雷立志 潘琰楓

武漢弘泰建筑工程質(zhì)量檢測有限公司（430070）

0 引言

梁加固工程中，目前常用的加大截面、粘鋼等直接加固法都要求先進行卸載，已經(jīng)投入使用的建筑物很難滿足此條件?！痘炷良庸淘O(shè)計規(guī)范》2013版相較2016版[1]，增加了預(yù)應(yīng)力碳纖維復(fù)合板加固法，根據(jù)規(guī)范說明:此方法適用于截面偏小或配筋不足的鋼筋混凝土受彎、受拉和大偏心受壓構(gòu)件的加固[2]，可知其對受彎構(gòu)件是比較合適的。而且此方法對構(gòu)件進行加固，可不采取卸除作用在被加固結(jié)構(gòu)上活荷載的措施，相比傳統(tǒng)加固方法在其適用加固范圍以內(nèi)是具有一定優(yōu)勢的。

1 預(yù)應(yīng)力碳板加固理念

預(yù)應(yīng)力碳板加固構(gòu)件過程中，碳板在施加預(yù)應(yīng)力后會有一個收縮的力，在碳板和碳板膠與加固構(gòu)件形成整體以后，收縮力會給加固構(gòu)件一個偏心軸力。預(yù)應(yīng)力碳板可以在原構(gòu)件不變形的情況下，主動參與到整個結(jié)構(gòu)的受力體系當(dāng)中，因此可以在不卸載的情況下進行加固。碳板本身韌性好，可以使加固構(gòu)件撓度減小、原有裂縫寬度收縮并且預(yù)防新的裂縫產(chǎn)生[3]。文章結(jié)合實際工程對此加固方法進行介紹。

2 工程案例

2.1 工程基本情況

某學(xué)校新建禮堂，采用單層框架結(jié)構(gòu)，層高9 m，局部在4.5 m高度處有夾層（禮堂工作平臺用）。結(jié)構(gòu)主要設(shè)計數(shù)據(jù)如下:框架柱混凝土等級采用C35，梁板混凝土強度采用C30，各構(gòu)件縱筋以及箍筋均為HRB400。設(shè)計荷載取值如下:屋面附加恒載（保溫隔熱層等自重）取3.5 kN/m2，屋面活荷載取0.5 kN/m2，屋面層結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。

圖1 屋面層結(jié)構(gòu)布置圖

由于N×5~11、P×5~11及R×5~11軸屋面梁跨度達24 m，且未使用預(yù)應(yīng)力。為了解此大跨度梁的承載性能是否能滿足設(shè)計要求，結(jié)構(gòu)施工完畢后，業(yè)主委托檢測公司對該部分結(jié)構(gòu)進行原位加載試驗。

2.2 靜載試驗介紹及試驗結(jié)果

1）靜載試驗。靜載試驗主要依據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計資料及《混凝土結(jié)構(gòu)試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50152—2012）。本工程選擇使用狀態(tài)試驗以及承載力試驗，試驗中主要測試構(gòu)件的變形及裂縫[4]。

2）確定加載荷載。根據(jù)使用狀態(tài)以及承載力各設(shè)計要求，加載值分別按如下公式計算:

①使用狀態(tài):準(zhǔn)永久組合設(shè)計值=恒載＋可變荷載×可變荷載的準(zhǔn)永久系數(shù)；

②承載能力狀態(tài):取max{1.2×恒載＋1.4×活載，1.35×恒載＋1.4×0.9×活載}。

根據(jù)設(shè)計荷載取值，本工程兩種試驗荷載加載值主要考慮板上均布荷載，具體值見表1。

表1 使用狀態(tài)以及承載能力試驗加載值

比較兩種試驗狀態(tài)的最大加載限值，最大加載值取承載力設(shè)計值中的大值，圖1中陰影區(qū)為加載范圍。

3）終止加載條件。根據(jù)規(guī)范要求，加載過程中結(jié)構(gòu)出現(xiàn)下列現(xiàn)象時應(yīng)立即停止加載，分析原因后如認(rèn)為需繼續(xù)加載，宜增加荷載分級，并應(yīng)采取相應(yīng)的安全措施:①控制測點的變形、裂縫、應(yīng)變等已達到或超過理論控制值；②結(jié)構(gòu)的裂縫、變形急劇發(fā)展；③出現(xiàn)《混凝土結(jié)構(gòu)試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50152—2012）中標(biāo)7.3.3所列的承載力標(biāo)志；④發(fā)生其他形式的意外試驗現(xiàn)象。

