摘要:介紹了建築結構增強、補強的常用加固方法,說明了各種方法的技術特點、施工方法和適用範圍,提出了合理選擇鋼筋混凝土結構加固方法的建議,並指出建築行業中新型的粘貼FRP加固結構的前景,具有可利用價值。
隨著現代經濟的飛速發展和生活水平的不斷提高,人們對建築的數量、質量和使用功能提出了越來越多的要求,科學技術的進步也促使各種新型結構、新型材料以及新的施工工藝不斷出現。為保證建築工程的質量,促使建築業健康發展,我國於1997年通過了《中華人民共和國建築法》,明確規定:“建築物在合理使用壽命內,必須確保地基基礎工程和主體結構的質量,對已發現的質量缺陷,建築施工企業應當修複。”除(chu)此(ci)之(zhi)外(wai),對(dui)我(wo)國(guo)而(er)言(yan),將(jiang)原(yuan)有(you)的(de)建(jian)築(zhu)進(jin)行(xing)改(gai)造(zao)以(yi)充(chong)分(fen)利(li)用(yong),不(bu)但(dan)可(ke)以(yi)節(jie)約(yue)投(tou)資(zi),而(er)且(qie)能(neng)夠(gou)減(jian)少(shao)對(dui)土(tu)地(di)的(de)征(zheng)用(yong),對(dui)緩(huan)解(jie)日(ri)益(yi)緊(jin)張(zhang)的(de)城(cheng)市(shi)用(yong)地(di)矛(mao)盾(dun)有(you)著(zhe)重(zhong)要(yao)的(de)意(yi)義(yi)。
1 常用的結構加固技術
1.1 增大截麵加固法對鋼筋混凝土結構而言,增大截麵法是通過采用同種材料(鋼筋混凝土)來增大原混凝土結構截麵麵積,從而達到提高結構承載能力的目的。當梁、柱構件抗力不夠時,常采用增大截麵法,其優點如下:
1)施工技術成熟,便於施工;2)質量好,可靠性強;3)提高抗力及構件剛度的幅度大,尤其對柱增加穩定性較大。
增大截麵、增(zeng)加(jia)剛(gang)度(du),首(shou)先(xian)要(yao)考(kao)慮(lv)分(fen)析(xi)整(zheng)體(ti)結(jie)構(gou),不(bu)能(neng)僅(jin)為(wei)局(ju)部(bu)加(jia)大(da)而(er)加(jia)大(da),這(zhe)樣(yang)會(hui)引(yin)起(qi)整(zheng)體(ti)結(jie)構(gou)的(de)局(ju)部(bu)薄(bo)弱(ruo)層(ceng)發(fa)生(sheng)重(zhong)大(da)事(shi)故(gu)。此(ci)外(wai),加(jia)大(da)截(jie)麵(mian)法(fa)還(hai)有(you)一(yi)些(xie)不(bu)利(li)因(yin)素(su),使(shi)用(yong)時(shi)要(yao)予(yu)以(yi)考(kao)慮(lv)。
1)因構件質量和剛度變化較大,結構固有頻率會發生變化,因此,應避免使結構加固後的固有頻率進入地震或風震的共振區域,造成新形式的破壞;2)現場濕作業工作量大,養護時間較長,對生產和生活有一定的影響;3)構件的截麵增大後對結構的外觀以及房屋或橋梁淨空也有一定的影響。
增大截麵加固法主要使用於梁、板、柱、牆等一般結構。
1.2外包鋼加固法外包鋼加固法是一種以角鋼外包於構件四角,角鋼之間用綴板連接的加同方法。外包鋼加固法分幹式和濕式兩種情況。
1)shishiwaibaogangfashizaixinggangyuyuangoujianzhijianyongrujiaoshuinihuohuanyangshuzhidengzhanjie,shixinjiucailiaozhijianyoujiaohaodexietonggongzuonengli,qizhengtixinghao,danshizuoyegongzuoliangda;2)ganshiwaibaogangfashixinggangyuyuangoujianzhiwenwurenhezhanjie,youshisuitianyishuinishajiang,danbingbunengquebaojiehemianjianlihelalideyouxiaochuandi,xinggangyuyuangoujianbunengzhengtigongzuo,bicizhinengdandushouli。yushishiwaibaogangxiangbi,yushiwaibaogangshigonggengweijianbian,danchengzailitigaoburushishiwaibaogangyouxiao。
