鋼筋混凝土梁加固方法解析

呂圓芳

（隴東學(xué)院，甘肅 慶陽 745000）

鋼筋混凝土梁加固方法解析

呂圓芳

（隴東學(xué)院，甘肅 慶陽 745000）

建筑物在建造和使用過程中，其結(jié)構(gòu)或構(gòu)件受到多重因素的作用和影響，不能完全滿足安全性、使用性、耐久性的要求，有時(shí)甚至?xí)?yán)重危及建筑結(jié)構(gòu)的安全，往往需要采用補(bǔ)強(qiáng)加固的方式來解決上述問題。詳盡闡述了鋼筋混凝土梁構(gòu)件的傳統(tǒng)加固方法（包括加大截面法、外包鋼加固法、粘鋼加固法、預(yù)應(yīng)力加固法、增設(shè)支點(diǎn)加固法和托梁拔柱加固法）以及纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（F RP）加固方法（包括非預(yù)應(yīng)力FRP和預(yù)應(yīng)力FRP加固方法），通過分析，指出預(yù)應(yīng)力FRP加固方法具有更好的實(shí)際應(yīng)用效果，因而是今后需重點(diǎn)加以研究的鋼筋混凝土梁加固方法。

鋼筋混凝土梁 加固方法 FRP加固

前言

建筑物隨著使用年限的增加，受到多重因素影響，如各類災(zāi)害影響、環(huán)境侵蝕、結(jié)構(gòu)功能改變及設(shè)計(jì)不良或施工失誤等，其結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的性能已不能繼續(xù)滿足功能要求，因而需要進(jìn)行必要的結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固，使其重新恢復(fù)使用功能。因此，對(duì)鋼筋混凝土梁加固方法的研究具有重要意義。下面，筆者對(duì)鋼筋混凝土梁的傳統(tǒng)加固方法以及纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（FRP）加固方法的研究情況進(jìn)行概述，以便為鋼筋混凝土梁的加固提供參考。

1. 筋混凝土梁加固方法的重要性

鋼筋混凝土在正常使用的過程中，常常會(huì)暴露在外界環(huán)境中，并且受到各種各樣的荷載作用，因此，難免會(huì)產(chǎn)生一定程度地?fù)p傷。此外，結(jié)構(gòu)在施工或使用過程中由于變更房屋的使用功能也容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)局部相應(yīng)構(gòu)件出現(xiàn)損傷甚至破壞，為了充分保證人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，對(duì)損傷構(gòu)件或極易出現(xiàn)損傷的構(gòu)件進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸淌潜匦璧摹ｄ摻罨炷亮菏卿摻罨炷两Y(jié)構(gòu)中的重要承載構(gòu)件，當(dāng)其承載力不能滿足預(yù)定的承載能力及正常使用要求時(shí)，必須進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，才能保證構(gòu)件的可靠和安全使用[1]。我國已有建筑的加固方法很多，如加大截面加固法、增設(shè)支點(diǎn)加固法、預(yù)應(yīng)力加固法、粘貼鋼板加固法、噴射混凝土技術(shù)加固法等，這些方法在我國已經(jīng)長期大量使用，取得了很多成熟的經(jīng)驗(yàn)。在傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)加固方法中，加大截面加固法和粘貼鋼板加固法由于其工藝簡單、適應(yīng)面廣、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)在實(shí)際工程中得到了廣泛運(yùn)用。此外，由于碳纖維本身具備的非常優(yōu)良的材料特性，碳纖維布(Carbon Fiber Sheet (CFS))從20世紀(jì)90年代開始作為一種新型的材料被成功應(yīng)用于加固鋼筋混凝土梁、板、柱以及結(jié)點(diǎn)，而且還可應(yīng)用于抗震防災(zāi)及公路的修補(bǔ)。

