结构加固改造之整体结构加固-4.ppt

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1、,第四节 结构整体加固,结构加固改造理论与技术,第四节 结构整体加固,整体加固改造原因 改变竖向力传力路径 加强结构整体性、稳定性 改变侧向力传力路径（刚度比值） 改变节点连接特性 托换改造加固,2021/2/23,2,1 整体加固改造原因,2021/2/23,3,整体加固原因 年久失修、灾害破坏、使用功能变化 安全性（承载力）、适用性（振动、挠度） 整体改造原因 使用面积拆除隔墙 视野遮挡-无柱空间,（a）拔柱前 （b） 拔柱后,增加构件 方法-原结构的构件与构件间增设一个新的构件（如两榀屋架间加设一榀新的屋架，两个大梁间增设一个新梁，柱网间加设一个新柱等） 原理-减少作用在原构件上的荷载

2、适用性-该方法一般适用于单层工业厂房，或增设新构件后不影响使用要求的多层房屋的楼面梁、柱的加固。 优点-该方法施工时不破损原结构，因此施工安全。,2021/2/23,4,2 改变竖向传力路径-竖向荷载高效地传递给竖向承重构件,增加支点 原理增加支座减小计算跨度 适用性-外观和使用功能要求不高的结构加固 经常用于抢险工程 曾加结构刚度，减小挠度和振动 优点-简单、可靠、易拆卸 缺点-易损害建筑物的原貌和使用功能，可能减小使用空间。,2021/2/23,5,2 改变竖向传力路径,增加支点 刚性支点法 弹性支点法,2021/2/23,6,2 改变竖向传力路径,图8.4.27 刚性支点加固 1-原结构

3、；2-加固件,图8.4.28 弹性支点加固 1-原结构；2-加固件,增加支点 刚性支点法 弹性支点法,2021/2/23,7,2 改变竖向传力路径,图8.4.29 阳台板受力模型 (a)原阳台板（一端固定，另一端自由）；(b)加固后阳台板（一端固定，另一端铰接）,桁架下设撑杆,2021/2/23,8,2 改变竖向传力路径,图8.3.3.23 撑杆构件加固屋架 （a）拉杆锚固柱上；（b）拉杆锚固无间支座处；（c）拉杆锚固中间节点处,桁架下设撑杆,2021/2/23,9,2 改变竖向传力路径,桁架的弹性支点法-等效为普通梁,（a）轴力最大值2.9 （b）轴力最大值1.9 图8.3.3.11 桁架变

4、为撑杆式结构,设置拉（杆）索 原理：拉索有预应力双向弹性支点 拉索无预应力-单向弹性支点,2021/2/23,10,2 改变竖向传力路径,图8.4.42 设置拉杆加强结构刚度 (a) 加强输电支架的刚度；(b)减小悬臂端的挠度；(c)减小梁的跨度,施加预应力-等效荷载的观点跨中的弹性支点 混凝土结构：混凝土受压性能好；梁高大可以提供的等效竖向荷载大,2021/2/23,11,2 改变竖向传力路径,图8.4.24 预应力加固法 (a)简支梁；(b)框架连续梁（折线式）；(c)桁架下弦加预应力；(d)钢架和三铰拱,施加预应力-等效荷载的观点跨中的弹性支点 混凝土结构,2021/2/23,12,2

5、改变竖向传力路径,大东港区码头因堆载超载过大，致使码头横梁严重开裂。某单位曾用“粘贴碳纤维布法”对横梁进行了二次加固，但横梁的裂缝仍无法解决，主要是超载严重时横梁内的非预应力钢筋将产生很大的塑性变形，这种变形在码头卸载以后不能回缩回去，它阻碍了大梁裂缝的闭合。用“无粘结钢绞线体外预应力加固法” 取得了很好的效果。,2021/2/23,13,3 加强结构整体性、稳定性,2021/2/23,14,3 加强结构整体性、稳定性,女儿墙、填充墙、隔墙、震损构件,钢结构 增加屋面支撑空间结构,2021/2/23,15,3 加强结构整体性、稳定性,图8.3.3.2 增加屋盖支撑以增加空间刚度,钢结构 增加构

