H型鋼加固混凝土梁技術(shù)在工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用思考

■唐 春 ■山西太鋼工程技術(shù)有限公司，山西 太原 030009

作為整體而共同工作的一種結(jié)構(gòu)形式，鋼筋混凝土組合梁充分利用了鋼和混凝土兩種材料和結(jié)構(gòu)特性。但是由于該種組合梁的低承載力和極易受拉的鋼材，再加上施工時(shí)需考慮受壓時(shí)的穩(wěn)定性，工程技術(shù)和有關(guān)科研人員越來越重視對現(xiàn)有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)和加固。目前最常用的是結(jié)構(gòu)膠粘接鋼板加固技術(shù)，該技術(shù)具有所需原材料重量較小、所占空間小、施工周期短等優(yōu)點(diǎn)，但是也由于該技術(shù)對粘結(jié)鋼板數(shù)量的限制而縮小了應(yīng)用空間。因此，為了大幅度提高加固后梁的抗剪和抗彎承載力，本文提出了一種H型鋼加固混凝土梁技術(shù)，采用該技術(shù)不僅增強(qiáng)了組合梁的變形能力、延性和承載能力，而且具有重要的理論意義和工程價(jià)值。

1 工程概況和加固方案

1．1 工程概況

某大廈工程為太原市的舊改工程，由住宅樓和主樓組成，主樓2.3萬平方米，住宅樓0.72萬平方米。主樓分地下一層和地上二十層，地下一層為框剪結(jié)構(gòu)，樓板為現(xiàn)澆混凝土板。該工程始于1997年，2001年收工，后來由于資金鏈斷裂，導(dǎo)致該工程一直無法完工而成為爛尾樓。直到2007年才有新業(yè)主打算對該工程進(jìn)行改造，重新利用，改造目的主要是對該大廈部分結(jié)構(gòu)的使用功能進(jìn)行改變。改造對象主要是大廈的第三層，大約500平方米。該層以前欲用來作為設(shè)計(jì)辦公室，目前想將其變?yōu)檐噹?。最終經(jīng)過計(jì)算和驗(yàn)證，原來活荷載為2KN/m2，現(xiàn)在需要將其提升至12KN/m2，才能滿足承載力增加后的新使用條件。最終經(jīng)過鑒定分析和計(jì)算，可得出以下結(jié)論:(1)承載能力提升后，剪力墻仍然可以承受改造后的實(shí)際載荷，但是柱子受到影響，如果經(jīng)過加固處理仍然滿足改造后的需要;(2)部分樓板無法承受增加后的抗彎承載力和剛度，混凝土框梁和次梁同樣達(dá)不到使用的要求。根據(jù)以上鑒定，需對板、梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行重點(diǎn)加固處理。

1．2 加固方案

活荷載提升后，梁和板的承載能力和剛度也需要大幅度提升，有以下幾種方案可供選擇:方案一，采用后澆混凝土疊合層技術(shù);方案二，采用粘貼碳纖維、繞絲或者鋼絲繩網(wǎng)技術(shù);方案三，重新對混凝土進(jìn)行澆注;方案四，H鋼加固混凝土梁技術(shù)的使用。以上方案大體可分為直接加固和間接加固法，前三種方案均屬直接加固法，方案四為間接加固法。

方案一可以使得梁和板的承載力和剛度都得到大幅度的提高，并且安全耐用。缺點(diǎn)是，不僅施工周期長，養(yǎng)護(hù)困難，并且還會改變整體外觀的尺寸和形狀。方案二是被經(jīng)常采用的一種技術(shù)，但是該技術(shù)只能是在有限的承載能力提高的范圍內(nèi)，承載能力提高最多不超過40%，并且對于截面剛度無法改變。除此之外，耐高溫性和耐久性也比較差，而且造價(jià)高，該技術(shù)只適用于小工程的改造。方案三不僅影響原結(jié)構(gòu)，而且造價(jià)成本高，浪費(fèi)也大，最主要是無法充分利用原結(jié)構(gòu)承載能力。方案四不僅可以改變板和梁的承載能力和剛度，而且改造周期短、養(yǎng)護(hù)周期也短，并且施工量小、成本適中。

2 加固設(shè)計(jì)和實(shí)施

2．1 加固設(shè)計(jì)

在加固、改造之前首先要分析板和梁在增加承載能力后所受到的影響，經(jīng)分析、鑒定發(fā)現(xiàn)框主梁和次梁都未破損，部分梁和現(xiàn)澆板有裂縫，這與混凝土硬化縮合有關(guān)，但不降低其承載能力。

