1、Construction&DesignForProject工程建设与设计1引言随着社会发展，现有建筑项目维护及改建需求越来越大，结构加固技术随之得到广泛应用。建筑结构加固主要探讨如何使受损建筑物恢复使用功能，或使建筑物满足使用功能变化要求。现今，混凝土建筑结构工程加固可分为间接加固与直接加固两种形式，其适用范围存在一定差异。随着加固技术的不断成熟，GB 503672013混凝土结构加固设计规范等进一步明确了结构加固技术的标准。为全面提升加固效果，本文探讨钢筋混凝土结构加固的设计要点。2钢筋混凝土架构加固技术2.1增大截面法该方法常用于受弯、受压的钢筋混凝土构件，其设计思路是通过增加构件横截面面
2、积、预设钢筋等方法提升整个结构的稳定性1。根据构件受力特征可分为单侧、双侧（或三侧）加固及四面包套加固方法。2.2外包钢加固法该方法是在原有混凝土结构件上增设型钢加固的工艺，具有提升结构延性与承载力的效果，常用于屋架、混凝土柱、梁等构件，具有施工工艺便捷、现场工作量少等优势。与传统工艺相比，外包钢加固法的型钢可与构件形成整体，达到协同【作者简介】孟敏婕（1981），女，浙江嘉兴人，高级工程师，从事建筑结构设计与研究。建筑结构工程中钢筋混凝土结构加固设计分析Analysis of Reinforcement Design of Reinforced Concrete Structurein St
3、ructural Engineering孟敏婕（嘉兴南洋职业技术学院，浙江 嘉兴 314000）MENG Min-jie(Jiaxing Nanyang Vocational and Technical College,Jiaxing 314000,China)【摘要】针对建筑结构工程中钢筋混凝土结构加固难度大的问题，对钢筋混凝土结构加固技术展开分析，以碳纤维加固技术为研究对象，提出混凝土结构加固设计思路，解决传统技术应用中结构加固设计不合理问题，实现了钢筋混凝土结构加固设计的优化目标。研究结果表明，钢筋混凝土结构加固设计不仅可满足建筑结构工程的使用目标，也可提升项目经济效益。【Abstrac
4、t】Aiming at the difficult problem of reinforced concrete structure reinforcement in building structure engineering,it analyzesreinforced concrete structure reinforcement technology,takes carbon fiber reinforcement technology as the research object,puts forwardconcrete structure reinforcement design
5、ideas,solves the unreasonable problem of structural reinforcement design in traditional technologyapplication,and realizes the optimization goal of reinforced concrete structure reinforcement design.The results show that the reinforcementdesign of reinforced concrete structure can not only meet the
