浅谈混凝土梁加固原理
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摘要：本文全方面地介绍混凝土梁加固的原理及存在问题，着重理论理解和概念性设计，希望在工作中能给工程技术人员提供一些思路和参照。关键词：加大截面法、后加筋法（增补钢筋） FRP]
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
我们将要讨论问题是指梁本身承载力不足而采取的加固措施，钢筋混凝土梁作为主要受弯构件，在实际工程中处理这类问题是常见的工作。引起梁承载力不足的因素很多，常见的有施工不利、设计失误、用户使用不当，还有的包括遇到意外事故、改变用途后超出原承载能力和安全保障、耐久性意外失效或寿命终结等。根据近期工程实践反馈，显然还有一些其他因素不容忽视，越来越成为引发工程事故的聚焦点。诸如：（1）地基不均匀沉降使梁产生附加力；（2）采用材料不当或梁本身有内在缺陷导致耐久性不足，如材料或构件表面裂纹或内部微观裂缝，促使混凝土保护层碳化，达到一定程度使梁下部受拉筋受到侵蚀，降低钢筋本身的屈服强度甚至发生脆断事故；（3）不合理的梁构造形式带来的不利影响，如60%～80%的设计荷载作用于薄腹梁时，腹板中部附近出现严重的斜裂缝。（4）其他，如钢筋锚固不足、钢筋搭接长度不够、焊接不牢靠以及荷载的突然作用或瞬间超载等等不再一一列举说明……对于梁因承载力不足的加固需要考虑两个方面内容：正截面加固和斜截面加固。
关于梁的正截面破坏类型，钢筋混凝土理论给出少筋梁（ρ
斜截面破坏有两种情况：一种弯剪产生的，在弯距作用时首先在梁受拉边缘出现垂直裂缝，然后在弯距和剪力共同作用下发展成斜裂缝；另一种是腹剪斜裂缝，首先在梁腹中和轴附近出现，然后呈枣核形向上、下开展。配置箍筋是梁斜截面抗剪的首要措施，箍筋配置的多少决定了梁受剪的破坏形态，此类问题的具体描述请读者参阅相关书籍，本文不再累述。
钢筋混凝土梁的加固方法很多，本文主要介绍的有加大截面法、后加筋法、FRP加固法等，其他常见的还有预应力法、改变受力体系法、粘贴钢板（或外包钢筋）。加固设计具有自身的特点：局限性和特殊性。其局限性表现为受到原有构件的制约，加固方案的选择除了考虑经济和安全因素外，还要考虑构件的实际受力情况、周边环境、可操作性等；其特殊性表现为同一种方法对某些情况有非常不错的效果，而对其他的就不一定适用。
加大截面法。即采取增大混凝土结构或构筑物的截面面积，用来提高其承载力和满足正常使用的一种方法。具有施工工艺简单、适应性强等特点。在工程实践中在梁的受拉区补浇混凝土层的情况是比较多的，它增加了梁的截面有效高度（），从而增加了刚度，有效地提高了梁的抗弯、抗剪能力。如果补浇区已设置受拉筋，则它对补加的钢筋还起到粘结和保护的作用。综合地看，加大截面法补强的效果是非常明显的。
加大截面的一般施工做法请读者参见施工手册，本文不再详述，值得注意的是选择方案时以要保证梁的新旧混凝土的整体性为优先原则。
截面加大后的梁具有叠合构件的一般特点，即出现混凝土应变滞后和钢筋应力超前等现象，关于这两种现象的定义和图文描述请参见相关混凝土书籍。值得我们注意的是：混凝土压应变滞后使在梁受压边缘的混凝土被压碎，导致钢筋应力、梁的挠度和裂缝都比原设计大得多。