單向樓板尺寸為6m×3m，將在樓板下增設(shè)H鋼以增強(qiáng)其剛度和承載能力，布置圖如圖1中的GCL所示。

圖1 加固板平面布置圖

由圖1可知，2根H型鋼和一根混凝土次梁共同支撐取代了原來位于兩主梁之間樓板一根次梁的單獨(dú)支撐。板的跨度與之前相比縮小了二分之一，該跨度的降低，使得樓板的承載力進(jìn)一步提高，混凝土樓板的負(fù)荷由新GCL有效分擔(dān)。樓板通過加固后完全可以滿足改建后的新使用需要。

原來的混凝土框梁截面為200×500，沿混凝土梁軸線底部增設(shè)H鋼，利用H鋼加固混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造以提高該結(jié)構(gòu)的承載能力和剛度，并且對截面抗剪要求也要滿足，平面布置圖如圖1中的GL所示。

2．2 加固實(shí)施

圖1中GCL尺寸為H350×200×8×14，Q235材質(zhì)。以粘鋼技術(shù)處理H鋼與混凝土樓板的交界處，節(jié)點(diǎn)板固定上部。在端梁與框架梁連接的地方各設(shè)置一400×400的鋼墊板，板厚16mm，化學(xué)錨栓固定其兩端，錨栓規(guī)格為M22，墊板焊接鋼板，鋼板再與H鋼連接，連接方式為高強(qiáng)螺栓固定。加固混凝土框梁，沿混凝土框梁軸線處設(shè)置一H型鋼，其規(guī)格與GCL等同，為保工作質(zhì)量和減少改造周期，在H鋼兩端各設(shè)置一端梁，長度為0.5m。焊接短梁一端與節(jié)點(diǎn)板，另一端采用高強(qiáng)螺栓與H鋼拼接，然后以化學(xué)錨作為抗剪連接件以保證H鋼與混凝土梁的協(xié)同效應(yīng)。

3 加固分析

3．1 樓板加固分析

作為連續(xù)單向的樓板的新增支撐新GCL，樓板跨度減小了1.5m，按照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50017——2003)計(jì)算方法進(jìn)行分析，以1m板帶寬度計(jì)算，由塑形理論可得出樓板抗彎承載能力前后變化。結(jié)果顯示，雖然樓板活荷載由加固前的2.0KN/m2增加到加固后的12.0KN/m2，但是由于樓板跨度縮小一半，承載彎矩與原來設(shè)計(jì)彎矩相比減小了二分之一，加固后樓板完全滿足承載能力增大之后的新使用要求。

3．2 次梁加固計(jì)算分析

新GCL支撐樓板所分擔(dān)荷載等同于次梁分擔(dān)荷載，采取樓板加固分析方法對次梁加固進(jìn)行分析計(jì)算，結(jié)果顯示，新GCL可以對混凝土樓板載荷進(jìn)行有效分擔(dān)?；炷链瘟号c新GCL加固后的抗彎承載、抗剪等能力都得到加強(qiáng)，皆滿足結(jié)構(gòu)抗力的要求，并且安全儲備良好，不僅如此，跨中擾度同樣符合承載加強(qiáng)后的新要求。

3．3 框梁加固計(jì)算分析

以截面尺寸為200×500度為6米的框梁跨為例進(jìn)行計(jì)算分析其承載能力和擾度，計(jì)算方法與上述計(jì)算等同，新GL有效提高了框梁的抗彎、截面剛度以及抗剪承載能力，而且加固后的框梁達(dá)到了結(jié)構(gòu)抗力的相關(guān)要求。

4 結(jié) 語

舊大廈改造利用H型鋼加固混凝土梁技術(shù)，可以對樓板跨度進(jìn)行有效縮減，并且對次梁的承受載荷進(jìn)行分擔(dān)，在很大程度上提高了梁、樓板的承載力與剛度，使得加固后的梁和板都滿足載荷增加的使用要求，除此之外，H型鋼加固混凝土梁技術(shù)的使用，也是符合我國大規(guī)模工程改造與基本建設(shè)要求的，而且彰顯了該技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，對未來的加固技術(shù)發(fā)展都具有理論意義和借鑒意義。

［1］李硯波，方超，劉洪立.鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)在加固工程中的應(yīng)用［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2007，37(1):71-74.

［2］何嶸.H型鋼加固混凝土梁技術(shù)在工程結(jié)構(gòu)改造中的應(yīng)用［J］.工程設(shè)計(jì)，2013，28(8):48-50.

［3］李硯波.型鋼加固混凝土組合梁彎剪作用下的試驗(yàn)研究和理論分析［D］.天津，天津大學(xué)建筑工程學(xué)院，2007.