混凝土強(qiáng)度不足時(shí)的處理措施

崔曉明

摘 要:混凝土強(qiáng)度是確定新建和已建混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承載能力等力學(xué)性能的關(guān)鍵因素,混凝土強(qiáng)度檢測(cè)技術(shù)是工程結(jié)構(gòu)檢測(cè)中非常重要的一項(xiàng)內(nèi)容。本文對(duì)混凝土強(qiáng)度不足的情況進(jìn)行了探討,提出了一些處理措施。

關(guān)鍵詞:混凝土;處理;加固

中圖分類(lèi)號(hào):TU746

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

文章編號(hào):1008-0422(2009)03-0147-02

1引言

混凝土強(qiáng)度的不足將對(duì)結(jié)構(gòu)的承載能力、裂縫以及耐久性等諸多方面產(chǎn)生不利影響,應(yīng)根據(jù)其不足的程度,采取相應(yīng)的處理措施。選用的加固方法有3大類(lèi):直接加固法、間接加固法、綜合加固法。

2直接加固法

直接加固法即通過(guò)各種途徑增加結(jié)構(gòu)抗力。加固前最好能在原結(jié)構(gòu)上卸載,經(jīng)加固后再恢復(fù)使用荷載,但在原結(jié)構(gòu)上往往很難實(shí)現(xiàn)。工程中,國(guó)內(nèi)、外直接加固技術(shù)主要有如下幾種:

2.1增大截面加固法

增大截面加固法即采取增大結(jié)構(gòu)或構(gòu)筑物的截面面積,以提高其承載力和剛度,滿(mǎn)足正常使用的一種加固方法。可廣泛應(yīng)用于混凝土、磚混等結(jié)構(gòu)的梁、板、柱、墻等構(gòu)件和一般構(gòu)筑物的加固。

⑴ 該方法優(yōu)點(diǎn):

① 傳統(tǒng)加固方法,技術(shù)成熟,便于操作;

② 質(zhì)量好,可靠性強(qiáng);

③ 提高構(gòu)件抗力R及剛度的幅度大,尤其對(duì)柱的穩(wěn)定性提高較大。

⑵ 該方法缺點(diǎn):

① 如果設(shè)計(jì)中未能從整體結(jié)構(gòu)角度上分析,僅僅為局部加大而加大,這樣會(huì)造成整體結(jié)構(gòu)其它部分形成薄弱層而發(fā)生重大破壞。

② 加大構(gòu)件截面,其質(zhì)量和剛度將發(fā)生變化,結(jié)構(gòu)的固有頻率也隨之改變,很有可能進(jìn)入到地震或風(fēng)震的頻率中而產(chǎn)生共振現(xiàn)象。

③ 現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)工作量大,養(yǎng)護(hù)時(shí)間長(zhǎng),對(duì)生產(chǎn)和生活有一定的影響。

④ 對(duì)原有結(jié)構(gòu)的外形以及房屋使用空間上有一定的影響。

2.2外包鋼加固法

外包鋼加固法即在混凝土、砌體等構(gòu)件四周包以型鋼的加固方法(分干式、濕式兩種形式)。適用于使用上不允許增大構(gòu)件截面尺寸,而又需要大幅度地提高承載力和剛度的加固。此法主要適用于混凝土、磚混結(jié)構(gòu)中的柱以及梁、桁架弦桿和腹桿的加固。這種加固方法的優(yōu)點(diǎn)是施工方便,現(xiàn)場(chǎng)工作量少,工期短,受力可靠,對(duì)建筑物外觀和凈空影響小;缺點(diǎn)是用鋼量較大,加固維修費(fèi)用較高。當(dāng)采用化學(xué)灌漿外包鋼加固時(shí),型鋼表面溫度不應(yīng)超過(guò)60℃;當(dāng)環(huán)境具有腐蝕性介質(zhì)時(shí),必須采取可靠防護(hù)措施,以提高其耐久性。

2.3改變結(jié)構(gòu)傳力途徑加固法

改變結(jié)構(gòu)傳力途徑加固法是以減小結(jié)構(gòu)的計(jì)算跨度和改變傳力路徑、減少變形,提高其承載力的加固方法,適用于房屋凈空不受限制的較大跨度的結(jié)構(gòu)加固。

