淺談建筑結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土加固技術(shù)方法

[摘要]隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和生活水平的不斷提高，人們對建筑的數(shù)量、質(zhì)量和使用功能提出了越來越多的要求，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步也促使各種新型結(jié)構(gòu)、新型材料以及新的施工工藝不斷出現(xiàn)。文章論述建筑結(jié)構(gòu)中鋼筋混凝土加固技術(shù)的幾點(diǎn)方法。

[關(guān)鍵詞]建筑結(jié)構(gòu)；加固技術(shù)；材料

[作者簡介]鄧偉瑜，結(jié)構(gòu)工程師，廣東東莞，523326

[中圖分類號(hào)]TU375[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]1007-7723(2009)05-0128-0003

一、增大截面加固法

對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而言，增大截面法是通過采用同種材料(鋼筋混凝土)來增大原混凝土結(jié)構(gòu)截面面積，從而達(dá)到提高結(jié)構(gòu)承載能力的目的。當(dāng)梁、柱構(gòu)件抗力不夠時(shí)，常采用增大截面法，其優(yōu)點(diǎn)如下：

1施工技術(shù)成熟，便于施工。

2質(zhì)量好，可靠性強(qiáng)。

3提高抗力及構(gòu)件剛度的幅度大，尤其對柱增加穩(wěn)定性較大。

增大截面、增加剛度，首先要考慮分析整體結(jié)構(gòu)，不能僅為局部加大而加大，這樣會(huì)引起整體結(jié)構(gòu)的局部薄弱層發(fā)生重大事故。此外，加大截面法還有一些不利因素，使用時(shí)要予以考慮。

一是因構(gòu)件質(zhì)量和剛度變化較大，結(jié)構(gòu)固有頻率會(huì)發(fā)生變化，因此，應(yīng)避免使結(jié)構(gòu)加固后的固有頻率進(jìn)入地震或風(fēng)震的共振區(qū)域，造成新形式的破壞。

二是現(xiàn)場濕作業(yè)工作量大，養(yǎng)護(hù)時(shí)間較長，對生產(chǎn)和生活有一定的影響。

三是構(gòu)件的截面增大后對結(jié)構(gòu)的外觀以及房屋或橋梁凈空也有一定的影響。

增大截面加固法主要使用于梁、板、柱、墻等一般結(jié)構(gòu)。

二、外包鋼加固法

外包鋼加固法是一種以角鋼外包于構(gòu)件四角，角鋼之間用綴板連接的加固方法。外包鋼加固法分干式和濕式兩種情況。

1濕式外包鋼法是在型鋼與原構(gòu)件之間用乳膠水泥或環(huán)氧樹脂等粘結(jié)，使新舊材料之間有較好的協(xié)同工作能力，其整體性好，但濕作業(yè)工作量大。

2干式外包鋼法是型鋼與原構(gòu)件之間無任何粘結(jié)，有時(shí)雖填以水泥砂漿，但并不能確保結(jié)合面剪力和拉力的有效傳遞，型鋼與原構(gòu)件不能整體工作，彼此只能單獨(dú)受力。與濕式外包鋼相比，干式外包鋼施工更為簡便，但承載力提高不如濕式外包鋼有效。

該方法能在基本上不改變原結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸的情況下，大幅度提高構(gòu)件承載力，增大延性和剛度，適用于混凝土柱、梁、屋架和磚窗間墻以及煙囪等結(jié)構(gòu)構(gòu)件和構(gòu)筑物的加固。外包鋼加固法特別適用于使用上不允許增大截面尺寸，而又需要大幅度地提高承載力的軸心和偏心受壓構(gòu)件的加固。該方法施工速度快、現(xiàn)場工作量較小、加固效果好，但用鋼量大，加固費(fèi)用較高。

三、預(yù)應(yīng)力加固法

預(yù)應(yīng)力加固法是一種采用外加預(yù)應(yīng)力鋼拉桿(分水平拉桿和組合式拉桿)或型鋼撐桿對結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固的方法。通過施加預(yù)應(yīng)力強(qiáng)迫鋼拉桿或型鋼撐桿受力，影響并改變原結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布，并降低結(jié)構(gòu)原有應(yīng)力水平，致使一般加固方法中普遍存在的應(yīng)力應(yīng)變滯后現(xiàn)象的影響能較好的消除。因此，后加部分與原結(jié)構(gòu)能較好地共同工作，結(jié)構(gòu)的總體承載能力可顯著提高。預(yù)應(yīng)力加固法具有加固、卸載和改變結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布的三重效果，適用于大跨度結(jié)構(gòu)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(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)下的大型結(jié)構(gòu)加固。

