《混凝土结构加固设计规范》GB50367.docx

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《混凝土结构加固设计规范》GB50367

《混凝土结构加固设计规范》-GB50367

2.1.8绕丝加固法compressionmemberconfinedbyreinforcingwire

该法系通过缠绕退火钢丝使被加固的受压构件混凝土受到约束作用，从而提高其极限承载力和延性的一种直接加固法。

2.1.9外加预应力加固法structurememberstrengtheningwithexternallyappliedprestressing

通过施加体外预应力，使原结构、构件的受力得到改善或调整的一种间接加固法。

2.1.10植筋bondedrebars

以专用的结构胶粘剂将带肋钢筋或全螺纹螺杆锚固于基材混凝土中。

2.1.11结构胶粘剂structrualadhesives

用于承重结构构件粘接的、能长期承受设计应力和环境作用的胶粘剂，简称结构胶。

2.1.12纤维增强复合材fibrereinforcedploymer（FRP）

采用高强度的连续纤维按一定规则排列，经浸渍适配的胶粘剂固化后形成具有增强效应的复合材料，简称纤维复合材。

2.1.13复合砂浆compositemortar（polymermortar）

掺有改性环氧乳液或其他改性共聚物乳液的高强度水泥砂浆，也称聚合物砂浆。

适合承重结构用的复合砂浆除了应能改善其自身的物理力学性能外，还应能显著提高其锚固钢筋和粘结混凝土的能力。

2.1.14有效截面面积effectivecross-sectionarea

扣除孔洞、缺损、锈蚀层、风化层等削弱、失效部分后的截面。

2.1.15加固设计使用年限designworkinglifeforstrengtheningofexistingstructureoritsmember

加固设计规定的结构、构件加固后无需重新进行检测、鉴定即可按其预定目的使用的时间。

2.2符号

2.2.1材料性能

Eso——原构件钢筋弹性模量；

Es——新增钢筋弹性模量；

Ea——新增型钢弹性模量；

Esp——新增钢板弹性模量；

Ef——新增纤维复合材弹性模量；

fco——原构件混凝土轴心抗压强度设计值；

fyo、

——原构件钢筋抗拉、抗压强度设计值；

fy、

——新增钢筋抗拉、抗压强度设计值；

fa、

——新增型钢抗拉、抗压强度设计值；

fsp、

——新增钢板抗拉、抗压强度设计值；

ff——新增纤维复合材抗拉强度设计值；

ff,v——纤维复合材与混凝土粘结强度设计值；

fbd——结构胶粘剂粘结强度设计值；

fud——锚栓抗拉强度设计值；

εf——纤维复合材拉应变设计值；

εfe——纤维复合材环向围束有效拉应变设计值。

2.2.2作用效应及承载力

N——构件加固后轴向力设计值；

M——构件加固后弯矩设计值；

V——构件加固后剪力设计值；

Mok——加固前受弯构件验算截面上原作用的初始弯矩标准值；

σs——新增纵向钢筋受拉应力；

σso——原构件纵向受拉钢筋或受压较小边钢筋的应力；

σa——新增型钢受拉肢或受压较小肢的应力；

εfo——纤维复合材滞后应变；

ω——构件挠度或预应力反拱。

2.2.3几何参数

ho、ho1——构件加固后和加固前的截面有效高度；

hw——构件截面的腹板高度；

hn——受压区混凝土的置换深度；

hsp——梁侧面粘贴钢箍板的竖向高度；

hf——梁侧面粘贴纤维箍板的竖向高度；

hef——锚栓有效锚固深度；

Aso、

——原构件受拉区、受压区钢筋截面面积；

