摘要:通过概述混凝结构加固技术现状,介绍了混凝⼟结构加固的众多⽅法,分析了各种⽅法的特点和适⽤范围;并对混凝⼟结构加固技术⽬前需要完善的地⽅以及发展⽅向提出⼏点建议。
  关键词:混凝⼟结构加固;⽅法;现状
  混凝⼟结构⼀般在使⽤30~50年以后会产⽣明显的劣化与损伤。已有建筑物的鉴定,改造加固已经成为经济发达国家的建设重点之⼀,由此也产⽣并推动了加固技术的不断发展。在我国,在经过⼏⼗年⼤规模的基本建设后,已有建筑物的维修、改造和加固必将占据其应有的重要地位。因此,将其视为⼀个体系加以研究和探讨。已经成为我国对现有建筑物实施管理的⼀项完整对策。
  就混凝⼟加固⼯程实践经验⽽论,⽇本在混凝⼟结构裂缝修补技术⽅⾯,较为系统全⾯,编制了《混凝⼟裂缝调查及补强加固技术规程》;原苏联在⼯业⼚房加固设计构造⽅⾯,积累了较为丰富的经验,出版有结构加固构造图集;英国,德国在混凝⼟结构缺陷修补,防⽔及防腐处理技术⽅⾯,也取得不少成功经验。我国近⼗⼏年来,进⾏了⼤量⼯程实践,编有《混凝⼟结构加固技术规范》(CECS25:90)。
  1 结构加固概述
  1.1 加固原因加固学是随同房屋结构学发展⽽发展起来的。从加固的范围看主要原因有:(1)尚未建成但由于施⼯质量问题;(2)结构封顶尚未使⽤就要改造⽽引起的加固;(3)结构⽼化后进⾏改造加固;(4)因灾害引起的加固。
  1.2 加固⼯作程序可靠性鉴定-加固⽅案选择-加固设计-施⼯组织设计-施⼯-验收。
房屋结构改造加固  2传统加固⽅法
  即加⼤截⾯法,是在现有混凝⼟构件外加钢筋混凝⼟,增⼤原混凝⼟构件截⾯⾯积,达到提⾼结构承载⼒的⽬的,加⼤截⾯法的优点是容易施⼯,适⽤⾯⼴,可⼴泛⽤于⼀般梁、板、柱、墙等混凝⼟结构的加固。缺点是现场湿作业⼯作量⼤,养护期较长,对⽣产和⽣活有⼀定影响;对结构外观及房屋净空也有⼀定影响,且嵌⼊的钢筋锈蚀和混凝⼟劣化的危险性很⼤。加在截⾯法的加固效果与原结构在加固时的应⼒⽔平,结合⾯构造处理,施⼯⼯艺,材料性能以及加固时是否卸载等因素直接相关。加⼤截⾯法在设计构造⽅⾯必须解决好新加部分与原有部分的整体⼯作共同受⼒问题。试验研究表明,加固结构在受⼒过程中,结合⾯会出现拉、压、弯、剪等各种复杂应⼒,其中关键是剪⼒和拉⼒。今后欲使这⼀加固技术更有效的分法是使⽤具有⾼张拉应变能⼒,低收缩性能的材料。
  3 常规加固⽅法
  3.1 粘钢加固法1960年在瑞⼠和德国,基于L‘Hermite和Bres—son的⼯作,发展了外粘钢板加固钢筋混凝⼟结构的⽅法,就是⽤薄钢板或其它钢衬通过⼀种双组份环氧粘合剂粘于混凝⼟结构表⾯产⽣三相材料,混凝⼟—胶—钢板的复合系统。该法具有⽅案设计及结构计算简单,不损伤原混凝⼟构件,施⼯⽅法简便,周期短,现场作业量⼩,对原构件外形尺⼨影响⼩等优点。在国际上是⼀种适⽤⾯较⼴的先进
加固⽅法,不仅建筑,⽽且公路桥梁也普遍采⽤。已经证明粘在混凝⼟梁受拉表⾯的钢板能提⾼抗弯能⼒,同时也能提⾼抗弯刚度并相应减少挠度和开裂。
  混凝⼟粘结钢板必须满⾜3个因素:(1)被粘结表⾯必须清洁。(2)环氧⾄少有混凝⼟强度的粘结强度。(3)为避免脆性的板分离破坏,板必须长⽽薄,或采⽤⾜够的锚固,来充分发挥钢板的性能。Jones的试验研究表明:胶粘锚固钢板是钢板锚固的⽅式。粘钢板主要实际问题是:(1)重量太⼤,且为⽅便操作和处理,在长度上有所限制。(2)现在加固采⽤低碳钢,且有与⽣俱来的锈蚀特性,因此产⽣了⼀个额外的维护⼯作。(3)现在难以肯定粘结的耐久性,以及在钢板与胶体界⾯潜在的锈蚀。(4)环氧树脂等⽤固化剂结硬后,强度虽⾼,但有跪性,且⼀般粘结剂适⽤⾯不够⼴。⽬前我国东洋机械公司从⽇本引进并正在研制⽣产在特殊环境下使⽤的粘结剂,诸如低温(⼀20 C以下)、⾼温、⽔下等特殊环境下的粘结剂。来源:考试⼤
