9.2 受弯构件正截面加固计算
9.2.1 采用粘贴钢板对梁、板等受弯构件进行加固时,除应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010正截面承载力计算的基本假定外,尚应符合下列规定:
1 构件达到受弯承载能力极限状态时,外贴钢板的拉应变εsp应按截面应变保持平面的假设确定;
2 钢板应力σsp取等于拉应变εsp与弹性模量Esp的乘积;
3 当考虑二次受力影响时,应按构件加固前的初始受力情况,确定粘贴钢板的滞后应变;
4 在达到受弯承载能力极限状态前,外贴钢板与混凝土之间不致出现粘结剥离破坏。
9.2.2 受弯构件加固后的相对界限受压区高度ξb,sp应按加固前控制值的0.85倍采用,即:
ξb,sp=0.85ξb (9.2.2)
式中:ξb——构件加固前的相对界限受压区高度,按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的规定计算。
9.2.3 在矩形截面受弯构件的受拉面和受压面粘贴钢板进行加固时(图9.2.3),其正截面承载力应符合下列规定:
式中:M——构件加固后弯矩设计值(kN·m);
χ——混凝土受压区高度(mm);
b、h——矩形截面宽度和高度(mm);
ƒsp、ƒ′sp——加固钢板的抗拉、抗压强度设计值(N/mm2);
Asp、A′sp——受拉钢板和受压钢板的截面面积(mm2);
As0、A′s0——原构件受拉和受压钢筋的截面面积(mm2);
a′——纵向受压钢筋合力点至截面近边的距离(mm);
h0——构件加固前的截面有效高度(mm);
ψsp——考虑二次受力影响时,受拉钢板抗拉强度有可能达不到设计值而引用的折减系数;当ψsp>1.0时,取ψsp=1.0;
εcu——混凝土极限压应变,取εcu=0.0033;
εsp,0——考虑二次受力影响时,受拉钢板的滞后应变,应按本规范第9.2.9条的规定计算;若不考虑二次受力影响,取εsp,0=0;
图9.2.3 矩形截面正截面受弯承载力计算
9.2.4 当受压面没有粘贴钢板(即A′sp=0),可根据式(9.2.3-1)计算出混凝土受压区的高度χ,按式(9.2.3-3)计算出强度折减系数ψsp,然后代入式(9.2.3-2),求出受拉面应粘贴的加固钢板量Asp。
9.2.5 对受弯构件正弯矩区的正截面加固,其受拉面沿轴向粘贴的钢板的截断位置,应从其强度充分利用的截面算起,取不小于按下式确定的粘贴延伸长度:
lsp≥(ƒsptsp/ƒbd)+200 (9.2.5)
式中:lsp——受拉钢板粘贴延伸长度(mm);
tsp——粘贴的钢板总厚度(mm);
ƒsp——加固钢板的抗拉强度设计值(N/mm2);
ƒbd——钢板与混凝土之间的粘结强度设计值(N/mm2),取ƒbd=0.5ƒt;ƒt为混凝土抗拉强度设计值,按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的规定值采用;当ƒbd计算值低于0.5MPa时,取ƒbd为0.5MPa;当ƒbd计算值高于0.8MPa时,取ƒbd为0.8MPa。
9.2.6 对框架梁和独立梁的梁底进行正截面粘钢加固时,受拉钢板的粘贴应延伸至支座边或柱边,且延伸长度lsp应满足本规范第9.2.5条的规定。当受实际条件限制无法满足此规定时,可在钢板的端部锚固区加贴U形箍板(图9.2.6)。此时,U形箍板数量的确定应符合下列规定:
1 当ƒsvb1≤2ƒbdhsp时
ƒspAsp≤0.5ƒbdlspb1+0.7nƒsvbspb1 (9.2.6-1)
2 当ƒsvb1>2ƒbdhsp时
ƒspAsp≤0.5ƒbdlspb1+nƒbdbsphsp (9.2.6-2)
式中:ƒsv——钢对钢粘结强度设计值(N/mm2),对A级胶取为3.0MPa;对B级胶取为2.5MPa;
Asp——加固钢板的截面面积(mm2);
图9.2.6 梁端增设U形箍板锚固
1—胶层;2—加固钢板;3—U形箍板
n——加固钢板每端加贴U形箍板的数量;
b1——加固钢板的宽度(mm);
bsp——U形箍板的宽度(mm);
hsp——U形箍板单肢与梁侧面混凝土粘结的竖向高度(mm)。
9.2.7 对受弯构件负弯矩区的正截面加固,钢板的截断位置距充分利用截面的距离,除应根据负弯矩包络图按公式(9.2.5)确定外,尚宜按本规范第9.6.4条的构造规定进行设计。
9.2.8 对翼缘位于受压区的T形截面受弯构件的受拉面粘贴钢板进行受弯加固时,应按本规范第9.2.1条至第9.2.3条的原则和现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010中关于T形截面受弯承载力的计算方法进行计算。
9.2.9 当考虑二次受力影响时,加固钢板的滞后应变εsp,0应按下式计算:
式中:M0k——加固前受弯构件验算截面上作用的弯矩标准值(kN·m);
αsp——综合考虑受弯构件裂缝截面内力臂变化、钢筋拉应变不均匀以及钢筋排列影响的计算系数,按表9.2.9的规定采用。
表9.2.9 计算系数αsp值
注:1 ρte为原有混凝土有效受拉截面的纵向受拉钢筋配筋率,即ρte=As/Ate;Ate为有效受拉混凝土截面面积,按现行同家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的规定计算。
2 当原构件钢筋应力σs0≤150MPa,且ρte≤0.05时,表中αsp值可乘以调整系数0.9。
9.2.10 当钢板全部粘贴在梁底面(受拉面)有困难时,允许将部分钢板对称地粘贴在梁的两侧面。此时,侧面粘贴区域应控制在距受拉边缘1/4梁高范围内,且应按下式计算确定梁的两侧面实际需粘贴的钢板截面面积Asp,1。
Asp,1=ηspAsp,b (9.2.10)
式中:Asp,b——按梁底面计算确定的、但需改贴到梁的两侧面的钢板截面面积;
ηsp——考虑改贴梁侧面引起的钢板受拉合力及其力臂改变的修正系数,应按表9.2.10采用。
表9.2.10 修正系数ηsp值
注:hsp为从梁受拉边缘算起的侧面粘贴高度;h为梁截面高度。
9.2.11 钢筋混凝土结构构件加固后,其正截面受弯承载力的提高幅度,不应超过40%,并应验算其受剪承载力,避免受弯承载力提高后而导致构件受剪破坏先于受弯破坏。
9.2.12 粘贴钢板的加固量,对受拉区和受压区,分别不应超过3层和2层,且钢板总厚度不应大于10mm。