本文圍繞混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)算例展開，深入探討從理論到實(shí)踐的全過程，在理論方面，詳細(xì)闡述了混凝土結(jié)構(gòu)加固的基本原理、常用方法及相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范依據(jù)，如增大截面法、粘貼纖維復(fù)合材料法等的原理及適用范圍，通過具體算例，展示如何依據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀況，包括承載能力、變形等要求，運(yùn)用理論計(jì)算確定合理的加固參數(shù)，在實(shí)踐環(huán)節(jié)，介紹算例在實(shí)際工程中的應(yīng)用要點(diǎn)，包括材料選擇、施工工藝流程及質(zhì)量控制關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，同時(shí)分析了算例中可能遇到的問題及解決對(duì)策，體現(xiàn)了理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的重要性，

混凝土結(jié)構(gòu)加固是建筑工程中常見的改造手段,隨著建筑使用年限的增加、功能需求的改變或設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的提高，許多既有建筑需要進(jìn)行加固改造，本文將通過一個(gè)詳細(xì)的算例，系統(tǒng)介紹混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)的全過程，包括荷載計(jì)算、承載力驗(yàn)算、加固方案比選以及施工要點(diǎn)等內(nèi)容，為工程技術(shù)人員提供實(shí)用的參考。

工程概況

本算例以某辦公樓三層框架結(jié)構(gòu)為例,原結(jié)構(gòu)建于1990年代，現(xiàn)因功能調(diào)整需在頂層增加設(shè)備用房，導(dǎo)致樓面活荷載由原設(shè)計(jì)的2.0kN/m2提高至4.0kN/m2，經(jīng)檢測(cè)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，鋼筋為HPB235和HRB335，需對(duì)不滿足承載力的梁板進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。

原結(jié)構(gòu)承載力驗(yàn)算

荷載計(jì)算

1. 恒荷載：

   • 樓面做法：1.2kN/m2
   • 梁自重：0.25×0.6×25=3.75kN/m
   • 板自重：0.12×25=3.0kN/m2

2. 活荷載：4.0kN/m2（改造后）

3. 設(shè)計(jì)荷載組合：

   • 基本組合：1.2恒+1.4活
   • 標(biāo)準(zhǔn)組合：1.0恒+1.0活

梁正截面受彎承載力驗(yàn)算

選取典型框架梁KL1(250×600)進(jìn)行驗(yàn)算： 原配筋：下部3Φ20(As=942mm2)，上部2Φ16(As=402mm2)

計(jì)算過程：

1. 計(jì)算彎矩設(shè)計(jì)值： Mmax = 1.2×(3.75+3.0×4.5)+1.4×4.0×4.5 = 1.2×17.25 + 1.4×18 = 20.7 + 25.2 = 45.9kN·m

2. 計(jì)算承載力： α1fcbx = fyAs x = (300×942)/(1.0×11.9×250) = 94.9mm Mu = α1fcbx(h0-x/2) = 1.0×11.9×250×94.9×(565-94.9/2) = 147.5kN·m > 45.9kN·m (滿足)

梁斜截面受剪承載力驗(yàn)算

Vmax = 1.2×17.25×5.7/2 + 1.4×18×5.7/2 = 59.0 + 71.8 = 130.8kN

原配箍筋Φ8@200雙肢箍： Vu = 0.7ftbh0 + 1.25fyv(Asv/s)h0 = 0.7×1.27×250×565 + 1.25×210×(100.6/200)×565 = 125.6 + 74.8 = 200.4kN > 130.8kN (滿足)

板承載力驗(yàn)算

原板厚120mm,配筋Φ8@150雙向： As = 335mm2/m

Mmax = (1.2×4.2 + 1.4×4.0)×4.52/8 = 11.84×20.25/8 = 30.0kN·m/m

承載力： x = (210×335)/(1.0×11.9×1000) = 5.9mm Mu = 1.0×11.9×1000×5.9×(100-5.9/2) = 6.8kN·m/m < 30.0kN·m/m (不滿足)

加固方案設(shè)計(jì)

根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果,樓板承載力不足，需進(jìn)行加固，考慮三種方案：

