混凝土結(jié)構(gòu)加固常用做法及設(shè)計注意事項

講師：黃恩才2025年2月混凝土結(jié)構(gòu)加固常用做法：（1）兩粘：粘貼碳纖維、粘貼鋼板，簡稱粘布、粘鋼（2）兩植：植筋、植栓其中錨栓包括機械錨栓和膠粘型錨栓，機械錨栓應(yīng)采用具有鎖鍵效應(yīng)的后擴底錨栓，膠粘型錨栓應(yīng)采用特殊倒錐形螺桿。以上兩粘、兩植加固做法，除后擴底錨栓外，其它三種做法均涉及到結(jié)構(gòu)膠。相關(guān)規(guī)范：GB

50367—2013《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》JGJ145-2013《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》GB50550-2010《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB/T50010-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計標準》GB50017-2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標準》后錨固技術(shù)規(guī)程僅針對植筋、植栓，并對驗收提出具體要求。基本構(gòu)造要求：兩粘：單條碳纖維布寬度不超過200mm，且不超過4層；單塊鋼板寬度不超過100mm，受拉時不超過3層且總厚度不超過10mm。手工粘鋼時單塊鋼板厚度不超過5mm，壓力注膠時單塊鋼板厚度不超過10mm。粘布、粘鋼提高的承載力均不應(yīng)超過40%?；緲?gòu)造要求：兩植：植筋用于抗拉，需滿足錨固深度，約20～25d，需計算確定；植筋需滿足間距要求，邊距至少2.5d，間距5d。植栓用于抗剪、抗拉，（1）滿足間距要求，要求邊距不小于0.8hef，間距不小于1.0hef；（2）基材厚度不小于1.5hef。錨栓有效錨固深度hef根據(jù)廠家產(chǎn)品手冊確定，常用M12的錨深為110mm，M16錨深為125mm，可見錨栓的錨固深度均不超過10d。混凝土規(guī)范要求縱筋錨固長度約為30～40d，C30混凝土抗拉強度為1.43MPa；C30混凝土基材對應(yīng)的結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)強度不低于3.7MPa，植筋錨固深度可以降低到20～25d。錨固深度減小后，鋼筋間距要求相應(yīng)加大，由不超過1.5d加大到5d以上。簡而言之，粘結(jié)力越大，要求鋼筋間距越大?；炷烈?guī)范規(guī)定，縱筋末端采用彎鉤或機械錨固措施時，錨固長度可取為基本錨固長度的0.6倍。錨栓未端采用特殊錨桿，具有機械錨固效應(yīng)，錨固深度大幅減小到不超過10d，但是間距大幅增加到10d以上。簡而言之，錨固深度越小，要求間距越大。工程實例：錨栓植入柱內(nèi)，邊距170，間距200：混凝土規(guī)范規(guī)定，縱筋末端采用彎鉤或機械錨固措施時，錨固長度可取為基本錨固長度的0.6倍。錨栓未端采用特殊錨桿，具有機械錨固效應(yīng)，錨固深度大幅減小到不超過10d，但是間距大幅增加到10d以上。簡而言之，錨固深度越小，要求間距越大。工程實例：錨栓植入梁內(nèi)，邊距300，間距150：加固設(shè)計的承載力計算：主要分為兩大類：受拉驗算和受剪驗算。粘布、粘鋼、植筋：受拉驗算，即用于抗拉承載力不足；植栓：受剪驗算、受拉驗算，即用于抗拉或抗剪承載力不足。（1）植筋計算植筋加固應(yīng)采用HRB400級鋼筋。吊鉤、吊環(huán)不應(yīng)采用植筋做法。植筋主要是驗算錨固長度，按加固規(guī)范第15.2.2條、15.2.3條計算?