高性能復(fù)合砂漿鋼筋網(wǎng)(絲)加固某受火工程大樓

馬立華 郭世江

(山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?，山東濟(jì)南 250013)

通常情況下，火災(zāi)會(huì)對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)造成很大的損害，但考慮到經(jīng)濟(jì)原因，大多火災(zāi)后的建筑結(jié)構(gòu)可通過維修加固繼續(xù)使用，只有在結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重?zé)嶙冃?、鋼筋屈曲才將結(jié)構(gòu)拆除重建。通?；馂?zāi)后結(jié)構(gòu)的損傷評(píng)級(jí)與修復(fù)加固大致分為三個(gè)階段:1)通過現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)獲取構(gòu)件表面的最高溫度、構(gòu)件損傷等級(jí)等信息;2)選用合理計(jì)算模型推算鋼筋混凝土構(gòu)件火災(zāi)后剩余承載能力;3)根據(jù)推算的剩余承載能力，對(duì)受火鋼筋混凝土構(gòu)件制定出合理加固方案。

復(fù)合砂漿鋼筋網(wǎng)加固法是在受火構(gòu)件表面鋪上鋼絲網(wǎng)或鋼筋網(wǎng)，用復(fù)合砂漿和抗剪銷釘作為保護(hù)和錨固，使其共同工作整體受力，從而提高結(jié)構(gòu)承載力的一種加固方法［1］。該方法具有施工簡(jiǎn)單，施工質(zhì)量容易保證，經(jīng)濟(jì)效益好，價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)，并且具有較好的耐火性和耐久性，節(jié)省了大筆維修費(fèi)用，可以廣泛應(yīng)用于建筑物加固和修補(bǔ)當(dāng)中［2］。本文結(jié)合湖南省長(zhǎng)沙市某受火工程大樓加固工程實(shí)例，對(duì)火災(zāi)后的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)流程做了介紹，并運(yùn)用高性能復(fù)合砂漿鋼筋網(wǎng)加固受火鋼筋混凝土構(gòu)件簡(jiǎn)化公式對(duì)某受火工程大樓主要受力構(gòu)件進(jìn)行了驗(yàn)算。

1 工程概況

湖南省長(zhǎng)沙市某工程大樓所在建筑始建于1990年年初，該房屋主體為框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)層共9層，局部10層，火災(zāi)區(qū)域?yàn)榻Y(jié)構(gòu)第4層局部，該建筑于2010年8月26日凌晨發(fā)現(xiàn)起火，到當(dāng)天凌晨6點(diǎn)火勢(shì)得到控制，起火原因不明。

2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果

2．1 火災(zāi)后現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及構(gòu)件現(xiàn)狀評(píng)定

由于過火區(qū)域內(nèi)部分構(gòu)件有損傷現(xiàn)象，見圖1，圖2，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)初步檢測(cè)，受火區(qū)域內(nèi)的溫度分區(qū)如圖3所示，混凝土構(gòu)件受到不同程度的損傷，情況見表1。

圖1 混凝土柱粉刷層脫落

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及構(gòu)件各部位取樣分析，參照表1所述的特征根據(jù)混凝土構(gòu)件的燒傷深度、表面顏色、裂損剝落和錘擊反應(yīng)來推定火災(zāi)溫度。對(duì)于該受火區(qū)域中現(xiàn)場(chǎng)混凝土表面顏色灰白、淺黃且布滿裂紋、角部剝落且表面起鼓疏松、板底混凝土出現(xiàn)輕微爆裂，因此本次火災(zāi)最高溫度推定為800℃［3］(見圖3)。

圖2 混凝土梁受損燒失

圖3 火災(zāi)區(qū)域溫度分區(qū)平面示意圖

表1 各溫度區(qū)域混凝土構(gòu)件火災(zāi)后外觀特征

2．2 火災(zāi)區(qū)域混凝土構(gòu)件損傷情況

由現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)鋼筋混凝土構(gòu)件的燒損特征，可將鋼筋混凝土構(gòu)件火災(zāi)后劃分為四級(jí):Ⅱa表明為鋼筋混凝土構(gòu)件燒損狀況較輕;Ⅱb表明鋼筋混凝土構(gòu)件燒損狀況較輕中度損傷;Ⅲ級(jí)鋼筋混凝土構(gòu)件燒損狀況較重;Ⅳ級(jí)為鋼筋混凝土構(gòu)件燒損嚴(yán)重。鋼筋混凝土構(gòu)件各級(jí)損傷程度劃分如表2所示［4］。

3 加固設(shè)計(jì)

3．1 加固計(jì)算模型

本文采用300℃和800℃等溫線的二臺(tái)階模型作為混凝土高溫強(qiáng)度的計(jì)算模型(見圖4)，用ANSYS對(duì)不同截面的鋼筋混凝土梁進(jìn)行火災(zāi)下非線性溫度場(chǎng)計(jì)算，并結(jié)合對(duì)鋼筋混凝土溫度場(chǎng)模擬的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，等效截面可保留低于300℃的全部面積，對(duì)于300℃～800℃范圍取為原截面寬度的一半，對(duì)截面溫度高于800℃時(shí)面積忽略不計(jì)，最后整理出三面受火RC梁等效截面的計(jì)算公式，其簡(jiǎn)圖見圖5。該等效方法適用于b≥200且h≤400的梁內(nèi)部300℃和800℃等溫線位置，對(duì)于b≤200或h≤400的梁，其梁內(nèi)部300℃和800℃等溫線位置按b≥200且h≤400等倍計(jì)算。其面積計(jì)算如下［5］:

