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摘要：砼悬挑结构发生质量事故的原因有很多，有时造成的影响是非常严重的。本文通过理论分析与工程实例相结合来分析与比较钢筋混凝土悬挑结构的加固方法。并借助软件ANSYS模拟悬挑梁加固，初步给出模拟加固模型。
关键词：悬挑结构；加固；碳纤维；模拟
中图分类号：TQ342文献标识码： A
1.悬挑结构的破坏
悬挑结构在建筑工程中应用非常广泛，常见的有阳台、雨蓬、挑檐等构件。悬挑结构与其它结构不同，它采取直接将构件的一端延伸出去的做法。这种悬挑结构构件在建造时必须慎之又慎，它的破坏往往是事先没有预兆的，这类结构一旦出现质量事故，就要危及使用安全。据不完全统计，由于悬挑结构破坏所引起的倒塌事故约占全部结构倒塌事故的10％左右。尤其是学校教学楼、宿舍楼的单面走廊式挑梁。
2.钢筋砼悬挑结构质量事故产生的原因
造成悬挑构件质量事故如雨篷下垂、雨篷梁根部斜裂缝、阳台根部裂缝、外挑檐砼拆模后下垂等的原因有设计错误问题、施工质量问题，也有新规范的颁布导致按照旧规范设计建造的房屋安全鉴定不符合要求。但由于这些部件并未引起人们应有的重视，以致事故时有发生。悬挑构件属于敏感结构，由于设计不细致、施工粗糙，有些潜在的隐患在竣工交付使用后还一时难以发现。即使发现了，有的加固处理还很困难。
悬挑结构在外荷作用下所产生的弯矩是负弯矩，因此主要受力钢筋布置在构件的上部，而不在其下部。有些设计者不懂这个道理，把主要受力钢筋布置在下面，一拆模即可能倒塌；有些悬挑结构的配筋虽然正确，放在截面上部，但其受力钢筋并未伸入墙梁内达到一定的锚固长度，或未伸入墙另一边梁板结构内达到一定深度，这也会发生问题；钢筋砼浇注因施工人员走动等原因也会造成钢筋位移；有的悬挑结构按照旧版规范进行设计与施工，不符合现行《抗震规范》要求，也需要对其进行加固处理。
挑板式雨篷或阳台，为满足建筑需要，雨篷处挑端部上卷较高，端部集中荷载较大，而断面配筋仍按一般选取，未做八字角加强处理。且雨篷根部仍按外挑出长度取厚度，设计只做强度计算，未做详细挠度验算，强度虽然可通过，但施工质量却存在问题，使用后发现挠度偏大，甚至局部产生裂缝。也有因不能正确保证钢筋位置，减小了计算有效高度，雨篷或阳台不能满足实际使用荷载而裂缝。
外挑檐，外挑檐有兩种情况：一种是下面各层是外挑廊（像中小学校教学楼、宿舍楼的单面走廊），因此屋面外挑檐也较大；另一种是满足建筑造型要求，虽外挑不大，但向上卷(或倾斜+或垂直)较高。这两种情况共同的问题是稳定问题。因为屋面上一般不再砌墙，不可能再用砖砌体去平衡，一般是用预制板压隔梁，再用圈梁锚固外挑檐这种做法。如果外挑檐较大，设计上又不采取措施，很易出问题。山墙部分的外挑檐通过开间的短向圆孔板压住与挑檐连接的圈梁，再加上通长的山墙圈梁又没有内纵墙拉结，也很容易失去稳定性。这两种情况如果施工质量粗糙、尺寸偏差多、就更易造成质量问题。这类问题在住宅楼、商场营业楼就曾发生过。
3.悬挑结构的加固方法
悬挑构件加固常用的有以下几种：
