直接剪切型錨栓鋼板在某工程加固中的運用

王　總

(上海水石建筑規(guī)劃設計股份有限公司重慶分公司，重慶　400000)

0　引言

根據(jù)國家規(guī)范，每一種建筑都有一定的設計使用年限。但在建筑的壽命周期內(nèi)，由于其用途發(fā)生改變，比如荷載增大，原有的結構構件不再能滿足承載力、變形的要求，需對其進行加固處理，或者由于設計、施工的缺陷，不能滿足使用要求，也需進行加固處理。

目前常用的加固方法有增大截面法、粘貼碳纖維法、粘貼鋼板法、外包型鋼法等。就梁的加固而言，增大截面法工藝簡單、造價低，但對建筑空間有一定影響，且構件自重增加，對于新增混凝土的質量難以保證。粘貼鋼板和粘貼碳纖維對施工質量的要求都很高，并且不宜在超過60 ℃的環(huán)境中使用，工程中屢見鋼板、碳纖維與原結構粘結不牢的現(xiàn)象，影響安全。普通錨栓鋼板加固法，錨栓與鋼板之間容易產(chǎn)生間隙，導致鋼板受力滯后，剛度提升有限。

重慶大學全學友教授首次提出了直接剪切型錨栓鋼板[1]加固系統(tǒng)的概念，其基本特征是加固鋼板與混凝土構件之間采用直接剪切型錨栓連接，所有錨栓側面與鋼板孔壁之間實現(xiàn)緊密接觸，從而保證群錨協(xié)同受力，最大限度發(fā)揮群錨的剪切剛度和受剪承載力，確保加固效果。該方法解決了粘貼碳纖維或鋼板加固等方法中耐火性差和易剝離的問題，是目前最先進的鋼筋混凝土構件加固方法,加固效果如圖1所示。

文獻[2][3]采用實驗和數(shù)值模擬的方法，分別對直接剪切型錨栓鋼板加固梁的抗彎、抗剪承載力進行分析。得出直剪型錨栓鋼板加固系統(tǒng)能有效地限制裂縫的發(fā)展，增大構件的抗彎剛度和延性以及減小撓度，顯著地改善構件的受力性能。

1　工程概況

本工程為重慶某辦公樓，地下1層，地上21層。基本風壓0.4 kN/m2。抗震設防烈度6度，設計地震分組第一組，場地類別Ⅱ類。該工程主體結構已竣工。后經(jīng)抽查發(fā)現(xiàn)地下室頂板未在消防車道區(qū)域輸入消防車荷載。消防車道活荷載為35 kN/m2，原始的活荷載僅為5 kN/m2，荷載嚴重不足。

按規(guī)范要求，基礎設計可不考慮消防車荷載，故無需考慮新增消防車荷載對基礎的影響。經(jīng)核算，柱子軸壓比及配筋均滿足條件，原始的板厚、配筋均能滿足條件。但梁的承載力嚴重不足，需進行加固處理。圖2為該消防車道局部結構布置圖及KL1配筋圖。該區(qū)域主梁截面為450 mm×900 mm，次梁截面為300 mm×650 mm。

2　加固方法

選取圖2所示的KL1作為本文研究的對象。對比增加消防車荷載前后該梁的彎矩和配筋值，如表1所示。表中彎矩單位為kN·m，配筋單位為cm2。從表1中可以看出，增加消防車荷載后，彎矩值增大了6倍。配筋值增大了70%左右。原施工圖配筋不能滿足施加消防車荷載后的配筋要求。

表1　活載增加前后梁結果對比

在通常的加固方法中，當配筋差值不超過40%時，采用碳纖維加固法，當配筋差值超過40%時，采用直接剪切型錨栓鋼板加固法，亦可采用增大截面法。對于此工程，受地下室凈高限制，不能采用截面向下增大的增大截面法，若采用上翻梁的增大截面法，至少需增高300 mm，由于區(qū)域過大，不利于頂板板面的管道安裝、排水系統(tǒng)的設置。故最終選擇直接剪切型錨栓鋼板加固法。

文獻[1]指出：只要設計上認為在構件表面附著鋼板并協(xié)同受力就能提高構件的承載力，通過本發(fā)明提供的錨栓副就能使加固板件立即介入受力，顯示出較現(xiàn)有技術加固方法更優(yōu)良的特性。故可參照粘貼鋼板加固法來計算所需鋼板的面積。

采用YJK軟件試算，選取Q345鋼板，梁頂和梁底均采用寬300 mm，厚8 mm的鋼板，可滿足承載力要求。進一步根據(jù)《混凝土結構加固設計規(guī)范》9.2.3條[4]復核計算結果，即本文式(1)～式(3)。計算結果見表2。初定的鋼板截面能滿足設計需求。

(1)

(2)

(3)

表2　鋼板加固計算結果

加固做法如圖3，圖4所示。對于主次梁相交處，在次梁兩側各附加兩道鋼板。具體做法如圖5，圖6所示。

3　施工方法

直接剪切型錨栓鋼板的施工，必須保證鋼板與錨栓桿側面與鋼板孔側壁之間實現(xiàn)緊密無間隙安裝，最大限度保證錨栓群的協(xié)同受力和加固的可靠性。總體上遵循以下要求：

1)按設計要求初步確定直接剪切型錨栓鋼板在構件上的位置，采用鋼筋探測儀準確標識出構件內(nèi)鋼筋的位置；

2)將鋼板覆蓋范圍內(nèi)的鋼筋映射到鋼板上，以確定直接剪切型錨栓鋼板中錨栓的鉆孔位置，鋼板上的錨栓孔必須避開梁內(nèi)的鋼筋；

3)對梁底沿長度方向布置直接剪切型錨栓鋼板，直接剪切型錨栓的鉆孔位置可以與設計位置略有變動，但長度1 m范圍內(nèi)錨栓孔平均間距應基本符合設計間距要求；

4)抗剪加固的直接剪切型錨栓鋼板，可適當調(diào)整直接剪切型錨栓孔在高度上的位置以避開梁體的縱向構造鋼筋，適當調(diào)整其水平向的位置以避開箍筋；

5)錨栓孔采用A級植筋膠灌注密實，鋼板周邊縫隙及錨栓孔與鋼板間縫隙采用B級結構膠進行封堵，鋼板與混凝土界面間采用壓力注射粘鋼環(huán)氧樹脂A級膠灌注。

4　結語

采用直接剪切型錨栓鋼板加固法，可以有效規(guī)避其余方法的不足之處，滿足工程需要。實際工程設計時，對所需鋼板的計算可參照粘貼鋼板加固法進行，并且仍應按照文獻[4]的要求對被加固的構件進行檢測、鑒定。

參考文獻:

[1]全學友.直接剪切型加固組件：CN 102787730 B[P]．2015-04-29.

[2]張鵬.直接剪切型錨栓鋼板加固RC梁抗彎承載力研究[D].重慶:重慶大學碩士學位論文,2015.

[3]蒲琳.直剪型錨栓鋼板加固鋼筋混凝土梁抗剪性能試驗研究[D].重慶:重慶大學碩士學位論文,2013.

[4]GB 50367—2013,混凝土結構加固設計規(guī)范[S].