新老混凝土加固

新老混凝土加固第一頁，共44頁。目錄1緒論2新舊混凝土粘結(jié)性能的影響因素及粘結(jié)機理3新舊混凝土組合構(gòu)件結(jié)構(gòu)設計原理本文目錄結(jié)構(gòu)4工程實例第二頁，共44頁。

緒論第三頁，共44頁。在人為和自然環(huán)境作用下，混凝土結(jié)構(gòu)物難免會出現(xiàn)各種各樣的問題，比如混凝土壓碎、破損、空洞等，這就需要對構(gòu)件進行修補；而且，隨著使用荷載的不斷增加及荷載等級的提高或原構(gòu)件由于長期運營造成承載能力的降低，原構(gòu)件已無法滿足現(xiàn)在或未來承載能力的需求，這就需要對原構(gòu)件進行加固，以保持或提高構(gòu)件的承載能力。

在原混凝土構(gòu)件上補加適當鋼筋并現(xiàn)澆混凝土，從而增大混凝土構(gòu)件的截面，提高構(gòu)件的承載能力，這種方法在混凝土結(jié)構(gòu)加固中稱為增大截面加固法。無論哪一方面都涉及到新舊混凝土粘結(jié)問題，新舊混凝土粘結(jié)性能是保證兩者共同受力、協(xié)同工作以及耐久性的關(guān)鍵。1.緒論第四頁，共44頁。新舊混凝土粘結(jié)性能的影響因素及粘結(jié)機理第五頁，共44頁。2.新舊混凝土粘結(jié)性能的影響因素及粘結(jié)機理新舊混凝土粘結(jié)粘結(jié)微結(jié)構(gòu)模型及粘結(jié)機理影響因素第六頁，共44頁。2.1新舊混凝土的影響因素第七頁，共44頁。界面粗糙度是影響新舊混凝土粘結(jié)性能的主要因素，界面粗糙度取決于界面處理方式，目前界面處理方法除了常用的人工鑿毛法、鋼絲刷毛法、機械鑿毛法，還有噴砂法、銑刨法、高壓水射法、化學酸蝕法以及最近提出的切槽法等。根據(jù)試驗研究，在一定的粗糙度范圍內(nèi)，結(jié)合面粘結(jié)強度隨著界面粗糙度的增大而不斷增大，但當界面粗糙度超過一定限值之后，構(gòu)件容易在界面產(chǎn)生剪斷，因此，應控制界面的粗糙度在一個合適的范圍之內(nèi)。界面粗糙度一般以灌砂法測定界面平均深度作為評價指標，具有相同結(jié)果但測量復雜的方法還有凹凸儀法等方法，另外還有極少應用的分數(shù)維法等方法。2.11界面粗糙度第八頁，共44頁。界面處理后，涂刷合適的界面劑可以有效地提高界面的粘結(jié)強度，目前使用的界面劑主要有水泥凈漿、水泥砂漿、膨漿、粉煤灰改性水泥砂漿等。2.12界面劑、粘結(jié)方位新舊混凝土粘結(jié)方位對界面粘結(jié)性能有較大影響，根據(jù)試驗研究，在舊混凝土頂面粘結(jié)新混凝土其強度明顯要高于側(cè)面、斜上、斜下面，而底面粘結(jié)的效果最差。第九頁，共44頁。舊混凝土本身的技術(shù)性能是保證新舊混凝土粘結(jié)質(zhì)量的前提，若舊混凝土本身質(zhì)量較差，粘結(jié)面破壞就容易出現(xiàn)在舊混凝土一側(cè)，舊混凝土從而成為薄弱環(huán)節(jié)。新混凝土強度等級宜比舊混凝土提高一級，根據(jù)試驗研究，通過提高新混凝土的強度來提高界面粘結(jié)強度是不經(jīng)濟的。另外，對于修補的舊混凝土結(jié)構(gòu)來說，一般齡期都比較長，新舊混凝土之間有較長的齡期差，兩結(jié)構(gòu)之間必然產(chǎn)生粘結(jié)收縮應力，該應力甚至會將粘結(jié)面撕開，建議采用碳纖維混凝土、鋼纖維混凝土或采用微膨脹混凝土等特殊混凝土來減少新舊混凝土的收縮徐變差，降低收縮徐變錯動力。