按支承的受力性能分為剛性支點(diǎn)和彈性支點(diǎn)兩種:

⑴ 增設(shè)支點(diǎn)法

剛性支點(diǎn)法是通過(guò)支承構(gòu)件的軸心受壓將荷載直接傳給基礎(chǔ)或其他承重構(gòu)件的一種加固方法。

⑵ 彈性支承法

是以增設(shè)支承結(jié)構(gòu)改變上部結(jié)構(gòu)受彎或桁架作用來(lái)間接傳遞荷載的一種加固方法。

2.4外加預(yù)應(yīng)力加固法

外加預(yù)應(yīng)力加固是采用外設(shè)預(yù)應(yīng)力拉桿或撐桿對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件整體進(jìn)行加固的方法。通過(guò)施加預(yù)應(yīng)力拉桿(分水平拉桿,下?lián)问嚼瓧U和組合式拉桿)或撐桿受力,影響并改變?cè)Y(jié)構(gòu)內(nèi)力分布,從而降低結(jié)構(gòu)原有應(yīng)力水平,能較好地消除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,后加部分和原有結(jié)構(gòu)能夠較好地共同工作,結(jié)構(gòu)承載力能夠得到較大的提高。預(yù)應(yīng)力加固法主要用于大跨度支撐結(jié)構(gòu)加固,以及采用一般方法無(wú)法加固或加固效果不理想的較高應(yīng)力-應(yīng)變狀態(tài)下的大型結(jié)構(gòu)加固。

2.5粘鋼加固法

粘鋼加固法即在混凝土構(gòu)件外部粘貼鋼板,以提高其承載能力和滿(mǎn)足正常使用的一種加固方法。此法適用于承受靜力作用的一般受彎、受拉及受壓構(gòu)件的加固。優(yōu)點(diǎn)是被加固構(gòu)件基本不受損傷,可以充分發(fā)揮原構(gòu)件的作用;加固后幾乎不改變構(gòu)件的外形且不影響建筑功能;施工工藝簡(jiǎn)單,施工工期短。但該方法的耐久性較差,且要求環(huán)境溫度不大于60℃,相對(duì)濕度不大于70%,以及無(wú)化學(xué)腐蝕影響,否則應(yīng)采取相應(yīng)的措施。

2.6粘貼纖維復(fù)合材料加固法

纖維復(fù)合材料是由基體材料(環(huán)氧樹(shù)脂)和增強(qiáng)材料(纖維)所組成復(fù)合材料。這種復(fù)合材料既可以保持原有材料的特性,又發(fā)揮組合后的新特性,它可以根據(jù)需要進(jìn)行加固設(shè)計(jì),從而最合理地達(dá)到使用要求的性能。工程中常見(jiàn)的纖維復(fù)合材料有:玻璃纖維、碳纖維和芳綸纖維等。其中以碳纖維的抗拉強(qiáng)度和彈性模量最大,其價(jià)格較貴,碳纖維片材加固的構(gòu)件在較高溫度、濕度、化學(xué)腐蝕條件下能夠保持良好的工作性能。玻璃纖維極限抗拉強(qiáng)度較低,其彈性模量一般為1.7×104MPa,與混凝土的彈性模量2.55×104MPa(C20)較接近,若能保證粘貼牢固,玻璃纖維復(fù)合材料在加固過(guò)程中能保證與混凝土的變形一致。

纖維復(fù)合材料加固法可廣泛適用于梁、板、柱及墻體的加固。其操作簡(jiǎn)單,施工方便,加固效率高,是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ募庸谭椒ā?/p>

3間接加固法

間接加固法是通過(guò)各種途徑減少作用效應(yīng),達(dá)到提高結(jié)構(gòu)安全度。其主要方法有:

3.1改變用途法

將重負(fù)荷樓面改為輕負(fù)荷樓面。例如將樓面使用荷載4~8kN/m2,改為一般用房的2kN/m2,使用荷載降低至原有的0.5~0.25,結(jié)構(gòu)安全度大大提高。