；惧^固長度按下式計算：錨固長度涉及到結(jié)構(gòu)膠的粘結(jié)抗剪強度，粘結(jié)抗剪強度又與植筋間距、邊距有關(guān)：再次強調(diào)，植筋錨固長度應(yīng)根據(jù)鋼筋間距確定，加固圖需圖示出植筋間距。另外，植筋直徑不宜大于20。一方面是施工現(xiàn)場植筋鉆孔深度一般不超過400，另一方面是植筋直徑大于20時要求放大系數(shù)：植筋間距過密、鉆孔深度過大會導(dǎo)致現(xiàn)場無法施工時，可采取以下措施：框架梁底筋采用多排縱筋時可考慮截斷，不用全部介入支座；加寬截面，增加植筋根數(shù)；加高截面，減小計算配筋；有條件時植筋可穿透構(gòu)件，對側(cè)加錨板錨固；加梁或其它減小受荷的措施，如采用輕質(zhì)材料回填等。另外，梁采用植筋加固時，建議按簡支構(gòu)件復(fù)核承載力。主要考慮以下幾點因素：按固端梁設(shè)計，需加大負筋時，梁無法在原有負筋的下方植筋，只能上抬梁高植筋，此做法會影響建筑面層；按簡支計算，梁底鋼筋在支座處彎矩接近零，按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范第9.2.2條，錨固長度為12d；按加固規(guī)范第15.3.1條，構(gòu)造植筋長度10d，且不小于100mm。（2）粘碳纖維和粘鋼計算碳纖維布厚度采用0.167mm規(guī)格，分為高強度Ⅰ級和高強度Ⅱ級，抗拉強度設(shè)計值分別為2300MPa和2000MPa，約為一級鋼（HPB235）的10倍。工程上多采用高強度Ⅰ級，以樓板板底粘貼碳纖維加固為例，200寬纖維布1層，中心間距300。（2）粘碳纖維和粘鋼計算1層200寬纖維布可以承擔(dān)的拉力估算為：0.167x200x2300=76kN，相當(dāng)于一根直徑16的三級鋼筋承載力。200寬纖維布1層，中心間距300，即相當(dāng)于板筋C16@300，或者是C12@150，對于一般的樓板來說，這個配筋是很大的，因此樓板采用碳纖維加固很容易滿足受力要求。（2）粘碳纖維和粘鋼計算對于200寬的梁，粘貼4層的承載力約相當(dāng)于4C16，可見梁采用碳纖維加固時，提高的承載力有限。以上為粘碳纖維的承載力估算，粘鋼同理。準確的計算應(yīng)按加固規(guī)范進行，或采用加固軟件。（3）梁上植栓抗剪計算新加鋼梁與原混凝土梁側(cè)向相連時，需要在混凝土梁上植錨栓用于固定預(yù)埋板。埋板預(yù)留鉆孔用于穿入錨桿，并在螺帽上施加扭矩將錨板固定。埋板預(yù)留鉆孔按加固規(guī)范確定，并在施工圖上注明：（3）梁上植栓抗剪計算新加鋼梁與原混凝土梁采用鉸接連接，此時錨栓承擔(dān)鋼梁端部傳過來的剪力。（3）梁上植栓抗剪計算實際工程通常使用4個以上的錨栓固定埋板，常用的錨栓規(guī)格為M12-110和M16-125，需要特別注意的是，按加固規(guī)范附錄F，下排錨栓與混凝土梁底距離小于10hef時，只允許按下排錨栓承擔(dān)梁端剪力。（3）梁上植栓抗剪計算M12的錨深為110mm，10x110=1100，即1.1m，M16要求的邊距更大。錨栓用于混凝土柱連接時容易滿足以上要求，但是錨栓用于混凝土梁側(cè)向連接時，由于梁高的限制，基本上都只允許按下排錨栓受力進行錨固承載力的驗算。（3）梁上植栓抗剪計算因此，梁上植栓抗剪計算主要涉及到兩個內(nèi)容：一是錨栓的錨桿抗剪驗算，二是下排錨栓對混凝土梁的沖切驗算。錨栓的錨桿抗剪計算方法和鋼筋相同，鋼筋的抗剪強度計算和抗彎相同，即fyAs。不同的是，錨栓的抗剪計算需區(qū)分無杠桿和有杠桿兩種模式，有杠桿是針對原結(jié)構(gòu)不剔除建筑面層的情況。結(jié)構(gòu)加固說明要求施工時剔除建筑面層露出結(jié)構(gòu)表面，因此可按無杠桿進行計算。（3）梁上植栓抗剪計算（3）梁上植栓抗剪計算錨栓帶有螺紋，因此采用有效截面進行抗剪計算，M12錨栓的有效面積為84mm2，M16錨栓的有效面積為157mm2，小于相應(yīng)直徑鋼筋的面積。