在实际加固工程中,结构构件在加固前已经承受了一定的荷载作用,发生了一定程度的变形,在这种状态下不管是选择粘贴碳纤维、钢板还是加大截面,此时新增受力部件并不受力,只有当继续增加荷载(二次受力)时,新增受力部件才开始发挥受力作用。据此来看,二次受力影响不应该忽略,但事实是往往又难准确反映,在实际设计工作中我们该如何来把握呢?在《混凝土加固设计规范》中对受弯构件正截面加固、偏心受压构件正截面加固都给出了二次受力影响的相关计算规定。对于偏心受压构件,规范直接简单粗暴的对受压混凝土和钢筋强度给出了0.9 的折减系数,经过几十年的项目实践未出过任何问题,也足以证明这种做法是安全的,碰到柱的正截面加固,尽可放心采用即可,这里我们就不做专题讨论了。对受弯构件,规范同样给出了折减系数,例如碳纤维加固为ψf,我们不难看出,ψf的取值跟原有构件的配筋率、截面高度、设计弯矩、加固前受弯构件验算截面上原作用的弯矩标准值等参数息息相关。
原有构件的配筋率、截面高度、设计弯矩这些参数确定起来相对都比较容易,而加固前受弯构件验算截面上原作用的弯矩标准值Mok往往由于设计师无法把握加固前受荷状态,导致确定起来比较困难,我们不妨先通过下面一个算例来看看不同Mok值对二次受力的影响。
假定原有混凝土梁,截面为250x600,受力纵筋4f22,HRB400级,混凝土等级C30,设计控制弯矩300kN.m(非地震内力组合)。我们假定情况2:取M0k为恒载作用下的弯矩标准值120。我们假定情况3:取M0k为恒载+活载作用下的弯矩标准值(近似取为300/1.3=230)。我们利用加固设计软件JGTOOL分别对以上三种情况进行计算。不难发现M0k不同,二次受力影响的变化是不容忽略的。一般来说,情况1是不可能出现的,梁类构件上固有梁板荷载是不可忽略的,所以一般项目的Mok值应该通常介于情况2与情况3之间(在无装饰面层的情况下也可能会小于情况2),从上述计算可以看出情况2与情况3相差在20%以内。
以上对比计算虽然不一定具有普遍代表意义,但还是可以对我们的设计工作有一定的指导意义,建议在设计时可以按以下做法来考虑梁的二次受力影响:1、设计文件中要求加固施工前充分卸载,起码要把可变荷载卸掉。
2、取M0k为恒载作用下的弯矩标准值,一般也不需要再单独建模计算,直接从计算模型提取即可,这样利于操作。3、考虑施工过程可能存在的卸载不完全情况,建议对计算加固量放大20%左右。相信通过以上的做法,加固计算中的二次受力影响就不会再是什么难题了。