  3.2 预应⼒加固法也可称为反弯矩法。在20世纪50年代外部预应⼒就已是⼀种施⼯⽅法。预应⼒加固具有加固、卸载、改变结构内⼒的三重效果,适⽤⼤跨结构加固。⽤预应⼒钢筋在构件外进⾏张拉,可以起到增加主筋,提⾼正截⾯及斜截⾯强度,同时也提⾼了刚度,是⼀种积极的加固⽅法。但预应⼒钢筋中的预应⼒设置多少,却要受结构受⼒年限⽽定,即要考虑混凝⼟徐变的影响。预应⼒筋的应⼒不宜⼤于150MPa,对于已负荷很久的超静定结构,宜为50—100MPa.外加预应⼒技术已成功地应⽤于校正现有结构中超出的不满意的挠度,改进对疲劳和开裂的抗⼒。现在外加预应⼒在美国、⽇本、瑞⼠已⼴泛
开发⽤作混凝⼟加固。
  外加预应⼒优点为:(1)施⼯⽅法简单、成熟;(2)⽤X射线或其它⽆损检测技术可以在结构运⾏期检验;(3)拉杆或绞线可替换。缺点源于结构的外部:易于锈蚀,易燃,易于损坏外观。外部施加预应⼒系统对外界侵蚀性成分与防⽕的保护通常⽤外包混凝⼟或喷射混凝⼟。其锈蚀问题可通过使⽤纤维加筋塑料来解决。但⽬前对纤维加筋塑料的机械性能并不⼗分了解,还有待进⼀步研究。
  3.3 外包钢加固法外包钢加固法是以型钢(⼀般为⾓钢)外包于构件四⾓(或两⾓)的加固⽅法。在我国,外包钢加固法也是⼀种使⽤⾯较⼴的传统加固⽅法,优点是:施⼯简便,现场⼯作量较⼩,受⼒较为可靠,适⽤于使⽤上不允许增⼤原构件截⾯⾜⼨,却不要求⼤幅度的提⾼截⾯承载能⼒的混凝⼟结构加固。外包钢加固分湿式和⼲式2种情况。湿式外包钢加固:外包钢与构件之间是采⽤乳胶⽔泥粘贴或环氧树脂化学灌浆等⽅泌粘结,以期型钢与原构件能整体⼯作共同受⼒;⼲式外包钢加固:型钢与原构件之间⽆任何粘结,有时虽填有⽔泥砂浆,但并不能确保结合⾯剪⼒和拉⼒的有效传递,外包钢架与原构件不能整体⼯作,彼此只能单独受⼒。与湿式外包钢相⽐,⼲式外包钢施⼯更为简便,但承载能⼒提⾼不如湿式外包钢有效。外包钢加固结构,尤其是框架结构,节点区受⼒最为复杂,构造处理相当别扭。
  3.4 置换加固法在梁或偏⼼受压柱中,⽤置换法可以达到局部直接补强的效果。例如当成批构件混凝⼟
强度等级达不到设计要求时,通过检测,选出最低等级的构件,然后按弯矩图确定最危险截⾯,这些截⾯的受压区⽤⾼⼀级新混凝⼟置换⽼混凝⼟,切剖⾯应成直⾓平整,然后⽤喷射混凝⼟灌满,试验证明,尽管仅在局部置换,仍是⼗分有效的。在置换法中,构件需切割成⽅⼝或要将柱切断。⽬前,⽇本、美国和瑞典均有混凝⼟切割机⽣产,上海以及欧美各地也有现成产品,北京东洋机械公司是国内以切割为主业的公司。来源:amda
  3.5 间接加固法间接加固法是⽤增加构件,增设⽀承点,以减⼩结构计算跨度,减轻被加固构件的负担,达到减⼩结构内⼒和提⾼其承载能⼒的加固⽅法。其优点是简单可靠;缺点是使⽤空间会受⼀定影响。这种⽅法适⽤于梁、板、桁架、架等⽔平结构的加固。该法按⽀承结构的变形性能,⼜分为刚性⽀点和弹性⽀点两种情况。刚性⽀点法是通过⽀承结构的轴⼼受压或
轴⼼受拉将荷载直接传给基础或柱⼦的⼀种加固⽅法。弹性⽀点法是以⽀承结构的受弯或桁架作⽤间接传递荷载的⼀种加固⽅法。