As、

——新增构件受拉区、受压区钢筋截面面积；

Afe——纤维复合材有效截面面积；

Acor——环向围束内混凝土截面面积；

Asp、

——新增受拉钢板、受压钢板截面面积；

Aa、

——新增型钢受拉肢、受压肢截面面积；

ls——植筋基本锚固深度；

ld——植筋锚固深度设计值；

ll——植筋受拉搭接长度；

D——钻孔直径；

Wet——锚栓截面抵抗矩；

2.2.4计算系数

α1——受压区混凝土矩形应力图的应力值与混凝土轴心抗压强度设计值的比值；

βc——混凝土强度影响系数；

β1——矩形应力图受压区高度与中和轴高度的比值；

αc——新增混凝土强度利用系数；

αs——新增钢筋强度利用系数；

αa——新增型钢强度利用系数；

αsp——防止混凝土劈裂引用的计算系数；

ψ——折减系数、修正系数或影响系数；

——增大系数或提高系数。

3基本规定

3.1一般规定

3.1.1混凝土结构经可靠性鉴定确认需要加固时，应根据鉴定结论和委托方提出的要求，由有资质的专业技术人员按本规范的规定和业主的要求进行加固设计。

加固设计的范围，可以是整幢建筑物或其中某独立区段，也可以是指定的结构、构件或连接，但均应考虑该结构的整体性是否需要加强。

3.1.2加固后混凝土结构的安全等级，应根据结构破坏后果的严重性、结构的重要性和加固设计使用年限，由委托方与设计方按实际情况共同商定。

3.1.3混凝土结构的加固设计，应与实际施工方法紧密结合，采取有效措施，保证新增构件和部件与原结构连接可靠，新增截面与原截面粘结牢固，形成整体共同工作；并应避免对未加固部分，以及相关的结构、构件和地基基础造成不利的影响。

3.1.4对高温、高湿、低温、冻融、化学腐蚀、振动、温度应力、地基不均匀沉降等影响因素引起的原结构损坏，应在加固设计中提出有效的防治对策，并按设计规定的顺序进行治理和加固。

3.1.5混凝土结构的加固设计，应综合考虑其技术经济效果，避免不必要的拆除或更换。

3.1.6对加固过程中可能出现倾斜、失稳、过大变形或坍塌的混凝土结构，应在加固设计文件中提出相应的临时性安全措施，并明确要求施工单位必须严格执行。

3.1.7混凝土结构的加固设计使用年限，应按下列原则确定：

1结构加固后的使用年限，应由业主和设计单位共同商定；

2一般情况下，宜按30年考虑；到期后，若重新进行的可靠性鉴定认为该结构工作正常，仍可继续延长其使用年限；

3对使用胶粘方法或掺有聚合物加固的结构、构件，尚应定期检查其工作状态。

检查的时间间隔可由设计单位确定，但第一次检查时间不应迟于10年。

3.1.8未经技术鉴定或设计许可，不得改变加固后结构的用途和使用环境。

3.2设计计算原则

3.2.1混凝土结构加固设计采用的结构分析方法，应遵守现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010（以下简称现行设计规范GB50010）规定的结构分析基本原则，且在一般情况下，应采用线弹性分析方法计算结构的作用效应。

3.2.2加固混凝土结构时，应按下列规定进行承载能力极限状态和正常使用极限状态的设计、验算：

1结构上的作用，应经调查或检测核实，并应按本规范附录A的规定和要求确定其标准值或代表值，若此项工作已在可靠性鉴定中完成，宜加以引用。

2被加固结构、构件的作用效应，应按下列要求确定：

1）结构的计算图形，应符合其实际受力和构造状况；

2）作用效应组合和组合值系数以及作用的分项系数，应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009确定，并应考虑由于实际荷载偏心、结构变形、温度作用等造成的附加内力。