預(yù)應(yīng)力加固法的主要優(yōu)點(diǎn)如下：

1體外配筋張拉預(yù)應(yīng)力可以起到增加主筋、提高正截面及斜截面的強(qiáng)度，同時(shí)也提高了剛度，有效地改善了使用性能且效果好。

2預(yù)應(yīng)力能消除或減緩后加桿件的應(yīng)力滯后現(xiàn)象，使后加桿件有效地工作。

3預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的負(fù)彎矩可以抵消部分荷載彎矩，減小原構(gòu)件的撓度，縮小原構(gòu)件的裂縫寬度甚至使原裂縫完全閉合。

因此，預(yù)應(yīng)力加固法是一種加固效果好而且費(fèi)用低的加固方法，具有廣闊的應(yīng)用前景。該方法的缺點(diǎn)是增加了施加預(yù)應(yīng)力的工序和設(shè)備。

四、外部粘鋼加固法

外部粘鋼加固法是將鋼板通過粘結(jié)劑，按加固設(shè)計(jì)要求，粘貼于混凝土或鋼結(jié)構(gòu)表面，使之共同工作。這種加固法的優(yōu)點(diǎn)是取材容易，施工方便、快捷，能在幾乎不改變構(gòu)件的外觀和使用空間的條件下，大大提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力和正常使用階段的性能。

采用外部粘鋼加固時(shí)，通常是將鋼板粘于梁底受拉區(qū)，以提高梁的承載力，當(dāng)在梁側(cè)貼鋼板時(shí)還可以提高梁斜截面承載力。目前，外部粘鋼加固法主要用于承受靜力作用的一般受彎構(gòu)件及受拉構(gòu)件的補(bǔ)強(qiáng)加固，要求環(huán)境溫度不宜超過60℃，相對濕度不宜大于70％，并要求無化學(xué)腐蝕。當(dāng)工作條件不滿足上述要求時(shí)，應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)的處理措施。粘貼鋼板對施工工藝要求較高，一般需要專業(yè)施工隊(duì)伍才能保證施工質(zhì)量。

五、增設(shè)支點(diǎn)加固法

增設(shè)支點(diǎn)加固法是通過增設(shè)支承點(diǎn)來減小結(jié)構(gòu)計(jì)算跨度，達(dá)到減小結(jié)構(gòu)內(nèi)力和提高其承載能力的加固方法。該法簡單可靠，但對于使用空間有一定影響，適用于梁、板、桁架、網(wǎng)架等水平結(jié)構(gòu)的加固。

按照增設(shè)的支承結(jié)構(gòu)的變形性能，增設(shè)支點(diǎn)法可分為剛性支點(diǎn)和彈性支點(diǎn)兩種情況。剛性支點(diǎn)法通過支承結(jié)構(gòu)的軸心受壓或軸心受拉將荷載直接傳給基礎(chǔ)或柱子等構(gòu)件。由于支承結(jié)構(gòu)的軸向變形遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于被加固結(jié)構(gòu)的撓曲變形，對被加固結(jié)構(gòu)而言，支承結(jié)構(gòu)可簡化按不動(dòng)支點(diǎn)考慮，結(jié)構(gòu)受力較為明確，內(nèi)力計(jì)算大為簡化；彈性支點(diǎn)法是通過支承結(jié)構(gòu)的受彎或桁架作用間接地傳遞荷載的一種加固方法。由于支承結(jié)構(gòu)的變形和被加固結(jié)構(gòu)的變形屬同一數(shù)量級(jí)，支承結(jié)構(gòu)只能按彈性支點(diǎn)考慮，內(nèi)力分析較為復(fù)雜。相對而言，剛性支點(diǎn)加固對結(jié)構(gòu)承載能力提高幅度較大，彈性支點(diǎn)加固對結(jié)構(gòu)使用空間的影響程度較低。

六、化學(xué)灌漿補(bǔ)強(qiáng)法

化學(xué)灌漿補(bǔ)強(qiáng)就是將一定化學(xué)材料配制成漿液，用壓送設(shè)備將其灌入混凝土結(jié)構(gòu)裂縫內(nèi)，使其擴(kuò)散、膠凝或固化，達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)的目的?；瘜W(xué)灌漿材料主要有兩種：一種是以環(huán)氧樹脂為主劑配制成的環(huán)氧樹脂灌漿材料，它具有化學(xué)穩(wěn)定性好、可以室溫固化、收縮小、強(qiáng)度高、粘結(jié)力強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，而且因?yàn)榄h(huán)氧樹脂灌漿材料的粘結(jié)力和內(nèi)聚力均大于混凝土的內(nèi)聚力，能有效地修補(bǔ)混凝土的裂縫，恢復(fù)結(jié)構(gòu)的整體性，目前是一種較好的補(bǔ)強(qiáng)固結(jié)化學(xué)灌漿材料，一般用于修補(bǔ)寬度為0.2～0.5 mm的裂縫；另一種是以甲基丙烯酸甲酯為主劑配制的甲基丙烯酸酯類灌漿材料。它具有可灌性好的特點(diǎn)，能灌入0.05mm寬的細(xì)微裂縫中，一般用來修補(bǔ)縫寬在0.2mm以下的裂縫。

