淺談我國建筑結(jié)構(gòu)加固技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)

聶冬梅

【摘要】本文介紹了幾種常用的加固技術(shù)，描述了它們的特點(diǎn)，同時(shí)敘述了幾個(gè)近年來的新技術(shù)，討論了加固技術(shù)未來的發(fā)展趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)；加固技術(shù)；發(fā)展與趨勢(shì)

1 常用結(jié)構(gòu)加固方法及特點(diǎn)

1.1 增大截面法

增大截面法即增大構(gòu)件的截面面積（混凝土和配筋量），以達(dá)到提高構(gòu)件承載能力的一種傳統(tǒng)的加固方法.可廣泛用于混凝土、磚混結(jié)構(gòu)的梁、板、柱、墻等構(gòu)件的加固.這種加固方法的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，技術(shù)較為成熟，可靠性強(qiáng)，且能提高構(gòu)件剛度和穩(wěn)定性.其缺點(diǎn)是現(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)和生活會(huì)造成一定影響，對(duì)原有結(jié)構(gòu)的外形和房屋使用空間會(huì)造成一定影響，結(jié)構(gòu)重量的增加又增大了其它相關(guān)構(gòu)件的荷載，故在設(shè)計(jì)中應(yīng)從整體角度考慮.

1.2 外包鋼加固法

外包鋼加固法是在混凝土、砌體等構(gòu)件的4角或2 面包以型鋼（常為角鋼、扁鋼或鋼板等）的一種加固方法，也是一種使用較廣的傳統(tǒng)方法.這種方法的不足是用鋼量較大，加固維修費(fèi)用較高，且對(duì)結(jié)構(gòu)剛度提高不大.

1.3 外加預(yù)應(yīng)力加固法

外加預(yù)應(yīng)力加固法是采用外設(shè)預(yù)應(yīng)力拉桿或撐桿對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件或整體進(jìn)行加固的方法.其不足是預(yù)加力設(shè)備和錨固還待完善，也存在一定的風(fēng)險(xiǎn).目前主要用于大跨度結(jié)構(gòu)的加固，以及采用一般方法無法加固或加固效果不理想的大型結(jié)構(gòu)的加固.

1.4 改變受力體系加固法

粘鋼加固法方法是以減小結(jié)構(gòu)的計(jì)算跨度和變形，間接提高承載能力的一種加固方法.不足是易損害建筑物的原貌和使用功能，減小使用空間.適用于房屋凈空不受限制的較大跨度的梁、板、桁架等水平結(jié)構(gòu)的加固.

1.5 粘鋼加固法

粘鋼加固法是將鋼板用結(jié)構(gòu)膠粘貼在混凝土構(gòu)件的外部，以提高結(jié)構(gòu)承載能力的一種方法.這相當(dāng)于構(gòu)件的體外配筋.該項(xiàng)技術(shù)目前已趨于成熟.其優(yōu)點(diǎn)是幾乎不改變構(gòu)件外形和使用空間，施工簡(jiǎn)單、快速，濕作業(yè)量小.但對(duì)加固構(gòu)件工作環(huán)境有要求，環(huán)境溫度不高于60 ℃，相對(duì)濕度不大于70%，無化學(xué)腐蝕，否則應(yīng)采取相應(yīng)措施[3].

1.6 粘貼纖維復(fù)合材料法

粘貼纖維復(fù)合材料加固方法與貼鋼加固法相似，只是加固用的材料是纖維復(fù)合材料，如玻璃纖維（GFRP）、碳纖維（CFRP）、芳綸纖維（AFRP）等.它是目前國內(nèi)外研究較多且具有很大發(fā)展?jié)摿Φ募庸谭椒?與傳統(tǒng)的加固材料相比，纖維復(fù)合材料具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、施工方便、耐腐蝕等突出優(yōu)點(diǎn).就碳纖維來說，其抗拉強(qiáng)度達(dá)3 000MPa 左右，比普通鋼筋高出10 倍；彈性模量略高于鋼筋，現(xiàn)已用于梁、板、柱、橋梁、屋架等多種結(jié)構(gòu)的加固，但它抗剪強(qiáng)度較低，耐火極限不高，且目前此項(xiàng)技術(shù)成本較高、施工技術(shù)還欠完善等因素阻礙了其推廣應(yīng)用.

2 加固技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

傳統(tǒng)的加固方法如增大截面法、外包鋼加固法、粘鋼加固法等的技術(shù)和研究都較為成熟，并廣泛運(yùn)用于工程實(shí)際，取得了較好的效果.我國在試驗(yàn)和工程實(shí)際的基礎(chǔ)上編制了《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》.近年來出現(xiàn)的一些新加固技術(shù)，如粘貼纖維復(fù)合材料加固法、鋼絲網(wǎng)水泥砂漿加固法、纖維材料的嵌入式加固法等，這些技術(shù)從一開始引進(jìn)和出現(xiàn)在國內(nèi)，就以它們優(yōu)異的性能、特點(diǎn)和加固效果得到了工程界的關(guān)注和青睞.

