工程结构鉴定与加固技术

1工程结构鉴定与加固技术本课程的主要内容：◆概述◇加固改造的必要性◇加固改造涉及的主要内容◆结构可靠性检测与鉴定◇使用环境对材料的影响◇结构材料的一般检测方法◇结构可靠性鉴定◆结构（构件）加固设计◇基本原则及一般方法◇砼结构加固设计◇砌体结构加固设计◇钢结构加固设计◇地基基础加固设计◆抗震加固及增层改造的结构体系◇组合墙结构体系◇整体式外套结构体系◇分离式外套结构体系◆加固改造中的投资决策◇现有建筑的评估◇投资决策分析2◆工程实例1.概述1.1结构加固改造的必要性1.1.1结构的缺陷☆计算模式—理论计算和实际的差异☆环境作用—物理、化学和生物等对材料的损伤，老化☆人为因素—设计、施工和使用不当☆意外灾害—风、火、水、地震等☆规范修订—标准的提高1.1.2建筑业发展的趋势★建筑业的发展大致可以分为三个时期：☆战后重建(新建)—规模大、标准低☆新建与维修改造并重☆以维修改造为重点—现有建筑的规模和功能不能满足要求；新建费用高时间长，而改造工期短，投资少，效益高。★对建筑业来说，21世纪是维修改造的世纪！据美国劳工部门预测，维修改造业是最受欢迎的九大行业之一。1.2加固改造学的内容1.2.1结构现状的可靠性评价★现有建筑结构（材料）寿命的预测3★结构（构件）残余承载力的分析★结构及结构材料的检测★现有房屋的鉴定方法1.2.2结构加固改造方法的研究1.2.3加固改造后结构体系的分析1.2.4加固方案的（评价）确定★没有不可加固的结构，没有包打天下的加固方法，适才适用！★方案可行性分析时应考虑：☆安全性—施工和使用期间的安全☆施工方便—工期、施工难度☆适用性—使用要求、环境要求、空间要求等☆经济性2.结构可靠性检测与鉴定2.1使用环境对材料的影响2.1.1动力荷载对材料的影响2.1.2火灾、高温对材料的影响2.1.3腐蚀介质对材料的影响2.1.4冻融对材料的影响2.2结构材料的一般检测方法2.2.1结构体系的调查2.2.2砼结构材料的检测42.2.3砌体结构材料的检测2.2.4钢结构材料的检测2.2.5地基基础的检测2.3结构可靠性鉴定2.3.1可靠性鉴定方法及程序★鉴定分类☆正常使用性鉴定☆安全性鉴定☆可靠性鉴定★鉴定程序及工作内容委托初步调查鉴定目的、范围和内容详细调查补充调查安全性或使用性鉴定可靠性评定适修性评定鉴定报告☆初步调查包括：资料、历史、现场和鉴定计划☆详细调查包括：结构情况、使用条件、地基基础结构损伤、材料性能、必要的验算和检测等☆可靠性评定包括：安全性、使用性和可靠性评级。5按构件、子单元和鉴定单元分四级☆适修性评级：按构件、子单元和鉴定单元分四级2.3.2结构的鉴定等级及标准★分级内容☆构件安全性鉴定分级：根据承载力、构造连结、不适于承载的位移或裂缝等四个检查项目进行评定，分为au，bu，cu，du四级。☆子单元的安全性鉴定分级:民用建筑的第二层鉴定评级，包括地基基础、上部结构和维护结构。分为Au，Bu，Cu，Du四级。☆民用建筑鉴定单元分级：按子单元的安全性进行鉴定，分为Iu，IIu，IIIu，IVu四级。★分级标准☆Iu（Au或au）：安全性符合鉴定标准要求，承载能力正常，可不采取处理措施。☆IIu（Bu或bu）：安全性略低于鉴定标准要求，尚不影响承载能力，可能有少数构件应采取处理措施。☆IIIu（Cu或cu）：安全性不符合鉴定标准要求，影响承载能力，应采取处理措施，且可能有个别构件（子单元）须立即采取措施。☆IVu（Du或du）：安全性严重不符合鉴定标准要求，已不能正常承载，须立即采取处理措施。