就目前我國的具體情況而言,由於以下一些原因,工程加固具有很好的發展前景,我國是個多自然災害的國家,地震、水災、火災均對建築物造成過嚴重損失。 我國五、六十年代修建的大批工業廠房、公用建築和民用建築,已經進入中老年期,加固改造任務已經大量的提到日程上來。 大量的橋梁工程由於交通量和荷載的增加、修建時間較長或原設計標準較低,已經出現嚴重的損壞,急需加固改造處理 。總之,大規模建設之後,結構加固將成為建設的主角,無論從曆史文化保護角度還是對居住安全耐久性等角度,結構加固將變得尤為重要。
一、結構加固改造的主要步驟
一般工程結構加固的具體步驟為:可靠性鑒定――加固方案選擇―― 加固設計一施工組織設計―― 施工――驗收。
1、對已有結構現狀的評價是整個加固改造過程中的關鍵環節。通過可靠性鑒定,對已有的結構構成以及連接構造(現場中實際情況)進行掌握;對材料部分、結構的損傷及缺陷;對結構的使用情況、使用環境進行詳盡的調查。
2、結構的加固方案的選擇和設計的決定加固改造工程的效果和質量的關鍵。根據建築物受損傷程度和原有建築物的實際情況和使用目的進行方案設計,使方案技術可靠、經濟合理、方便施工。
3、加固施工是加固改造dezhuyaohuanjie,shishishijiagushejihebaozhengjiaguzhiliangdeguanjian。quanmianlejieyiyoudejiegoudexianzhuang,genjuchangdideshijiqingkuangzuzhishigong,tongshijishixiangyouguanshejirenyuanfankuixinxi。
二、結構加固的主要方法、優缺點及適用範圍淺析
混凝土結構加固的主要方法有:碳纖維加固技術、預應力加固法、 粘鋼加固法、增補受拉鋼筋加固法、改變受力體係加固法、化學植筋技術、注漿加固、混凝土表麵處理技術、混凝土表層密封技術等。
(一)、碳纖維加固技術
碳纖維布加固技術是利用碳素纖維布和專用結構膠對建築構件進行加固處理,該技術采用的碳素纖維布強度是普通二級鋼的10倍左右。具有強度高、重量輕、耐腐蝕性和耐久性強等優點。厚度僅為2mm左右,基本上不增加構件截麵,能保證碳素纖維布與原構件共同工作。
碳纖維
碳纖維片是以碳纖維為組分,以樹脂為基體,通過一定的成型方法形成的單向排列的碳纖維的複合片材。它具有極其優越的品質:材料質輕高強,碳纖維片的抗拉強度比同截麵鋼材高7~10倍,用環氧樹脂將它與結構物粘貼後形成一體,能可靠地與鋼筋混凝土共同工作,獲得優異的補強效果,而結構物自重的增加幾乎可以忽略;其抗疲勞強度高,耐久性能好,耐磨損、抗老化等。
碳纖維根據原料及生產方式的不同,主要分為聚丙烯腈(PAN)基碳纖維及瀝青基碳纖維。碳纖維產品包括PAN基碳纖維(高強度型)及瀝青基碳纖維(高彈性型)。2、碳纖維材料與其他加固材料對比 (1)抗拉強度:碳纖維的抗拉強度約為鋼材的10倍。 (2)彈性模量:碳纖維複合材料的拉伸彈性模量高於鋼材,但芳綸和玻璃纖維複合材料的拉伸彈性模量則僅為鋼材的一半和四分之一。
(3) 疲勞強度:碳纖維和芳綸纖維複合材料的疲勞強度高於高強綱絲。金屬材料在交變應力作用下,疲勞極限僅為靜荷強度的30%~40%。由於纖維與基體複合可緩和裂紋擴展,以及存在纖維內力再分配的可能性,複合材料的疲勞極限較高,約為靜荷強度的70%~80%,並在破壞前有變形顯著的征兆。 (4)重量:約為鋼材的五分之一。 (5)與碳纖維板的比較:碳纖維片材可以粘貼在各種形狀的結構表麵,而板材更適用於規則構件表麵。此外,由於粘貼板材時底層樹脂的用量比片材多、厚度大,與混凝土界麵的粘接強度不如片材。
(二)、預應力加固法
用預應力鋼筋對梁、板進行加固的方法,稱為預應力加固法。這種方法具有施工簡便和不影響結構使用空間等優點。用預應力鋼筋加固、板的基本工藝是:在需要加固的受拉區段外麵補加預應力筋,對鋼筋進行張拉,並將其錨固在梁、板的端部。。