3.2隔震法

利用隔震技術(shù)來(lái)阻止和減少地震作用對(duì)結(jié)構(gòu)的影響,從而保證結(jié)構(gòu)的可靠度。如在高烈度大地震中,很難用提高結(jié)構(gòu)抗力R的方法抵御巨大的地震力作用。如果采取在上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)間設(shè)置隔震層,當(dāng)?shù)孛孢\(yùn)動(dòng)強(qiáng)度超過(guò)規(guī)定值,上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間將產(chǎn)生滑移,即地面運(yùn)動(dòng)不能或不能全部地傳遞至上部結(jié)構(gòu),這樣就有效減少了上部結(jié)構(gòu)所受到的地震作用,從而確保了建筑物在強(qiáng)烈地震作用下的可靠性。

還可采用改變結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的方法以降低結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng),有如改變結(jié)構(gòu)剛度分布,達(dá)到間接加固的目的。

4綜合加固法

根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力特征、傳力路徑、結(jié)構(gòu)狀況等具體條件綜合采用直接加固和間接加固的各種方法,稱(chēng)為綜合加固法,是目前采用最多、效果和效益最好的方法。

⑴ 綜合加固法十分重視結(jié)構(gòu)檢測(cè)的具體手段、原理、方法和過(guò)程,不同的檢測(cè)手段對(duì)應(yīng)不同的適用條件和不同的精度。

⑵ 鑒定中首先必須查明被鑒定結(jié)構(gòu)的傳力路線(xiàn),并尋求新的傳力路線(xiàn),按照傳力路線(xiàn)的計(jì)算分析、結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點(diǎn),采用相應(yīng)優(yōu)化的加固對(duì)策。

⑶ 為保證加固結(jié)構(gòu)受力體系中的承載力和變形或剛度協(xié)調(diào),盡可能采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)、植筋技術(shù)、碳纖維粘貼加固技術(shù)、鋼板粘錨技術(shù)和加大截面外包加固技術(shù)等。這些技術(shù)均能夠有效地減少應(yīng)變滯后現(xiàn)象,保證新、舊結(jié)構(gòu)共同工作。

⑷ 在傳力路線(xiàn)轉(zhuǎn)移上,宜采用增、減構(gòu)件,或改變節(jié)點(diǎn)約束條件,改善自身結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn),通過(guò)荷載轉(zhuǎn)移達(dá)到綜合加固的目的。

⑸ 利用結(jié)構(gòu)造型變化減緩風(fēng)荷載效應(yīng),改善通風(fēng)、采光、地震,這樣既加固了結(jié)構(gòu)本身,又改善了使用功能。

5受拉構(gòu)件混凝土強(qiáng)度不足時(shí)的處理方法

混凝土強(qiáng)度不足對(duì)軸心受拉構(gòu)件的承載能力不產(chǎn)生影響,故無(wú)需對(duì)受拉構(gòu)件進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固,但從耐久性的角度出發(fā),應(yīng)對(duì)開(kāi)裂部分作表面密封修補(bǔ)處理。

6受壓構(gòu)件混凝土強(qiáng)度不足時(shí)的處理方法

一般的軸心受壓構(gòu)件承載能力隨著混凝土強(qiáng)度的不足幾乎成正比下降。若混凝土強(qiáng)度不足的幅度較小,以致受壓構(gòu)件的承載能力下降不超過(guò)5%,或者按實(shí)測(cè)強(qiáng)度等級(jí)對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載能力復(fù)核仍能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)使用要求,可以不作結(jié)構(gòu)加固處理。否則,應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)受力情況和使用環(huán)境,進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固處理。主要采用增大截面法、外包鋼法、預(yù)應(yīng)力法、外粘鋼板法、外粘玻璃鋼法、碳纖維(CFRP)加固法等,共同的特點(diǎn)是:加固截面或構(gòu)件的應(yīng)變,滯后于原截面或構(gòu)件的應(yīng)變,形成二次受力。經(jīng)加固的結(jié)構(gòu)總體承載力不是原結(jié)構(gòu)抗力與加固部分的簡(jiǎn)單疊加,不同的加固方法有不同的理論與方法。

