《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計算例解析》為讀者提供了從理論到實(shí)踐的完整指南，本書深入剖析混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計的核心原理，通過豐富詳實(shí)的算例，將抽象理論具象化，在理論層面，系統(tǒng)闡述加固設(shè)計所涉及的力學(xué)原理、材料特性等基礎(chǔ)知識，構(gòu)建堅實(shí)理論框架，實(shí)踐部分則以實(shí)際算例為依托，詳細(xì)展示從結(jié)構(gòu)評估、方案選型到具體計算的全過程，包括各類加固方法如增大截面法、粘貼纖維復(fù)合材料法等的應(yīng)用實(shí)例，這些算例涵蓋不同工況與復(fù)雜條件，具有極高實(shí)用性與參考價值，無論是專業(yè)研究人員深入探索，

混凝土結(jié)構(gòu)加固的必要性與挑戰(zhàn)

在建筑領(lǐng)域，混凝土結(jié)構(gòu)因其優(yōu)異的抗壓性能和耐久性而被廣泛應(yīng)用，隨著時間的推移，許多既有混凝土結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)不同程度的損傷和性能退化，這可能是由于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的變化、使用功能的改變、材料老化、環(huán)境侵蝕或意外荷載等因素造成的，面對這種情況，結(jié)構(gòu)加固成為延長建筑物使用壽命、提高安全性能的經(jīng)濟(jì)有效手段。

混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計是一門融合結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料科學(xué)和施工技術(shù)的綜合性學(xué)科，一個成功的加固方案不僅需要準(zhǔn)確評估原有結(jié)構(gòu)的承載能力，還需要考慮新舊材料的協(xié)同工作、施工可行性以及對建筑使用功能的影響，本文將通過一個完整的算例，系統(tǒng)介紹混凝土梁加固設(shè)計的全過程，包括現(xiàn)狀評估、方案比選、計算分析和構(gòu)造處理等關(guān)鍵環(huán)節(jié),為工程技術(shù)人員提供實(shí)用的參考。

工程概況與現(xiàn)狀評估

項(xiàng)目背景

某辦公樓建于1998年，主體為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，近期由于使用功能調(diào)整，三層會議室的樓面活荷載需要從原設(shè)計的2.0kN/m2提高至4.0kN/m2，經(jīng)初步檢查，部分梁存在裂縫、保護(hù)層剝落等老化現(xiàn)象,需進(jìn)行可靠性鑒定和必要的加固處理。

結(jié)構(gòu)檢測與鑒定

包括：

1. 混凝土強(qiáng)度檢測：采用回彈法結(jié)合鉆芯法修正，測得梁混凝土強(qiáng)度推定值為22.5MPa
2. 鋼筋配置檢測：通過雷達(dá)掃描和局部破損檢查，確認(rèn)主筋為3Φ20（As=942mm2），箍筋Φ8@200
3. 裂縫觀測：最大裂縫寬度0.3mm，主要為彎曲裂縫
4. 變形測量：最大撓度18mm（跨度為6m）

根據(jù)《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》(GB50292)，該梁安全性等級評定為Bu級（略低于國家標(biāo)準(zhǔn)但不影響整體承載）。

原結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

按原設(shè)計條件（活載2.0kN/m2，恒載4.5kN/m2）驗(yàn)算：

• 彎矩設(shè)計值Md=135kN·m
• 剪力設(shè)計值Vd=90kN
• 梁截面250×500mm
• 計算得抗彎承載力Mu=142kN·m>Md
• 抗剪承載力Vu=120kN>Vd

按新荷載條件（活載4.0kN/m2）驗(yàn)算：

• 彎矩設(shè)計值Md'=180kN·m
• 剪力設(shè)計值Vd'=120kN
• 原截面承載力不足（Mu=142<180，Vu=120=120）

加固方案比選

可選方案分析

1. 增大截面法

   • 優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)成熟，可靠性高，同時提高抗彎抗剪能力
   • 缺點(diǎn)：施工濕作業(yè)多，占用空間大，影響凈高

2. 粘貼鋼板法

   • 優(yōu)點(diǎn)：施工快捷，幾乎不增加截面尺寸
   • 缺點(diǎn)：需定期維護(hù)，防火性能差，節(jié)點(diǎn)處理復(fù)雜

3. 粘貼碳纖維布(CFRP)

   • 優(yōu)點(diǎn)：輕質(zhì)高強(qiáng)，耐腐蝕，施工便捷
   • 缺點(diǎn)：價格較高，抗剪加固效果有限

4. 體外預(yù)應(yīng)力法

   • 優(yōu)點(diǎn)：有效減小撓度和裂縫寬度
   • 缺點(diǎn)：錨固系統(tǒng)復(fù)雜，需專業(yè)施工隊(duì)伍

方案確定

綜合考慮施工條件、經(jīng)濟(jì)性和加固效果，選擇增大截面法進(jìn)行加固，具體方案為：梁底面和側(cè)面增加50mm厚C30細(xì)石混凝土，新增縱向鋼筋3Φ16，新增箍筋Φ8@150與原有箍筋焊接。