3结构、构件的尺寸，对原有部分应采用实测值；对新增部分，可采用加固设计文件给出的名义值。

4原结构、构件的混凝土强度等级和受力钢筋抗拉强度标准值应按下列规定取值：

（1）当原设计文件有效，且不怀疑结构有严重的性能退化时，可采用原设计的标准值；

（2）当结构可靠性鉴定认为应重新进行现场检测时，应采用检测结果推定的标准值；

（3）当原构件混凝土强度等级的检测受实际条件限制而无法取芯时，允许采用回弹法检测，但其强度换算值应按本规范附录B的规定进行龄期修正，且仅允许用于结构的加固设计。

5加固材料的性能和质量，应符合本规范第4章的规定；其性能的标准值应按本规范第3.2.3条确定；其性能的设计值应按本规范各相关章节的规定采用。

6验算结构、构件承载力时，应考虑原结构在加固时的实际受力状况，即加固部分应变滞后的特点，以及加固部分与原结构共同工作程度。

7加固后改变传力路线或使结构质量增大时，应对相关结构、构件及建筑物地基基础进行必要的验算。

8地震区结构、构件的加固，除应满足承载力要求外，尚应复核其抗震能力；不应存在因局部加强或刚度突变而形成的新薄弱部位；同时，还应考虑结构刚度增大而导致地震作用效应增大的影响。

注：

本规范的各种加固方法，原则上可用于结构的抗震加固，但具体采用时，尚应在设计、计算和构造上执行现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011和《建筑抗震加固技术规范》JGJ116的规定和要求。

3.2.3加固材料性能的标准值（fk），应根据抽样检验结果按下式确定：

fk＝mf–k·s（3.2.3）

式中：

mf——按n个试件算得的材料强度平均值；

s——按n个试件算得的材料强度标准差；

k——与

、c和n有关的材料强度标准值计算系数，由表3.2.3查得。

——正态概率分布的分位值；根据材料强度标准值所要求的95%保证率，取

＝0.05；

c——检测加固材料性能所取的置信水平（置信度），由本规范有关章节作出规定。

表3.2.3材料强度标准值计算系数k值

n

＝0.05时的k值

n

＝0.05时的k值

c＝0.99

c＝0.95

c＝0.90

c＝0.75

c＝0.99

c＝0.95

c＝0.90

c＝0.75

4

－

5.145

3.957

2.680

15

3.102

2.566

2.329

1.991

5

－

4.202

3.400

2.463

20

2.807

2.396

2.208

1.933

6

5.409

3.707

3.092

2.336

25

2.632

2.292

2.132

1.895

7

4.730

3.399

2.894

2.250

30

2.516

2.220

2.080

1.869

10

3.739

2.911

2.568

2.103

50

2.296

2.065

1.965

1.811

3.2.4为防止结构加固部分意外失效而导致的坍塌，在使用胶粘剂或掺有聚合物（如改性混凝土、复合砂浆等）的加固方法时，其加固设计除应按本规范的规定进行外，尚应对原结构进行验算。

验算时，应要求原结构、构件能承担n倍恒载标准值的作用。

当可变荷载（不含地震作用）标准值与永久荷载标准值之比值不大于1时，取n＝1.2；当该比值等于或大于2时，取n＝1.5；其间按线性内插法确定。

3.3加固方法及配合使用的技术

3.3.1混凝土结构的加固分为直接加固与间接加固两类，设计时，可根据实际条件和使用要求选择适宜的加固方法及配合使用的技术。

3.3.2直接加固采用的方法一般有：

1增大截面加固法

该法用于梁、板、柱、墙等构件和一般构筑物的加固时，其优点为施工工艺简单、适应性强，且有长期的使用经验；其缺点是：

施工湿作业时间长，在混凝土养护期间需限制荷载，且加固后结构自重增大、建筑使用空间减小。

2置换混凝土加固法

该法用于各种结构构件的局部加固处理时，其优点为构件加固后能恢复原貌，不改变原使用空间；缺点是剔除旧混凝土的工作量大，易伤及原构件的钢筋，且湿作业时间较长。

3外粘型钢加固法

该法用于柱、桁架、梁和一般构筑物的加固时，其优点为受力可靠、能显著提高结构、构件的承载能力、对使用空间影响小、施工简便且湿作业少；缺点是对使用环境的温度有限制，且加固费用较高。

