混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)現(xiàn)狀與展望

王小靜 喬雪垠 聶 斌

混凝土結(jié)構(gòu)一般在使用30年～50年以后會(huì)產(chǎn)生明顯的劣化或損傷，對(duì)已有建筑物的鑒定、改造加固已經(jīng)成為國(guó)家的建設(shè)重點(diǎn)之一，由此也產(chǎn)生并推動(dòng)了加固技術(shù)的不斷發(fā)展。

1 大力發(fā)展結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的重要性

我國(guó)是個(gè)多自然災(zāi)害的國(guó)家，且在二十世紀(jì)五六十年代修建的大批工業(yè)廠房、公用建筑和民用建筑，已經(jīng)進(jìn)入中老年期，加固改造任務(wù)已大量的提到日程上來(lái)。大量的橋梁工程由于交通量和荷載的增加、修建時(shí)間較長(zhǎng)或原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低，已經(jīng)出現(xiàn)嚴(yán)重的損壞，急需加固改造處理。1972年鐵道部對(duì)全國(guó)30年代～70年代修建的94座隧洞進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果有93.2%的隧道混凝土襯砌開裂，裂縫長(zhǎng)度占隧道總長(zhǎng)度的19.2%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)有建筑面積50億m2，其中約23億m2需分期分批進(jìn)行鑒定加固，近10億m2急需維修加固才能使用。總之，大規(guī)模建設(shè)之后，結(jié)構(gòu)加固將成為建設(shè)的主角，無(wú)論從歷史文化保護(hù)角度還是對(duì)居住安全耐久性等角度，結(jié)構(gòu)加固將變得尤為重要。

2 建筑結(jié)構(gòu)加固的目的

建筑物維修加固的目的主要是提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和耐久性，恢復(fù)結(jié)構(gòu)的使用功能和安全性，減少事故隱患，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)使用壽命。結(jié)構(gòu)的加固作為工程結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要分支，正方興未艾，近年來(lái)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。過(guò)去，人們把加固視為修修補(bǔ)補(bǔ)，“頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳”，缺少系統(tǒng)的分析和理論探討，也沒有太多的技術(shù)含量，更沒有把其看成是一門科學(xué)。近十余年來(lái)，改造技術(shù)發(fā)展迅速，已逐漸發(fā)展成為一門新的學(xué)科。

3 結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)有很多種，如加大截面加固法、外包鋼加固法、預(yù)應(yīng)力加固法、增設(shè)支點(diǎn)加固法、托梁拔柱技術(shù)法及碳纖維加固等，這些方法各有其特點(diǎn)。

1)加大截面加固法。加大截面加固法是采用同種材料即鋼筋混凝土來(lái)增大原混凝土結(jié)構(gòu)截面面積，達(dá)到提高結(jié)構(gòu)承載能力的目的。在我國(guó)，加大截面法是一種傳統(tǒng)的加固方法，優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，適用面廣，可廣泛用于一般梁、板、柱、墻等混凝土結(jié)構(gòu)的加固，缺點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)工作量大，養(yǎng)護(hù)期較長(zhǎng)，對(duì)生產(chǎn)和生活有一定影響，截面增大對(duì)結(jié)構(gòu)外觀及房屋凈空也有一定影響。加大截面法的加固效果與原結(jié)構(gòu)在加固時(shí)的應(yīng)力水平、結(jié)合面構(gòu)造處理、施工工藝、材料性能以及加固時(shí)是否卸荷等因素直接相關(guān)。

2)外包鋼加固法。外包鋼加固法是以型鋼(一般為角鋼)外包于構(gòu)件四角(或兩角)的加固方法。在我國(guó)，外包鋼加固法也是一種使用面較廣的傳統(tǒng)加固方法，優(yōu)點(diǎn)是施工簡(jiǎn)便，現(xiàn)場(chǎng)工作量較小，受力較為可靠。適用于使用上不允許增大原構(gòu)件截面尺寸，卻又要求大幅度地提高截面承載能力的混凝土結(jié)構(gòu)加固。外包鋼加固分濕式和干式兩種情況，濕式外包鋼加固，外包型鋼與構(gòu)件之間是采用乳膠水泥粘貼或環(huán)氧樹脂化學(xué)灌漿等方法粘結(jié)，以使型鋼架與原構(gòu)件能整體工作共同受力。干式外包鋼加固，型鋼與原構(gòu)件之間無(wú)任何粘結(jié)，有時(shí)雖填有水泥砂漿，但并不能確保結(jié)合面剪力和拉力的有效傳遞，外包鋼架與原構(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(jiǎn)便，但承載能力提高不如濕式外包鋼有效。