1、預應力筋的張拉 預應力筋通常裸置於梁體之外,所以預應力筋的張拉也是在梁體外進行的。
張拉的方法可分為3種。 (1)千斤頂張拉法,千斤頂張拉法是使用千斤頂在預應力筋的端部進行張拉並錨固的方法。(2)橫向收緊法,橫向收緊法即在加固筋兩端被錨固的情況下,利用簡易工具使鋼筋由直變彎產生拉伸應變,從而在加固筋中建立預應力。(3)豎向張拉法,豎向張拉法分為人工張拉和千斤頂張拉兩種方法。
2、預應力筋的錨固 預應力筋的錨固可采用以下4種方法。(1)U形鋼板錨固首先將原梁端部的混凝土保護層鑿去,並塗以環氧砂漿,然後把與梁同寬U形鋼板卡在環氧砂漿上,再將加固筋焊接或錨接U形鋼板的兩側。(2)高強螺栓錨固在梁及鋼板上鑽出與高強螺栓相同直徑的孔,然後在鋼板和梁上塗一層環氧砂漿,用高強螺栓將鋼板壓在原梁上,以產生摩擦力和黏結力,最後將預應力筋錨固在鋼板上,或直接焊接在鋼板上。(3)扁擔式錨固在原梁的受壓區增設鋼板托套,把加固筋錨固或焊接在鋼板托套上。施工時,鋼板托套用環氧砂漿年節在原梁上,以防止其滑動。(4)套(tao)箍(gu)錨(mao)固(gu)套(tao)箍(gu)錨(mao)固(gu)是(shi)把(ba)型(xing)鋼(gang)作(zuo)成(cheng)的(de)鋼(gang)框(kuang)嵌(qian)套(tao)在(zai)原(yuan)梁(liang)上(shang),並(bing)將(jiang)預(yu)應(ying)力(li)筋(jin)錨(mao)固(gu)在(zai)鋼(gang)框(kuang)上(shang)的(de)一(yi)種(zhong)錨(mao)固(gu)方(fang)法(fa)。施(shi)工(gong)時(shi),先(xian)除(chu)去(qu)鋼(gang)框(kuang)處(chu)的(de)混(hun)凝(ning)土(tu)保(bao)護(hu)層(ceng),並(bing)用(yong)環(huan)氧(yang)砂(sha)漿(jiang)黏(nian)結(jie)鋼(gang)框(kuang)。
采用外加預應力鋼拉杆或型鋼撐杆,對結構構件或整體進行加固的方法。其特點是通過預應力手段強迫後加部分――拉la杆gan或huo撐cheng杆gan受shou力li,改gai變bian原yuan結jie構gou內nei力li並bing降jiang低di原yuan結jie構gou應ying力li水shui平ping。後hou加jia部bu分fen與yu原yuan結jie構gou能neng較jiao好hao地di共gong同tong工gong作zuo,結jie構gou的de總zong體ti承cheng載zai能neng力li可ke顯xian著zhu提ti高gao。預yu應ying力li加jia固gu法fa具ju有you加jia固gu、卸荷、改變結構內力的三重效果,適用於大跨結構加固,及采用一般方法無法加固或加固效果很不理想的較高應力應變狀態下的大型結構加固。預應力法加固按加固對象的不同,分為預應力拉杆加固及預應力撐杆加固。預應力拉杆加固主要用於一般梁板結構、框架結構、精架結構、網架結構及大偏心受壓結構;預應力撐杆加固主要用於軸心受壓及小偏心受壓框架柱。
(三)、 粘鋼加固法
粘貼鋼板加固法用粘結劑(建築結構膠)將鋼板粘貼在已開裂構件需要加固的部位上,以提高結構承載力的一種方法。該方法的應用研究始於2O世紀6O年代。在國際上它是一種適用麵較廣的加固方法,不僅用於建築,而且用於公路橋梁的加固補強。
結構粘鋼加固方法,與其他的加固方法比較,有許多獨特的優點和先進性,主要有:
1)、堅固耐用:經過多年來的工程實踐,已經證明完全能保證加固工程的質量,結構的強度和剛度都能滿足設計的要求。施工工藝精巧,質量優秀,工程合格率為100%。膠粘劑30年老化試驗耐久性能滿足要求。粘鋼加固後的結構試驗,也證明強度和剛度的設計方法是正確的和可靠的。