4外粘钢板加固法

该法用于受弯及受压构件的加固时，其优点为施工工期短、加固后几乎不改变构件外形和使用空间；缺点是对使用环境的温度有限制，对弧形构件表面的粘贴不易吻合；且钢板较薄，需作防锈处理等。

5粘贴纤维复合材加固法

该法用于钢筋混凝土受弯构件及受压构件的加固时，其优点为轻质高强，一般无需搭接，能适应曲面形状混凝土的粘贴要求，耐腐蚀、耐潮湿、施工便捷；缺点是对使用环境的温度有限制，且需作专门的防护处理。

若防护不当，易遭受火灾和人为损坏。

6绕丝加固法

该法用于提高混凝土构件的位移延性时，其优点为构件加固后增加自重较少、外形尺寸变化不大；缺点是对矩形截面混凝土构件承载力提高不显著，限制了其应用范围。

7高强钢丝绳网片-复合砂浆外加层加固法

该法用于钢筋混凝土受弯构件及大偏心受压构件时，其优点为原构件的修补和界面处理较为简便；网片的受力性能较好；若采用高强不锈钢丝绳，还能耐腐蚀价质的作用；缺点是对复合砂浆性能和质量的要求较高，而市场上供应的产品（聚合物砂浆）一般性能较差，若不专门配制，容易发生安全质量问题；另外，高强不锈钢丝及高性能的复合砂浆的单价较高；使用前，需做较细緻的技术经济综合评估才能确定其适用性。

3.3.3间接加固采用的方法一般有：

1预应力加固法

该法用于大跨度结构以及处于高应力、应变状态下大型结构的加固时，其优点是能改变原结构内力分布、降低原构件的应力水平、消除新加杆件的应变滞后现象并显著改善结构的使用功能；缺点是在有生产性热源且结构表面温度经常大于60℃的环境中使用时，其防护处理较难，且费用较高。

2增设支点加固法

该法用于对使用条件和外观要求不高的场所，以及抢险工程的临时性支顶时，其优点为受力明确、简便可靠，且易拆卸、复原；其缺点是显著影响使用空间。

3.3.4与结构加固方法配合使用的技术主要有：

1裂缝修补技术

主要有两类：

一是以保护钢筋不受侵蚀、混凝土不渗漏为目的的表面封闭法和填充密封法；另一是在保护钢筋的同时，还要求通过注入补强作用的胶粘剂以恢复混凝土强度的压力注浆法或注射法。

2锚固技术

主要指植筋技术和锚栓技术。

前者适用于承重结构加固中的构件连接、接长以及施工漏埋钢筋或钢筋偏离设计位置的补救；后者适用于金属构件（如钢部件、幕墙龙骨等）与混凝土结构的连接、紧固；也用于其他加固材料（如粘钢、外包钢和纤维复合材料粘贴等）与混凝土基层粘结的附加锚固。

其优点是定位准确、施工方便；缺点是增加加固工程造价。

3阻锈技术

防治已有混凝土结构、构件的钢筋锈蚀，宜采用能有效抑制或阻断有害离子对钢筋侵蚀的化学物质为阻锈剂，通过喷涂与渗透，使阻锈剂吸附于钢筋表面或在混凝土中形成低渗透率、高透气性的隔离层，在阻断有害离子和水分与钢筋接触的同时，使腐蚀电流的下降速率显著加快，从而起到阻锈作用。

在结构加固中，可根据不同品种阻锈剂的阻锈能力和适用范围进行选择。

4材料

4.1水泥

4.1.1混凝土结构加固用的水泥，应优先采用强度等级不低于32.5级的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥；也可采用矿渣硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥，但其强度等级不应低于42.5级；必要时，还可采用快硬硅酸盐水泥。

注：

1当混凝土结构有耐腐蚀、耐高温要求时，应采用相应的特种水泥。

2配制复合砂浆用的水泥，其强度等级不应低于42.5级，且应符合复合砂浆产品说明书的规定。

4.1.2水泥的性能和质量应分别符合现行国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》GB175、《快硬硅酸盐水泥》GB199和《矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥》GB1344的规定。