該法能在基本上不改變原結構構件截麵尺寸的情況下,大幅度提高構件承載力,增大延性和剛度,適用於混凝土柱、梁、屋架和磚窗間牆以及煙囪等結構構件和構築物的加固。外包鋼加固法fa特te別bie適shi用yong於yu使shi用yong上shang不bu允yun許xu增zeng大da截jie麵mian尺chi寸cun,而er又you需xu要yao大da幅fu度du地di提ti高gao承cheng載zai力li的de軸zhou心xin和he偏pian心xin受shou壓ya構gou件jian的de加jia固gu。該gai法fa施shi工gong速su度du快kuai,現xian場chang工gong作zuo量liang較jiao小xiao,加jia固gu效xiao果guo好hao,但dan用yong鋼gang量liang大da,加jia固gu費fei用yong較jiao高gao。
1.3預應力加固法預應力加固法是一種采用外加預應力鋼拉杆(分水平拉杆和組合式拉杆)或huo型xing鋼gang撐cheng杆gan對dui結jie構gou進jin行xing加jia固gu的de方fang法fa。通tong過guo施shi加jia預yu應ying力li強qiang迫po鋼gang拉la杆gan或huo型xing鋼gang撐cheng杆gan受shou力li,影ying響xiang並bing改gai變bian原yuan結jie構gou應ying力li分fen布bu,並bing降jiang低di結jie構gou原yuan有you應ying力li水shui平ping,致zhi使shi一yi般ban加固方法中(zhong)普(pu)遍(bian)存(cun)在(zai)的(de)應(ying)力(li)應(ying)變(bian)滯(zhi)後(hou)現(xian)象(xiang)的(de)影(ying)響(xiang)能(neng)較(jiao)好(hao)的(de)消(xiao)除(chu)。因(yin)此(ci),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(zhe)提(ti)高(gao)。預(yu)應(ying)力(li)加(jia)固(gu)法(fa)具(ju)有(you)加(jia)固(gu)、卸載和改變結構應力分布的三重效果,適用於大跨度結構加固,以及采用其他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。
預應力加固法的主要優點如下:
1)體外配筋張拉預應力可以起到增加主筋、提高正截麵及斜截麵的強度,同時也提高了剛度,有效地改善了使用性能且效果好。
2)預應力能消除或減緩後加杆件的應力滯後現象,使後加杆件有效地工作。
3)預應力產生的負彎矩可以抵消部分荷載彎矩,減小原構件的撓度,縮小原構件的裂縫寬度甚至使原裂縫完全閉合。
因此,預應力加固法是一種加固效果好而且費用低的加固方法,具有廣闊的應用前景。該法的缺點是增加了施加預應力的工序和設備。
1.4外部粘鋼加固法外部粘鋼加固法是將鋼板通過粘結劑,按加固設計要求,粘貼於混凝土或鋼結構表麵,使之共同工作。這種加固法的優點是取材容易,施工方便、快捷,能在幾乎不改變構件的外觀和使用空間的條件下,大大提高結構構件的承載力和正常使用階段的性能。
采用外部粘鋼加固時,通常是將鋼板粘於梁底受拉區,以提高梁的承載力,當在梁側貼鋼板時還可以提高梁斜截麵承載力。