2.13新舊混凝土技術(shù)性能及齡期第十頁，共44頁。無論采用何種界面劑、何種界面處理方法，沒有植筋的粘結(jié)面粘結(jié)強度一般均低于整體澆筑構(gòu)件，而且常常出現(xiàn)粘結(jié)面分層破壞現(xiàn)象，通過粘結(jié)面植筋可以增強新舊混凝土的機械粘結(jié)力，限制界面的分層破壞。純新舊混凝土粘結(jié)界面的破壞為脆性破壞，植筋達到一定深度并錨固后，新舊混凝土粘結(jié)破壞為延性破壞，其承載能力也明顯提高。2.14植筋植筋構(gòu)件的粘結(jié)能力除與前述因素有關(guān)外，還與植筋深度、植筋強度、植筋與混凝土的粘結(jié)、植筋率等因素有關(guān)。第十一頁，共44頁。2.2新舊混凝土的粘結(jié)微結(jié)構(gòu)模型及粘結(jié)機理Emmons，P.H.等人提出的三區(qū)粘結(jié)模型，粘結(jié)界面分為三個層次：新混凝土區(qū)、界面區(qū)、老混凝土區(qū)。如下圖所示：第十二頁，共44頁。2.2新舊混凝土的粘結(jié)微結(jié)構(gòu)模型及粘結(jié)機理李庚英，謝慧才等人提出的三區(qū)粘結(jié)模型，粘結(jié)界面分為三個層次：滲透層、反應層、漸變層。如下圖所示：第十三頁，共44頁。2.2新舊混凝土的粘結(jié)微結(jié)構(gòu)模型及粘結(jié)機理趙志方，周厚貴等人提出雙界面——多層區(qū)粘結(jié)模型，該模型分為三個區(qū)：新混凝土區(qū)、老混凝土區(qū)、新舊混泥土粘結(jié)過渡區(qū)。如下圖所示：第十四頁，共44頁。2.2新舊混凝土的粘結(jié)微結(jié)構(gòu)模型及粘結(jié)機理王振領等人提出五區(qū)——三層粘結(jié)模型，該模型考慮了植筋的影響，將新舊混凝土粘結(jié)構(gòu)件分為五個區(qū)：老混凝土區(qū)、老混凝土植筋影響區(qū)、新舊混泥土過渡區(qū)、新混凝土植筋影響區(qū)和新混凝土區(qū)。如下圖所示：第十五頁，共44頁。2.21無植筋新舊混凝土粘結(jié)機理無植筋新舊混凝土粘結(jié)界面，其結(jié)合面粘結(jié)力的來源主要有3種：機械咬合力、范德華力和化學作用力。機械咬合力主要來源于兩個方面：⑴界面層的水化產(chǎn)物在舊混凝土中生長，或伸入到舊混凝土的空隙中從而形成致密結(jié)構(gòu)，以及舊混凝土中未水化或未完全水化部分在新混凝土生長。⑵由于舊混凝土表面非常粗糙而形成的機械咬合力。范德華力主要是由新舊混凝土中的晶體之間分子相互作用而引起的。化學作用力主要來源是由舊混凝土中的水泥水化產(chǎn)物與界面劑反應，生成新的物質(zhì)將新舊混凝土粘結(jié)在一起。第十六頁，共44頁。2.21植筋新舊混凝土粘結(jié)機理對于界面植筋的新舊混凝土粘結(jié)構(gòu)件，在荷載初期、新舊混凝土粘結(jié)界面未開裂之前，界面粘結(jié)力同無植筋界面；當粘結(jié)面破壞后，界面粘結(jié)力基本靠植筋來承擔，由于破壞面具有一定的粗糙度，因此界面出現(xiàn)平行于粘結(jié)面和垂直于粘結(jié)面的滑移趨勢，植筋產(chǎn)生拉力來限制界面的張開，并通過產(chǎn)生界面摩擦力來抵抗粘結(jié)面剪力，同時植筋也承擔一部分剪力。