6、件稳定性,2021/2/23,16,3 加强结构整体性、稳定性,图8.3.3.4 加固上弦、腹杆,砌体结构 增设墙段或现浇混凝土边框柱使墙体闭合,2021/2/23,17,3 加强结构整体性、稳定性,图源自 03SG611 砖混结构加固与修复图集 F-19,砌体结构 构造柱,2021/2/23,18,3 加强结构整体性、稳定性,在房屋四角、楼梯间和不规则平面的转角处设置，在内外墙交接处隔开间或每开间设置； 外加柱宜在平面内对称布置；通高布置 外加柱应与圈梁或钢拉杆连成闭合系统；与现浇钢筋混凝土楼、屋盖或原有圈梁可靠连接；,砌体结构 构造柱,2021/2/23,19,3 加强结构整体性、稳定性,

7、图 选自09SG619-1 房屋建筑抗震加固（中小学校舍抗震加固）图集,砌体结构 圈梁,2021/2/23,20,3 加强结构整体性、稳定性,增设的圈梁宜在楼、屋盖同一平面内闭合 在阳台、楼梯间等圈梁标高变换处，应有局部加强措施；变形缝两侧的圈梁应分别闭合； 圈梁应现浇 其混凝土强度等级不应低于C20，钢筋可采用级或级钢，截面尺寸和配筋不宜小于规定,圈梁要与砌体墙有效连结 除在浇圈梁前连接处墙面应刷洗干净，保证圈梁混凝土和砖墙的粘结外，可选用普通锚栓、钢筋混凝土销键或其他连结件。,砌体结构 圈梁,2021/2/23,21,3 加强结构整体性、稳定性,图8.4.31 砌体结构外加圈梁,砌体结构

8、钢拉杆-代替内墙圈梁,2021/2/23,22,3 加强结构整体性、稳定性,图8.4.32 高强度钢拉杆,图 内廊式校舍钢拉杆加固 选自09SG619-1 房屋建筑抗震加固（中小学校舍抗震加固）图集,双曲拱桥 预制混凝土块连接波肋,2021/2/23,23,3 加强结构整体性、稳定性,局部整体性-砌体钢筋混凝土板墙加固,2021/2/23,24,3 加强结构整体性、稳定性,图源自 03SG611 砖混结构加固与修复图集 F-19,局部整体性 砌体与框架的连接,2021/2/23,25,3 加强结构整体性、稳定性,钢结构 加强柱列 混凝土结构 框架结构加强为框剪结构、框支结构,2021/2/23

9、,26,4 改变侧向力传力路径（刚度比值）,钢结构 加强柱列,2021/2/23,27,4 改变侧向力传力路径（刚度比值）,图8.3.3.6 加强某一列柱,混凝土结构 框架结构加强为框剪结构、框支结构,2021/2/23,28,4 改变侧向力传力路径（刚度比值）,图8.4.30 增设剪力墙加固法,钢结构利用拉压性能相同 连续梁增加支座、调整跨度,2021/2/23,29,5 改变节点连接特性,（a）,（b）,（c）,（d）,图 增加支座 图 调整跨度受力示意图,钢结构 简支梁相邻铰接点变成刚节点,2021/2/23,30,5 改变节点连接特性,图8.3.3.7 柱顶（屋架支座）处由铰接改变为刚

10、接 （a） 加固前； （b）加固后,图8.3.3.8 支座处由铰接变为刚接,图 铰接点变为刚接点示意图,混凝土 托梁拔柱 减小梁截面高 砌体 拆除承重墙,2021/2/23,31,5 托换改造加固,混凝土 预应力托梁拔柱,2021/2/23,32,5 托换改造加固,图8.4.17 叠合预应力梁,图8.4.18 预应力束原梁组合结构,混凝土 预应力托梁拔柱,2021/2/23,33,5 托换改造加固,图8.4.19 叠合梁,图8.4.20 预应力吊索屋面传力空间结构,混凝土 预应力托梁拔柱,2021/2/23,34,5 托换改造加固,图8.4.21 捆绑预应力梁,混凝土 预应力托梁拔柱,2021