增大截面法

將板厚由120mm增加至150mm,新增混凝土強(qiáng)度C30，配筋Φ8@200雙向。

計(jì)算新增承載力： 新增恒載：0.03×25=0.75kN/m2 總恒載：1.2+3.0+0.75=4.95kN/m2

Mnew = (1.2×4.95 + 1.4×4.0)×4.52/8 = 12.74×20.25/8 = 32.3kN·m/m

新增配筋承載力： x = (210×335 + 360×251)/(1.0×14.3×1000) = 11.2mm Mu = 1.0×14.3×1000×11.2×(125-11.2/2) = 19.1kN·m/m 總承載力：6.8+19.1=25.9kN·m/m < 32.3kN·m/m (仍不滿足)

碳纖維布加固

采用300g/m2碳纖維布，設(shè)計(jì)強(qiáng)度2000MPa，彈性模量230GPa，單層厚度0.167mm。

計(jì)算加固后承載力： εcu = 0.0033 εcf = min(0.01, 0.0033×(600-125)/125) = 0.0125 > 0.01 取0.01 Ecfεcf = 230×103×0.01 = 2300MPa > 2000MPa 取2000MPa

Af = 0.167×1000 = 167mm2/m x = (210×335 + 2000×167×0.9)/(1.0×11.9×1000) = 32.8mm Mu = 1.0×11.9×1000×32.8×(100-32.8/2) + 2000×167×0.9×(120-32.8) = 31.9 + 26.3 = 58.2kN·m/m > 32.3kN·m/m (滿足)

鋼板加固

采用2mm厚Q235鋼板,寬度200mm，間距600mm。

Af = 2×200 = 400mm2/0.6m = 667mm2/m x = (210×335 + 210×667)/(1.0×11.9×1000) = 16.2mm Mu = 1.0×11.9×1000×16.2×(100-16.2/2) + 210×667×(120-16.2) = 17.7 + 14.5 = 32.2kN·m/m ≈ 32.3kN·m/m (基本滿足)

方案比選與確定

綜合考慮后選擇碳纖維加固方案,因其施工快捷、對(duì)建筑使用影響最小，且承載力提高幅度足夠。

碳纖維加固詳細(xì)設(shè)計(jì)

1. 材料選擇：

   • 碳纖維布：高強(qiáng)度Ⅰ級(jí)，300g/m2
   • 配套膠粘劑：A級(jí)膠，正拉粘結(jié)強(qiáng)度≥2.5MPa

2. 粘貼方案：

   • 板底滿貼一層碳纖維布,纖維方向與受力方向一致
   • 端部附加U型箍錨固,寬度200mm，間距300mm

3. 構(gòu)造要求：

   • 板角部粘貼45°斜向附加層，寬度500mm
   • 跨中搭接長(zhǎng)度不小于200mm

4. 防火處理：

   涂抹15mm厚防火涂料,耐火極限1.5小時(shí)

施工工藝流程

1. 基層處理：

   • 剔除板底抹灰層,露出混凝土基層
   • 用角磨機(jī)打磨平整,去除浮漿層
   • 裂縫處灌注環(huán)氧樹脂修補(bǔ)

2. 表面處理：

   • 涂刷底層環(huán)氧樹脂,厚度0.5mm
   • 混凝土表面凹陷處用找平膠修補(bǔ)

3. 碳纖維粘貼：

   • 按設(shè)計(jì)尺寸裁剪碳纖維布
   • 涂刷浸漬膠,粘貼碳纖維布
   • 使用專用滾筒沿纖維方向滾壓,排除氣泡

4. 表面防護(hù)：

   • 涂刷防護(hù)面膠
   • 防火涂料施工

5. 質(zhì)量檢驗(yàn)：

   • 空鼓率檢測(cè)不大于5%
   • 正拉粘結(jié)強(qiáng)度現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

加固后驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

1. 外觀檢查：

   • 碳纖維布粘貼平整,無(wú)皺折、鼓泡
   • 膠層厚度均勻,無(wú)漏涂

2. 性能檢測(cè)：

   • 正拉粘結(jié)強(qiáng)度≥2.5MPa且為混凝土內(nèi)聚破壞
   • 空鼓面積小于