目前,外部粘鋼加固法主要用於承受靜力作用的一般受彎構件及受拉構件的補強加固,要求環境溫度不宜超過60℃,相對濕度不宜大於70%,並要求無化學腐蝕。當工作條件不滿足上述要求時,應當采取相應的處理措施。粘貼鋼板對施工工藝要求較高, 一般需要專業施工隊伍才能保證施工質量。
1.5增設支點加固法增設支點加固法是通過增設支承點來減小結構計算跨度,達到減小結構內力和提高其承載能力的加固方法。該法簡單可靠,但對於使用空間有一定影響,適用於梁、板、桁架、網架等水平結構的加固。
按(an)照(zhao)增(zeng)設(she)的(de)支(zhi)承(cheng)結(jie)構(gou)的(de)變(bian)形(xing)性(xing)能(neng),增(zeng)設(she)支(zhi)點(dian)法(fa)可(ke)分(fen)為(wei)剛(gang)性(xing)支(zhi)點(dian)和(he)彈(dan)性(xing)支(zhi)點(dian)兩(liang)種(zhong)情(qing)況(kuang)。剛(gang)性(xing)支(zhi)點(dian)法(fa)通(tong)過(guo)支(zhi)承(cheng)結(jie)構(gou)的(de)軸(zhou)心(xin)受(shou)壓(ya)或(huo)軸(zhou)心(xin)受(shou)拉(la)將(jiang)荷(he)載(zai)直(zhi)接(jie)傳(chuan)給(gei)基(ji)礎(chu)或(huo)柱(zhu)子(zi)等(deng)構(gou)件(jian),由(you)於(yu)支(zhi)承(cheng)結(jie)構(gou)的(de)軸(zhou)向(xiang)變(bian)形(xing)遠(yuan)遠(yuan)小(xiao)於(yu)被(bei)加(jia)固(gu)結(jie)構(gou)的(de)撓(nao)曲(qu)變(bian)形(xing),對(dui)被(bei)加(jia)固(gu)結(jie)構(gou)而(er)言(yan),支(zhi)承(cheng)結(jie)構(gou)可(ke)簡(jian)化(hua)按(an)不(bu)動(dong)支(zhi)點(dian)考(kao)慮(lv),結(jie)構(gou)受(shou)力(li)較(jiao)為(wei)明(ming)確(que),內(nei)力(li)計(ji)算(suan)大(da)為(wei)簡(jian)化(hua);彈性支點法通過支承結構的受彎或桁架作用間接地傳遞荷載的一種加固方法.,youyuzhichengjiegoudebianxinghebeijiagujiegoudebianxingshutongyishuliangji,zhichengjiegouzhinengandanxingzhidiankaolv,neilifenxijiaoweifuza。xiangduieryan,gangxingzhidianjiaguduijiegouchengzainenglitigaofudujiaoda,danxingzhidianjiaguduijiegoushiyongkongjiandeyingxiangchengdujiaodi。
1.6化學灌漿補強法化學灌漿補強就是將一定化學材料配製成漿液,用壓送設備將其灌入混凝土結構裂縫內,使其擴散、膠凝或固化,達到補強的目的。化學灌漿材料主要有兩種:一種是以環氧樹脂為主劑配製成的環氧樹脂灌漿材料,它具有化學穩定性好、可以室溫固化、收縮小、強度高、粘zhan結jie力li強qiang等deng一yi係xi列lie優you點dian,而er且qie因yin為wei環huan氧yang樹shu脂zhi灌guan漿jiang材cai料liao的de粘zhan結jie力li和he內nei聚ju力li均jun大da於yu混hun凝ning土tu的de內nei聚ju力li,能neng有you效xiao地di修xiu補bu混hun凝ning土tu的de裂lie縫feng,恢hui複fu結jie構gou的de整zheng體ti性xing,目mu前qian是shi一yi種zhong較jiao好hao的de補bu強qiang固gu結jie化hua學xue灌guan漿jiang材cai料liao,一yi般ban用yong於yu修xiu補bu寬kuan度du為wei0.2 mm~0.5 iD2n的裂縫;另一種是以甲基丙烯酸甲酯為主劑配製的甲基丙烯酸酯類灌漿材料,它具有可灌性好的特點,能灌入0.05 nlnl寬的細微裂縫中,一般用來修補縫寬在0.2 Inrn以下的裂縫。