3)預(yù)應(yīng)力加固法。預(yù)應(yīng)力加固法是采用外加預(yù)應(yīng)力鋼拉桿或型鋼撐桿對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件或整體進(jìn)行加固的方法，特點(diǎn)是通過(guò)預(yù)應(yīng)力手段強(qiáng)迫后加部分受力，改變?cè)Y(jié)構(gòu)內(nèi)力分布并降低原結(jié)構(gòu)應(yīng)力水平，致使一般加固結(jié)構(gòu)中所特有的應(yīng)力應(yīng)變滯后現(xiàn)象得以完全消除，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、卸荷、改變結(jié)構(gòu)內(nèi)力的效果，適用于大跨度結(jié)構(gòu)加固，以及采用一般方法無(wú)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。

4)增設(shè)支點(diǎn)加固法。增設(shè)支點(diǎn)加固法是用增設(shè)支承點(diǎn)來(lái)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，優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單可靠，缺點(diǎn)是使用空間會(huì)受到一定影響，適用于梁、板、桁架、網(wǎng)架等水平結(jié)構(gòu)的加固。該法按支承結(jié)構(gòu)的變形性能，又分為剛性支點(diǎn)和彈性支點(diǎn)兩種情況。

5)托梁拔柱技術(shù)法。托梁拔柱是托屋架拔柱、托梁拆墻及托梁拔柱的總稱，是在不拆或少拆上部結(jié)構(gòu)的情況下實(shí)施拆除、更換、接長(zhǎng)柱子的一門綜合性技術(shù)，包括相關(guān)結(jié)構(gòu)加固技術(shù)、上部結(jié)構(gòu)頂升技術(shù)及斷柱技術(shù)等，適用于因使用功能改變及生產(chǎn)工藝更新，要求改變平面布局、增大使用空間的舊房改造及老廠改造。與傳統(tǒng)的大掀蓋改造相比，托梁拔柱法具有對(duì)生產(chǎn)及生活影響較小、改造時(shí)間短、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是技術(shù)要求較高，安全措施必須周密。托梁拔柱按施工方法的不同分為有支撐托梁拔柱與無(wú)支撐托梁拔柱。

6)碳纖維布加固技術(shù)。碳纖維布加固技術(shù)是利用碳素纖維布和專用結(jié)構(gòu)膠對(duì)建筑構(gòu)件進(jìn)行加固處理，該技術(shù)采用的碳素纖維布強(qiáng)度是普通二級(jí)鋼的10倍左右。具有強(qiáng)度高、重量輕、耐腐蝕性和耐久性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。厚度僅為2mm左右，基本上不增加構(gòu)件截面，能保證碳素纖維布與原構(gòu)件共同工作。

在梁、板構(gòu)件的受拉區(qū)粘貼碳纖維片材進(jìn)行受彎加固，纖維方向與加固處的受拉方向一致;采用封閉式粘貼、U形粘貼或側(cè)面粘貼對(duì)梁、柱構(gòu)件進(jìn)行受剪加固，纖維方向宜與構(gòu)件軸向垂直;采用封閉式粘貼對(duì)柱進(jìn)行抗震加固，纖維方向與柱軸向垂直;當(dāng)有可靠依據(jù)時(shí)，碳纖維片材也可用其他形式和其他受力狀況的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加固。

4 結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的發(fā)展與展望

由于加固技術(shù)出現(xiàn)的歷史并不長(zhǎng)久，在各種不同的加固方法中，我們對(duì)修復(fù)與加固混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)質(zhì)經(jīng)驗(yàn)有限，很多加固方法特別是較新型的加固技術(shù)缺少必要的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)施工標(biāo)準(zhǔn)及試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)各種加固方法的受力特性及施工要點(diǎn)的研究還需要進(jìn)一步深入。如加固結(jié)構(gòu)的二次受力工作機(jī)理及計(jì)算方法研究;各種加固材料及外包和粘貼形式對(duì)原有結(jié)構(gòu)的抗彎、抗剪、抗疲勞、延性、耐久性等試驗(yàn)研究。結(jié)構(gòu)膠的力學(xué)性質(zhì)是保證鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與各種加固板材能否形成一個(gè)整體聯(lián)合工作的關(guān)鍵，但對(duì)結(jié)構(gòu)膠本身的力學(xué)特性如其本身與結(jié)構(gòu)關(guān)系、抗拉性能、抗剪性能、流變性能有待進(jìn)一步研究。

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