浅谈混凝土结构加固技术及其应用

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浅谈混凝土结构加固技术及其应用随着2008年及2010年结构设计的主要规范《建筑抗震设计规范》的两次修订改编，许多建筑在装修、改造过程中，原有的结构主体或局部构件已无法满足修订后的抗震规范，普遍都需要对原有结构或构件进行加固。结构加固就是对建筑物进行改造、加固、维护所采取的措施，目的是使建筑在改造后保证其结构安全，延长其使用寿命。结构加固技术已被广泛地应用到建筑工程的改造和维护中，加固方案的确定要遵循安全、经济、快捷、施工方便的原则，在对商品混凝土结构进行加固时，应根据结构构件的使用部位、受力情况等选用相应的一种或几种技术方法。商品混凝土结构的加固分为直接加固与间接加固两类，设计时可根据实际条件和使用要求选择适宜的方法和配套的技术。本文主要介绍直接加固中使用较多的几种加固方法。1、商品混凝土结构的直接加固1.1、加大截面加固法加大截面加固法就是增大原构件截面面积或增配钢筋，以提高其承载力和刚度，或改变其自振频率的一种加固方法。加大截面加固法的关键是要确保结合面能有效传力，并使新旧两部分商品混凝土能够协调整体工作。因此，施工之前应将新旧商品混凝土结合部面层凿除，并从设计构造上配置足够的剪切摩擦筋或锚固件，贯穿于结合面，将两部分连接起来，使其共同受力，达到加固补强的目的该方法施工工艺简单、适应性强，设计和施工均比较成熟，适用于梁、板、柱、墙和一般构造物的商品混凝土的加固。但该方法现场施工的湿作业时间比较长，浇筑商品混凝土及商品混凝土养护时间也较长，对生产和生活有较大的影响，且加固后的建筑物净空有一定的减小，故增大截面加固法比较适合可停止使用且净空较大建筑的加固改造。1.2、外包钢加固法外包钢加固常用于对框架柱的加固，即在商品混凝土柱四周包以型钢进行加固，这样既不增大商品混凝土截面尺寸，又能大幅度地提高商品混凝土柱的承载力，具体方法又分干法作业与湿作业法两种形式。干式加固法是将型钢（一般是角钢）直接外包于需要加固的商品混凝土柱四周，型钢与商品混凝土之间无连接，由于与商品混凝土没有形成一个整体，所以不能确保结合面传递剪力。湿式外包钢加固法采用具有良好粘结性能的高强度建筑结构胶，把钢板与商品混凝土构件牢固地粘结在一起，形成复合的整体结构，有效传递应力，使构件联合工作，从而提高结构的承载能力及结构的强度和刚度的一种技术。两种作业方法相比较，干式作业法施工更为简单，价格低，施工时间短，但其承载力提高不如湿式作业法好。在方案选择时，应根据加固要求和原构件情况，合理选择适当的方案进行加固。下面笔者就自己在设计工作中遇到的一个具体的工程实例介绍湿式加固法。loanapprovalandpostcreditapprovalofficer/atalllevelsinaccordancewithcreditapprovalrules,licensingandeventualexerciseofcreditdecisionpowerofpersonsorinstitutions.Reviewfindingsandreviewcomments,accordingtotheBank'scredit 扬州杭集地区有一两层的框架，因改变使用功能增大了楼面的活荷载。经过三维空间结构计算软件对加荷后结构整体计算，结果显示局部的梁、板、柱均达不到设计要求，说明加荷后建筑物整体的承载力，抗震能力不能满足要求，必须进行处理。通过计算原有的基础可以满足加荷后的要求，故不需要对基础进行加固。考虑到工期紧和使用上均不允许显著增大原构件截面尺寸，但又要求大幅度提高柱承载能力，故决定对框架柱采用外包钢加固法，即在商品混凝土柱四周包以型钢进行加固，将角钢包于柱子四周并用缀条连接，具体方法采用湿作业法：即用具有良好粘结性能的高强度建筑结构胶，将角钢粘贴在商品混凝土柱上，达到整体加固补强目的。