钢筋混凝土结构加固的发展与研究现状
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我国建筑抗震加固发展过程 : 第一阶段 ,大致由 1966 年邢台地震开始到 1976 年唐山地 震 ,是抗震鉴定及加固的试点起步阶段 。这个阶段的主要特点 是 :探索抗震鉴定及加固的基本技术和方法 ,在实践中证明了抗 震鉴定的必要性和有用性 。 第二阶段 ,从 1976 年唐山地震后至 1989 年基于概率可靠度 理论的国家标准 GBJ 11289 建筑抗震设计规范正式发布 ,是抗震 鉴定及加固蓬勃发展阶段 。这期间国家 、地方 、部门和企业投入 大量资金用于抗震加固 ,取得了显著的效果 。 第三阶段 ,大致由建筑抗震设计规范 GBJ 11289 开始执行起 , 是抗震鉴定和加固的综合发展阶段 。此阶段不断有新技术 、新材 料应用于抗震加固中 ,如粘钢和碳纤维加固技术 、钢筋化学锚固 技术 、隔震和消能减震技术等 。 笔者在研究阶段采用增大截面法和外包钢板法对钢筋混凝 土短柱进行了复合加固研究 ,研究结果表明 ,采用混凝土与外包 钢板复合加固的方法 ,可限制斜裂缝的开展 ,有效提高短柱的抗 剪承载力 ;外包钢板对短柱的抗剪作用类似于箍筋 ,除与混凝土 整体共同承受反复循环的剪力外 ,还能防止纵筋过早压曲和增强 对混凝土核心的约束 ,但它比箍筋的约束更为直接 ,可有效防止 混凝土表面的剥落 ;并提出混凝土和外包钢板复合加固短柱的斜 截面抗剪承载力的计算方法 ,与试验结果相比较 ,能较好的吻合 ,
2. 3 结构加固的试验研究
单个构件加固的研究可以解决一般的构件设计计算问题 ,但 这不是加固研究的终极目的 ,人们最关心的是整个结构在加固后 的工作性能 ,尤其是那些受力复杂的结构体系 。
结构加固的试验研究不仅难度大 ,而且耗资也很大 ,因此这 方面的研究工作与构件加固相比 ,要少得多 。到目前为止 ,有关 混凝土结构加固的试验研究多见于混凝土框架结构抗震加固的 研究 ,如 :张良铎 ,那向谦利用爆破地震波试验场 ,进行了两幢二 层内框架房屋的结构动力反应与地震破坏反应的研究 ;苏三庆等 人所做的钢筋混凝土框支架的 1∶4 模型的抗震加固试验研究 ,试 验中采用外包钢筋混凝土的方法 。
来抵抗结合面所出现的剪力和拉力 。钢筋混凝土加固结构结合
面受剪承载力 ,根据中国建筑科学研究院结构所的试验研究 ,可
按式 (1) 计算 :
τ≤f v + 1. 56ρsvf y
(1)
其中 ,τ为结合面剪应力设计值 ; f v 为结合面混凝土抗剪强
度设计值 (见表 1) ;ρsv 为横贯结合面的剪切摩擦筋配筋率 ,ρsv =
有数十亿平方米进入中老年期 ,其鉴定维修加固已大量提上议事 日程 。3) 随着经济建设的发展 ,在新建企业的同时还强调对已有 企业的技术改造 ,在改造中 ,往往要求增加房屋高度 、增加荷载 、 增加跨度 、增加层数 ,即实施对房屋的改造 。4) 设计 、施工和管理 中存在的问题 ,给建筑物留下了隐患 。
1 混凝土结构补强加固的目的和特征 1. 1 补强加固的目的
ql2
QDA = -
ql -
2
k= -
ql +
2
8 l
= - 3 ql 。 8
2) 作轴力图 (如图 5 所示) 。
CD 杆 :杆上无均布荷载作用 , 剪力图为平行于杆轴线的直
线 ,但因杆上有集中荷载的作用 , 其剪力图会在 E 截面处发生突
收稿日期 :2009206205 作者简介 :贺志勇 (19772 ) ,男 ,硕士 ,工程师 ,山西省建筑科学研究院 ,山西 太原 030001
第2 0361
卷第 0年
2 1
期 月
贺志勇
:钢筋混凝土结构加固的发展与研究现状
·105 ·
钢筋混凝土结构由于种种原因不能满足安全性 、适用性 、耐
0. 58 0. 43 3. 50 2. 60
0. 62 0. 46 3. 80 2. 80
0. 66 0. 49 3. 90 2. 90
0. 73 0. 54 4. 10 3. 10
对于四面采用混凝土围套加固的梁 、柱 ,由于配置有贯通结
合面的封闭筋 ,且混凝土围套在结合面受力过程中 ,部分是以整
2 混凝土结构加固研究简介
近十年来 ,国内外对混凝土结构加固技术理论进行了相当数 量的研究 。从总体上来说 ,混凝土结构加固技术的研究分为三部 分 :1) 界面问题 ; 2) 构件加固问题 ; 3) 结构加固问题 。到目前为
