鋼筋混凝土梁抗剪加固方法研究

（湄洲灣職業技術學院建筑工程系，莆田）

鋼筋混凝土梁是建筑結構中用量最多的構件類型之一，由于早期設計不足、施工質量水平不高、超負荷使用、自然環境影響等原因，造成抗剪承載力不足，導致剪切破壞，而剪切破壞是一種典型的脆性破壞，需要極力避免。

根據《混凝土結構設計規范》（GB50010-2010）[1]規定，配置箍筋混凝土梁的斜截面承載力設計值為：

式中：Vcs為構件斜截面受剪承載力設計值；αcv為斜截面混凝土受剪承載力系數；ft為混凝土軸心抗拉強度標準值；b 為截面的腹板寬度；h0為截面有效高度；fyv為箍筋抗拉強度標準值；Asv為配置在同一截面內箍筋各肢的全部截面面積；s 為沿構件長度方向的箍筋間距。

當混凝土梁出現抗剪承載力不足時，應立即采取措施進行加固和改造。

1 增加截面法[2]

增大截面加固法可以直接增加截面的寬度或有效高度，工藝簡單、受力可靠、加固費用低廉，是一種常見的抗剪加固方法。為了防止加固后的混凝土梁發生斜壓破壞（或腹板壓壞），同時限制在使用階段可能發生的斜裂縫寬度，受彎構件加固后的斜截面應符合以下條件：

當4＜hw/b＜6 時，按線性內插法確定。

式中，V 為構件加固后剪力設計值；βc為混凝土強度影響系數；b 為截面腹板寬度；hw為截面的腹板高度。

由于養護期長、減少建筑使用高度等原因，限制了增大截面法更廣泛的使用。采用增大截面法必須保證新舊混凝土界面的可靠粘結，如遇到原混凝土密實性太差甚至有孔洞、蜂窩等缺陷時，應先替換缺陷混凝土，再進行加固，以保證新舊混凝土可以協同工作。

2 置換混凝土加固法

置換混凝土加固法適用于混凝土強度偏低或混凝土內部存在嚴重缺陷的加固，常用于混凝土質量不合格或混凝土嚴重受損后的修復加固。換用混凝土的強度等級應比原構件混凝土提高一級，且不應低于C25。

3 外貼鋼板法

外貼鋼板法是在混凝土梁表面用粘結劑粘貼鋼板以提高其抗剪承載力的方法，粘貼時加錨封閉箍或U 形箍，不得僅在側面粘貼。外貼鋼板法施工速度快，養護時間短，且對建筑空間影響較小。外貼鋼板加固的有效性主要取決于鋼板的強度以及鋼板與混凝土之間的粘結強度。因此，采用外貼鋼板法時，需要根據使用環境選用正確的膠粘劑并做好鋼板的防銹工作。同增大截面加固法一樣，采用外貼鋼板法加固后混凝土梁截面尺寸也要式子（2）、（3）的要求。加固后的承載力提高值為：

式中：Vb,sp為粘貼鋼板加固后，對梁斜截面承載力的提高值；ψv為與鋼板的粘貼方式及受力條件有關的抗剪強度折減系數；Ab,sp為配置在同一截面處箍板各肢的截面面積之和；hsp為U 形箍板單肢與梁側面混凝土粘結的豎向高度；ssp為箍板的間距（mm）。

4 外包型鋼加固法

外包型鋼加固法，是采用橫向綴板或箍板為連接件，將型鋼包在原混凝土構件表面、四周或兩側的一種加固方法，外包型鋼對核心混凝土的變形有較強的約束作用，可大幅度提高原結構承載能力和抗震能力。這種加固方法適用面很廣，但加固費用較高，且同外貼鋼板法一樣需要根據使用環境選用正確的膠粘劑并做好鋼板的防銹工作。