加固設(shè)計計算

基本參數(shù)

• 原梁：b=250mm，h=500mm，c=25mm，As=942mm2，fy=335MPa，fc=11.9MPa
• 加固層：b'=300mm，h'=550mm，As'=603mm2，fy'=400MPa，fc'=14.3MPa
• 荷載：恒載gk=4.5kN/m，活載qk=4.0kN/m
• 跨度：l=6m

抗彎承載力計算

按《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》(GB50367)進(jìn)行二次受力計算：

1. 原梁在加固前承受的彎矩Mo： Mo=1.0×(1.2×4.5+1.4×2.0)×62/8=67.5kN·m

2. 截面應(yīng)變分析： 假設(shè)原梁受壓區(qū)高度x=120mm 原梁鋼筋應(yīng)變εs1=(Mo/As)/(Es×(h0-x/3))=(67.5×10?/942)/(2.0×10?×(465-120/3))=0.00087

3. 加固后總彎矩設(shè)計值： Md=1.2×4.5+1.4×4.0=11.0kN/m M=11.0×62/8=49.5kN·m Mtot=67.5+49.5=117kN·m

4. 計算等效矩形應(yīng)力圖： 由平衡條件α1fcbx+α1fc'(b'-b)hf=Asfy+As'fy' 1.0×11.9×250x+1.0×14.3×50×50=942×335+603×400 解得x=138mm<ξbh0=0.55×515=283mm

5. 抗彎承載力： Mu=α1fcbx(h0-x/2)+α1fc'(b'-b)hf(h0-hf/2)+As'fy'(h0'-h0) =1.0×11.9×250×138×(515-138/2)+1.0×14.3×50×50×(515-25)+603×400×(550-35-515) =191.5kN·m>180kN·m（滿足）

抗剪承載力計算

1. 原梁抗剪貢獻(xiàn)： Vc1=0.7ftbh0=0.7×1.27×250×465=103.3kN Vs1=Asvfyvh0/s=2×50.3×270×465/200=63.1kN Vu1=Vc1+Vs1=166.4kN

2. 新增部分抗剪貢獻(xiàn)： Vc2=0.7ft'b'h0'=0.7×1.43×300×515=154.8kN Vs2=Asv'fyv'h0'/s'=2×50.3×270×515/150=93.3kN Vu2=Vc2+Vs2=248.1kN

3. 協(xié)同工作系數(shù)取0.9： Vutot=0.9×(166.4+248.1)=373.1kN>120kN（滿足）

撓度驗(yàn)算

1. 短期剛度Bs： 按規(guī)范公式計算得Bs=1.2×101?N·mm2

2. 長期剛度B： 考慮徐變系數(shù)θ=2.0 B=Bs/(θ-1)=1.2×101?/(2.0-1.0)=1.2×101?N·mm2

3. 撓度計算： f=5ql?/384B=5×8.5×6000?/(384×1.2×101?)=11.9mm<l/250=24mm（滿足）

裂縫寬度驗(yàn)算

按最不利情況計算： wmax=0.15mm<0.3mm限值（滿足）

構(gòu)造處理與施工要點(diǎn)

界面處理

1. 原混凝土表面鑿毛處理，露出骨料，鑿除深度不小于4mm
2. 采用高壓水槍清洗表面，去除松散顆粒
3. 涂刷界面劑（水泥漿摻107膠）

鋼筋工程

1. 新增縱筋通過植筋方式錨入支座，錨固長度35d=560mm
2. 新增箍筋與原箍筋每間隔500mm焊接一處
3. 鋼筋保護(hù)層厚度控制為20mm

混凝土澆筑

1. 采用C30微膨脹細(xì)石混凝土
2. 分層澆筑，每層厚度不超過300mm
3. 采用小型振搗器充分振搗
4. 養(yǎng)護(hù)時間不少于14天

質(zhì)量控制

1. 鉆芯檢測新增混凝土強(qiáng)度
2. 鋼筋掃描驗(yàn)證鋼筋位置
3. 粘結(jié)強(qiáng)度拉拔試驗(yàn)（≥1.5MPa）

經(jīng)濟(jì)性分析

對本加固方案進(jìn)行概算：

1. 直接費(fèi)用：

   • 材料費(fèi)：混凝土8.5m3×600元/m3=5100元 鋼筋1.2t×4500元/t=5400元
   • 人工費(fèi)：15工日×300元/工日=4500元
   • 機(jī)械費(fèi)：2000元
   • 小計：17000元

2. 間接費(fèi)用：

   • 設(shè)計檢測費(fèi)：5000元
   • 臨時支撐費(fèi)：3000元
   • 小計：800