淺析鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固的意義與方法

王冬

（河南財經(jīng)政法大學(xué) 河南鄭州 450052）

1 加固的意義

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)從誕生至今已有一百余年的發(fā)展歷史，是當(dāng)今工程領(lǐng)域運(yùn)用最為廣泛和成熟的一種結(jié)構(gòu)體系。這種結(jié)構(gòu)體系能具備人們對建筑物需求的三項(xiàng)基本功能即安全、適用和耐久。當(dāng)建筑物受外力破壞，它的受力或圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件，存在安全隱患或建筑物的使用功能需要改變時，就需要對建筑物整體或局部進(jìn)行加固。通過相應(yīng)的技術(shù)手段進(jìn)行加固從而使受力結(jié)構(gòu)或維護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性和耐久性得到加強(qiáng)，是建筑物達(dá)到它的三項(xiàng)基本功能。

對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的加固：①對受到損傷的部位的加固，使其能繼續(xù)承受建筑物的設(shè)計承載力；②對未受損的部位進(jìn)行加固，滿足建筑物對新荷載的安全要求。

幾種常見的需要加固補(bǔ)強(qiáng)的建筑結(jié)構(gòu)：

（1）由于建筑結(jié)構(gòu)快要或是已經(jīng)超過設(shè)計使用年限且出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷，造成使用功能受限或安全隱患。

（2）在設(shè)計或施工時出現(xiàn)失誤導(dǎo)致建筑物無法承受設(shè)計荷載。

（3）由于地震、風(fēng)暴、火災(zāi)和泥石流等災(zāi)難性事件造成的建筑物產(chǎn)生損壞時。

（4）對一些有價值的建筑物進(jìn)行保護(hù)時。

（5）對現(xiàn)建筑進(jìn)行改、擴(kuò)建，原結(jié)構(gòu)不能滿足后續(xù)使用荷載時。

（6）對建筑物進(jìn)行裝修需要改變原設(shè)計的受力體系時。

我國從1949年建國至今馬上要70年了，按我國建筑設(shè)計50年的標(biāo)準(zhǔn)，70年代前建的房屋已經(jīng)達(dá)到了使用壽命，改革開放初期的建筑也已經(jīng)入老齡化。對這些超齡或馬上到達(dá)設(shè)計使用年限的工業(yè)、民用建筑進(jìn)行必要的加固和改造是非常必要的。目前，建筑結(jié)構(gòu)的鑒定、加固和改造項(xiàng)目在建筑市場中的占比也是逐年提高。

所以非常有必要對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)深入研究并推廣應(yīng)用，從國內(nèi)、國際土木工程學(xué)科設(shè)置與論文發(fā)表量來看這一點(diǎn)得到了大家的共識。對已建成的鋼筋混凝土建筑進(jìn)行相應(yīng)的加固補(bǔ)強(qiáng)，不僅可以節(jié)約大筆新建的投資還能減少大量不可降解的建筑垃圾的產(chǎn)生，還能減少拆除原建筑產(chǎn)生的揚(yáng)塵污染，而且加固改造的周期比拆除新建快很多，由此產(chǎn)生的社會和經(jīng)濟(jì)效益巨大。

2 常用的加固方法及特點(diǎn)

當(dāng)前國內(nèi)對建筑結(jié)構(gòu)和構(gòu)建常用的加固方法主要有以下幾種：

2.1 增大受力面積法

增大受力面積法是用混凝土增加原結(jié)構(gòu)的截面面積，從而增加整個構(gòu)件的應(yīng)力區(qū)，減小單位面積的壓力，進(jìn)而提高原結(jié)構(gòu)的承載力。要使用這種方法加固首先要求原結(jié)構(gòu)外表面基層結(jié)實(shí)、可靠，其次原結(jié)構(gòu)表面要做鑿毛和清潔處理。這種加固方法的優(yōu)點(diǎn)是操作方便。缺點(diǎn)是現(xiàn)場要進(jìn)行澆筑混凝土作業(yè)，工作量大，混凝土不宜振搗密實(shí)，加固后構(gòu)件重量增加較多。原始結(jié)構(gòu)的外觀和形狀體積會增加，這將對使用空間和視覺效果產(chǎn)生一定的影響。

2.2 外加型鋼法

外加型鋼法是在原構(gòu)件周圍增加型鋼，保證型鋼與原結(jié)構(gòu)受力相同，從而提高原結(jié)構(gòu)的承載力。這種方法相對于增大受力面積法可以在盡量小的不增加構(gòu)件截面尺寸的情況下提升構(gòu)件的承載能力。外加型鋼有兩種做法，一種是通過鉚釘、螺栓使型鋼與原結(jié)構(gòu)結(jié)合，另一種是通過各種粘接材料使型鋼與原結(jié)構(gòu)結(jié)合。該方法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡單、易于施工。缺點(diǎn)是型鋼與原結(jié)構(gòu)連接力的可靠性不穩(wěn)定，容易受施工質(zhì)量的影響；其次是原結(jié)構(gòu)的形狀和大小會改變，影響視覺效果和使用空間。

