砼結構加固技術現(xiàn)狀與展望

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1 結構加固概述

　　1.1 加固原因加固學是隨同房屋結構學發(fā)展而發(fā)展起來的。從加固的范圍看主要原因有：（1）尚未建成但由于施工質量問題；（2）結構封頂尚未使用就要改造而引起的加固；（3）結構老化后進行改造加固；（4）因災害引起的加固。

　　1.2 加固工作程序可靠性鑒定－加固方案選擇－加固設計－施工組織設計－施工－驗收。

　　2 傳統(tǒng)加固方法

　　即加大截面法，是在現(xiàn)有混凝土構件外加鋼筋混凝土，增大原混凝土構件截面面積，達到提高結構承載力的目的，加大截面法的優(yōu)點是容易施工，適用面廣，可廣泛用于一般梁、板、柱、墻等混凝土結構的加固。缺點是現(xiàn)場濕作業(yè)工作量大，養(yǎng)護期較長，對生產(chǎn)和生活有一定影響；對結構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性很大。加在截面法的加固效果與原結構在加固時的應力水平，結合面構造處理，施工工藝，材料性能以及加固時是否卸載等因素直接相關。加大截面法在設計構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題。試驗研究表明，加固結構在受力過程中，結合面會出現(xiàn)拉、壓、彎、剪等各種復雜應力，其中關鍵是剪力和拉力。今后欲使這一加固技術更有效的分法是使用具有高張拉應變能力，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，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構的方法，就是用薄鋼板或其它鋼襯通過一種雙組份環(huán)氧粘合劑粘于混凝土結構表面產(chǎn)生三相材料，混凝土—膠—鋼板的復合系統(tǒng)。該法具有方案設計及結構計算簡單，不損傷原混凝土構件，施工方法簡便，周期短，現(xiàn)場作業(yè)量小，對原構件外形尺寸影響小等優(yōu)點。在國際上是一種適用面較廣的先進加固方法，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，同時也能提高抗彎剛度并相應減少撓度和開裂。

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

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

　　外加預應力優(yōu)點為：（1）施工方法簡單、成熟；（2）用X射線或其它無損檢測技術可以在結構運行期檢驗；（3）拉桿或絞線可替換。缺點源于結構的外部：易于銹蝕，易燃，易于損壞外觀。外部施加預應力系統(tǒng)對外界侵蝕性成分與防火的保護通常用外包混凝土或噴射混凝土。其銹蝕問題可通過使用纖維加筋塑料來解決。但目前對纖維加筋塑料的機械性能并不十分了解，還有待進一步研究。

　　3.3 外包鋼加固法外包鋼加固法是以型鋼（一般為角鋼）外包于構件四角（或兩角）的加固方法。在我國，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)點是：施工簡便，現(xiàn)場工作量較小，受力較為可靠，適用于使用上不允許增大原構件截面足寸，卻不要求大幅度的提高截面承載能力的混凝土結構加固。外包鋼加固分濕式和干式2種情況。濕式外包鋼加固：外包鋼與構件之間是采用乳膠水泥粘貼或環(huán)氧樹脂化學灌漿等方泌粘結，以期型鋼與原構件能整體工作共同受力；干式外包鋼加固：型鋼與原構件之間無任何粘結，有時雖填有水泥砂漿，但并不能確保結合面剪力和拉力的有效傳遞，外包鋼架與原構件不能整體工作，彼此只能單獨受力。與濕式外包鋼相比，干式外包鋼施工更為簡便，但承載能力提高不如濕式外包鋼有效。外包鋼加固結構，尤其是框架結構，節(jié)點區(qū)受力最為復雜，構造處理相當別扭。

　　4 展 望

　　由于加固技術出現(xiàn)的歷史并不長久，在各種不同的加固方法中，我們對修復與加固混凝土結構的實質經(jīng)驗有限，很多加固方法特別是較新型的加固技術缺少必要的試驗數(shù)據(jù)，設計施工標準及試驗標準。對各種加固方法的受力特性及施工要點的研究還需要進一步深入。如加固結構的二次受力工作機理及計算方法研究；各種加固材料及外包和粘貼形式對原有結構的抗彎、抗剪、抗疲勞、延性、耐久性等試驗研究。結構膠的力學性質，是保證鋼筋混凝土結構與各種加固板材能否形成——個整體聯(lián)合工作的關鍵，但對結構膠本身的力學特性如其本身與結構關系、抗拉性能、抗剪性能、流變性能有待進一步研究。

　　引用有限元理論研究混凝土—粘結劑—加固材料應力應變，其受力模型的建立及計算方法的實現(xiàn)，以精確計算其受力特征。對各種加固形式進行可靠度分析，提出相應的實用計算模型及公式，并與現(xiàn)行規(guī)范相接軌，如采用分項系數(shù)形式和采用可靠度校準分析等，此項研究已列入我國國家基礎研究重大項目（攀登計劃）《重大土木與水利工程安全性與耐久性的基礎研究》。中國建材院和冶金部建筑研究總院開發(fā)出修補用自流平砂漿，冶金部建筑研究總院正在進行碳纖維應用技術的研究，中國水科院研制出的機器設備地螺栓專用錨固劑，中國建筑科學研究院已經(jīng)開展了混凝土結構后裝錨固技術的研究，并將編制有關的行業(yè)標準。與此同時，中國建筑科學研究院設立了混凝土結構錨載鋼筋技術，低價高效承重膨脹螺栓和提高混凝土強度加固技術等課題。

　　5 結 語

　　我國是一個發(fā)展中國家，按照混凝土結構老化的規(guī)律，從20世紀開始，我國需要加固的結構逐年增多，特別是20世紀80年代以來，隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展，不僅大量老化混凝土結構需要加固，有些使用時間不長的結構也因功能改變等也需要加固改造。當今的混凝土結構加固可用日新月異來形容。更新的技術，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而到來！