6、use objectives of building structure engineering,but also improve theeconomic benefits of the project.【关键词】建筑；结构工程；钢筋混凝土；加固设计【Keywords】architecture;structural engineering;reinforced concrete;reinforcing design【中图分类号】TU375；TU746.3【文献标志码】A【文章编号】1007-9467（2023）06-0022-03【DOI】10.13616/ki.gcjsysj.2023.06
7、.00722作用的效果，基本不会影响原构件的尺寸和结构，且施工周期更短。但该方法存在一定不足，例如，对钢材的需求量偏大，并且一旦选用了不耐高温或不耐腐蚀的材料，则会影响构件使用年限。现有工程案例的相关结果显示，采用外包钢加固法，可显著延缓纵向钢筋屈服，且缀板间距越小，加固效果越好。2.3预应力加固法通过外加预应力钢拉杆或型钢实现结构加固，有助于强化构件承载力与抗裂性。目前，预应力加固法常用于高应力状态结构，与传统工艺相比，该工艺几乎不缩小使用空间，且有助于改善构件挠度，是一种有效的加固技术，但成本较高。2.4碳纤维加固法碳纤维加固法常用于混凝土抗剪与抗弯加固中，在各类民用建筑物、工业建筑物中较
8、常见。该技术是将具有极强抗拉强度的碳纤维用环氧树脂预浸成复合增强材料后，粘贴于需要补强的结构表面，形成新的复合体（见图1）。与其他加固法相比，碳纤维加固法几乎不增加构件的结构尺寸与自重，且具有耐腐蚀、耐久性等优点，有助于降低加固成本，延长建筑结构工程的使用年限。现阶段，在建筑工程所使用的碳纤维复合材料有黏合性、抗腐蚀性与抗疲劳等优点，但在施工过程中要注意避免因为基底处理不当、锚固措施不合理或胶黏剂质量不好等质量缺陷导致碳纤维材料剥离，导致材料强度无法充分发挥。目前该方法常见于受弯、受剪、轴心受压、大偏压和受拉混凝土构件，通过该方法可减小裂缝宽度、增强梁体的抗变形能力，强化承载能力。图 1碳纤维
9、布加固现场图3钢筋混凝土结构加固技术设计研究综合对比几种常见的结构加固技术，发现碳纤维加固技术的应用范围较广，且可降低总施工成本，因此，在技术设计中以该技术为研究对象。3.1碳纤维加固技术在梁抗弯结构加固中的应用3.1.1加固设计在建筑结构工程中碳纤维加固技术的核心思想是在梁底粘贴加固材料，或者先对结构施加预应力后再粘贴。为寻找一种理想的结构设计方法，本文采用标准的抗弯加固形式，具体施工流程包括：1）清理表面结构。用环氧树脂灌封，清理梁体结构表面凸出部分，使表面光滑。2）配置并涂刷底层树脂。根据厂商提供的工艺施工，将底层树脂均匀涂抹在混凝土表面，材料干燥后找平。3）粘贴碳纤维加固材料。用滚筒将
10、加固材料表面气泡挤出，使树脂充分浸透碳纤维材料，同时在施工中避免损坏碳纤维材料。4）表面防护。碳纤维加固材料粘贴满意后，在表面设置一层2 cm细石混凝土进行保护。3.1.2破坏模式设置常见的钢筋混凝土结构梁体破坏模式分为3种：断裂、受拉钢筋未屈服受压区混凝土压碎、受拉钢筋屈服受压区混凝压碎2。其中断裂常见于梁体配筋率较低时，结构承担主要拉力，一旦破坏可以发现脆性破坏表面，并发出“噼、啪”声响，断裂表面发现开裂宽度大，提示结构破坏。3.1.3实例研究以某钢筋混凝土结构的矩形截面简支梁为例，该构件跨度达5 600 mm，横截面尺寸长宽=500 mm250 mm；纵向结构筋为HRB400，混凝土等级
11、C30，结构安全等级为二级。因建筑物建成时间较早，梁钢筋发生锈蚀，检测结构显示截面失效率超过8%。在碳纤维加固技术设计中，材料参数指标如表1所示。表 1材料参数指标评估项目指标参数碳纤维布极限强度/MPa碳纤维布极限拉应变标准值碳纤维布的弹性模量/GPa3 3500.015 8212在本次加固中，碳纤维布使用量为1层，采用“侧面U形”粘贴方法，粘贴高度与梁高度相同。设计方案是分别在梁体结构上粘贴不同层数碳纤维布，以检测结构加固效果。加固后检测梁体受力结构变化情况，根据功能函数变化Architectural and Structural Design建筑与结构设计23Construction&D