1.3、粘钢加固法粘钢加固法是比较新颖的一种加固方法，它是在商品混凝土构件表面用特别的建筑结构胶粘贴钢板，使钢板与商品混凝土牢固的形成一体，共同受力，补偿或提高截面的承载力，以达到加固补强的作用。其优点是简单、快速、技术可靠，不影响结构外形，施工时对生产和生活影响较小。这种加固方法适用于承受静力作用的一般受弯及受拉构件及剪力墙的开洞加固；且环境温度不大于60摄氏度，相对湿度不大于70%，以及无化学腐蚀影响的构件，否则应采取防护措施。当构件的实测商品混凝土强度等级低于C15时，不宜采用本方法进行加固。粘钢加固法中钢材一般为Q235或Q335钢，厚度以3～6mm为宜。对上文两层框架的框架梁的加固就是采用的粘钢加固方案，即在梁下采用JGN型粘结剂粘结钢带，再粘结箍板，梁端加密。纵向钢带和箍板都用膨胀螺栓和原梁固定在一起，钢板和箍板粘结面都要进行除锈和粗糙处理。纹路应和受力方向垂直，使用前用脱醋棉蘸丙酮擦拭干净。经过以上方法的加固，大幅提高了结构梁的承载能力，取得了很好的效果。1.4、置换商品混凝土加固法置换商品混凝土加固法就是将原结构、构件中的破损商品混凝土凿除至密实部位，用强度略高的新商品混凝土浇灌置换，使新旧两部分粘合成一体共同工作。该法适用于受压区商品混凝土强度偏低或有严重缺陷的梁、柱等商品混凝土承重构件的加固。其优点与加大截面法相近，且加固后不影响建筑物的净空，能恢复结构原先的外观。但同样存在施工的湿作业时间长、养护时间较长的缺点，而且剔除陈旧商品混凝土的工作量大，容易伤及原构件的钢筋，所以在施工过程中对原构件可能造成的屈服、疲劳、失稳等破坏状态要进行全面严格的评估。1.5、粘贴碳纤维加固法外贴碳加固是用胶结材料把纤维增强复合材料贴于被加固构件的受拉区域，碳纤维布的抗拉强度不小于2000MPa，粘贴后碳纤维布与被加固截面共同工作，能显著提高构件的承载能力。该方法适用于各种受力性质的商品混凝土结构构件的加固，除具有粘贴钢板相似的优点外，还具有耐腐蚀、耐潮湿、几乎不增加结构自重、耐用、维护费用较低等优点，因而在实际加固工程中应用普遍。其缺点是对使用环境的温度有限制，需要专门的防火处理。loanapprovalandpostcreditapprovalofficer/atalllevelsinaccordancewithcreditapprovalrules,licensingandeventualexerciseofcreditdecisionpowerofpersonsorinstitutions.Reviewfindingsandreviewcomments,accordingtotheBank'scredit 若防护不当，易遭受火灾和人为损坏。下面结合工程实例说明其使用方法。扬州市城管局某分局六层办公楼，因使用需要增设一部电梯，需破除楼板并增设电梯隔墙，经整体计算，结构基础及柱基本能满足要求，但局部梁配筋偏小影响改造后的结构安全，必须加固。经过综合考虑采用粘贴碳纤维加固梁底的方法，碳纤维布采用高强度Ⅰ级，型号CF200，抗拉强度设计值为2300Mpa，其弹性模量不小于240GPa，极限强度不小于3400MPa，碳纤维布厚度为0.11mm，粘贴2～3层。施工选择有加固资质及经验的施工单位，严格按照国家加固规范及图集执行。工程竣工并投入使用后，经观测原结构构件保持了良好的完整性及观感，很好的达到了加固的目的。1.6、绕丝法绕丝加固法是通过缠绕退火钢丝使被加固的受压构件商品混凝土受到约束作用，从而提高其极限承载力和延性的一种直接加固技术。该法重点是提高商品混凝土构件的位移延性。该法的优点是构件加固后增加自重较少、外形尺寸截面变化不大，这对构件所处环境空间要求不高。缺点是对矩形截面商品混凝土构件承载力的提高不显著，故在某种意义上限制了该法的应用范围。