第十七頁，共44頁。新舊混凝土組合構(gòu)件結(jié)構(gòu)設計原理3.新舊混凝土組合構(gòu)件結(jié)構(gòu)設計原理第十八頁，共44頁。新舊混凝土粘結(jié)構(gòu)件的抗剪性能是保證受彎構(gòu)件共同工作、整體受力的關(guān)鍵，但目前新混凝土粘結(jié)面抗剪能力計算公式均是通過試驗獲得的，而且大部分試驗是通過小構(gòu)件試驗獲得的，構(gòu)件的數(shù)量比較少，且考慮的因素不一樣。3.1新舊混凝土組合構(gòu)件結(jié)合面抗剪計算對于界面植筋的新舊混凝土粘結(jié)構(gòu)件，由于植筋粘結(jié)性能與植筋深度、植筋強度、植筋與混凝土的粘結(jié)以及植筋率有關(guān)，其粘結(jié)面抗剪承載能力往往難以準確計算，特別是植筋深度在構(gòu)件較薄的時候難以保證。對于界面植筋的新舊混凝土粘結(jié)構(gòu)件，由于植筋粘結(jié)性能與植筋深度、植筋強度、植筋與混凝土的粘結(jié)以及植筋率有關(guān)，其粘結(jié)面抗剪承載能力往往難以準確計算，特別是植筋深度在構(gòu)件較薄的時候難以保證。第十九頁，共44頁。3.11新舊混凝土抗剪計算公式⑴計算公式一：國內(nèi)規(guī)范給出的結(jié)合面抗剪強度計算式目前規(guī)范認為：影響組合梁結(jié)合面受剪承載力的主要因素為混凝土強度、箍筋配筋率、鋼筋抗拉強度，當配筋率大于或等于0.001時，結(jié)合面抗剪強度試驗回歸式為：3.1新舊混凝土組合構(gòu)件結(jié)合面抗剪計算第二十頁，共44頁。3.1新舊混凝土組合構(gòu)件結(jié)合面抗剪計算第二十一頁，共44頁。⑵計算公式二：王少波、張雷順等人提出的結(jié)合面抗剪強度計算式3.1新舊混凝土組合構(gòu)件結(jié)合面抗剪計算第二十二頁，共44頁。⑶計算公式三：王振領等人提出的結(jié)合面抗剪強度計算式3.1新舊混凝土組合構(gòu)件結(jié)合面抗剪計算第二十三頁，共44頁。3.1新舊混凝土組合構(gòu)件結(jié)合面抗剪計算第二十四頁，共44頁。3.12新舊混凝土抗剪計算理論①計算基本假定3.1新舊混凝土組合構(gòu)件結(jié)合面抗剪計算⑵截面受壓混凝土的應力圖形簡化為等效矩形應力塊，當強度等級為C50及以下的混凝土取β=0.8，強度等級為C80的混凝土取β=0.74，中間強度等級按直線內(nèi)插取得；矩形應力塊等效應力強度取混凝土軸心抗壓強度設計值fcd

；截面受拉混凝土的抗拉強度不予考慮；⑴平截面假定，即構(gòu)件彎曲后其截面仍保持平面。受壓區(qū)混凝土的極限壓應變εcu

，當強度等級為C50及以下的混凝土取εcu=0.0033，強度等級為C80的混凝土取εcu=0.003，中間強度等級按直線內(nèi)插取得；⑶極限狀態(tài)計算時，受拉區(qū)鋼筋應力取其抗拉強度設計值fsd或fpd（小偏心受壓構(gòu)件除外）；受壓區(qū)或受壓較大邊鋼筋應力取其抗壓強度設計值f'sd或f'pd；第二十五頁，共44頁。