3.1 改变结构传力途径加固法：改变结构的传力途径加固悬挑结构的方法很多，这里介绍将悬臂梁变为简支梁的增设支柱和悬挂加固凸阳台挑梁的两种方法，适用于强度不足且挑梁截面下部原受压区配置有受力钢筋的情况。(1)增设支柱加固法：建筑物阳台为凸出的阳台时，可用增设支撑柱法加固补强，即先在挑梁下做基础，然后在基础上砌砖墙或砖柱(钢管柱、钢管砖柱均可)支撑。砖柱支撑一般正对挑梁尖部，加固的关键在于基础稳定不沉降，砌体与挑梁的间隙须填塞紧实。(2)悬挂加固法：该法是在屋顶挑梁(或屋顶墙上中部)新浇筑砼拉梁，通过挂柱对檐口以下几层挑梁进行补强加固。挂柱一般采用砼小柱与钢管制作，挂柱钢筋与挑梁钢筋焊接后，檐口用细石砼填补，钢管要刷漆防锈处理。这种方法在施工程序上比第一种方法相对来说较麻烦。(3)斜拉钢杆加固法：该法是通过加高挑梁根部厚度，增加斜拉钢筋同原来挑梁主筋协同作用。加固时，斜拉钢筋一端与挑梁主筋焊接(先将焊接处的砼打掉)，另一端在柱或墙打孔穿筋固定．该固定端可用螺栓等施加预应力，固定后再现浇部分砼保护。
3.2 梁顶粘贴钢板加固法：粘贴钢板加固法是在需要加固的砼部位，用建筑结构胶粘钢板，以提高悬挑结构的抗弯强度。此法适用于因设计、施工错误而配筋不足或施工中钢筋错放，实际使用荷载增加及因砼开裂而使受力钢筋严重锈蚀的悬挑结构。
3.3 梁顶粘碳纤维加固法：该可以参考粘钢加固。
3.4 加大截面加固法：挑构件因上部钢筋下沉而减小了梁的有效高度(造成根部砼厚度不够)，可用加大截面法加固，其原理仍是设法加大梁的有效高度，即增加受压区合力中心至受拉钢筋合力点之间的距离。对悬臂梁可在下部增加受压钢筋及后浇砼以形成新的受压区。
3.5 叠合加固法：法运用于配筋与板厚都欠缺的悬挑板，先将加固处的板面凿毛，在大梁的砌体下掏孔，孔洞间距根据加固钢筋而定，并将大梁后侧面砼层打去部分(正对加固筋位置)，将加固钢筋根部与大梁钢筋焊接，然后用高标号细石砼在板上面现浇一层叠合板。
4.工程加固设计实例
4.1 某中学教学楼走廊挑梁加固：中学教学楼为三层砖混结构建筑物，该教学楼建筑形式为带挑梁的单面走廊式。多处走廊的挑梁有顺筋裂缝、混凝土保护层脱落等现象。挑梁的顺筋裂缝是由于走廊的滴水檐口没有作好，雨水侵入挑梁，造成钢筋锈蚀，体积膨胀所致，发展下去会造成挑梁下部混凝土整体脱落，影响其承载力。最初的加固方案，拟采用增设支柱加固法，但挑梁端部放置的是空心板，增设支柱影响空心板受力，而且挑梁顶加固的难度较大，故考虑用在梁底加大截面的方法。见图1这种方法可以加大挑梁的有效高度，有效高度增加进而提高了抗弯承载能力。后加钢筋两端分别与构造柱的主筋焊接，同时加配u型开口箍，与原梁内箍筋焊接，其直径和间距与原梁内箍筋相同，并在距梁根部1／3梁长及不小于40cm范围内适当加密箍筋，将原梁底凿毛灌注RG灌浆料。
图1 挑梁底加大截面加固法
5.结论
在工程中悬挑结构加固习惯上采用的方法是悬挑构件顶部粘钢加固或者黏贴碳纤维布，从经济效果、施工速度来看效果较理想。但悬挑结构加固方法很多，具体选择何种方法有待于进一步通过实验数据与模拟分析作进一步验证。
基金项目：内蒙古自治区高等学校科学技术研究项目 ，自然科学研究（一般项目）课题立项编号：NJ10265
