整浇梁 叠合梁
跨中弯矩M(kNm)
150 变形差值 100 叠合
150 应力差值 100 叠合 50
50 出现裂缝 0 5 10 跨中挠度f(mm) 15
出现裂缝 0 50 屈服 100 150 200 250 300 跨中钢筋应力σ (Mpa)
跨中弯矩—挠度曲线
钢筋应力—应变曲线
试验结果表明，叠合梁挠度和钢筋应力均比整 浇梁大，但是极限承载力基本相同。
•8.2.1 不同龄期材料的本构关系
1.混凝土 2.钢筋
同济大学
Tongji University
•8.2.1 不同龄期材料的本构关系
1.混凝土 我国规范中混凝土轴心 受压应力应变关系公式：
c 0
c f c [1 (1
0 c cu
n 2
c fc
同济大学
Tongji University
•锈蚀钢筋的基本特性
1.锈蚀钢筋的极限强度与屈服强度之比非常接 近，在1.1左右； 2.钢截面损失率在10%以内时，热轧钢筋的应力 -应变曲线仍具有明显的屈服点，锈蚀率越大， 钢筋的屈服台阶也越短，即塑性性能降低； 3.锈蚀量越大，锈蚀钢筋的极限强度越低，屈 服强度也越低。
Tongji University
梁、板
受弯构件
柱
受压构件 出现脆性破坏 水平抗侧力构件
同济大学
Tongji University
•结构加固施工与结构受力特征
理想情况： 完全卸载—>加固—>加固部分可提供承载力 —>卸载—>两部分共同受力
实际工程中： 不卸载或部分卸载—>加固—>构件二次受力
同济大学
受拉区，其对补加的钢筋起到粘结保护作用 （比较常见）
加固位置
受压区，提高混凝土的受压区高度，提高构件 的抗弯、抗剪承载力，增大结构的刚度，充分 发挥后浇混凝土的作用。（叠合梁）
同济大学
Tongji University
•叠合梁试验（二次受力）
250
250 整浇梁 叠合梁
跨中弯矩M(kNm)
200
200
同济大学
Tongji University
•混凝土碳化前后应力-应变曲线比较
实验结果表明，与未 碳化混凝土相比，混凝 土碳化后材料的抗压强 度提高约60%，延性降低， 具有明显的脆性，变形 能力降低约30%，弹性模 量提高约60% 。
图5.C20混凝土碳化前后应力—应变曲线
同济大学
Tongji University
Es As h0
其中，M 0k 为加固前受弯构件验算截面上原作用的弯矩 标准， f 为综合考虑受弯构件裂缝截面内力臂变化、钢筋拉 应变不均、以及钢筋排列影响等的计算参数。
同济大学
结构工程与防灾研究所
Research Institute of Structural Engineering and Disaster reduction
Tongji University
•构件二次受力
二次受力的两个阶段 第一阶段：既有结构在原有设计荷载作用下的 内力分布状态下，构件上承担的内力引起的截 面应力分布。 第二阶段：在既有结构按现行规范进行加固后 的内力分布状态，构件进入整体工作状态后的 截面应力分布。
同济大学
Tongji University
同济大学
Tongji University
•8.2.2 结构的二次受力
结构不满足抗震要求需进行抗震加固 结构因功能改变或沉降需进行承载力加固 增大截面法 增设钢支撑或混凝土支撑 粘贴碳纤维 增设消能减震隔震原件
结构加固
结构构件在荷载作用下可能出现 非弹性性质，造成截面内力重分 布，引起结构的弹塑性内力重分 布
同济大学
Tongji University
•叠合梁受力的两个重要特点
1.受压区混凝土应变滞后。叠合层混凝土仅 在弯矩增量作用下才参与工作，故叠合层混 凝土的压应变总是小于同等条件下对应的整 浇梁。 2.受拉钢筋应力超前。由于在叠合前弯矩的 作用下，原构件中的应力较整浇梁大而使得 叠合构件中的钢筋应力、挠度等较大，导致 受拉钢筋的拉应力始终大于整浇梁。
同济大学
Tongji University
由于钢筋应力超前，为了避免梁的挠度、裂缝在 使用阶段超过允许值和受拉钢筋在使用阶段处于高 应力状态，钢筋应力应该满足：
s s1 s 2 0.9 f y
s1
M (1 ) s 2 ：叠合后弯矩增量作用下增加的钢筋应力， s2 2 2 As h01 As ：受拉钢筋截面面积 1、2 ：裂缝截面的内力臂系数，可近似取为0.87 h （ 1 ) ：反应荷载预压应力的叠合特征系数，取，其中 0.5
(d)破坏时
同济大学
Tongji University
•叠合梁二次受力分析