⑷新增鋼筋應變按截面平截面假定確定，新增鋼筋應力等于鋼筋應變與其彈性模量的乘積，但是不大于其強度設計值；3.1新舊混凝土組合構(gòu)件結(jié)合面抗剪計算⑸偏安全地取新舊混凝土組合構(gòu)件的正截面相對界限受壓區(qū)高度與整體截面的相對界限受壓區(qū)高度相同，即正截面相對界限受壓區(qū)高度ξb取《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》表5.2.1規(guī)定。第二十六頁，共44頁。3.12新舊混凝土抗剪計算理論②作用效應組合注意事項3.1新舊混凝土組合構(gòu)件結(jié)合面抗剪計算⑵第二階段：在新澆混凝土層達到強度標準值之后，作用由新舊混凝土組合構(gòu)件承擔，新舊混凝土組合構(gòu)件按整體構(gòu)件計算，作用應考慮組合構(gòu)件自重、二期荷載以及使用階段可變作用等。⑴第一階段：在新澆混凝土層達到強度標準值之前，作用主要由舊混凝土構(gòu)件承擔，作用應考慮舊混凝土構(gòu)件自重、新澆混凝土自重、施工荷載以及其它附加荷載；第二十七頁，共44頁。3.12新舊混凝土抗剪計算理論③加固截面位于受彎構(gòu)件受壓區(qū)3.1新舊混凝土組合構(gòu)件結(jié)合面抗剪計算第二十八頁，共44頁。3.1新舊混凝土組合構(gòu)件結(jié)合面抗剪計算第二十九頁，共44頁。3.1新舊混凝土組合構(gòu)件結(jié)合面抗剪計算第三十頁，共44頁。3.12新舊混凝土抗剪計算理論④加固截面位于受彎構(gòu)件受拉區(qū)3.1新舊混凝土組合構(gòu)件結(jié)合面抗剪計算第三十一頁，共44頁。3.1新舊混凝土組合構(gòu)件結(jié)合面抗剪計算第三十二頁，共44頁。3.1新舊混凝土組合構(gòu)件結(jié)合面抗剪計算第三十三頁，共44頁。3.13構(gòu)造要求①材料及尺寸要求3.1新舊混凝土組合構(gòu)件結(jié)合面抗剪計算⑴采用植筋技術(shù)時，橋梁主要構(gòu)件的混凝土強度等級不得低于C25，其它構(gòu)件混凝土強度等級不得低于C20；⑵新混凝土強度宜比舊混凝土高一個等級，且不低于C25；⑶新澆混凝土層最小厚度對梁和受壓構(gòu)件不宜小于150mm，對板不宜小于100mm；⑷當新澆混凝土層厚度小于100mm時，可采用細石混凝土或高性能抗拉復合砂漿，在結(jié)構(gòu)尺寸復雜或新澆混凝土施工條件差的情況下，可采用自密實或微膨脹混凝土;第三十四頁，共44頁。3.13構(gòu)造要求②結(jié)合面處理要求3.1新舊混凝土組合構(gòu)件結(jié)合面抗剪計算結(jié)合面處理效果應滿足所選用結(jié)合面計算公式的使用條件。植筋計算應在設計和構(gòu)造上防止混凝土出現(xiàn)壓碎破壞，但是目前已有的植筋計算方法并未考慮新舊混凝土粘結(jié)抗剪的問題，對此也未有充分可用的研究成果。在植筋深度達到鋼筋屈服破壞的條件下，對于植入鋼筋配筋率小于0.3%的新舊混凝土結(jié)合抗剪試件，其破壞形式為植入鋼筋屈服破壞；植入鋼筋配筋率高于0.3%的新舊混凝土結(jié)合抗剪試件，其破壞形式為剪切面的混凝土壓碎破壞。防止該類型破壞發(fā)生，可參考錨栓構(gòu)造措施進行設置，對結(jié)合面植筋的邊距和間距進行限制，可不參與驗算。③防止混凝土壓碎破壞構(gòu)造措施第三十五頁，共44頁。4.工程案例五里墩立交橋第三十六頁，共44頁。結(jié)合面設計4.工程案例