止 ,三方面的研究具体如下 。
2. 1 界面问题
这里所说的界面问题专指加固材料与旧混凝土材料之间的 界面问题 ,但随加固材料的不同各有特征 ,是一个非常复杂的问 题 ,新旧材料结合性能的好坏直接关系到加固效果 ,同时 ,界面问 题的模型化是加固理论系统化的基础 ,关于这方面的代表性工作 有 :Robert A Bass 等人针对抗震加固中填充墙加固框架的情况 , 进行了混凝土填充墙与原混凝土柱之间界面抗剪性能的研究 ,在 研究报告中对多种界面处理方式的新旧混凝土界面抗剪强度及 变形能力进行了分析 ,指出了按 ACI 318283 规范中剪切 —摩擦理 论进行新旧混凝土材料界面抗剪强度计算的保证措施 ,但没有对 界面问题进行模型化方面的研究 。
WANG Xiao2hui Abstract : From t he way how to undertake t he structural inner forced diagram , t he paper sums up t he following technology : t he judgment of inner diagram shape , t he mutation of t he shape of inner diagram , t he superposition met hod for bending moment diagram , and t he differential relationship diagram of inner force , and solves t he problems of diagram structural inner force in S t ruct ural Mechanics. Key words : inner forced diagram , superposition , formula application
分先后破坏的各个击破现象 ,致使加固效果很不理想或根本不起
作用 。相反 ,加固时若进行卸载 ,情况则完全不同 。由于应力应
变滞后现象得以降低 ,乃至消失 ,破坏时 ,新旧两部分就可同时进
入各自的极限状态 ,结构总体承载力可显著提高 。卸载对加固结
构承载力的影响 ,主要表现在原结构第一次载荷应力 、应变水平
国内对界面问题的研究很少见 ,一般只在其他性质的文章中 对界面抗剪强度略有论及 ,如中国建筑科学研究院结构所的万墨 林等人对二次浇筑混凝土的粘结抗剪强度的研究 ,罗竞宁等人所 做的粘钢 —混凝土的界面抗剪强度的研究 。
2. 2 构件的加固研究
单个构件加固 ,国内外都有相当数量的报道 ,但由于单个构 件加固方法的多样性 ,使得这方面的工作比较散乱 ,没有系统性 , 而且大部分构件都是针对某一具体工程所作 ,对普遍意义上的设 计理论方面的研究没有达到系统化的程度 。
[ 3 ] 张金生. 结构力学 (二) (2007 版) [ M ] . 武汉 :武汉大学出版
社 ,2007 :57263.
[ 4 ] 郭长城. 结构力学[ M ] . 武汉 :武汉大学出版社 ,2006 :28241 ,
2062208.
On structural inner f orced diagram
指标 (如 β,βε 值) 的降低方面 ,如前所述 ,这对于以混凝土围套加
固的受压结构及增设支点加固的受弯构件 ,效果特别明显 。
卸载加固结构的截面承载力计算 ,原则上仍按二次受力结构
进行 ,但当卸荷达到一定程度 ,可近似按一次受力组合结构计算 ,
特别是以钢筋为主要承力的受拉 、受弯及大偏心受压结构 。
变等与旧混凝土存在差异 ,甚至出现裂缝 ,结合面上抗渗 、抗冻性
能均会降低 。为了确保新旧混凝土共同工作的可靠性 、耐久性 ,
需对加固结构的结合面进行抗剪验算 。为了使结合面能满足受
剪和受拉承载力的要求 ,比如梁 、柱加固情况 ,尚需配置一定数量
的贯通结合面的剪切摩擦筋 ,利用钢筋所产生的被动剪切摩擦力
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山 西 建 筑 第 36
201
卷第 0年
2 1
期 月
SHAN
XI
ARCHI
T
ECTU
RE
Vol . Jan.