作者简介：吴俊臣(1978—),男,汉族,内蒙古乌兰察布人,硕士研究生,内蒙古建筑职业技术学院建筑工程学院讲师,工程师国家一级注册结构工程师。
关键词：悬挑结构；加固；碳纤维；模拟
中图分类号：TQ342文献标识码： A
1.悬挑结构的破坏
悬挑结构在建筑工程中应用非常广泛，常见的有阳台、雨蓬、挑檐等构件。悬挑结构与其它结构不同，它采取直接将构件的一端延伸出去的做法。这种悬挑结构构件在建造时必须慎之又慎，它的破坏往往是事先没有预兆的，这类结构一旦出现质量事故，就要危及使用安全。据不完全统计，由于悬挑结构破坏所引起的倒塌事故约占全部结构倒塌事故的10％左右。尤其是学校教学楼、宿舍楼的单面走廊式挑梁。
2.钢筋砼悬挑结构质量事故产生的原因
造成悬挑构件质量事故如雨篷下垂、雨篷梁根部斜裂缝、阳台根部裂缝、外挑檐砼拆模后下垂等的原因有设计错误问题、施工质量问题，也有新规范的颁布导致按照旧规范设计建造的房屋安全鉴定不符合要求。但由于这些部件并未引起人们应有的重视，以致事故时有发生。悬挑构件属于敏感结构，由于设计不细致、施工粗糙，有些潜在的隐患在竣工交付使用后还一时难以发现。即使发现了，有的加固处理还很困难。
悬挑结构在外荷作用下所产生的弯矩是负弯矩，因此主要受力钢筋布置在构件的上部，而不在其下部。有些设计者不懂这个道理，把主要受力钢筋布置在下面，一拆模即可能倒塌；有些悬挑结构的配筋虽然正确，放在截面上部，但其受力钢筋并未伸入墙梁内达到一定的锚固长度，或未伸入墙另一边梁板结构内达到一定深度，这也会发生问题；钢筋砼浇注因施工人员走动等原因也会造成钢筋位移；有的悬挑结构按照旧版规范进行设计与施工，不符合现行《抗震规范》要求，也需要对其进行加固处理。
挑板式雨篷或阳台，为满足建筑需要，雨篷处挑端部上卷较高，端部集中荷载较大，而断面配筋仍按一般选取，未做八字角加强处理。且雨篷根部仍按外挑出长度取厚度，设计只做强度计算，未做详细挠度验算，强度虽然可通过，但施工质量却存在问题，使用后发现挠度偏大，甚至局部产生裂缝。也有因不能正确保证钢筋位置，减小了计算有效高度，雨篷或阳台不能满足实际使用荷载而裂缝。
外挑檐，外挑檐有兩种情况：一种是下面各层是外挑廊（像中小学校教学楼、宿舍楼的单面走廊），因此屋面外挑檐也较大；另一种是满足建筑造型要求，虽外挑不大，但向上卷(或倾斜+或垂直)较高。这两种情况共同的问题是稳定问题。因为屋面上一般不再砌墙，不可能再用砖砌体去平衡，一般是用预制板压隔梁，再用圈梁锚固外挑檐这种做法。如果外挑檐较大，设计上又不采取措施，很易出问题。山墙部分的外挑檐通过开间的短向圆孔板压住与挑檐连接的圈梁，再加上通长的山墙圈梁又没有内纵墙拉结，也很容易失去稳定性。这两种情况如果施工质量粗糙、尺寸偏差多、就更易造成质量问题。这类问题在住宅楼、商场营业楼就曾发生过。
3.悬挑结构的加固方法
悬挑构件加固常用的有以下几种：