4.1.3结构加固工程中，严禁使用过期水泥、受潮水泥以及无出厂合格证和未经进场检验合格的水泥。

4.2混凝土

4.2.1结构加固用的混凝土，其强度等级应比原结构、构件提高一级，且不得低于C20级。

4.2.2配制结构加固用的混凝土，其骨料的品种和质量应符合下列要求：

1粗骨料应选用坚硬、耐久性好的碎石或卵石。

其最大粒径：

对现场拌合混凝土，不宜大于20mm；对喷射混凝土，不宜大于12mm；对短纤维混凝土，不宜大于10mm；粗骨料的质量应符合现行行业标准《普通混凝土用卵石和碎石质量标准及检验方法》JGJ53的规定；不得使用含有活性二氧化硅石料制成的粗骨料；

2细骨料应选用中、粗砂；对喷射混凝土，其细度模数尚不宜小于2.5；细骨料的质量应符合现行行业标准《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》JGJ52的规定。

4.2.3混凝土拌合用水应采用饮用水或水质符合现行行业标准《混凝土拌合用水标准》JGJ63规定的天然洁净水。

4.2.4结构加固用的混凝土，允许使用商品混凝土，但其所掺的粉煤灰应是I级灰，且其烧失量不应大于5%。

4.2.5当结构加固工程选用聚合物混凝土、微膨胀混凝土、钢纤维混凝土、合成短纤维混凝土或喷射混凝土时，应在施工前进行试配，经检验其性能符合设计要求后方可使用。

注：

不得使用铝粉作为混凝土的膨胀剂。

4.3钢材及焊接材料

4.3.1混凝土结构加固用的钢筋，其品种、质量和性能应符合下列要求：

1应优先选用HRB335级热轧带肋钢筋或HPB235级（Q235级）的热轧钢筋；当有工程经验时，尚允许使用HRB400级或RRB400级的热轧带肋钢筋；

2钢筋的质量应分别符合现行国家标准《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》GB1499、《钢筋混凝土用热轧光园钢筋》GB13013和《钢筋混凝土用余热处理钢筋》GB13014的规定；

3钢筋的性能设计值应按现行设计规范GB50010的规定采用；

4不得使用无出厂合格证、无标志或未经进场检验的钢筋以及再生钢筋。

4.3.2混凝土结构加固用的钢板、型钢、扁钢和钢管，其品种、质量和性能应符合下列要求：

1应采用Q235级（3号钢）或Q345级（16Mn钢）钢材；对重要结构的焊接构件，若采用Q235级钢，应选用Q235-B级钢；

2钢材质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T700和《低合金高强结构钢》GB/T1591的规定；