36 No . 2010
2
文章编号 :100926825 (2010) 0220104203
钢筋混凝土结构加固的发展与研究现状
3 ql2 3 ql2
BD 杆 : QBD = - k = -
+ 28 56
l
= - 9 ql2 。 56
作轴力图时 ,可以考虑结点的平衡 ,先由 C 结点平衡可以求
得 : N CD
= 0 (也可以求出
C 支座反力
VC
=
11 ql (向上) ) ; 再由 28
D
结点平衡 ,求得 : N DA
9 ql =
久性的要求 。经过建筑物可靠性鉴定 ,严重者评为 c 级或 d 级 ,必
须补强加固处理 。补强加固的目的主要是 : 1) 提高结构 、构件的
强度 ;2) 提高结构 、构件的稳定性 ;3) 提高结构 、构件的刚度 ;4) 提
高结构 、构件的耐久性 。
1. 2 混凝土加固结构中新旧材料共同工作问题
混凝土加固结构实属二次组合结构 ,受力时 ,尤其是当结构
56
,
N DB
=
-
55 ql 。 56
2. 3 结构加固的试验研究
单个构件加固的研究可以解决一般的构件设计计算问题 ,但 这不是加固研究的终极目的 ,人们最关心的是整个结构在加固后 的工作性能 ,尤其是那些受力复杂的结构体系 。
结构加固的试验研究不仅难度大 ,而且耗资也很大 ,因此这 方面的研究工作与构件加固相比 ,要少得多 。到目前为止 ,有关 混凝土结构加固的试验研究多见于混凝土框架结构抗震加固的 研究 ,如 :张良铎 ,那向谦利用爆破地震波试验场 ,进行了两幢二 层内框架房屋的结构动力反应与地震破坏反应的研究 ;苏三庆等 人所做的钢筋混凝土框支架的 1∶4 模型的抗震加固试验研究 ,试 验中采用外包钢筋混凝土的方法 。
来抵抗结合面所出现的剪力和拉力 。钢筋混凝土加固结构结合
面受剪承载力 ,根据中国建筑科学研究院结构所的试验研究 ,可
按式 (1) 计算 :
τ≤f v + 1. 56ρsvf y
(1)
其中 ,τ为结合面剪应力设计值 ; f v 为结合面混凝土抗剪强
度设计值 (见表 1) ;ρsv 为横贯结合面的剪切摩擦筋配筋率 ,ρsv =
有数十亿平方米进入中老年期 ,其鉴定维修加固已大量提上议事 日程 。3) 随着经济建设的发展 ,在新建企业的同时还强调对已有 企业的技术改造 ,在改造中 ,往往要求增加房屋高度 、增加荷载 、 增加跨度 、增加层数 ,即实施对房屋的改造 。4) 设计 、施工和管理 中存在的问题 ,给建筑物留下了隐患 。
1 混凝土结构补强加固的目的和特征 1. 1 补强加固的目的
ql2
QDA = -
ql -
2
k= -
ql +
2
8 l
= - 3 ql 。 8
2) 作轴力图 (如图 5 所示) 。
CD 杆 :杆上无均布荷载作用 , 剪力图为平行于杆轴线的直
线 ,但因杆上有集中荷载的作用 , 其剪力图会在 E 截面处发生突
收稿日期 :2009206205 作者简介 :贺志勇 (19772 ) ,男 ,硕士 ,工程师 ,山西省建筑科学研究院 ,山西 太原 030001
第2 0361
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2 1
期 月
贺志勇
:钢筋混凝土结构加固的发展与研究现状
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钢筋混凝土结构由于种种原因不能满足安全性 、适用性 、耐
0. 58 0. 43 3. 50 2. 60
0. 62 0. 46 3. 80 2. 80
0. 66 0. 49 3. 90 2. 90
0. 73 0. 54 4. 10 3. 10
对于四面采用混凝土围套加固的梁 、柱 ,由于配置有贯通结
合面的封闭筋 ,且混凝土围套在结合面受力过程中 ,部分是以整
2 混凝土结构加固研究简介
近十年来 ,国内外对混凝土结构加固技术理论进行了相当数 量的研究 。从总体上来说 ,混凝土结构加固技术的研究分为三部 分 :1) 界面问题 ; 2) 构件加固问题 ; 3) 结构加固问题 。到目前为
止 ,三方面的研究具体如下 。
2. 1 界面问题
这里所说的界面问题专指加固材料与旧混凝土材料之间的 界面问题 ,但随加固材料的不同各有特征 ,是一个非常复杂的问 题 ,新旧材料结合性能的好坏直接关系到加固效果 ,同时 ,界面问 题的模型化是加固理论系统化的基础 ,关于这方面的代表性工作 有 :Robert A Bass 等人针对抗震加固中填充墙加固框架的情况 , 进行了混凝土填充墙与原混凝土柱之间界面抗剪性能的研究 ,在 研究报告中对多种界面处理方式的新旧混凝土界面抗剪强度及 变形能力进行了分析 ,指出了按 ACI 318283 规范中剪切 —摩擦理 论进行新旧混凝土材料界面抗剪强度计算的保证措施 ,但没有对 界面问题进行模型化方面的研究 。