3.1 改变结构传力途径加固法：改变结构的传力途径加固悬挑结构的方法很多，这里介绍将悬臂梁变为简支梁的增设支柱和悬挂加固凸阳台挑梁的两种方法，适用于强度不足且挑梁截面下部原受压区配置有受力钢筋的情况。(1)增设支柱加固法：建筑物阳台为凸出的阳台时，可用增设支撑柱法加固补强，即先在挑梁下做基础，然后在基础上砌砖墙或砖柱(钢管柱、钢管砖柱均可)支撑。砖柱支撑一般正对挑梁尖部，加固的关键在于基础稳定不沉降，砌体与挑梁的间隙须填塞紧实。(2)悬挂加固法：该法是在屋顶挑梁(或屋顶墙上中部)新浇筑砼拉梁，通过挂柱对檐口以下几层挑梁进行补强加固。挂柱一般采用砼小柱与钢管制作，挂柱钢筋与挑梁钢筋焊接后，檐口用细石砼填补，钢管要刷漆防锈处理。这种方法在施工程序上比第一种方法相对来说较麻烦。(3)斜拉钢杆加固法：该法是通过加高挑梁根部厚度，增加斜拉钢筋同原来挑梁主筋协同作用。加固时，斜拉钢筋一端与挑梁主筋焊接(先将焊接处的砼打掉)，另一端在柱或墙打孔穿筋固定．该固定端可用螺栓等施加预应力，固定后再现浇部分砼保护。
3.2 梁顶粘贴钢板加固法：粘贴钢板加固法是在需要加固的砼部位，用建筑结构胶粘钢板，以提高悬挑结构的抗弯强度。此法适用于因设计、施工错误而配筋不足或施工中钢筋错放，实际使用荷载增加及因砼开裂而使受力钢筋严重锈蚀的悬挑结构。
3.3 梁顶粘碳纤维加固法：该可以参考粘钢加固。
3.4 加大截面加固法：挑构件因上部钢筋下沉而减小了梁的有效高度(造成根部砼厚度不够)，可用加大截面法加固，其原理仍是设法加大梁的有效高度，即增加受压区合力中心至受拉钢筋合力点之间的距离。对悬臂梁可在下部增加受压钢筋及后浇砼以形成新的受压区。
3.5 叠合加固法：法运用于配筋与板厚都欠缺的悬挑板，先将加固处的板面凿毛，在大梁的砌体下掏孔，孔洞间距根据加固钢筋而定，并将大梁后侧面砼层打去部分(正对加固筋位置)，将加固钢筋根部与大梁钢筋焊接，然后用高标号细石砼在板上面现浇一层叠合板。
4.工程加固设计实例
4.1 某中学教学楼走廊挑梁加固：中学教学楼为三层砖混结构建筑物，该教学楼建筑形式为带挑梁的单面走廊式。多处走廊的挑梁有顺筋裂缝、混凝土保护层脱落等现象。挑梁的顺筋裂缝是由于走廊的滴水檐口没有作好，雨水侵入挑梁，造成钢筋锈蚀，体积膨胀所致，发展下去会造成挑梁下部混凝土整体脱落，影响其承载力。最初的加固方案，拟采用增设支柱加固法，但挑梁端部放置的是空心板，增设支柱影响空心板受力，而且挑梁顶加固的难度较大，故考虑用在梁底加大截面的方法。见图1这种方法可以加大挑梁的有效高度，有效高度增加进而提高了抗弯承载能力。后加钢筋两端分别与构造柱的主筋焊接，同时加配u型开口箍，与原梁内箍筋焊接，其直径和间距与原梁内箍筋相同，并在距梁根部1／3梁长及不小于40cm范围内适当加密箍筋，将原梁底凿毛灌注RG灌浆料。
图1 挑梁底加大截面加固法
5.结论
在工程中悬挑结构加固习惯上采用的方法是悬挑构件顶部粘钢加固或者黏贴碳纤维布，从经济效果、施工速度来看效果较理想。但悬挑结构加固方法很多，具体选择何种方法有待于进一步通过实验数据与模拟分析作进一步验证。
基金项目：内蒙古自治区高等学校科学技术研究项目 ，自然科学研究（一般项目）课题立项编号：NJ10265
作者简介：吴俊臣(1978—),男,汉族,内蒙古乌兰察布人,硕士研究生,内蒙古建筑职业技术学院建筑工程学院讲师,工程师国家一级注册结构工程师。