11、/2/23,35,5 托换改造加固,图8.4.22 梁下U形梁,混凝土 预应力托梁拔柱,2021/2/23,36,5 托换改造加固,图8.4.23 抽柱后控制传力途径,混凝土 增加梁截面拔柱,2021/2/23,37,5 托换改造加固,图8.4.23河源市文福花园综合楼,河源市文福花园综合楼位于广东省河源市区，其楼建筑层数共八层，为框架结构体系，平面内横向柱距为4.0m，纵向柱距为6.0m。拟将首层横向两根柱拆除,使梁跨度增大为8.0m，设计采用大截面转换梁支撑上部荷载，并在端部加腋处理。,混凝土 减小梁截面高,2021/2/23,38,5 托换改造加固,浙江平湖嘉和花苑商办2#楼屋面梁减小截

12、面高度改造,砌体 拆除承重墙,2021/2/23,39,5 托换改造加固,图8.4.13 单托梁托换方案,施工从两端开始，分段对称凿除托梁高度部位的墙体，每凿除一段砖墙( 约300mm) 后，立即用端部焊有钢板的单根型钢( 或钢管) 顶撑在墙中。沿着托梁轴向，先安装托梁两端的纵筋和箍筋、梁柱节点和梁施工缝处的加强钢筋，立模，浇混凝土。3 天后，再拆除托梁高度部位的中间墙体，按照设计要求焊接接长墙体内托梁还该配置的钢筋，立模，浇混凝土。待混凝土达到设计强度之后，方可拆除托梁下部的墙体。,砌体 拆除承重墙,2021/2/23,40,5 托换改造加固,图8.4.14 双梁托换方案,地基与基础处理端支

13、承柱另一端支承柱板下双托梁混凝土养护结构监测拆墙室内装修。 在双托梁之间设置穿越内墙对拉的短肩梁（销栓），间距通常为1000mm，上部墙荷载依照砌体平拱原理将力经短肩梁传给托梁。,砌体 拆除承重墙,2021/2/23,41,5 托换改造加固,施工时，将支承柱撑紧托梁 ； 通过化学锚栓将支承柱的翼缘与纵墙连接，形成组合柱; 同时将基础加固并与支承柱连接牢固； 同样地，在托梁顶部通过化学锚栓与楼板连接，形成组合梁。,图8.4.15 型钢托换方案,砌体 拆除承重墙,2021/2/23,42,5 托换改造加固,在需要换梁的洞口两侧或相连洞口的隔墙上，采用每隔300mm左右用钢制的支托将上部墙体支撑，然

14、后再砸掉所须换梁的其余部分后绑扎钢筋，用膨胀混凝土浇注重新设计的过梁。拆模后检查新浇过梁达到要求后拆除其余旧过梁或旧隔墙。,图8.4.16 过梁端部托换示意图,砌体 预应力托换拆除承重墙,2021/2/23,43,5 托换改造加固,浙江慈溪市职业高中教学楼顶层拆除承重墙改造,桥梁构件的更换,斜拉索的更换 拱桥吊索的更换 悬索桥主缆的更换 支座更换 伸缩缝更换,拉吊索维修,索体锈蚀： 首先剖开护套，露出钢丝；用钢丝刷清除钢丝表面浮锈，并涂刷环氧富锌底漆两道；用防锈油脂填充钢丝间空隙；最后修复护套，将索体密封。 上锚头积水： 首先抽水，用防锈油脂填充积水的空隙，最后再重新封闭上锚头。 下锚头渗积水