T形截面上翼緣寬度:

T形截面翼緣厚度為:

T形截面腹板寬度為:

T形截面腹板的高度:

圖4 混凝土高溫強(qiáng)度的計(jì)算二臺(tái)階模型

表2 RC構(gòu)件各級(jí)損傷程度的劃分

3．2 加固計(jì)算

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果可知，受損嚴(yán)重的火災(zāi)溫度區(qū)域的Ⅲ級(jí)損傷梁采用高性能復(fù)合砂漿鋼筋網(wǎng)進(jìn)行加固，兩側(cè)及底部各增加35 mm厚M35高性能復(fù)合砂漿，加固采用8鋼筋，如圖6所示。選2～4交D主梁作為加固示例。混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C30，受拉區(qū)配置了HRB335級(jí)鋼筋3φ25，受壓區(qū)配置了HRB335級(jí)鋼筋2φ18。

圖5 三面受火RC梁等效截面簡(jiǎn)圖

先根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)推定過火溫度為800℃，得當(dāng)量升溫時(shí)間為55 min，為保守計(jì)算，按當(dāng)量升溫時(shí)間為60 min。

當(dāng)量時(shí)間為60 min時(shí)，當(dāng)量時(shí)間為30 min，根據(jù)前文等效截面原則可得:

b3=b-90=210 mm，h3=h-50=500 mm，b8=b-10=290 mm，h8=h-10=540 mm，bT1=(b3+b8)/2=250 mm，hT1=h3=500 mm，bT2=b8/2=145 mm，hT2=h8-h3=40 mm。

圖6 火災(zāi)區(qū)加固梁平面示意圖

按照過火溫度800℃，由鋼筋折減系數(shù)可知鋼筋抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度分別為258 MPa和273 MPa。

故受火鋼筋混凝土梁的剩余承載能力可按下式計(jì)算:

M=α1fcbT1x(h0-0．5x)+fyT'As'(h0-as')=14．3 × 250 ×67．4×(250-0．5×67．4)+273×509×(250-35)=82 kN·m。

對(duì)于2～4交D主梁在受火之前正截面抗彎能力為M原=214．3 kN·m;由于=38．3% ＞20%，為安全性考慮，所以該梁選用二次加固設(shè)計(jì)計(jì)算。

求得底部加固鋼筋網(wǎng)的滯后應(yīng)變:

故相對(duì)界限受壓區(qū)高度:

由 α1fcbx+2α1fcmt1x=fyAs+fymAsm+fym1Asm1fy'As'算得:

由M=fyAs(h0-259．3 kN·m ＞M=214．3 kN·m。

加固后受火梁正截面承載能力259．3 kN·m，相比受火前承載能力214．3 kN·m大大提高。

按照此方案進(jìn)行加固的湖南省長(zhǎng)沙市某工程大樓四樓受火區(qū)已于2010年11月重新投入使用，后期使用狀況良好，達(dá)到預(yù)期加固效果。

4 結(jié)語

本文結(jié)合湖南省長(zhǎng)沙市某受火工程大樓加固工程實(shí)例，對(duì)火災(zāi)后的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)流程做了詳細(xì)介紹，并運(yùn)用高性能復(fù)合砂漿鋼筋網(wǎng)加固受火鋼筋混凝土構(gòu)件簡(jiǎn)化公式對(duì)受火工程大樓主要受力構(gòu)件進(jìn)行了加固處理?？傊?，本文為工程技術(shù)人員在火災(zāi)后對(duì)鋼筋混凝土梁加固修復(fù)提供了一種行之有效的方法，也為高性能復(fù)合砂漿鋼筋網(wǎng)加固方法在建筑火災(zāi)修復(fù)領(lǐng)域的推廣做了一定工作。

［1］ACICommittee．A guide for the design，construction and repair of ferrocement［J］．ACI Structural Journal，1988，85(3):323-351．

［2］MOTHANA Ahmed Al-Kubaisy，MOHD Zamin Jumaat．Ferrocement laminate strengthens RC beams［J］．Concrete International，2000，22(6):37-43．

［3］尚守平，曾令宏，彭 暉，等．復(fù)合砂漿鋼絲網(wǎng)加固RC受彎構(gòu)件的試驗(yàn)研究［J］．建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2003，24(6):87-91．

［4］曾令宏，郭世江，陳大川．高性能復(fù)合砂漿鋼筋網(wǎng)加固受火RC梁二次受力正截面承載力計(jì)算［D］．長(zhǎng)沙:湖南大學(xué)土木工程學(xué)院，2012:1-5．

［5］郭世江，曾令宏，張友亮．高性能復(fù)合砂漿鋼筋網(wǎng)受火混凝土梁正截面承載力研究［D］．長(zhǎng)沙:湖南大學(xué)土木工程學(xué)院，2012．