后加筋法，即在梁的受拉区的较大区段补加钢筋的加固方法。目前主要有全焊接、半焊接和粘结法。这些加筋方法比较适合于以下情况：（1）仅仅是弯曲抗拉强度不够，要求梁的截面尺寸已经满足刚度需要并且其抗剪承载力也满足设计要求；（2）增补的钢筋数量不大。全焊接法，是指增补筋在的条件下，依靠焊接参与原梁工作的，即不再补浇混凝土做钢筋的保护层。显然半焊接法是在全焊接法的基础上再补浇或喷射一层细石混凝土或其他胶凝材料，它即起到粘结和保护的作用，又起到增加混凝土粘结力的固结作用，使加固后梁的受力特征与原梁相近，受力也较为可靠。粘结法是增补钢筋完全依靠后浇混凝土或其他胶凝材料的粘结力传递来参与原梁的工作。后加筋法的受力特征：增补筋相对于原筋存在着应力滞后，即增补筋的屈服强度迟于原筋，当增补筋屈服时梁出现较大的变形和裂缝；增补筋相对于原筋存在着偏心距，这导致在焊接处梁内原筋局部弯曲变形和增补筋与原筋的拉力差，其中弯曲变形不但加剧了增补筋的应力滞后同时还使原筋应力在焊点两侧呈不均匀性，从而降低了原筋的利用率。
综上所述，加大截面法和后加筋法代表着混凝土梁加固做法的两大概念，当梁的承载能力出现问题时，我们可以把它归纳成是超筋还是少筋（含适筋）的两个极端方面：属于超筋梁的首先要解决截面刚度问题，属于少筋梁的则要增筋补强。基于这个理念，我们可以把后加筋法、粘贴钢板（或外包钢筋）、FRP加固法看成是增筋补强的同一方法。接下来我们了解一下被称为建筑材料的新兴“骄子”——FRP复合材料。
FRP法。FRP是一种纤维增强复合材料的简称缩写，全称拼写为Fibre Reinforced Polymer (Polymer也可作Plastic)。FRP由纤维和树脂复合而成，根据树脂不同可分成CFRP（碳纤维增强复合材料）、GFRP（玻璃纤维纤维增强复合材料）、AFRP（芳伦纤维增强复合材料），其物理及力学性能参阅ACI 440R-96。用FRP加固混凝土梁时，通过环氧树脂将FRP合成材料粘贴在梁的底部（受拉区），起到增筋的效果。FRP法工艺做法很多，其一般做法：首先将梁底粘贴区的表面凿毛，目的清除薄弱层，露出坚实的混凝土层，有时要求打磨平整，保证与新材料FRP的可靠粘结。FRP材料即可以是预制的，也可以是现场湿粘法形成的板材。FRP法比较传统的粘贴钢板加固法，其优势在于高比强度（强度与重量之比）和良好的耐久性。高比强度的优势是指FRP的强度至少是钢材的2～10倍，重量只是钢材的20%，这不仅提高了施工便捷性，还突破了传统施工方法的局限性。
近年来,采用CFRP（碳纤维布）加固修复钢筋混凝土梁的技术发展迅速。因为它具有高强高效、施工快捷、耐腐蚀性好、自重轻、不增加构件截面等突出优点,因而被广泛地应用于实际工程中，在许多情况下，已经代替了上世纪创造的各种桥梁的加固方法,并取得显著的经济效益和社会效益。因此 ,对此项技术的研究开发具有重要的工程应用价值。
今天的建筑市场上关于混凝土梁的加固问题还是应用的，多于理论研究，笔者认为关于传统和新工艺方法的选用原则，不能因市场上一时冷热而定论和偏废，我们能够清楚地看到传统工艺做法虽然较新工艺显得笨重、性能差、利用率低，但在一些有特殊使用要求和环保要求的某些场合，传统做法比新工艺、新材料的做法更具有优势。因此，我们应该把注意力放在对材料和工艺水平的理论研究上，尽可能地多了解每一种做法对不同工程的适用性和实用性，这样才能更好的设计和应用各种施工技术，做一个冷静的思考者和一名有责任心的工程技术人员。
参考文献：
《建筑结构加固设计》吕西林 科学出版社 北京 2001年2月
《混凝土结构设计规范（GB50010-2002）》编委会 中国建筑工业出版社 2002年3月
《建筑施工手册（第四版）》编委会 中国建筑工业出版社 2003年09月
《FRP加固混凝土结构》藤锦光 中国建筑工业出版社 2005年4月