（3）梁上植栓抗剪計算以M16為例，錨栓性能等級為8.8級，查加固規(guī)范表16.2.3，得知錨栓抗剪強度設(shè)計值fud,v為290MPa。按簡支連接設(shè)計，不考慮抗震，一個錨栓的錨桿抗剪承載力為：Va=1.0x290x157=45.5kN，采用4個錨栓時，下排2個錨栓的錨桿抗剪承載力合計為2x45.5=91kN。（3）梁上植栓抗剪計算錨栓對混凝土梁的沖切驗算與混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范中的沖切計算原理相同，主要涉及到?jīng)_切界面的確定，加固規(guī)范的規(guī)定如下：（3）梁上植栓抗剪計算其中ψv為修正系數(shù)，由多個影響系數(shù)組成，這些影響系數(shù)考慮了錨栓邊距、間距、梁寬（基材厚度）等對沖切的影響，大多數(shù)情況下都是1.0。（3）梁上植栓抗剪計算其中Acv為下排錨栓對其下混凝土梁的沖切面積，但沖切角不是取45度，而是取約56度，即當(dāng)下排錨栓與梁底的距離為c1時，沖切線在梁底的投影長度約為1.5c1，如下圖所示：（3）梁上植栓抗剪計算以一排2個錨栓為例，當(dāng)基材厚度（即梁寬）h小于1.5c1且節(jié)點不位于梁端部時，沖切投影面積Acv如下圖陰影區(qū)域所示：（3）梁上植栓抗剪計算Acv=(1.5c1+s2+1.5c1)xh=(3c1+s2)h，其中s2為錨栓列距。下排錨栓與梁底的距離c1對沖切計算影響最大，對于常用的梁寬200，錨栓2x2布置，且下排錨栓距離梁底200～300的情況，承載力約為20kN多，遠小于上述錨桿抗剪承載力90kN。（3）梁上植栓抗剪計算由于下排錨栓與梁底的距離c1對沖切計算影響很大，錨栓布置應(yīng)采用多列排布錨栓的做法，并且盡量采用更大的列距，同時避免采用多排錨栓的做法。（3）梁上植栓抗剪計算也可以按加固規(guī)范附錄F.2.1-3的做法，下排錨栓的錨板沿剪力方向開長槽形孔。下排錨栓的錨板開長槽形孔后，規(guī)范認為下排錨栓不再承擔(dān)剪力，剪力由上排錨栓承擔(dān)，上排錨栓與構(gòu)件邊緣的距離c1較大，可以提高抗沖切承載力。（3）梁上植栓抗剪計算梁上植栓時，混凝土的抗沖切承載力較低，必要時在節(jié)點處粘貼碳纖維布或粘鋼加強梁的抗沖切能力，或改為增設(shè)混凝土梁的做法。（3）梁上植栓抗剪計算需要注意的，增加混凝土次梁后，也要進行主次梁交接處附加鋼筋的復(fù)核：（3）梁上植栓抗剪計算綜上，梁上植栓時，錨栓節(jié)點的抗剪計算應(yīng)取錨栓的錨桿抗剪計算和下排錨栓對混凝土梁的沖切計算的較小值，且多數(shù)情況下為混凝土沖切控制，因此不宜選用過大直徑的錨栓，常用直徑為12、16。（4）錨栓抗拉計算錨栓抗拉計算同樣包括錨桿的抗拉承載力和基材混凝土的抗拉承載力。如上所述，錨栓節(jié)點通常由混凝土基材的承載力控制，故以下僅介紹基材混凝土的抗拉承載力。（4）錨栓抗拉計算由計算公式可知，采用機械錨栓時，基材的受拉承載力會比采用特殊倒錐形膠粘型錨栓時略大。另外，承載力與錨固深度直接相關(guān)，而錨栓直徑越大，錨固深度很大，因此錨栓抗拉設(shè)計時可選用較大的直徑，這一點與抗剪設(shè)計不同。（4）錨栓抗拉計算其中修正系數(shù)ψN按下式計算：（4）錨栓抗拉計算按規(guī)范式16.3.4有，A0c,N=S2cr,N=（3hef）2=9hef2。其中AcN為所有錨栓發(fā)生受拉破壞時的錐體面積，錐體破壞線同樣取約56度，即錨栓的錨固深度為hef時，錐體破壞線在梁面的投影長度約為1.5hef，如下圖所示：（4）錨栓抗拉計算以4個錨栓為例，當(dāng)錨栓邊距c1小于1.5hef時，錐體破壞投影面積AcN如下圖陰影區(qū)域所示：（4）錨栓抗拉計算AcN=(1.5hef+s2+1.5hef)x(c1+s1+1.5hef)=(3hef+s2)x(c1+s1+1.5hef)，其中s1、s2為錨栓間距。