砼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)現(xiàn)狀與展望

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1 結(jié)構(gòu)加固概述

　　1.1 加固原因加固學(xué)是隨同房屋結(jié)構(gòu)學(xué)發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的。從加固的范圍看主要原因有：（1）尚未建成但由于施工質(zhì)量問(wèn)題；（2）結(jié)構(gòu)封頂尚未使用就要改造而引起的加固；（3）結(jié)構(gòu)老化后進(jìn)行改造加固；（4）因?yàn)?zāi)害引起的加固。

　　1.2 加固工作程序可靠性鑒定－加固方案選擇－加固設(shè)計(jì)－施工組織設(shè)計(jì)－施工－驗(yàn)收。

　　2 傳統(tǒng)加固方法

　　即加大截面法，是在現(xiàn)有混凝土構(gòu)件外加鋼筋混凝土，增大原混凝土構(gòu)件截面面積，達(dá)到提高結(jié)構(gòu)承載力的目的，加大截面法的優(yōu)點(diǎn)是容易施工，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；對(duì)結(jié)構(gòu)外觀及房屋凈空也有一定影響，且嵌入的鋼筋銹蝕和混凝土劣化的危險(xiǎn)性很大。加在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)是否卸載等因素直接相關(guān)。加大截面法在設(shè)計(jì)構(gòu)造方面必須解決好新加部分與原有部分的整體工作共同受力問(wèn)題。試驗(yàn)研究表明，加固結(jié)構(gòu)在受力過(guò)程中，結(jié)合面會(huì)出現(xiàn)拉、壓、彎、剪等各種復(fù)雜應(yīng)力，其中關(guān)鍵是剪力和拉力。今后欲使這一加固技術(shù)更有效的分法是使用具有高張拉應(yīng)變能力，低收縮性能的材料。

　　3 常規(guī)加固方法

　　3.1 粘鋼加固法1960年在瑞士和德國(guó)，基于L‘Hermite和Bres—son的工作，發(fā)展了外粘鋼板加固鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的方法，就是用薄鋼板或其它鋼襯通過(guò)一種雙組份環(huán)氧粘合劑粘于混凝土結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生三相材料，混凝土—膠—鋼板的復(fù)合系統(tǒng)。該法具有方案設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)單，不損傷原混凝土構(gòu)件，施工方法簡(jiǎn)便，周期短，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)量小，對(duì)原構(gòu)件外形尺寸影響小等優(yōu)點(diǎn)。在國(guó)際上是一種適用面較廣的先進(jìn)加固方法，不僅建筑，而且公路橋梁也普遍采用。已經(jīng)證明粘在混凝土梁受拉表面的鋼板能提高抗彎能力，同時(shí)也能提高抗彎剛度并相應(yīng)減少撓度和開(kāi)裂。

　　混凝土粘結(jié)鋼板必須滿足3個(gè)因素：（1）被粘結(jié)表面必須清潔。（2）環(huán)氧至少有混凝土強(qiáng)度的粘結(jié)強(qiáng)度。（3）為避免脆性的板分離破壞，板必須長(zhǎng)而薄，或采用足夠的錨固，來(lái)充分發(fā)揮鋼板的性能。Jones的試驗(yàn)研究表明：膠粘錨固鋼板是鋼板錨固的最好方式。粘鋼板主要實(shí)際問(wèn)題是：（1）重量太大，且為方便操作和處理，在長(zhǎng)度上有所限制。（2）現(xiàn)在加固采用低碳鋼，且有與生俱來(lái)的銹蝕特性，因此產(chǎn)生了一個(gè)額外的維護(hù)工作。（3）現(xiàn)在難以肯定粘結(jié)的耐久性，以及在鋼板與膠體界面潛在的銹蝕。（4）環(huán)氧樹(shù)脂等用固化劑結(jié)硬后，強(qiáng)度雖高，但有跪性，且一般粘結(jié)劑適用面不夠廣。目前我國(guó)東洋機(jī)械公司從日本引進(jìn)并正在研制生產(chǎn)在特殊環(huán)境下使用的粘結(jié)劑，諸如低溫（一20 C以下）、高溫、水下等特殊環(huán)境下的粘結(jié)劑中華考試網(wǎng)收藏