7受彎構(gòu)件混凝土強(qiáng)度不足時(shí)的處理方法

對(duì)于混凝土強(qiáng)度不足的受彎構(gòu)件,通?？筛鶕?jù)受彎構(gòu)件在變形和裂縫方面的表現(xiàn)、混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)、配筋情況、混凝土強(qiáng)度不足的幅度(即前述的強(qiáng)度等級(jí)下降系數(shù))及混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和使用的要求確定處理方案:

⑴ 當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不足的幅度較小,構(gòu)件控制截面的抗彎、抗剪承載能力下降的幅度均在5%以?xún)?nèi)時(shí),可不進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固處理。

⑵ 按實(shí)測(cè)混凝土強(qiáng)度等級(jí)對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載能力和變形驗(yàn)算,若能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及使用要求時(shí),除了進(jìn)行結(jié)構(gòu)裂縫密封修補(bǔ)處理外,可以不作結(jié)構(gòu)加固處理。

⑶ 若實(shí)測(cè)的混凝土強(qiáng)度等到級(jí)使得受彎構(gòu)件的承載能力不滿(mǎn)足上述1、2條的要求,則應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)加固處理。常用的加固方法有:加大截面加固法、外包鋼加固法、預(yù)應(yīng)力加固法、改變結(jié)構(gòu)傳力途徑法、粘貼片材材料(鋼板、碳纖維等)加固法等。

8結(jié)束語(yǔ)

⑴ 混凝土強(qiáng)度不足時(shí),框架柱構(gòu)件實(shí)際承載能力隨著混凝土強(qiáng)度的下降幾乎成正比地下降,表明實(shí)際工程中應(yīng)特別注意對(duì)柱構(gòu)件混凝土強(qiáng)度不足問(wèn)題的檢查及處理。

⑵ 影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)性能的因素很多,以現(xiàn)行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論為基礎(chǔ),較為系統(tǒng)地分析了混凝土強(qiáng)度不足對(duì)不同類(lèi)型結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力、截面裂縫寬度及結(jié)構(gòu)耐久性的影響。分析結(jié)果表明:混凝土強(qiáng)度不足會(huì)對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力產(chǎn)生不同的影響,其影響的大小順序?yàn)?受壓構(gòu)件截面承載能力→受彎構(gòu)件斜截面抗剪承載能力→受彎構(gòu)件正截面抗剪承載能力→受拉構(gòu)件截面承載能力;同時(shí),混凝土強(qiáng)度的不足也會(huì)使構(gòu)件截面裂縫寬度增大和構(gòu)件的耐久性降低。

因此,在混凝土澆搗施工的過(guò)程中,應(yīng)進(jìn)行混凝土施工質(zhì)量控制,確保混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度;對(duì)混凝土強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的已建結(jié)構(gòu),應(yīng)及時(shí)根據(jù)不同的影響程度及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要程度采取相應(yīng)的處理方法,確保建筑物能夠滿(mǎn)足安全和正常的使用要求。

參考文獻(xiàn):

[1] 卜良桃,王濟(jì)川.建筑結(jié)構(gòu)加固改造與施工.長(zhǎng)沙:湖南大學(xué)出版社,2002:22-81.

[2] 卜良桃,陳大川,毛晶晶.建筑結(jié)構(gòu)加固改造與施工.長(zhǎng)沙:湖南大學(xué)出版社,2004:180-184.

[3] 建筑結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)編寫(xiě)組.建筑結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù).北京:中國(guó)鐵道出版社,1987,5-37.

[4] 王永維.我國(guó)建筑物鑒定與加固改造技術(shù)現(xiàn)狀與展望.建筑物鑒定與加固改造第五屆全國(guó)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集.汕頭:汕頭大學(xué)出版社,2000,1-6.

[5] 王濟(jì)川.建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn).第二版.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1991,100-103.

[6] 周詳,劉益虹.工程結(jié)構(gòu)檢測(cè).北京:北京大學(xué)出版社,2007:1-3.