2.3.3（砼）构件安全性鉴定评级☆构件及其连接承载力评定标准评定标准构件类别R/0S6au级bu级cu级du级主要构件1.00.950.90.9一般构件1.00.950.850.85☆构造与连接评定标准评定标准检查项目au级或bu级cu级或du级连接或节点符合规范标准不符合规范标准基本无缺陷有严重缺陷受力预埋件合理，无变形损坏明显缺陷，变形损坏2.3.4子单元安全鉴定评级第二层次，包括：地基基础、上部承重结构和维护系统★地基基础（包括：地基、桩基和地基稳定性及基础和桩）☆按地基或桩基（变形）评定Au级：不均匀沉降满足标准，无沉降裂缝变形等Bu级：不均匀沉降满足标准，有轻微沉降裂缝(W1.5mm)Cu级：不均匀沉降不满足标准，连续2月速度2mm/月，有沉降裂缝(砌体W10mm；预制构件间W5mm)。Du级：不均匀沉降不满足标准，连续2月速度2mm/月，有沉降裂缝(砌体W10mm预制构件间W5mm)，发展明显。☆按地基（承载力）评定（有必要且有条件时）☆按基础评定抽查部分基础，按各基础所评等级评定该种基础；7有多种基础时，应分别评定后，取最低一个等级。☆按桩评定单桩评定按构件评定；一个承台所含群桩，按单桩结果综合（a,b,c,d的比例）；多承台时，取各承台最低一个等级。☆按地基稳定性评定—滑动史、滑动迹象等★上部承重结构☆每种主要构件安全性等级—根据a,b,c,d的比例综合☆每种一般构件安全性等级—根据a,b,c,d的比例综合☆结构整体性等级—根据结构、支撑和圈梁的布置、构造等☆不适于继续承载的结构侧向位移★维护系统的承重部分2.3.5鉴定单元可靠性评级在用房屋鉴定要点鉴定报告可靠性鉴定适修性鉴定鉴定单元安全性鉴定鉴定单元正常使用性鉴定子单元安全性鉴定子单元正常使用性鉴定地基基础上部承重结构维护系统8检查项目或构件承载力构造连接变形腐蚀其它2.4结构寿命的预测3.结构加固设计3.1结构加固的基本原则和一般方法3.1.1结构加固的特点及基本原则一、加固的特点★施工方面：☆场地狭窄，设备使用、操作困难☆工期短，甚至不停止使用。★设计方面：☆对原有结构（构件）的评价和利用；☆新旧结构（构件）的连接、新旧材料的连接；☆对相邻结构（构件）的影响；☆施工的可操作性等。二、加固的基本原则★全面了解原有结构及结构材料★结构方案应技术可靠、经济合理、方便施工★减少对原有建筑的损伤，尽量利用原有结构的承载能力★加固时，应加强对实际结构的检查，并随时消除隐患。93.1.2加固方法及选择一、直接加固法直接加固法是通过一些加固措施，直接提高构件截面承载力等。★加大截面加固法采用同种材料，对原构件进行加固。★外包（钢）加固法采用异种材料（高强度材料，如钢材等）对原构件进行加固。★预应力加固法：采用异种材料(钢筋等)，通过预应力使其与原构件共同受力★辅助结构加固法采用异种材料进行体外加固。如直接用型钢或钢构架与原构件形成组合结构，采取措施使其共同工作。★外部粘钢加固法用结构胶把钢板粘结在原构件的表面。★FRP(FiberReinforcedPlastic)加固法用结构胶把FRP（纤维增强塑料）粘结在原构件的表面★其他加固法二、间接加固法间接加固法是通过一些措施，改变结构传力途径，减少荷载效应。★增设构件加固法在原有构件之间增加一个新构件，减少原有结构的受荷面积。★增设支点加固法在梁、板、柱等构件上增设支点，减少计算跨度（长度）。10★增加结构整体性加固法通过支撑等构造措施使多个构件形成整体，整体破坏的概率小★改变结构刚度比加固法改变刚度比，调整结构的内力分布。★其他加固法3.2砼结构加固设计3.2.1砼受弯构件的加固一、加大截面加固法★受压区加现浇砼层加固法☆方法—在钢筋砼受弯构件受压区加砼现浇层☆原理—增加截面有效高度，扩大截面面积☆效果—提高构件正截面抗弯、斜截面抗剪能力和截面刚度☆受力特点—同二阶段受力的钢筋砼叠合受弯构件☆计算方法—同叠合受弯构件☆注意问题—新旧砼强度不同；新加部分与原构件可靠连接；叠合面抗剪承载力计算。☆设计思路—确定现浇砼层厚度验算正截面承载力并确定受压钢筋的数量判断结果是否合理验算斜截面和叠合面承载力。