化學灌漿補強法主要用來修補因出現裂縫而影響使用功能的結構,如水池、水塔、水壩等,也可用來修補混凝土梁、板、柱等構件及因鋼筋鏽蝕而導致結構耐久性降低的構件。
1.7水泥壓漿補強法水泥壓漿補強法是一種用壓力設備將水泥漿液壓入結構構件的蜂窩、孔洞或裂縫中,充填並固結這些缺陷,以達到補強加固的目的。水泥灌漿具有強度高、材料來源廣、價格低,運輸、儲存方便及灌漿工藝比較簡單等優點,至今仍是應用最廣泛的灌漿材料。該法的缺點是需要專門的設備,主要用於因地震、溫度、沉降等原因引起的磚牆裂縫的修補。
1.8噴射混凝土補強法噴射混凝土補強法是一種用混凝土噴射機將混凝土拌合料和水(幹噴機)或混凝土濕料(濕噴機)以高速噴射到混凝土結構上,並快速凝固成型的加固方法。噴射混凝土不需要振搗,它借助水泥與骨料之間的連續衝擊實現密實化,也不需要支模或隻需部分支模,施工方便、速度快、工期短、噴射凝固層與原結構粘結力強,所以在大範圍加固工程中具有獨特優勢,其缺點是需要專門的設備,對混凝土的配合比設計要求較高。這種方法常用於:
病弱混凝土的局部或全部更換;在梁、板等構件的下麵增補混凝土;填補混凝土和磚石結構中的孔洞、縫隙及混凝土牆的麻麵。
1.9粘貼纖維材料加固法纖維複合材料作為一種新型的混凝土結構buqiangjiagucailiaozaiwoguozhujianxingqi,xianweizengqiangfuhecailiaoshiliyongshuzhileijiaojiecailiaojiangxianweibuzhantieyuhunningtubiaomian,congerdadaoduijiegougoujianbuqiangjiagujigaishanjiegoushoulixingnengdemude。結構加固中常用的FRP(纖維增強複合材料)有:CFRP(碳纖維增強塑料)、GFRP(玻璃纖維增強塑料)和AFRP(芳綸纖維增強複合材料),與傳統混凝土結構加固技術相比具有明顯的優越性。
1)高強高效。在加固修補混凝土結構中可以充分利用其高強度的特點來提高混凝土結構的承載力和延性,改善其受力性能,達到高效加固修補的目的,對於柱的抗震加固尤其具有重要意義。2)施工便捷。施工工效高,沒有濕作業,不需要大型施工機具,無需現場固定設施,施工占用場地少。3)具有極佳的耐腐蝕性能及耐久性能。4)施工質量易保證。5)FRP材料質量輕且薄,粘貼後每平方米重量不到1.0 kg(包括樹脂重量),一層粘貼後厚度僅1.0 mill左右:,加固修補後,基本不增加原結構自重及原構件尺寸。6)適用麵廣。
2結語
對於上述加固方法,國內外的很多科研機構都進行了大量的研究工作,且大都已經用於實際工程中。然而,這些加固方法都有一定的缺陷,除去帶有共性的化學腐蝕問題外,象粘鋼加固法,還會增加構件自重、結點不易處理、施工難度大等。因此,在實際加固時,應尋求一種簡便易行的技術含量高的加固技術。H強以其優異的性能成為土木工程領域受寵的新型材料,尤其與傳統的鋼筋混凝土結構相結合更能發揮其突出的優點。FRP具ju有you很hen大da的de研yan究jiu推tui廣guang價jia值zhi和he巨ju大da的de社she會hui經jing濟ji效xiao益yi,隨sui著zhe研yan究jiu工gong作zuo的de不bu斷duan深shen入ru,這zhe種zhong材cai料liao必bi將jiang得de到dao廣guang泛fan的de應ying用yong。我wo國guo擁yong有you巨ju大da的de建jian築zhu市shi場chang,隨sui著zhe經jing濟ji建jian設she的de飛fei速su發fa展zhan,相xiang信xinFRP在我國土木工程領域將有美好廣闊的前景。
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