但是，实践表明，当工业民用建筑的商品混凝土梁受火灾或水灾后发生斜截面破坏情况严重时，采用绕丝法对其加固具有较好效果。先将保护层凿去，接着用退火后的钢丝竖向或斜向缠绕，回定后用钢楔顶紧以产生少量预应力，迫使钢丝迅速地参与工作，再用高强度等级细石商品混凝土浇补至原截面尺寸。此时梁具有优异地约束斜裂缝和变形能力，并提高严重灾毁后的商品混凝土梁的强度，为灾后重建起到一定补救作用。2、商品混凝土结构的间接加固间接加固的一般方法有：预应力加固法、增加支承加固法、其它加固法。2.1、预应力加固法。预应力加固是指运用预应力原理，在增设的构件或原有构件（如主梁梁体）中，施加一定初始应力（即预应力）的一种加固方法。对于钢筋商品混凝土或预应力商品混凝土梁板，采用对受拉区施以预加压力的加固，可以抵消部分自重应力，起到卸载作用，从而能较大幅度地提高梁的承载能力。2.2、增加支承加固法。增设支承加固法是通过减少受弯构件的计算跨度，达到减少作用在被加固构件上的载载效应，提高结构承载水平的目的。扬州广陵区某网吧自建隔层，增设的框架梁高度太小不能满足承载要求，考虑其网吧如停业经济损失较大，最终采取增设钢牛腿支承框架梁的方法加固，此方法作业面小，施工方便，工期短，加固方案符合安全、经济、快捷、施工方便的原则。2.3、其它加固法。辅助结构加固法是采用另制的辅助构件，如型钢、钢桁架或钢筋商品混凝土梁，部分或全部分担被加固梁的荷载。3、与商品混凝土结构加固改造配套使用的技术3.1、托换技术。托换技术是托梁（或桁架）拆柱（或墙）、托梁接柱和托梁换柱等技术的概称，由相关结构加固、上部结构顶升与复位以及废弃构件拆除等技术组成。loanapprovalandpostcreditapprovalofficer/atalllevelsinaccordancewithcreditapprovalrules,licensingandeventualexerciseofcreditdecisionpowerofpersonsorinstitutions.Reviewfindingsandreviewcomments,accordingtotheBank'scredit 3.2、植筋技术。植筋技术是一项对商品混凝土结构较简捷、有效的连接与锚固技术；可植入普通钢筋，也可植入螺栓式锚筋。植筋技术是用于建筑物的加固改造工程中最常用的技术。3.3、裂缝修补技术。根据商品混凝土裂缝的起因、性状和大小，采用不同方法进行修补，使结构因开裂而降低的使用功能和耐久性得以恢复的一种专门技术。3.4、碳化商品混凝土修复技术。指通过恢复商品混凝土的碱性（钝化作用）或增加其阻抗而使碳化造成的钢筋腐蚀得到遏制的技术。3.5、商品混凝土表面处理技术。指采用化学方法、机械方法、喷砂方法、真空吸尘方法、射水方法等清理商品混凝土表面污痕、油迹、残渣以及其它附着物的专门技术。3.6、商品混凝土表层密封技术。指采用柔性密封剂充填、聚合物灌浆、涂膜等方法对商品混凝土进行防水、防潮和防裂处理的技术。3.7、其它技术。如结构、构件移位技术、调整结构自振频率技术等。4、结语总之，每种加固方法都有它自己的优缺点。就目前来看，商品混凝土结构加固技术还有待于在实践中进一步探索，随着建筑科学技术的不断进步以及新型建筑材料的不断出现，建筑结构加固方法将会有更大拓展，因而加固施工方案的选择也将具有更为广阔的空间。loanapprovalandpostcreditapprovalofficer/atalllevelsinaccordancewithcreditapprovalrules,licensingandeventualexerciseofcreditdecisionpowerofpersonsorinstitutions.Reviewfindingsandreviewcomments,accordingtotheBank'scredit