2.3 預(yù)應(yīng)力法

預(yù)應(yīng)力法是使用預(yù)應(yīng)力拉桿對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的局部或整體進(jìn)行約束，通過拉桿的預(yù)應(yīng)力來降低構(gòu)件的荷載的加固方法。它的優(yōu)點(diǎn)是加固占用空間小，能有效縮小構(gòu)件裂縫減小構(gòu)件撓度，缺點(diǎn)是不能用于溫差較大和有腐蝕性物質(zhì)的環(huán)境，對施工隊(duì)伍的素質(zhì)和專業(yè)性要求較高。

2.4 改變受力路線法

改變應(yīng)力路徑法是通過增加或改變支撐構(gòu)件的位置來改變原結(jié)構(gòu)傳力系統(tǒng)的一種加固方法。最常用的方法是加支撐點(diǎn)法和支撐梁拔柱法。其優(yōu)點(diǎn)是能最大限度地改變原結(jié)構(gòu)的空間布局。缺點(diǎn)是要經(jīng)過精確地計算才能施工，在施工中易出安全事故，而且加固后會影響一部分室內(nèi)使用面積和樓層高度。

2.5 粘貼碳纖維布加固法

粘貼碳纖維布加固法是利用碳纖維復(fù)合材料對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固的技術(shù)，這是利用新材料技術(shù)解決建筑領(lǐng)域問題的嘗試。首先是上世紀(jì)80年代初，日本做了大量碳纖維加固混凝土的研究，隨后歐洲、美國等國家也迅速深入該領(lǐng)域并取得了一定的研究成果。這種加固技術(shù)實(shí)質(zhì)上是將碳纖維布與樹脂材料粘結(jié)在被加固構(gòu)件的表面，并利用碳纖維布的拉伸強(qiáng)度來提高原構(gòu)件的承載力。該加固方法具有操作簡單、施工門檻低、周期短、材料耐腐蝕性和耐久性好、原結(jié)構(gòu)重量和構(gòu)件尺寸不增加等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是目前施工費(fèi)用比較高，專業(yè)隊(duì)伍少，對荷載要求增加較大的構(gòu)件不能采用。

2.6 粘貼鋼板法

這種方法是把預(yù)先做好的鋼板用膠類材料粘貼在需加固鋼筋混凝土構(gòu)件表面，使粘貼的鋼板與原構(gòu)件共同受力，從而達(dá)到加固原構(gòu)件的目的。它的優(yōu)點(diǎn)是施工方便、快捷。缺點(diǎn)是對環(huán)境溫度、濕度要求高，不能在有化學(xué)腐蝕的環(huán)境中使用，耐久性不好。

2.7 鉚栓鋼板法

鉚栓鋼板法就是把鉆好孔的鋼板通過鉚釘固定在打過孔的混凝土受彎面上，從而提高構(gòu)件的抗彎承載能力和剛度。該方法的優(yōu)點(diǎn)是施工簡單、耗時少、造價低。缺點(diǎn)是加固的好壞關(guān)鍵看鉚釘而鉚釘質(zhì)量不好控制，原構(gòu)件打孔時易傷到構(gòu)件內(nèi)的鋼筋，且打孔時的震動易使原構(gòu)件受到二次損害。

2.8 鉚粘鋼板法

鉚粘鋼板法是把預(yù)先做好的打好孔的鋼板先用膠類材料粘貼在需加固的混凝土構(gòu)件表面，再往打好的孔中打入鉚釘，通過加固鋼板與構(gòu)件內(nèi)的鋼筋共同受力來提高整個構(gòu)件的承載力。這種加固方法的優(yōu)點(diǎn)是能保證加固鋼板與原構(gòu)件的結(jié)合牢固確保共同受力，施工方法簡單便于操作，加固的質(zhì)量容易保證加固效果比較好。缺點(diǎn)是打孔時易對原構(gòu)件產(chǎn)生二次損傷，且打孔位置易受梁內(nèi)的鋼筋的影響。

3 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固方法的選擇

我們要根據(jù)加固構(gòu)件的尺寸、所在位置、所處環(huán)境、受力特點(diǎn)、荷載情況、及構(gòu)件自身的混凝土情況進(jìn)行分析，此外還要考慮改造加固費(fèi)用、施工場地等外在制約因素，從而綜合選擇那種加固方法。通常梁所受荷載不大的情況下優(yōu)先選擇粘貼碳纖維布加固法。遇到所受荷載較大的混凝土梁時，可以考慮鉚粘鋼板加固法。對于板型構(gòu)件需要提高承載力、控制裂縫時多選用粘貼碳纖維布加固法。柱、剪力墻等受壓構(gòu)件則可考慮用增大截面面積法和外包型鋼加固法。