15、： 疏通下锚头排水孔，重做桥面防水。,护套修复 机械方法剔除PE破损部位，直至露出完好聚乙烯； 用丙酮对待修补部位进行清洗，加工坡口； 用与原护套材料相同的焊条进行加压堆焊，直至达到护套厚度； 最后用抛光机对焊接部位进行抛光。 修补后的PE护套应光滑、平整、牢固、无裂痕。修复后可在护套表面涂刷特制的颜料，并用绕包带密封,斜拉桥换索,一般要求在不中断交通的情况下，用最快最安全的方法拆除旧斜拉索，进行常规的新索安装。实现快速换索，从而尽量减少交通枢纽的壅堵时间。,斜拉桥换索流程,拉索更换施工工艺流程：,施工升降平台,塔顶吊索辅助设施,1 施工准备,2、塔端松锚放张使拉索存在一定内力 松锚常采用穿心

16、式千斤顶、 张拉丝杆及撑脚等配合进行。,3、将要切割段拉索内力转换为零,4 割断斜拉索,5放下已割断的斜拉索,6、新索制备、运输、桥面展开,7、梁端穿索,8、塔端挂索（关键步骤）,9 安装定位，更换完成,斜拉桥换索注意事项,对称顺序施工，每次换一根索。 索力、标高双控，索力为主。 每根索更换完毕应测量索力，如有较大变化应对新索力进行调整。,拱桥吊杆换索,在拱桥中，一对吊杆对应一根横梁，缺任何一根杆件均不能保持桥梁原有状态，因此，吊杆更换必须考虑原吊杆受力的转移，即用另外的替代杆件作临时吊杆，使原吊杆的受力完全卸除，再予以成对同时更换,吊杆更换的施工步骤,1、安装分配梁，穿临时拉杆,2、张拉临时

17、拉杆，更换吊杆,悬索桥主缆的更换,重新设置地锚和鞍座 增设新主缆 转移桥面恒载 安装新吊索 张拉新吊索，使新旧主缆受力一致 逐渐释放旧缆内力，使荷载转移到新主缆,支座更换,当出现支座脱空、异常变形、不能正常滑动、支座开裂等无法维修的病害时，需要更换支座 更换支座应满足以下技术标准： 公路桥涵施工技术规范（JTJ 0412000） 公路桥工程质量检验评定标准（第一册 土建工程）（JTG F802004）,支座的更换方法,枕木满布式支架法 桥面钢导梁法 端部整体顶升法 鞍型支架法 钢扁担梁法,扁型千斤顶法 钢蝴蝶梁法 钢套箍法 气囊顶升法,枕木满布式支架法,枕木满布式支架法,工作原理 在地面上设置

18、枕木，以枕木为基础，设置满布式或部分木支架至桥梁梁体处，在支架上安置千斤顶顶升梁体。 优点 架设设备比较简单，施工方法简单易于操作。对于小跨度的梁桥，用支架法施工具有一定的优势。 缺点 支架法施工工期长、支架和模板用钢材、木材量大、成本高，不适宜桥墩过高的场合。,桥面钢导梁法,桥面钢导梁法,工作原理 支撑位置在桥面上，支撑面为顶升梁相邻跨的梁体。在顶升梁上绑扎钢带，安置钢梁，以相邻跨梁体为支撑基础，配合顶升设备，抬升梁体。 优点 对桥下场所无要求，适用于多种桥梁类型，整个起梁过程都在桥上进行，不影响桥下通航、通车要求。 缺点 钢梁长度有限制，跨径不可过大；要求用较大吨位千斤顶，对桥面局部压力较

19、大，有可能损伤梁体。,端部整体顶升法,端部整体顶升法,工作原理 以地面为支撑，在墩台两侧建立顶升基础，然后用贝雷梁、槽钢、螺栓连接成受力钢梁（也可用钢管墩作为传力构件），受力钢梁上架千斤顶，在梁两端同步整体顶升。 优点 对桥下通车影响不大，可自由通行，能满足桥下不中断交通的要求。与采用少数大吨位的千斤顶相比较，无须为应力集中设置过大的传力杆及横梁。 缺点 对桥跨下的地基基础要求较高，需建顶升基础，工序时间长，工期较长。,钢扁担梁法,钢扁担梁法,工作原理 支撑位置在桥面上，支撑面为顶升梁相邻跨的梁体。在顶升梁上打孔，绑扎钢带，安置钢扁担梁，以相邻跨梁体为支撑基础，配合顶升设备，抬升梁体。 优点