　　3.2 預(yù)應(yīng)力加固法也可稱為反彎矩法。在20世紀(jì)50年代外部預(yù)應(yīng)力就已是一種施工方法。預(yù)應(yīng)力加固具有加固、卸載、改變結(jié)構(gòu)內(nèi)力的三重效果，適用大跨結(jié)構(gòu)加固。用預(yù)應(yīng)力鋼筋在構(gòu)件外進(jìn)行張拉，可以起到增加主筋，提高正截面及斜截面強(qiáng)度，同時(shí)也提高了剛度，是一種積極的加固方法。但預(yù)應(yīng)力鋼筋中的預(yù)應(yīng)力設(shè)置多少，卻要受結(jié)構(gòu)受力年限而定，即要考慮混凝土徐變的影響。預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力不宜大于150MPa，對(duì)于已負(fù)荷很久的超靜定結(jié)構(gòu)，宜為50—100MPa.外加預(yù)應(yīng)力技術(shù)已成功地應(yīng)用于校正現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中超出的不滿意的撓度，改進(jìn)對(duì)疲勞和開(kāi)裂的抗力?，F(xiàn)在外加預(yù)應(yīng)力在美國(guó)、日本、瑞士已廣泛開(kāi)發(fā)用作混凝土加固。

　　外加預(yù)應(yīng)力優(yōu)點(diǎn)為：（1）施工方法簡(jiǎn)單、成熟；（2）用X射線或其它無(wú)損檢測(cè)技術(shù)可以在結(jié)構(gòu)運(yùn)行期檢驗(yàn)；（3）拉桿或絞線可替換。缺點(diǎn)源于結(jié)構(gòu)的外部：易于銹蝕，易燃，易于損壞外觀。外部施加預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)對(duì)外界侵蝕性成分與防火的保護(hù)通常用外包混凝土或噴射混凝土。其銹蝕問(wèn)題可通過(guò)使用纖維加筋塑料來(lái)解決。但目前對(duì)纖維加筋塑料的機(jī)械性能并不十分了解，還有待進(jìn)一步研究。

　　3.3 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)件截面足寸，卻不要求大幅度的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2種情況。濕式外包鋼加固：外包鋼與構(gòu)件之間是采用乳膠水泥粘貼或環(huán)氧樹(shù)脂化學(xué)灌漿等方泌粘結(jié)，以期型鋼與原構(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。外包鋼加固結(jié)構(gòu)，尤其是框架結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)區(qū)受力最為復(fù)雜，構(gòu)造處理相當(dāng)別扭。

　　4 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——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。

　　引用有限元理論研究混凝土—粘結(jié)劑—加固材料應(yīng)力應(yīng)變，其受力模型的建立及計(jì)算方法的實(shí)現(xiàn)，以精確計(jì)算其受力特征。對(duì)各種加固形式進(jìn)行可靠度分析，提出相應(yīng)的實(shí)用計(jì)算模型及公式，并與現(xiàn)行規(guī)范相接軌，如采用分項(xiàng)系數(shù)形式和采用可靠度校準(zhǔn)分析等，此項(xiàng)研究已列入我國(guó)國(guó)家基礎(chǔ)研究重大項(xiàng)目（攀登計(jì)劃）《重大土木與水利工程安全性與耐久性的基礎(chǔ)研究》。中國(guó)建材院和冶金部建筑研究總院開(kāi)發(fā)出修補(bǔ)用自流平砂漿，冶金部建筑研究總院正在進(jìn)行碳纖維應(yīng)用技術(shù)的研究，中國(guó)水科院研制出的機(jī)器設(shè)備地螺栓專用錨固劑，中國(guó)建筑科學(xué)研究院已經(jīng)開(kāi)展了混凝土結(jié)構(gòu)后裝錨固技術(shù)的研究，并將編制有關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí)，中國(guó)建筑科學(xué)研究院設(shè)立了混凝土結(jié)構(gòu)錨載鋼筋技術(shù)，低價(jià)高效承重膨脹螺栓和提高混凝土強(qiáng)度加固技術(shù)等課題。

　　5 結(jié) 語(yǔ)

　　我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，按照混凝土結(jié)構(gòu)老化的規(guī)律，從20世紀(jì)開(kāi)始，我國(guó)需要加固的結(jié)構(gòu)逐年增多，特別是20世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，不僅大量老化混凝土結(jié)構(gòu)需要加固，有些使用時(shí)間不長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)也因功能改變等也需要加固改造。當(dāng)今的混凝土結(jié)構(gòu)加固可用日新月異來(lái)形容。更新的技術(shù)，更新的工藝，更新的材料，更加深入更加成熟的研究成果，必將伴隨著我們跨入新世紀(jì)而到來(lái)！