目前，建筑行業(yè)中，房屋的補強加固工程日益增多。特別是5.12汶川特大地震發(fā)生以后，大多數砌體結構房屋需要加固補強，在震后砌體房屋的加固中，“夾板墻”法加固砌體房屋的事例頗多，經過國內外許多學者的試驗以及實踐經歷證明“夾板墻”法加固砌體結構是一個行之有效的方法。然而，對于這種加固方法仍然存在著許多尚未解決的問題，例如鋼筋網水泥砂漿面層對原砌體的套箍作用，以及后加鋼筋和水泥砂漿的強度利用系數等，都是需要亟待解決的問題。本文根據磚砌體和水泥砂漿以及鋼筋的應力應變關系，利用結構加固中新舊材料的應力應變協(xié)調關系以及新舊材料的界限破壞狀態(tài)，并參考現(xiàn)行砌體結構規(guī)范，給出了均勻受壓磚砌體中后加材料（鋼筋和水泥砂漿）強度利用系數的確定方法。
　　2 公式推導所需的理論依據和推導過程
　　2.1 推導公式所需要的計算假定
　　 許多研究及試驗表明受壓組合砌體構件的破壞形態(tài)，機理都同素混凝土受壓構件極其類似，且理論及實踐都證明了組合砌體受壓構件的計算公式推導完全可以仿照混凝土受壓構件的計算公式的推導。因此“夾板墻”法加固的砌體構件承載力公式推導可以仿照混凝土受壓構件的推導過程來推寫，同混凝土受壓構件一樣，先提出以下基本假定：
　　1.平截面假定
　　 在分析時假定同一橫截面上任一位置具有相同的壓縮變形。
　　2.砌體受壓應力—應變關系曲線及峰值壓應變
　　 砌體結構受壓時的應力—應變關系（）及峰值應變（）取值，國內外學者根據各自的試驗資料，提出過不同的表達式，主要有對數型、拋物線形和指數型。施氏對數型在我國有一定的實驗基礎，值的物理概念明確，作為本文推導理論公式的依據。施氏對數型應力—應變關系表達式如下：
　　 ； —砌體軸心抗壓強度平均值
　　3.砂漿受壓應力—應變關系及峰值壓應變
　　 目前，還沒有一個統(tǒng)一的便于實際應用的砂漿應力—應變關系曲線。有些觀點認為砂漿性質與素混凝土性質類似，其峰值應變點處為砂漿抗壓強度設計值，軸心及均勻受壓。在以后的推導中，砂漿的應力—應變曲線參照混凝土的應力—應變曲線，如圖2-1所示。
　　
　　圖2-1 砂漿應力—應變關系曲線 圖2-2 “夾板墻”法加固砌體結構示意圖
　　當時（上升段）：
　　當時（下降段）式中
　　2.2. 公式的推導過程
　　“夾板墻”（鋼筋網水泥砂漿）法加固砌體結構的示意圖如圖2-2所示。為加固前原砌體的截面面積，為“夾板墻”中鋼筋的面積，為后加砂漿的面積。
　　經分析知，加固前原結構已經承受荷載，截面應力已經達到一定水平，但是后加部分在加固后還不能立即工作，只有當第二次受力時加固部分才開始受力，因此加固部分存在一定的應力滯后現(xiàn)象。一般情況下原結構的應變高于后加部分的應變，后加部分達不到極限強度，材料不能充分利用，因此如何確定后加材料的強度利用系數就成為了加固設計中的主要問題，要解決這一問題就得從新舊材料的應力—應變關系和變形協(xié)調關系入手。
設原磚砌體在加固時的應力為,應變?yōu)椋?。當原砌體達到峰值應變時，后加材料的應變?yōu)椋?br />　　（2-1）
　　根據前面砂漿的應力—應變關系知，此時后加砂漿的應力為：
　　
　?。?-2）
　　式中，為砂漿的峰值應變。
　　令，稱為后加砂漿的強度利用系數。由式（2-4）可知，應按下式計算：
　?。?-3）
　　同理，假設鋼筋仍然處于彈性狀態(tài)，后加鋼筋的應力為：
　　（2-4）
　　令，為鋼筋的強度利用系數，則用下式表示：
　?。?-5）
　　上面分析了磚砌體及后加水泥砂漿和鋼筋的應力應變狀態(tài)，由分析可知只要知道了加固結構的極限壓應變就可以確定后加材料的強度利用系數。對于后加材料和原砌體來說，雖然加固后后加材料的應變滯后于原砌體，但后加材料的極限壓應變一般小于原磚砌體的極限壓應變，因此可能出現(xiàn)如圖2-3所示三種破壞狀態(tài)。
　　
　　 （a）后加砂漿先破壞 （b）界限破壞（c）原砌體先破壞
　　圖2-3加固砌體三種破壞時的應力—應變關系
　　下面根據以上三種破壞情況分析后加材料的利用系數：
　　（1）當0.00127時，此時破壞情況如（a）(b)所示，此時破壞時加固結構的應變取，此時經分析可知:后加砂漿的強度利用系數。
　?。?）當<0.00127時，此時破壞情況如（c）圖所示，磚砌體首先破壞，而后是后加水泥砂漿鋼筋網的破壞，此時的加固結構的應變?yōu)?，此時后加水泥砂漿的強度利用系數為：
　　。
　　根據上面的分析，得后加水泥砂漿的強度利用系數應按下式計算：
　　（2-6）
　　同理：鋼筋的強度利用系數也可按上面的形式分析，鋼筋的強度利用系數應按下式計算：
　?。?-7）
　　在式（2-6）中取，稱為新舊材料應變比；令，稱為原砌體應變水平與后加材料極限應變水平比。則式（2-6）變?yōu)椋?br />　?。?-8）
　　同理：式（2-7）可變?yōu)槿缦滦问剑?br />　　(2-9)
　　取分別為1.0，1.1，1.2……2.0時，可作出的關系曲線，如圖2-4所示：
　　圖2-4 關系曲線圖圖2-5 關系曲線圖
　　同理：也可以作出的關系曲線圖，因為后加材料中的鋼筋，需要滿足的條件，故高強鋼筋不宜采用，這里只作出Ⅰ級鋼筋的關系曲線圖。如圖2-5所示。
　　從上面的分析可以看出，界限破壞狀態(tài)是確定后加材料強度利用系數的分界點，但上面的分析是以應變表示的，并且砂漿應變在實際中很難求得，實際設計中則更關心的是應力，因此有必要用應力表示后加材料的強度利用系數。
定義為加原砌體的應力水平指標，用下面的公式表示：為砌體的軸心抗壓強度設計值。
　　 —為原砌體加固時實際所受的力。A—為原砌體的面積。 （2-10）
　　同樣可以定義界限破壞時原砌體的應力水平指標為。
　　經分析知界限破壞時有： （2-11）
　　式中:
　　同時根據砌體結構設計規(guī)范GB50003—2001，
　　經過上面幾式得：（2-12）
　　根據上式，因為加固材料為水泥砂漿，。對于常用不同磚砌體的可列于下表：如表2-1.
　　界限破壞時原砌體的應力水平指標
　　