20、对桥下场所无要求，适用于多种桥梁类型，整个起梁过程都在桥上进行，不影响桥下通航、通车要求。 缺点 钢扁担梁结构设计较为复杂，需进行专门计算；要求用较大吨位千斤顶，对桥面局部压力较大，有可能损伤梁体。,扁型千斤顶法,扁型千斤顶法,工作原理 把超薄的液压千斤顶安放在主梁与盖梁的狭小的空间内，直接顶升梁体。 优点 机具设备很少，成本低廉；工序简单，施工快速，中断交通时间很短；对桥下场所无要求，适用于多种桥梁类型。 缺点 由于扁型千斤顶的特殊构造，导致其行程较短，可能需要多次顶升才能到位。,钢套箍法,钢套箍法,工作原理 通过圆箍与桥墩混凝土之间的摩擦力提供竖向支撑，放置液压千斤顶顶升梁体。 优点 充分

21、利用桥梁本身的结构，可以通过增长钢套箍的长度提高其承载能力，对环境的适应能力很强，不受河床地质、桥下水深和桥梁高度的限制。 缺点 要求盖梁较为宽大能安放液压千斤顶且千斤顶数量较多。,气囊顶升法,工作原理 用集群气囊替换液压千斤顶，上述所有支座更换方法只要用气囊取代千斤顶都可以称之为气动顶升法。 工作特点 起重量不受限制，通过气动提升系统的扩展组合，能满足百吨级甚至千吨级桥梁构件的顶升；同步控制，安全受控；可操作性好，气动提升系统体积大，重量轻；顶升过程平稳，无附加冲击载荷；对顶升的基础要求低，特别适合临时预制构件的工程；有利于保护桥梁构件，采用分布荷载，避免了液压起重的集中载荷。,支座更换流程

22、,伸缩缝更换,伸缩缝是桥梁路面中最薄弱的环节，也是最容易损坏的组成部分，在一些交通繁忙的道路（如机场高速公路）上，一般不能中断交通，即使占道施工也具有一定的时间限制，通常的伸缩缝更换施工，由于混凝土的凝固时间较长，施工占道时间较长，不能满足繁忙交通的要求，因此，伸缩缝的快速更换显得尤为重要，意义非凡。,伸缩缝更换流程,1、施工准备、交通管制 2、放样、切割、破除伸缩缝砼,3、拆除原伸缩装置、清理槽口，补齐锚筋 4、新伸缩缝就位、焊接,5、浇筑快速混凝土,7、完成更换施工 混凝土浇筑2小时后对混凝土强度进行检测，如符合通车条件后，清理施工场地，开放交通，完成伸缩缝快速修补施工。,6、混凝土面抹平

23、、修整,改变受力体系实例,体外预应力实例,箱梁顶板索是一种应用较为广泛的体外索布设形式。体外索布置在箱内顶板，经转向器（分丝/整体）和预埋钢管穿过转向块，达到转向和传力的目的，通过锚固块锚固，张拉完成后成空间曲线。,体外索张拉设备,预应力钢绞线,锚具、转向器,施工工艺,1、施工准备 2、钢绞线下料、编号、穿布 3、锚具、夹片的安装 4、钢绞线预紧 5、预应力张拉 6、安装防护装置、封锚 7、安装限位索夹,放索,预应力钢绞线穿布,锚具安装,钢绞线预紧,预应力张拉,体外索采用对称分级张拉，在张拉完一级时要仔细检查每个锚固点及转向点受力情况，如有不良病害出现立即停止张拉，查明原因并采取相应的措施后才能继续张拉，施工过程须有专业的监控单位进行监控。,。,单根张拉,整体张拉,体外索张拉完成,减振装置,2021/2/23,105,谢谢大家 !,同济大学 Tongji University,结构工程与防灾研究所 Research Institute of Structural Engineering and Disaster reduction,