化學(xué)灌漿補(bǔ)強(qiáng)法主要用來修補(bǔ)因出現(xiàn)裂縫而影響使用功能的結(jié)構(gòu)，如水池、水塔、水壩等，也可用來修補(bǔ)混凝土梁、板、柱等構(gòu)件及因鋼筋銹蝕而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)耐久性降低的構(gòu)件。

七、水泥壓漿補(bǔ)強(qiáng)法

水泥壓漿補(bǔ)強(qiáng)法是一種用壓力設(shè)備將水泥漿液壓入結(jié)構(gòu)構(gòu)件的蜂窩、孔洞或裂縫中，充填并固結(jié)這些缺陷，以達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)加固的目的。水泥灌漿具

有強(qiáng)度高、材料來源廣、價(jià)格低，運(yùn)輸、儲(chǔ)存方便及灌漿工藝比較簡單等優(yōu)點(diǎn)，至今仍是應(yīng)用最廣泛的灌漿材料。該法的缺點(diǎn)是需要專門的設(shè)備，主要用于因地震、溫度、沉降等原因引起的磚墻裂縫的修補(bǔ)。

八、噴射混凝土補(bǔ)強(qiáng)法

噴射混凝土補(bǔ)強(qiáng)法是一種用混凝土噴射機(jī)將混凝土拌和料和水(干噴機(jī))或混凝土濕料(濕噴機(jī))以高速噴射到混凝土結(jié)構(gòu)上，并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(xù)沖擊實(shí)現(xiàn)密實(shí)化，也不需要支模或只需部分支模，施工方便、速度快、工期短，噴射凝固層與原結(jié)構(gòu)粘結(jié)力強(qiáng)，所以在大范圍加固工程中具有獨(dú)特優(yōu)勢；其缺點(diǎn)是需要專門的設(shè)備，對混凝土的配合比設(shè)計(jì)要求較高。這種方法常用于病弱混凝土的局部或全部更換；在梁、板等構(gòu)件的下面增補(bǔ)混凝土；填補(bǔ)混凝土和磚石結(jié)構(gòu)中的孔洞、縫隙及混凝土墻的麻面。

九、粘貼纖維材料加固法

纖維復(fù)合材料作為一種新型的混凝土結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固材料在我國逐漸興起。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是利用樹脂類膠結(jié)材料將纖維布粘貼于混凝土表面，從而達(dá)到對結(jié)構(gòu)構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)加固及改善結(jié)構(gòu)受力性能的目的。結(jié)構(gòu)加固中常用的FRP(纖維增強(qiáng)復(fù)合材料)有：CFRP(碳纖維增強(qiáng)塑料)、GFRP(玻璃纖維增強(qiáng)塑料)和AFRP(芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料)。與傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)越性。

1高強(qiáng)高效。在加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)中可以充分利用其高強(qiáng)度的特點(diǎn)來提高混凝土結(jié)構(gòu)的承載力和延性，改善其受力性能，達(dá)到高效加固修補(bǔ)的目的，對于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(yè)，不需要大型施工機(jī)具，無需現(xiàn)場固定設(shè)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(zhì)量易保證。

5FRP材料質(zhì)量輕且薄，粘貼后每平方米重量不到1.0kg(包括樹脂重量)，一層粘貼后厚度僅1.0mm左右，加固修補(bǔ)后，基本不增加原結(jié)構(gòu)自重及原構(gòu)件尺寸。

6適用面廣。

十、結(jié)語

對于上述加固方法，國內(nèi)外的很多科研機(jī)構(gòu)都進(jìn)行了大量的研究工作，且大都已經(jīng)用于實(shí)際工程中。然而，這些加固方法都有一定的缺陷。因此，在實(shí)際加固時(shí)，應(yīng)尋求一種簡便易行的技術(shù)含量高的加固技術(shù)。FRP以其優(yōu)異的性能成為土木工程領(lǐng)域青睞的新型材料，尤其與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相結(jié)合更能發(fā)揮其突出的優(yōu)點(diǎn)。FRP具有很大的研究推廣價(jià)值和巨大的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益，隨著研究工作的不斷深入，這種材料必將得到廣泛的應(yīng)用。