12、esignForProject工程建设与设计评估梁体结构效果。本次检测结果显示，当碳纤维布为0层时，功能函数为3.13；随着碳纤维布粘贴数量增加，其可靠性函数水平明显提升，其中碳纤维布为1层时达3.6，碳纤维布2层时为4.42，碳纤维布3层时为4.92，碳纤维为4层时为5.03。在综合对比上述数据后，发现碳纤维布3层与4层时的数据差异较小，因此在考虑成本等因素后最终决定在该项目中设计3层碳纤维布。3.2碳纤维加固技术在混凝土柱加固中的应用3.2.1加固形式与技术要求在混凝土柱加固中，常见加固形式分为两种。1）预制壳法。在混凝土柱表面包裹预制的碳纤维壳，该材料可经过环氧树脂粘贴在混凝土柱的表面，
13、或经灌胶法直接固定在混凝土柱表面。2）连续缠绕法。将碳纤维布缠绕在混凝土表面，其优点是可精准控制碳纤维布的厚度和方向3。根据相关规定，在采用碳纤维布加固混凝土柱时，技术人员在施工方案设计中应考虑以下问题。1）当碳纤维布材料中的纤维方向绕构件转角粘贴时，转角位置曲率半径应大于2 cm。2）若使用多条碳纤维布加固设计，则理想的搭接位置相互错开，避免重叠，且平行受力方向的搭接长度应控制在100 mm以下。3）为提升加固效果，可视情况采取锚固措施。3.2.2可靠度计算在混凝土柱可靠度计算中，应根据构件截面承载力数值展开判断，其计算方法如式（1）所示。Nd0.9（fcA+fyAs）（1）式中，Nd为轴向
14、压力设计值，MPa；为混凝土构件稳定系数值；A为构件的截面积，mm2；As为全部纵筋截面面积，mm2；fc为混凝土抗压强度设计值，MPa；fy为钢筋抗拉强度设计值，MPa。3.2.3破坏模式当混凝土柱的承载力超过约束力时会导致邻近混凝土压碎脱落，在距离荷载点较远一侧，混凝土结构出现横梁裂缝，靠近荷载的混凝土逐渐压碎剥落，随后柱被破坏。3.2.4加固实例假设某混凝土柱的截面半径为150 mm，轴向压力设计值为1 570 kN，混凝土强度等级为C30，纵向受力筋材料为HRB400，安全等级为二级，结构内部受压钢筋出现锈蚀，其截面损失率超过12%。在本案例中采用碳纤维布加固技术，碳纤维布材料的相关参
15、数如表2所示。表 2碳纤维布材料参数评估指标数值碳纤维布拉应变碳纤维布厚度/mm碳纤维布的弹性模量/GPa0.004 50.17230在加固方案设计中，分别设计碳纤维布的不同层数，分别取加固层数n=1层、2层、3层、4层、5层进行检测。检测结果显示，在混凝土柱经过加固后，其结构受压可靠度提升4.7%8.3%，受弯可靠度指标同样有明显提升，该结果证明，增加碳纤维布的覆盖层数是强化加固效果的合理手段。比较4层碳纤维布与5层碳纤维布的加固效果后，发现可靠性指标变化不明显，因此可认为，在混凝土柱加固中采用4层碳纤维布的设计方法具有可行性。4结语在当前建筑结构工程中，钢筋混凝土结构技术多种多样，且不同加
16、固技术的应用范围存在明显差异，技术人员在加固方案设计中应注意不同加固技术的特征与适用范围。本文对碳纤维布加固技术进行研究后发现，通过该技术可达到有效加固钢筋混凝土结构的目的，满足钢筋混凝土梁结构与柱结构加固要求。根据案例项目的检测结果，显示在梁结构加固中，使用3层碳纤维布所取得满意加固效果与4层结构的差异不显著；在混凝土柱结构加固中，4层碳纤维布的加固效果与5层差异不明显。因此本文研究结果有效综合加固效果与成本要求，对于类似加固工程具有一定的指导作用。【参考文献】1刘天祥.钢筋混凝土结构加固在工业厂房改造中的应用J.工程建设与设计,2022(9):202-204.2安红灿.钢筋混凝土结构加固技术特点及应用研究J.四川水泥,2022(2):103-105.3李刚.工业厂房改造中钢筋混凝土结构加固要点探讨J.房地产世界,2021(19):100-102.【收稿日期】2023-01-1324