2)、施工快速:在保證粘鋼加固結構質量的前提下,快速完成施工任務,並能根據業務要求,在不停產不影響使用的情況下完成施工,受到用戶的普遍讚揚。
3)、簡潔輕巧:與其它加固方法比較,粘鋼加固的施工,幹淨利落,比較簡便,現場無濕作業。完成加固後的結構外觀不改變,比較輕巧,鋼板薄,結構自重增加極微,不會導致建築物內其他構件的連鎖加固。
4)、靈活多樣:粘鋼加固法的適應性很強,能夠解決生產上和生活上各種有關問題。粘貼鋼板的方案多種多樣,靈活巧妙。還可粘貼型鋼、加固鋼結構及磚砌體結構等。
5)、經濟合理:由於施工快,避免或減少工廠停產時間,節約加固材料,與其它加固方法比較,粘鋼加固的費用大為節省,經濟效益很高。
結構粘剛加固法可在下列情況下使用:
(1)鋼筋焊接點斷裂加固 (2)梁柱受化學腐蝕的粘鋼加固(3)提高樓麵荷載加固(4)陽台根部斷裂加固(5)牛腿接點加固(6)懸掛式吊車梁提高荷載加固(7)樓麵荷載集中力加固(8)橋梁斷裂、舊橋維修加固(9)混凝土柱子牛腿斷裂加固等
(四)、增補受拉鋼筋加固法
增補受拉鋼筋加固法,是指在梁的受力較大區段補加受拉鋼筋(或型鋼),以提高梁承載能力的加固方法。增補鋼筋與原梁之間的連接方法有全焊接法、半焊接法和黏結法3種。
1)、全焊接法
全(quan)焊(han)接(jie)法(fa)是(shi)增(zeng)補(bu)鋼(gang)筋(jin)直(zhi)接(jie)焊(han)接(jie)在(zai)梁(liang)的(de)原(yuan)筋(jin)上(shang),以(yi)後(hou)不(bu)在(zai)補(bu)澆(jiao)混(hun)凝(ning)土(tu)做(zuo)黏(nian)層(ceng)保(bao)護(hu)。即(ji)增(zeng)補(bu)筋(jin)是(shi)在(zai)裸(luo)露(lu)情(qing)況(kuang)下(xia),依(yi)靠(kao)焊(han)接(jie)參(can)與(yu)原(yuan)梁(liang)的(de)工(gong)作(zuo)。增(zeng)補(bu)筋(jin)之(zhi)所(suo)以(yi)能(neng)錨(mao)固(gu)與(yu)梁(liang)中(zhong)原(yuan)筋(jin)上(shang)完(wan)成(cheng)承(cheng)載(zai)功(gong)能(neng),是(shi)由(you)於(yu)梁(liang)中(zhong)原(yuan)梁(liang)的(de)應(ying)力(li)是(shi)不(bu)均(jun)勻(yun)的(de)有(you)些(xie)區(qu)段(duan)、部位(如簡支梁的端部、連續梁的反彎點附近)原(yuan)筋(jin)的(de)應(ying)力(li)較(jiao)小(xiao)。這(zhe)些(xie)部(bu)位(wei)的(de)原(yuan)筋(jin)強(qiang)度(du)沒(mei)有(you)被(bei)充(chong)分(fen)利(li)用(yong),尚(shang)有(you)潛(qian)力(li)可(ke)挖(wa)。若(ruo)把(ba)增(zeng)補(bu)鋼(gang)筋(jin)的(de)端(duan)頭(tou)焊(han)接(jie)在(zai)上(shang)述(shu)區(qu)段(duan)內(nei),則(ze)原(yuan)筋(jin)對(dui)增(zeng)補(bu)筋(jin)即(ji)可(ke)起(qi)到(dao)錨(mao)固(gu)作(zuo)用(yong)。
2)、半焊接法