4）試驗結(jié)果。試驗加載采用水壓均布加載進行，加載方式按規(guī)范分級加載。試驗過程中主要對擾度以及裂縫進行監(jiān)測。根據(jù)試驗結(jié)果，特定值下試驗梁的擾度以及裂縫主要監(jiān)測值見表2。

表2 加固前梁現(xiàn)場加載試驗監(jiān)測值

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，最終得出結(jié)論如下:試驗梁在荷載未達到預(yù)定荷載時，裂縫寬度已經(jīng)達到使用狀態(tài)的檢驗指標(biāo)，依據(jù)規(guī)范相關(guān)規(guī)定可知三根試驗梁均不滿足正常使用狀態(tài)，不滿足設(shè)計要求。

2.3 加固設(shè)計與施工

1）加固設(shè)計。根據(jù)檢測結(jié)果，三根大跨度梁均需進行加固。經(jīng)詳細(xì)計算，梁彎矩以及剪力在恒載以及活荷載作用下彎矩以及剪力標(biāo)準(zhǔn)值見表3及表4。

表3 恒載以及活載下梁彎矩標(biāo)準(zhǔn)值（kN·m）

表4 恒載以及活載下梁剪力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）

比較分析可知，恒載作用下內(nèi)力值占比很大。由于主要荷載（構(gòu)件自重）已加載完畢，僅活荷載以及建筑面層作用為作用于結(jié)構(gòu)主體。綜合比較現(xiàn)場情況以及施工情況后采用預(yù)應(yīng)力碳板對試驗梁進行加固。

經(jīng)詳細(xì)計算后，預(yù)應(yīng)力碳板最終主要設(shè)計信息如下:①加固材料為高強度I級碳纖維板，碳板寬度50 mm，厚度4.0 mm；②預(yù)應(yīng)力碳板張拉控制應(yīng)力為1 150 MPa，即單條張拉力為230 kN，張拉控制應(yīng)變?yōu)?.9‰，張拉采用應(yīng)力和應(yīng)變雙控，且偏差需不大于6%，各加固梁具體設(shè)計見表5。

表5 加固梁設(shè)計參數(shù)

2）加固施工。根據(jù)預(yù)應(yīng)力碳板加固特點以及設(shè)計要求，主要施工步驟:搭設(shè)腳手架→清理障礙物→放線、驗線→清理粘貼預(yù)應(yīng)力碳板混凝土結(jié)構(gòu)面→混凝土結(jié)構(gòu)面找平→種植安裝錨栓→安裝預(yù)應(yīng)力碳板的固定端支座和張拉端支座→粘貼預(yù)應(yīng)力碳纖維板并進行張拉→檢驗→表面防護→報驗。

施工注意要點:①加固前必須先對構(gòu)件裂縫及缺陷進行修復(fù)；②結(jié)構(gòu)面須找平并清理干凈無粉塵；構(gòu)件表面凹陷部位應(yīng)采用環(huán)氧膠修復(fù)至表面平整。加固前采用丙酮或工業(yè)酒精等有機溶劑清洗混凝土表面，確?；炷帘砻嫫秸麩o粉塵；③碳纖維復(fù)合板材粘貼面使用前應(yīng)使用丙酮擦拭干凈，否則粘貼表面殘留的油污易影響膠粘劑與碳纖維復(fù)合板材之間黏結(jié)力。

2.4 加固后靜載試驗

加固施工完成后，為檢驗加固施工質(zhì)量并查驗加固后梁承載能力，檢測單位對試驗梁按加固前試驗重新對試驗梁進行加載試驗。靜載試驗內(nèi)容、加載取值以及測試內(nèi)容同加固前靜載試驗，最終結(jié)果見表6。

表6 加固后梁現(xiàn)場加載試驗監(jiān)測值

依據(jù) 《混凝土結(jié)構(gòu)試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50152—2012）及 《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50010—2010），使用狀態(tài)試驗結(jié)果以及承載力狀態(tài)試驗結(jié)果均滿足規(guī)范要求，達到設(shè)計要求。

可見采用預(yù)應(yīng)力碳板對梁進行加固是成功的，采用預(yù)應(yīng)力碳板不僅提高了構(gòu)件承載力，而且貴構(gòu)件剛度也有一定的提高[5]。

3 結(jié)論及建議

通過大跨度梁加固后靜載試驗結(jié)果可以知道，預(yù)應(yīng)力碳板加固梁效果良好，能有效提高構(gòu)件的承載能力，提高構(gòu)件剛度，延緩裂縫的出現(xiàn)。該加固工藝操作簡單，安全可靠，值得大范圍推廣應(yīng)用。