磚強度等級 砂漿強度等級
M0.4 M1.0 M2.5 M5 M7.5 M10 M15
MU7.5 0.79 0.75 0.74 0.73 0.71 0.69 —
MU10 0.77 0.74 0.72 0.70 0.68 0.66 0.62
MU15 0.75 0.71 0.69 0.67 0.64 0.62 0.56

從上面的分析可知，“夾板墻”加固砌體結構后加水泥砂漿的強度利用系數不僅要考慮加固前原砌體的應力水平指標，也要考慮達到界限破壞狀態(tài)時原砌體的應力水平指標，用應力表示的后加水泥砂漿的強度利用系數表示如下：
　?。?-13）
　　同理，也可以用應力形式表示鋼筋的強度利用系數。令為砌體和鋼筋同時達到各自的屈服強度時，加固前原砌體的應力水平指標。
　　經分析知，達到界限破壞時有： (2-14)
　　 式中：
　　根據砌體結構設計規(guī)范GB50003—2001,
　　—鋼筋的屈服強度 —鋼筋的彈性模量
　　由以上幾式整理可得： （2-15）
　　 由鋼筋網水泥砂漿加固磚砌體，一般用的是Ⅰ級鋼筋，鋼筋屈服時的應變?yōu)椤τ诔Ｓ貌煌瑥姸绕鲶w的可列表如下：
　　界限破壞時原砌體的應力水平指標（Ⅰ級鋼筋）
　　

磚砌體強度 砂漿強度等級
M0.4 M1.0 M2.5 M5 M7.5 M10 M15
MU7.5 0.82 0.80 0.79 0.78 0.77 0.75 —
MU10 0.81 0.79 0.78 0.77 0.75 0.74 0.71
MU15 0.79 0.77 0.76 0.75 0.73 0.71 0.68

經分析知，鋼筋網水泥砂漿加固磚砌體，鋼筋強度的利用系數不僅要考慮加固前磚砌體的應力水平，也要考慮界限破壞時原砌體的應力水平指標，砌體的抗壓強度以及鋼筋的彈性模量和屈服強度。用應力表示鋼筋的強度利用系數，公式如下：
　?。?-16）
　　下面舉例說明后加材料強度利用系數的計算方法。
　　例：已知某軸心受壓磚柱用MU7.5磚，M2.5的砂漿砌筑，截面尺寸為480mm480mm?，F(xiàn)因地震破壞，使磚柱出現(xiàn)多處裂縫，經驗算知磚柱的承載力不足以承擔上部荷載?，F(xiàn)采用在柱體外部用鋼筋網水泥砂漿修補的方法加固該磚柱，加固用的砂漿強度為M20，鋼筋采用一級鋼筋，鋼筋直徑為10mm。已知加固前磚柱承擔的荷載為220KN，試確定后加材料的強度利用系數。
　　解：（1）確定砌體及鋼筋的設計強度及界限應力水平指標
　　 由砌體規(guī)范查得砌體的抗壓強度設計值為，查表2-1得,由表2-2查得。
　　 （2）確定加固前砌體的應力水平指標
　　
　　 （3）確定后加材料的強度利用系數
　　 因> 且>，所以應分別按照公式2-13和公式2-16計算后加材料的強度利用系數。
　　　　 由公式2-13得：，同理由2-16得：。
　　3 總結及建議
　?。?）通過上面的推導過程我們可以看出，后加材料的強度利用系數與加固前原砌體的應力水平指標有直接的關系，加固前原砌體的應力水平越高，后加材料的強度利用系數越低，因此在加固前建議卸荷加固，這樣可以使后加材料的強度利用系數提高。
　?。?）加固砌體結構時，選取極限壓應變小于原砌體極限壓應變的材料比較經濟，這樣也可以使后加材料得到充分利用，提高后加材料的強度利用系數。
　?。?）本文的分析方法也可以用于其他不同材料的加固設計中。

---

文章來源： 永年加固公司
本文鏈接: http://m.miseto.com/a_20130728222615.html
任何關于加固工程的問題和建議，敬請咨詢：0591-87868646