5 增設支點加固法

增設支點加固法是一種傳統的加固法，通過增加支點改變結構的受力狀態，這種方法施工方便，受力可靠且可拆卸，經常用于搶險工程。但由于需要增加支點，會嚴重影響建筑空間使用，在很多場合應用受限。

6 FRP 加固法

傳統加固方法在提高結構或構件的剛度和承載力方面起到了一定的作用，但是也都存在著自重大、影響建筑使用高度、不耐腐蝕等缺點，FRP 材料因其耐腐蝕、輕質、施工便捷等優點，已經被廣泛應用于混凝土結構的加固中，同時由于FRP 對于不同截面形狀（如構件角部）的廣泛適用性，特別適合于混凝土梁的抗剪加固。

在梁的受剪加固中，FRP 的粘貼方式有多種，包括僅在梁兩側面粘貼FRP、于梁側和受拉面U 形粘貼FRP 以及沿整個梁截面封閉粘貼FRP。各國規范針對FRP 抗剪加固混凝土梁提出了不同的設計方法[3]：

（1）美國ACI 規范：

式中：Vf為FRP 抗剪承載力；fφ為與粘貼方式有關的折減系數，對于U形粘貼和側面粘貼，φf取0.85，封閉纏繞的φf取0.95；Af為FRP 橫截面面積；Ef為FRP 彈性模量；εfe為FRP 有效應變；β 為纖維與水平線的夾角；df為FRP 端部到受拉鋼筋中心距離； sf為FRP 條帶中心距。

（2）英國Concrete Society 設計規范：

式中：n 為與粘結方式有關的系數，封閉纏繞的為0，U 形黏貼的為1，側面粘結的為2；

β為纖維與水平線的夾角；εfse為FRP 的有效應變；Afs為垂直于FRP纖維方向截面面積，由于兩側對稱黏貼，所以Afs= 2bftf；df為FRP 端部到受拉鋼筋中心距離；Efd為FRP 的拉伸模量；lt,max為發揮完全錨固性能所需的錨固強度；sf為FRP 帶的縱向間隔。

（3）歐洲fib 設計規范：

式中,ef,ε為FRP 的有效應變；Ef為FRP 彈性模量；wb為超過有效深度橫截面的最小寬度；d 為橫截面的有效深度；fρ為FRP 配箍率；d為梁的有效高度；β為纖維與水平線的夾角。

（4）我國《碳纖維片材加固混凝土結構技術規程》[4]：

式中：Vbcf為碳纖維片材承擔的剪力；ncf為碳纖維片材的粘貼層數；wcf為環形箍或U 形箍的寬度；tcf為單層碳纖維片材的厚度；Scf為環形箍或U 形箍的凈間距；εcfv為達到受剪承載能力極限狀態時碳纖維片材的應變；Ecf為FRP 彈性模量；hcf為U 形箍粘貼高度。

FRP 三種粘結方式中，封閉粘貼加固效果最好，但應用范圍較小，在實際工程應用中很難實施。對于側面粘貼和U 形粘貼FRP 加固混凝土梁，梁的主要破壞模式為FRP 剝離破壞。該種破壞模態發生時，FRP 的有效應變主要是由FRP-混凝土粘結界面控制，FRP 的強度利用率很低，相關的設計規范建議采用端部錨固措施來防止FRP 剝離破壞[5]。

7 結語

綜上所述，應根據實際工程情況和使用環境選用不同的混凝土梁抗剪加固方法，相較于傳統的加固方法，FRP 材料因其耐腐蝕、輕質、施工便捷等優點，在混凝土抗剪加固中具有廣泛的應用前景。但FRP 容易發生剝離破壞，不能充分發揮FRP 材料性能，導致FRP 材料利用率低，各國的相關規范建議采用端部錨固措施來防止FRP 剝離破壞，但是并沒有給出有效的錨固設計和計算方法。因此，研究增強FRP 的錨固措施并提出可靠的設計施工方法，對于推廣FRP 在混凝土加固領域的應用具有重要的意義。