3钢材的性能设计值应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的规定采用；

4不得使用无出厂合格证、无标志或未经进场检验的钢材。

4.3.3当混凝土结构锚固件为植筋时，应使用热轧带肋钢筋，不得使用光园钢筋。

植筋用的钢筋，其质量应符合本规范第4.3.1条的规定。

4.3.4当锚固件为钢螺杆时，应采用全螺纹的螺杆，不得采用锚入部位无螺纹的螺杆。

螺杆的钢材等级应为Q345级或Q235级；其质量应分别符合现行国家标准《低合金高强结构钢》GB/T1591和《碳素结构钢》GB/T700的规定。

4.3.5当承重结构的锚固件为锚栓时，其钢材的性能指标必须符合表4.3.5–1或表4.3.5–2的规定。

表4.3.5–1碳素钢及合金钢锚栓的钢材抗拉性能指标

性能等级

4.8

5.8

6.8

8.8

锚栓钢材

性能指标

抗拉强度标准值fuk（MPa）

400

500

600

800

屈服强度标准值fyk或fs,0.2k（MPa）

320

400

480

640

伸长率δ5（%）

14

10

8

12

注：

性能等级4.8表示：

fstk＝400MPa；fyk/fstk＝0.8。

表4.3.5–2不锈钢锚栓（奥氏体A1、A2、A4、A5）的钢材性能指标

性能等级

50

70

80

螺纹直径M（mm）

≤39

≤24

≤24

锚栓钢材

性能指标

抗拉强度标准值fuk（MPa）

500

700

800

屈服强度标准值fyk或fs,0.2k（MPa）

210

450

600

伸长值δ（mm）

0.6d

0.4d

0.3d

注：

锚栓伸长值应按现行国家标准GB/T3098.6-2000规定的方法测定。

4.3.6混凝土结构加固用的焊接材料，其型号和质量应符合下列要求：

1焊条型号应与被焊接钢材的强度相适应；

2焊条的质量应符合现行国家标准《碳钢焊条》GB5117和《低合金钢焊条》GB5118的规定；

3焊接工艺应符合现行行业标准《钢筋焊接及验收规程》JGJ18或《建筑钢结构焊接规程》JGJ81的规定；

4焊缝连接的设计原则及计算指标应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的规定。

4.4纤维和纤维复合材

4.4.1生产纤维增强复合材料（以下简称纤维复合材）用的纤维应为连续纤维，其品种和性能应符合下列要求：

1承重结构加固用的碳纤维，必须选用聚丙烯腈基（PAN基）12k或12k以下的小丝束纤维，严禁使用大丝束纤维；

2承重结构加固用的玻璃纤维，必须选用高强度的S玻璃纤维或含碱量低于0.8%的E玻璃纤维，严禁使用A玻璃纤维或C玻璃纤维；

3纤维（复丝浸胶后）的主要力学性能必须符合本规范附录C表C.0.1的规定。

4.4.2结构加固用的纤维复合材必须采用符合本规范第4.4.1条要求的连续纤维与改性环氧树脂胶粘剂复合而成。

使用前必须按本规范表4.4.2–1或表4.4.2–2规定的性能指标和质量要求进行安全性及适配性检验。

检验时，实测的纤维复合材抗拉强度标准值应根据置信水平C＝0.99、保证率为0.95的要求，按本规范第3.2.3条计算确定。

表4.4.2–1碳纤维复合材安全性及适配性检验合格指标

类别

项目

单向织物（布）

条形板

高强度

Ⅰ级

高强度

Ⅱ级

高强度

Ⅰ级

高强度

Ⅱ级

抗拉强度标准值ff,k（MPa）

≥3400

≥3000

≥2400

≥2000

受拉弹性模量Ef（MPa）

≥2.4×105

≥2.1×105

≥1.6×105

≥1.4×105

伸长率（%）

≥1.7

≥1.5

≥1.7

≥1.5

弯曲强度ffb（MPa）

≥700

≥600

—

—

层间剪切强度（MPa）

≥45

≥35

≥50

≥40

仰贴条件下纤维复合材与混凝土正拉粘结强度（MPa）

≥max{2.5,ftk}，且为混凝土内聚破坏

纤维体积含量（%）

—

—

≥65

≥55

单位面积质量（g/m2）

200、250、300

200、250、300

—

—

注：

1表中ftk为被加固构件混凝土的抗拉强度标准值，按现行设计规范GB50010的规定采用。

2L形预成型板（L形板）的安全性及适配性检验合格指标按高强度Ⅱ级条形预成型板（条形板）采用。

表4.4.2–2玻璃纤维单向织物复合材安全性及适配性检验合格指标

项目

类别

抗拉强度

标准值

（MPa）

受拉弹性

模量

（MPa）

伸长

率

（%）

弯曲强度（MPa）

仰贴条件下纤

维复合材-混

凝土粘接正拉

强度（MPa）

单位面积质量（g/m2）

层间剪切强度

（MPa）

S玻璃

≥2200

≥1.0×105

≥3.2

≥600

≥max{2.5,ftk}，且为混凝土内聚破坏

300~450

≥40

E玻璃

≥1500

≥7.2×104

≥2.8

≥500

300~4