2.1 碳纖維加固技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

我國在利用碳纖維加固技術(shù)的研究和應(yīng)用起步較晚，發(fā)展卻很迅猛.1997 年國家工業(yè)建筑診斷與改造工程技術(shù)研究中心率先開始了“碳纖維材料加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)”的試驗(yàn)研究開發(fā)與應(yīng)用，并被定為國家“九五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目.隨后通過采用進(jìn)口的碳纖維材料在北京、上海、遼寧、江蘇等省市進(jìn)行了一些實(shí)際工程結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)加固，并取得了較好的效果.目前，我國已經(jīng)具有生產(chǎn)粘貼樹脂的能力；碳纖維材料的開發(fā)也在加緊研制中；2003 年，中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)發(fā)布了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《碳纖維布加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》.一些科研院所和大學(xué)在碳纖維加固技術(shù)的研究和應(yīng)用方面開展了大量工作，主要包括以下幾方面：

（1）研究碳纖維材料（主要為片材或布）加固的構(gòu)件在抵抗各種荷載和變形中的承載性能以及承載力計(jì)算方法等.如在構(gòu)件的受拉面粘貼片材研究加固構(gòu)件的抗彎性能；在構(gòu)件的剪切區(qū)貼片材研究加固構(gòu)件的抗剪性能；對(duì)受壓構(gòu)件用碳纖維加固研究其抗壓性能；在交變荷載作用下研究加固構(gòu)件的抗疲勞性能等.（2）研究碳纖維材料加固構(gòu)件的破壞形式和機(jī)理.通過對(duì)碳纖維布加固的受彎、受剪構(gòu)件的破壞研究表明，其破壞形式分為：碳纖維布斷裂、受壓區(qū)混凝土壓碎、剝離破壞及粘結(jié)破壞.剝離破壞是最為常見的一種破壞形式.許多研究認(rèn)為剪應(yīng)力是導(dǎo)致碳纖維布與加固構(gòu)件發(fā)生剝離破壞的主要原因.（3）開展預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固及施工機(jī)具和工藝的研究.根據(jù)碳纖維材料強(qiáng)度高而彈性模量相對(duì)較低的特點(diǎn)，通過對(duì)碳纖維布施加預(yù)應(yīng)力可以發(fā)揮其高強(qiáng)度性能，提高加固效果.而對(duì)碳纖維施加預(yù)應(yīng)力的關(guān)鍵技術(shù)是錨固和張拉工藝問題.國內(nèi)碳纖維材料加固技術(shù)還存在著一些問題，既影響了其推廣和應(yīng)用，也給廣大科技人員提出了新的研究課題.主要有：①碳纖維材料加固構(gòu)件的長(zhǎng)期受力性能的深入研究；②在預(yù)應(yīng)力碳纖維加固的施工工藝（特別是在橋梁等大型構(gòu)件加固）中，錨固和張拉機(jī)具的完善、開發(fā)問題；

2.2 鋼絲網(wǎng)水泥砂漿加固技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

鋼絲網(wǎng)水泥是一種由鋼絲網(wǎng)增強(qiáng)的水泥復(fù)合砂漿，具有較高韌性、抗拉強(qiáng)度和抗裂能力.特別適于輪廓外形的結(jié)構(gòu)單元的修復(fù)和加固.目前國內(nèi)已將該項(xiàng)技術(shù)用于下水管道的內(nèi)補(bǔ)維修、大壩防滲面板的加固[4]及水庫泄洪閘墩的加固[5]等.湖南大學(xué)結(jié)構(gòu)研究所課題組進(jìn)行了用鋼絲網(wǎng)水泥砂漿來加固混凝土梁的實(shí)驗(yàn)研究，并在提高構(gòu)件承載力和控制構(gòu)件裂縫方面取得了較好的效果.用鋼絲網(wǎng)水泥加固混凝土結(jié)構(gòu)的研究歷史在國外也只有20 多年，其應(yīng)用仍處于初始階段.而國內(nèi)在這方面的研究還剛起步，有許多理論和技術(shù)方面的問題有待解決，主要有：

（1）鋼絲網(wǎng)水泥砂漿加固構(gòu)件的基本理論的深入研究；

（2）鋼絲網(wǎng)水泥砂漿加固構(gòu)件的抗剪切、抗扭轉(zhuǎn)和抗疲勞性能的研究；

（3）在現(xiàn)有加固構(gòu)件一次受力研究的基礎(chǔ)上，開展對(duì)二次受力加固的分析研究；

（4）如何實(shí)現(xiàn)用鋼絲網(wǎng)水泥砂漿加固法來取代加大截面法加固的研究；

（5）開發(fā)高強(qiáng)度、高韌性、抗?jié)B、耐腐蝕的高

2.3 纖維復(fù)合材料嵌入式加固技術(shù)

纖維復(fù)合材料嵌入式加固技術(shù)是將加固材料放入結(jié)構(gòu)表面預(yù)先開好的槽中，并向槽中注入粘結(jié)材料使之形成整體.碳纖維材料粘貼加固技術(shù)存在的防火性能差、粘貼在樓面上（負(fù)彎矩區(qū)域）易被人為或環(huán)境破壞、易產(chǎn)生剝離破壞等缺陷，在采用嵌入式加固法中都可以得到很好地克服.目前國外已經(jīng)有了一定規(guī)模的研究和應(yīng)用，國內(nèi)在國家工業(yè)建筑診斷與改造技術(shù)研究中心開展了這項(xiàng)技術(shù)的試驗(yàn)研究，但尚未應(yīng)用于工程實(shí)踐.

參考文獻(xiàn)：

[1]王孔藩. 力學(xué)在建筑結(jié)構(gòu)診斷、加固中的廣義延拓—展望21世紀(jì)學(xué)科的成績(jī)[A].建筑物鑒定與加固改造—第五屆全國學(xué)術(shù)會(huì)議文集[C]. 汕頭：汕頭大學(xué)出版社，2000.

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[3]王孔藩， 莊文華，高金華.建筑結(jié)構(gòu)加固新技術(shù)—粘鋼加固法[J].建筑施工，1992， （1）： 25-26.

[4]周元先， 張仲透. 高頻振蕩鋼絲網(wǎng)水泥砂漿修補(bǔ)大壩防滲面板[J].浙江水利科技，2002， （1）： 41-42.

[5]李俊喜. 鋼絲掛網(wǎng)水泥砂漿的應(yīng)用[J].甘肅水利水電技術(shù)，2002， （1）： 39-40.