叠合前的弯矩作用结果 相当于在叠合后的梁受拉 区产生“荷载预压应力”， 叠合后的弯矩增量产生的 拉力部分抵消“荷载预压 应力”，另一部分使梁底 钢筋拉应力增加。
D2
M2 M1
Z1 Tc
As s1
As s 2
(b)叠合前和叠合后的增量
在实际工程中，一 般情况下采用线弹 性分析方法计算加 固结构作用效应， 故以刚度分布变化 引起的内力重分布 为主。
同济大学
•8.2.3 构件的二次受力
构件名称 构件类型 承载力不足的 表现 构件的挠度偏大 裂缝过宽过长 钢筋锈蚀 受压区混凝土有 压碎现象 承载力不足 的原因 设计考虑不 周或者错误 施工质量和 施工管理较 差 使用功能改 变或者使用 荷载超载 地基出现不 均匀沉降等
Tongji University
增大截面法加固柱
同济大学
Tongji University
2.增大截面法加固混凝土柱的受力特征
（1）新增部分的应力、应变滞后于原有混凝土，降 低新增部分的作用。 如果原柱在加固施工时应力 过高，变形过大，有可能使新增部分的应力处于 较低水平。
（2）如果新旧混凝土的界面粘结可靠，则新旧混凝 土的应变增量基本相同，满足平截面假定。 （3）新旧混凝土之间存在应力重分布现象，应力水 平较低的新混凝土对应力水平较高的原混凝土会 产生一定的约束作用，可部分弥补新增部分应变 滞后对加固柱承载力降低情况。
同济大学
Tongji University
•粘贴碳纤维法
1.粘贴碳纤维法在实际工程中常常用于加固正截面 承载力不足。结构加固时一般不卸载，因此加固用 的 碳纤维布存在“应变滞后”效应。
粘贴碳纤维法加固梁板
同济大学
Tongji University
2.《混凝土结构加固技术规范》规定：“当考 虑二次受力影响时，应按构件加固前的初始受 力情况，确定纤维复合材料的滞后应变”。纤 维复合材料的滞后应变可按下式计算： f M 0k f0
•构件加固方法及计算（二次受力）
1.增大截面法 2.粘贴碳纤维法 3.粘贴钢板法
同济大学
Tongji University
•增大截面法
1.混凝土梁板（受弯构件） 2.混凝土柱（受压构件）
增大截面法加固梁
增大截面法加固柱
同济大学
Tongji University
•增大截面法加固混凝土梁板
增大截面法适用于混凝土梁承载力相差较大 且其刚度也不满足要求。 加固类型：单面、双面或者三面加固。
c n ) ] 0
1 ( f cu 50) 60
0 0.002 0.5( fcu 50) 105
轴心受压应力—应变曲线
cu 0.0033 ( fcu 50) 105
同济大学
•关于混凝土轴心受压应力-应变曲线
E.Hognestad模型 Rush曲线模型
同济大学
Tongji University
•叠合梁的应力和应变h0来自h1 cu 0.0033
As
1 fc
D2
M2
M1 M 2
Z1 Tc
Mu
h0
h1
As
M1
(a)叠合梁截面
b
As s1
As s 2
As s1 As s 2
As f y
(b)叠合前和叠合后的增量 叠合梁受力过程
(c)叠合后
2.第二阶段叠合梁梁承载力验算：
正弯矩 负弯矩 剪力
M M1G M 2G M 2Q
M M2G M2Q
V V1G V2G V2Q
同济大学
Tongji University
•增大截面法加固柱
1.概述 加大混凝土截面积及配筋量，提高原混凝土 柱的承载力和降低柱的长细比，提高柱的刚度。
•8.2.1 不同龄期材料的本构关系
2.钢筋
钢筋应力—应变曲线 如右图所示，分为四个 阶段： OB’：弹性阶段 BC ：屈服阶段 CD ：强化阶段 DE ：颈缩阶段
钢筋应力—应变曲线
同济大学
Tongji University
•钢筋锈蚀
在正常设计、施工、养护条件下的混凝土 一般是呈高碱性的，此时钢筋不会锈蚀。在 既有建筑结构中，环境湿度较大、混凝土碱 性环境变弱和混凝土碳化深度加深容易导致 氯离子等因素会产生钢筋锈蚀现象。 钢筋锈蚀引起有效面积减小，承载力降低， 延伸率降低，并且降低与混凝土之间的粘结 力，减小钢筋强度的发挥。
Tongji University
同济大学
Tongji University
•混凝土强度与变形随时间的变化
随着混凝土龄期的增长，水泥胶体的粘结强 度不断增强，流动性不断减弱，因而提高了混 凝土的强度和弹性模量。 混凝土在长期的应力作用下，水泥胶体发生 持续的粘性流动和内部微裂缝的发展，会出现 变形随时间而增大的徐变现象，长期强度会有 所降低。