WANG Xiao2hui Abstract : From t he way how to undertake t he structural inner forced diagram , t he paper sums up t he following technology : t he judgment of inner diagram shape , t he mutation of t he shape of inner diagram , t he superposition met hod for bending moment diagram , and t he differential relationship diagram of inner force , and solves t he problems of diagram structural inner force in S t ruct ural Mechanics. Key words : inner forced diagram , superposition , formula application
分先后破坏的各个击破现象 ,致使加固效果很不理想或根本不起
作用 。相反 ,加固时若进行卸载 ,情况则完全不同 。由于应力应
变滞后现象得以降低 ,乃至消失 ,破坏时 ,新旧两部分就可同时进
入各自的极限状态 ,结构总体承载力可显著提高 。卸载对加固结
构承载力的影响 ,主要表现在原结构第一次载荷应力 、应变水平
国内对界面问题的研究很少见 ,一般只在其他性质的文章中 对界面抗剪强度略有论及 ,如中国建筑科学研究院结构所的万墨 林等人对二次浇筑混凝土的粘结抗剪强度的研究 ,罗竞宁等人所 做的粘钢 —混凝土的界面抗剪强度的研究 。
2. 2 构件的加固研究
单个构件加固 ,国内外都有相当数量的报道 ,但由于单个构 件加固方法的多样性 ,使得这方面的工作比较散乱 ,没有系统性 , 而且大部分构件都是针对某一具体工程所作 ,对普遍意义上的设 计理论方面的研究没有达到系统化的程度 。
[ 3 ] 张金生. 结构力学 (二) (2007 版) [ M ] . 武汉 :武汉大学出版
社 ,2007 :57263.
[ 4 ] 郭长城. 结构力学[ M ] . 武汉 :武汉大学出版社 ,2006 :28241 ,
2062208.
On structural inner f orced diagram
指标 (如 β,βε 值) 的降低方面 ,如前所述 ,这对于以混凝土围套加
固的受压结构及增设支点加固的受弯构件 ,效果特别明显 。
卸载加固结构的截面承载力计算 ,原则上仍按二次受力结构
进行 ,但当卸荷达到一定程度 ,可近似按一次受力组合结构计算 ,
特别是以钢筋为主要承力的受拉 、受弯及大偏心受压结构 。
变等与旧混凝土存在差异 ,甚至出现裂缝 ,结合面上抗渗 、抗冻性
能均会降低 。为了确保新旧混凝土共同工作的可靠性 、耐久性 ,
需对加固结构的结合面进行抗剪验算 。为了使结合面能满足受
剪和受拉承载力的要求 ,比如梁 、柱加固情况 ,尚需配置一定数量
的贯通结合面的剪切摩擦筋 ,利用钢筋所产生的被动剪切摩擦力
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2
文章编号 :100926825 (2010) 0220104203
钢筋混凝土结构加固的发展与研究现状
3 ql2 3 ql2
BD 杆 : QBD = - k = -
+ 28 56
l
= - 9 ql2 。 56
作轴力图时 ,可以考虑结点的平衡 ,先由 C 结点平衡可以求
得 : N CD
= 0 (也可以求出
C 支座反力
VC
=
11 ql (向上) ) ; 再由 28
D
结点平衡 ,求得 : N DA
9 ql =
久性的要求 。经过建筑物可靠性鉴定 ,严重者评为 c 级或 d 级 ,必
须补强加固处理 。补强加固的目的主要是 : 1) 提高结构 、构件的
强度 ;2) 提高结构 、构件的稳定性 ;3) 提高结构 、构件的刚度 ;4) 提
高结构 、构件的耐久性 。
1. 2 混凝土加固结构中新旧材料共同工作问题
混凝土加固结构实属二次组合结构 ,受力时 ,尤其是当结构
56
,
N DB
=
-
55 ql 。 56