2常用傳統(tǒng)加固方法

鋼筋混凝土梁的加固方法種類各異，在決定加固方法時(shí)，應(yīng)充分考慮量的耐久性、可靠性以及使用功能，并結(jié)合構(gòu)件的特點(diǎn)，按加固效果可靠、施工簡便、經(jīng)濟(jì)合理的原則進(jìn)行綜合分析后確定。當(dāng)遇到靜力加固時(shí)必須考慮構(gòu)件的二次受力問題，加固重點(diǎn)應(yīng)該側(cè)重于構(gòu)件承載力的提高，若是抗震加固則不必考慮結(jié)構(gòu)二次受力，加固重點(diǎn)側(cè)重于結(jié)構(gòu)的延性和整體性。對(duì)于鋼筋混凝土梁的加固主要分為2個(gè)方面，一是對(duì)已受損鋼筋混凝土梁的加固，使其恢復(fù)原有承載力或超過原有承載力，另外是對(duì)完好無損的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)梁的加固，使其提高承載力，從而滿足新的功能要求。目前常用的傳統(tǒng)加固方法包括加大截面法、外包鋼加固法、粘鋼加固法、預(yù)應(yīng)力加固法、增設(shè)支點(diǎn)加固法和托梁拔柱加固法等。張慎偉等利用AFRP材料加固鋼筋混凝土梁進(jìn)行抗彎性能靜載試驗(yàn)，分析了試驗(yàn)梁的破壞過程、破壞特征、受力特點(diǎn)及影響因素（粘貼層數(shù)和配筋率），結(jié)果表明，粘貼AFRP材料可以明顯增加鋼筋混凝土梁的抗彎剛度，有效提高鋼筋混凝土梁的抗彎承載能力和構(gòu)件的延性。魏凝利用AFRP材料加固13根鋼筋混凝土梁進(jìn)行抗彎性能試驗(yàn)，結(jié)果表明，鋼筋混凝土梁的極限承載力明顯提高，且隨粘貼AFRP材料層數(shù)的增加而增加，但提高程度與加固層數(shù)呈非線性關(guān)系。此外，在AFRP材料粘貼層數(shù)相同時(shí)，被加固梁的配筋率越低，其加固效果越明顯。

3FRP加固方法

依據(jù)纖維類別，可以將FRP材料劃分為以下幾種：玻璃纖維（GFRP）、碳纖維（CFRP）、芳綸纖維（AFRP）和玄武巖纖維（BFRP）等類型。FRP材料因具有良好的比強(qiáng)度、比剛度、無腐蝕性、較好的耐熱性、施工便捷等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又不增加構(gòu)件自重和體積，使得該材料廣泛應(yīng)用于鋼筋混凝土梁結(jié)構(gòu)加固中。FRP加固鋼筋混凝土梁是通過將FRP材料通過膠粘劑粘貼于梁構(gòu)件表面作為梁的受拉部分或者包裹梁以環(huán)向約束的形式提高混凝土梁構(gòu)件的抗力。FRP加固方法與傳統(tǒng)加固方法相比，其具有如下優(yōu)勢：施工便捷、適用面廣；加固后不增加構(gòu)件尺寸且可設(shè)計(jì)性強(qiáng)；破損安全性好；抗腐蝕性及耐久性好；阻尼減震性好。FRP加固方法可分為非預(yù)應(yīng)力FRP加固和預(yù)應(yīng)力FRP加固。

2.1 非預(yù)應(yīng)力FRP加固方法

非預(yù)應(yīng)力FRP加固法的原理是把FRP材料利用連接膠粘貼到梁的表面，其中最為突出的問題是對(duì)高強(qiáng)高性能FRP材料的利用率非常低，F(xiàn)RP高強(qiáng)度的特點(diǎn)僅在梁中主筋屈服后才充分發(fā)揮出來，而在主筋屈服前，F(xiàn)RP所起的作用有限。因此，它對(duì)提高被加固梁的開裂荷載及屈服荷載作用不是十分明顯，對(duì)鋼筋混凝土梁在正常使用階段的性能的改善也有限，其不足之處主要表現(xiàn)在加固利用率低、對(duì)梁的剛度等性能提高小、加固效果受梁構(gòu)件的外觀質(zhì)量及膠粘劑性能的影響較大。在GFRP材料加固鋼筋混凝土梁研究方面，王文煒利用GFR P材料對(duì)19根鋼筋混凝土梁進(jìn)行加固，試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)GFRP材料加固的鋼筋混凝土梁抗彎承載力提高較多，加固效果明顯；混凝土強(qiáng)度、配筋率、加固量、梁剪跨區(qū)或梁端有無錨固條對(duì)抗彎承載力有顯著影響；加固量、剪跨比、錨固條、粘貼長度對(duì)鋼筋混凝土梁的破壞形態(tài)也有影響。