錐體破壞投影面積AcN越大，基材的抗拉承載力越大。AcN除了與錨固深度hef有關(guān)，還與錨栓間距有關(guān)，列距、行距增大都有利于提高抗拉承載力，這一點也是與抗剪設(shè)計不同的。（5）墻、柱植栓抗剪計算：墻、柱上植栓時，下排錨栓與混凝土梁底距離通常大于10hef，規(guī)范允許按所有錨栓承擔(dān)剪力，即不會發(fā)生錨栓對下部混凝土的沖切破壞。加固規(guī)范并沒有提供這種情況下的錨栓抗剪計算方法，可以按后錨固技術(shù)規(guī)程的6.1.26條進行計算。（5）墻、柱植栓抗剪計算：注意公式6.1.26-2中左側(cè)VRD,CP有誤，應(yīng)為VRk,CP：（5）墻、柱植栓抗剪計算：按此公式計算，可知錨栓與混凝土邊緣的距離大于10hef時，基材混凝土抗剪承載力取基材混凝土抗拉承載力的2倍。關(guān)于植筋、植銓的現(xiàn)場承載力試驗：植筋通常用于受拉承載力不夠的情況，錨栓除了抗拉，更多的情況是用于抗剪，但目前的國家規(guī)范只有拉撥承載力試驗，并無抗剪承載力試驗。個人推測，原因是錨栓抗剪破壞時，錨栓周邊的混凝土被沖切而失去承載力，沖切破壞的根本原因是混凝土材料的粘結(jié)力被破壞，這種破壞模式與錨栓發(fā)生抗拉破壞時，錐體周邊的混凝土粘結(jié)力被破壞類似，因此可以通過拉撥試驗來檢驗其抗剪承載力。GB50550-2010《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》的附錄W提供了植筋、植銓的現(xiàn)場承載力試驗值：根據(jù)GB50550，對于植筋，試驗值取1.15倍的受拉承載力設(shè)計值；對于植栓，試驗值取1.3倍的受拉承載力設(shè)計值。JGJ145-2013《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》的附錄C.4.2條規(guī)定了后錨固的現(xiàn)場檢驗值應(yīng)取0.9fykAs和0.8NRK的較小值，其中fyk為鋼筋或鋼材的強度標準值，NRK為基材承載力標準值。JGJ145-2013較GB50550-2010更新，一般是按最新規(guī)范執(zhí)行，因此現(xiàn)場檢驗值可取JGJ145-2013的規(guī)定值。植筋不存在基材承載力的問題，只需關(guān)注鋼筋的強度破壞。0.9fyk其實就是鋼筋強度設(shè)計值，以HRB400為例，0.9x400=360MPa，因此植筋現(xiàn)場承載力試驗值可按鋼筋直徑計算其承載力設(shè)計值。如上所述，錨栓節(jié)點的承載力通常不由錨栓本身決定，往往是取決于基材混凝土的承載力。需注意的是，GB

50367—2013《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》并未提供基材混凝土承載力標準值的計算方法，而是直接提供混凝土承載力設(shè)計值的計算方法。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》的表4.3.10，混凝土受拉破壞的分項系數(shù)取3.0：即基材混凝土承載力設(shè)計值NRD=NRK/3，0.8NRK相當(dāng)于2.4NRD。因此植銓的現(xiàn)場承載力試驗值不能簡單按錨栓有效直徑計算其承載力作為依據(jù)，而應(yīng)取錨桿承載力設(shè)計值和基材混凝土受拉承載力設(shè)計值的2.4倍，二者之間的較小值作為依據(jù)。對于單個錨栓來說，根據(jù)計算公式可知，錨栓位置不同，計算出來的基材混凝土受拉承載力并不相同。基材混凝土的受拉承載力與錨栓的錨固深度及錐體破壞面積直接相關(guān)，當(dāng)錨栓與構(gòu)件邊緣的距離超過1.