘贴方式
原理：利用胶结材料将纤维复合片材粘贴于构件表面，达到补强加固改善受力性能的目的。
主要优点
高强高效：纤维复合材物理力学性能优异，抗拉强度为钢材十几倍，利用其高强度、高模量特点来提高结构承载力和延性；
耐腐蚀性和耐久性：化学性质稳定，不与酸碱盐等化学物质发生反应；
不增加自重和体积：质量轻厚度薄；
适用面广：加固不规则或表面不平整构件具有明显优势。
原理、优点和粘贴方式
粘贴方式
梁板受拉区粘贴纤维复合材进行受弯加固；
采用封闭式粘贴、U形粘贴或侧面粘贴对梁柱受剪加固；
采用封闭式粘贴对柱进行抗震加固；
有可靠依据时，纤维复合材也可用其它形式或受力砼构件加固；
一般规定
适用范围：钢砼受弯、轴压、大偏压构件，不适于小偏压构件、素砼构件和最小配筋率低于规范规定的构件（纤维增强材料仅适合于承受拉力的作用，小偏压的纵向受拉钢筋本身就不屈服，用粘贴纤维复合材的方法将造成材料的浪费）
原砼要求：不低于C15，且砼表面的正拉粘结强度不低于1.5MPa（防止剥离破坏）
纤维受力方式：仅受拉
表面防护要求：不得直接暴露在阳光和有害介质中，纤维复合材应进行防护处理。表面防护材料应对纤维和胶粘剂无害，且应与胶粘剂有可靠的粘结及相互协调的变形性能（延缓材料老化）
环境要求：温度不应高于60℃；对于特殊环境(高温、高湿、侵蚀、放射等)的混凝土结构加固应采取相应防护措施
一般规定
纤维复合材要求：设计计算指标(见下表)
防火要求：符合防火设计规范的要求(粘结剂一般可燃)
卸载要求：全部或大部卸除结构活荷载(减少应变滞后，发挥材料性能)
加固量：受弯承载力提高幅度不应超过40％，并保证受剪破坏后于受弯破坏(保证截面加固后的裂缝宽度和变形，并实现“强剪弱弯”的原则) 。
一般规定
一般规定
受弯构件正截面加固计算
计算基本假定(关键：平截面假定是否符合？)
砼结构设计规范受弯承载力计算基本假定(四条)
平截面假定确定纤维复合材拉应变，但不超过片材允许拉应变
考虑二次受力影响时，按加固前初始应力状态确定纤维复合材应变滞后
纤维复合材应力应取碳纤维片材弹性模量与拉应变的乘积
纤维复合材应力与砼之间不发生粘结剥离破坏
受弯构件正截面加固计算
加固梁破坏形态
超筋破坏：受拉纤维复合材屈服前受压砼被压坏(纤维复合材配置过量)
适筋破坏：钢筋屈服，纤维复合材达极限拉应变，受压砼被压坏
复合材拉断破坏：钢筋屈服后复合材也达到极限拉应变而被拉断，此时受压区砼尚未压坏(纤维复合材配置过少)
粘结剥离破坏：砼基层或胶结面破坏(原砼强度等级过低)
1 受弯构件正截面加固计算公式
推导：纤维复合材强度利用系数
推导：相对界限受压区高度
推导：相对界限受压区高度
推导：相对界限受压区高度
2 纤维复合材厚度折减系数
实际应粘贴的纤维复合材截面面积
3 受弯构件正截面加固粘贴延伸长度
4 由底面粘贴改侧面粘贴的方法
当纤维复合材全部粘贴在梁底面(受拉面)有困难时，允许将部分纤维复合材对称粘贴在梁的两个侧面，此时侧面粘贴区应控制在距受拉区边缘1/4梁高范围内，且应计算确定梁两侧面实际需要粘贴的纤维复合材截面面积。
特别注意
当采用纤维复合材加固受弯构件时，其正截面受弯承载力的提高幅度不应超过40%，并且应验算其抗剪承载力，避免因受弯承载力提高后而导致构件受剪破坏先于受弯破坏。
受弯构件斜截面加固计算
1 截面尺寸要求：同砼结构设计规范
2 斜截面加固时的粘贴方式
3 斜截面承载力加固计算公式
3 斜截面承载力加固计算公式
轴压构件正截面加固计算
1 加固方法：环向约束法(采用沿全长无间隔环向连续粘贴纤维织物)
2 适用范围：长细比l/d≤12的圆形构件；长细比l/b≤14，截面高宽比h/b≤1.5、截面高度h≤600mm，且截面棱角经过圆化打磨的正方形或矩形截面柱（长细比过大可能因为纵向弯曲导致纤维材料不起作用；截面过大，会使得材料约束作用明显降低）。
3 轴压构件正截面加固承载力计算
受压构件斜截面加固计算
1 粘贴方式：环形粘贴，且纤维方向应与柱轴线垂直。
2 承载力计算公式
2 柱斜截面承载力计算公式
斜截面受剪强度折减系数
大偏压构件加固计算
粘贴方式：粘贴于受拉区边缘混凝土表面，且纤维方向应与柱轴线一致。
受拉构件加固计算
粘贴方式：纤维方向应与受拉方向一致，处理好围拢部位的搭接和锚固。
2 大偏心受拉构件承载力加固计算
FRP材料概述
FRP的分类
FRP 品种繁多，性能各别，用途广泛。
(1)其分类按原材料成分可分成玻璃纤维(Glass FRP) GFRP，碳纤维(Carbon FRP) CFRP，芳纶纤维(Arimid FRP)AFRP，连续玄武岩纤维(Basalt FRP) BFRP和日本新产品： (Dyneema) DFRP。如图7a~d
FRP的性能
FRP是一种力学性能优异的新材料，抗拉强度高（为普通钢材的7~10倍），密度低（仅为钢材的约 1/5）.
碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500MPa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为230~430GPa亦高于钢。
因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000MPa/(g/cm3)以上，而钢的比强度仅为59MPa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。材料的比强度愈高，则构件自重愈小，比模量愈高，则构件的刚度愈大，从这个意义上已预示了碳纤维在工程的广阔应用前景。
FRP的力学性能对比
FRP的应用
纤维的应用范围很广泛，主要应用领域为：
成熟市场有航空航天及国防领域（飞机、火箭、导弹、卫星、雷达等）和体育休闲用品（高尔夫球杆、渔具、网球拍、羽毛球拍、箭杆、自行车、赛艇等）；
新兴市场有增强塑料、压力容器、建筑加固、风力发电、摩擦材料、钻井平台等；
待开发市场有汽车、医疗器械、新能源等。
FRP的现状及前景
随着近年来我国对碳纤维的需求量日益增长，碳纤维已被列为国家化纤行业重点扶持的新产品，成为国内新材料行业研发的热点。
我国碳纤维生产发展缓慢，而消费量却一直在逐渐增加，市场需求旺盛。国外即使已经对我国解除了禁运，开始也只能是通用级纤维，而不会向我们出售高性能纤维技术和设备。国家迫切需要短期内突破的高新技术纤维品种，所以需要国人自力更生、努力创新。
FRP材料因其轻质高强并且高稳定性等优点，已经成为科研的热点并且形成了单独的学科，相信随着研究的深入以及生产技术的发展，FRP将会成为土木行业的主流材料。
计算方法
（1）假设外包钢与原构件共同工作，近似按两次成型的一次受力构件计算
（2）应考虑实际而次受力的影响，对外包型钢的强度予以折减，折减系数取0.9。
用外包钢法加固混凝土柱
用外包钢法加固混凝土柱（3/3）
用预应力法加固混凝土梁
一、预应力水平拉杆加固法
1.方法—受拉区增设预应力拉杆。
2.原理—拉杆内产生轴向拉力
在构件中产生偏心受压作用
受弯构件变成偏心受压构件
偏心作用克服了部分外荷载效应。
用预应力法加固混凝土梁
3.效果—提抗弯能力和斜截面抗剪承载力。
4.受力特点
（1）当水平拉杆与构件紧密贴合时
拉杆与构件共同挠曲，类似与后张预应力砼构件
（2）当水平拉杆与构件贴合不紧密时
拉杆不能与构件共同挠曲，其应力增量小
5.计算方法
原构件与水平拉杆组成复合超静定结构体系
根据变形协调条件求解内力
按偏心受压构件方法计算截面承载力。
用预应力法加固混凝土梁
6.水平拉杆拉力
由预应力和新增荷载产生的拉力组成:
N=Ap（p－l）＋N
N—水平拉杆作用效应增量，包括：
（1）新增外荷载引起的变形q
（2）水平拉杆偏心反作用弯矩引起的变形M
（3）水平拉杆反作用压力引起的变形N
（4）水平拉杆轴向拉伸变形p
用预应力法加固混凝土梁
q=A＋B
= c(sinA+ sinB)
=c(A+ B)
M=A＋B
=－c(sinAM+ sinBM)
=c(AM+ BM)
上述变形应满足：
=q＋M＋N
用预应力法加固混凝土梁
预应力水平拉杆加固梁截面计算简图
用预应力法加固混凝土梁
7.预应力的施加方法:机张法、电热法和横向收紧法
横向收紧张拉时，横向收紧量H
(1)无撑杆一点收紧
(2)有撑杆一点收紧
(3)有撑杆两点收紧
用预应力法加固混凝土梁
8.设计思路
(1)确定拉杆的截面面积。
(2)根据偏压构件计算拉杆轴向拉力N
(3)计算水平拉杆作用效应增量N
(4)确定水平拉杆预应力值p，应满足：
(5)验算斜截面承载力
(6)判断合理性，否则修改方案。
用预应力法加固混凝土梁
二、预应力下撑式拉杆加固法
1.方法—由构件和下撑式拉杆组成的复合体系
2.原理—拉杆轴向力传递给被加固构件
抵消部分外荷载，使构件变成偏压构件
用预应力法加固混凝土梁
3.截面内力
(1)外荷载效应
(2)拉杆产生的附加效应
4.计算方法
按砼偏心受压构件
用预应力法加固混凝土梁
5.作用效应增量的计算
按结构力学的方法计算
把拉杆视为多余约束解除
代之多余力N
按力法方程得
用预应力法加固混凝土梁
6.预应力施加
（1）横向收紧时H计算
简化
假设：水平段与斜段轴力相等
实际：由于摩擦力存在，水平段上要大于计算值
斜段上要小于计算值
用预应力法加固混凝土梁
（2）用梁侧竖向张拉时，张拉量1和2计算
几何关系
ab和bc尚应满足：
解得
用预应力法加固混凝土梁
7.设计思路
(1)初步确定拉杆截面面积
(2)按构件承载力要求确定N
(3)计算拉杆作用效应增量N
(4)确定对下撑式拉杆施加的预应力值p
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