半ban焊han接jie法fa是shi指zhi將jiang增zeng補bu筋jin焊han接jie在zai梁liang中zhong原yuan筋jin上shang後hou,再zai補bu澆jiao或huo噴pen射she一yi層ceng細xi石shi混hun凝ning土tu進jin行xing黏nian結jie和he保bao護hu。這zhe樣yang增zeng補bu筋jin即ji手shou焊han點dian錨mao固gu,由you於yu混hun凝ning土tu黏nian結jie力li的de固gu結jie,使shi增zeng補bu筋jin的de受shou力li特te征zheng與yu原yuan筋jin相xiang近jin,受shou力li較jiao為wei可ke靠kao。
3)、黏結法
黏結法是增補筋完全依靠後澆混凝土的黏結力傳遞,來參與原梁的工作。
shijigongchengzhong,zaishoulaqubujiaohunningtucengdeqingkuangshibijiaoduode。yuanpeijinlvjiaodi,qihunningtushouyaqugaodujiaoxiao,yincizaishoulaqubujiazongxianggangjinbingjiaohunningtushitigaogailiangkangwanchengzailideyouxiaofangfa。youruyangtai、雨蓬等懸臂構件的承載力加固,可在原板的上麵(受拉區)補配鋼筋和補澆混凝土。當在連續梁(板)dequanchangshangbubujiaohunningtushi,houbujiaodehunningtuzaikuazhongchuyushouyaqu,erzaizhizuoquechuzaishoulaqu。anhoujiaohunningtuyuyuanhunningtujieheqingkuangdebutong,zengdajiemiankefenweixinjiuhunningtujiemianduligongzuohezhengtigongzuoliangzhongqingkuang。
(五)、化學植筋技術
1)、化學植筋技術 植筋新技術是運用高強度的化學粘合劑,使鋼筋、螺杆等與混凝土產生握裹力,從而達到預期效果。施工後產生高負荷承載力,不易產生移位、拔ba出chu,並bing且qie密mi著zhe性xing能neng良liang好hao,無wu需xu作zuo任ren何he防fang水shui處chu理li。由you於yu其qi通tong過guo化hua學xue粘zhan合he固gu定ding,不bu但dan對dui基ji材cai不bu會hui產chan生sheng膨peng脹zhang破po壞huai,而er且qie對dui結jie構gou有you補bu強qiang作zuo用yong。施shi工gong簡jian便bian迅xun速su,安an全quan並bing符fu合he環huan保bao要yao求qiu,是shi建jian築zhu工gong程cheng中zhong鋼筋混凝土結構變更、追加、加固的最有效的方法。
2)、 使用範圍 1、各類建築結構增建、變更等預留鋼筋固定。2、橫梁、柱頭、樓板、剪力牆等加固預留鋼筋錨固。 3、各類鋼結構、機械設備、支架等的螺杆錨固。
3)、 技術特點
1、高承載力(剪力、拉力);
2、對固定的基材不產生膨脹力,適宜邊距、間距小的部位;
3、施工簡便、時間短;
隨著經濟建設的發展,在新建工程的同時,還強調對已有工程的技術、功能改造,在改造過程中,往往要求增加結構高度、增加荷載、增加跨度、增加層數。一些設計施工較早的工業和民用建築,結構上不能滿足現有的建築抗震設計規範要求,需要進行抗震加固;其他的如施工不當、管理不當、設計失誤等一些不確定因素造成的工程隱患則難以計數,因此工程加固改造具有廣泛的發展前景。
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