11受压区加现浇层加固梁计算简图★增大主筋面积加固法☆方法及原理—增大受拉主筋面积☆效果－提高构件正截面抗弯能力和截面刚度☆受力特点—当加固时不进行完全卸载时，加固后构件属二次受力构件，新加钢筋的应力和应变均滞后与原钢筋；当加固施工时采用完全卸载时，属一次受力构件，新加钢筋与原钢筋应力和应变将同步发展。☆计算方法—近似地按照一次受力构件计算，但应考虑实际二次受力和二次施工协同工作不如一次施工好等原因引起的新加受力钢筋强度得不到充分发挥的不利影响，对新加钢筋强度进行折减。☆注意的问题—界线破坏受压区高度系数b’☆设计思路—确定加固的范围计算新增受拉钢筋的面积。12新加钢筋连接短筋作用下作用下(a)(b)(c)(d)增大主筋面积加固梁截面计算简图a：连接短筋；b：截面示意；c：计算简图；d：截面应变★受拉区加现浇砼围套加固法☆方法—受拉区加现浇砼围套加固☆原理—增加受拉钢筋面积和截面有效高度☆效果－提高构件正截面抗弯、抗剪能力和截面刚度☆受力特点—同增大主筋面积加固梁☆计算方法—同增大主筋面积加固梁☆注意的问题—界线破坏受压区高度系数b”；原纵筋加固后在新载下其应力发展较慢☆设计思路—初步确定加固粱截面尺寸确定新增纵向钢筋的面积验算斜截面承载力判别加固方案是否满足要求，否则修改截面尺寸或采用其它加固方法13作用下作用下(a)(b)(c)(d)受拉区加现浇砼围套加固梁截面计算简图a:单面加固；b:三面加固；c：截面平均应变；d:承载力计c算简图二.预应力加固法★预应力水平拉杆加固法☆方法—受拉区增设预应力拉杆。☆原理—拉杆内产生轴向拉力，偏心地反作用于在构件中产生偏心受压作用，该作用克服了部分外荷载产生的弯矩，减少了外荷载效应，同时受弯构件变成偏心受压构件。☆效果—提高了构件的抗弯能力和斜截面抗剪承载力。☆受力特点—当水平拉杆与与构件底面紧密贴合形成一整体时，其结构性能和应力特征与后张预应力砼构件相似；14反之，拉杆不能与构件共同挠曲，其应力应变增量小于后张预应力砼构件，拉杆不能充分发挥作用。☆计算方法—原构件与水平拉杆组成了一个复合超静定结构体系可根据变形协调条件求解内力，截面承载力计算按偏心受压构件构件的方法。☆水平拉杆轴向拉力的确定—由预应力和新增荷载产生的拉力两部分组成:N=Ap（p－l）＋NN—水平拉杆的作用效应增量,由以下几部分组成：a.新增外荷载引起的变形：q=A＋B=c(sinA+sinB)=c(A+B)b.水平拉杆偏心反作用（弯矩）引起的变形：M=A＋B=－c(sinAM+sinBM)=c(AM+BM)c.水平拉杆反作用压力引起的变形：lAENccNd.水平拉杆轴向拉伸变形lAENppp上述变形应满足：=q＋M＋N15预应力水平拉杆加固梁截面计算简图水平拉杆与原构件组成的超静定体系计算简图及其变形(a):复合体系示意图；(b):新增荷载下的变形；（c）：拉杆反作用弯矩下的变形；(d):拉杆反作用轴力下的变形☆预应力的施加方法─机张法、电热法和横向收紧法。采用两根预应力水平拉杆横向收紧张拉时，横向收紧量Ha.无撑杆一点收紧:根据ppplHllE1221116得HlElEpppp121122()b.有撑杆一点收紧:根据ppplHllE12212得HlElllalEpppp1121121121()()c.有撑杆两点收紧:根据ppplHllE12211得：HlElEpppp121112()(a)图3.7水平拉杆横向收紧量计算简图(b):无撑杆一点收紧；(b):有撑杆一点收紧；（c）：两点收紧1—被加固构件；2—水平拉杆；3—收紧螺拴；4—撑杆☆设计思路—确定拉杆的截面面积。可近似按下式计算：AMMhfpupy0101根据偏压构件正截面承载力，计算拉杆所需承担的轴向拉力N17计算新增荷载作用下的水平拉杆作用效应增量N确定对水平拉杆施加的预应力值p，p应满足：plppNANA和pppyNAf1验算斜截面承载力判断结果的合理性，否则修改方案。★预应