2.2 預(yù)應(yīng)力FRP加固方法

與非預(yù)應(yīng)力FRP加固方法相比較，預(yù)應(yīng)力FRP加固方法表現(xiàn)出更好的應(yīng)用效果。首先，利用該方法能夠重新調(diào)整原梁內(nèi)力狀態(tài)及其應(yīng)力水平，實(shí)現(xiàn)對(duì)梁受拉鋼筋的卸荷，部分或全部恢復(fù)梁變形，閉合裂縫。其次，利用該技術(shù)能夠較大程度地減少FRP材料的應(yīng)力滯后現(xiàn)象，充分發(fā)揮出FRP高強(qiáng)材料的加固效果。此外，從預(yù)應(yīng)力施加情況中能直觀反映出加固效果。目前對(duì)預(yù)應(yīng)力FRP加固梁的受力性能已進(jìn)行了大量試驗(yàn)研究，研究內(nèi)容涉及構(gòu)件的抗彎、抗剪、抗壓、抗震的性能和粘貼方式、錨固技術(shù)、粘貼材料、耐久性等方面。亓濤進(jìn)行了CF RP加固鋼筋混凝土梁抗彎性能的試驗(yàn)，研究分析了CFRP初始預(yù)應(yīng)變和加固量對(duì)梁受力性能的影響。結(jié)果表明，采用CFRP加固方法顯著提高了鋼筋混凝土梁的承載力，延緩了裂縫的發(fā)展速度，且相同荷載下加固梁的撓度明顯小于未加固梁。程?hào)|輝等研究了持荷狀態(tài)下CFRP加固鋼筋混凝土梁彎剪區(qū)段的性能，試驗(yàn)結(jié)果表明，持荷狀態(tài)下CFRP加固鋼筋混凝土梁斜截面能夠抑制裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，從而提高斜截面受剪承載力。

4. 結(jié)語

隨著加固技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，更多輕質(zhì)高強(qiáng)的建筑材料被應(yīng)用到工程中，同時(shí)鋼筋混凝土梁加固方法更加成熟，尤其是預(yù)應(yīng)力FRP加固方法可以充分利用FRP的高強(qiáng)度性能，改變了鋼筋混凝土梁的破壞模式并顯著提高其極限承載力，能夠滿足鋼筋混凝土梁正常使用極限狀態(tài)的要求，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。今后，需要在粘結(jié)界面的剝離破壞機(jī)理、合理有效的錨固方法、膠粘劑（結(jié)構(gòu)膠）的性能等方面進(jìn)一步加強(qiáng)研究，以便使鋼筋混凝土梁加固方法更加完善。

[1]馮杰. CFRP加固鋼筋混凝土梁裂縫寬度與剛度的計(jì)算方法[D].鄭州大學(xué),2013.

[2]柯昌君,朱淳釗. 鋼筋混凝土梁加固方法研究[J]. 長江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版),2015,01:66-69+6.

[3]張準(zhǔn). 碳纖維布加固預(yù)應(yīng)力混凝土梁的設(shè)計(jì)方法研究[D].同濟(jì)大學(xué),2007.

[4]鄧?yán)誓?陳華,張鵬. 預(yù)應(yīng)力CFRP板加固混凝土梁正截面受彎承載力的計(jì)算方法研究[J]. 建筑科學(xué),2009,03:74-77.

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