淺談混凝土結構加固設計方法

王祖鳳

淺談混凝土結構加固設計方法

王祖鳳

闡述了混凝土結構的加固原因,詳細介紹了混凝土結構常用的加固方法及加固技術,并提出了加固中的注意事項,以指導實踐,增強混凝土結構的穩定性和耐久性。

混凝土結構,加固方法,注意事項

0 引言

由于地震、火災和颶風等自然災害或長期疲勞、腐蝕以及建筑使用功能的改變等作用的影響,建筑結構在使用過程中可能發生各種損傷和結構功能的破壞,從而使結構無法滿足使用功能的要求甚至導致結構整體破壞,造成人員傷亡或財產損失。因此,對混凝土建筑結構進行加固,對于保證混凝土結構的健康,防止結構災害的發生是十分必要和有意義的。

1 建筑結構加固的原因

1)按照極限狀態設計法設計的鋼筋混凝土結構或砌體結構,必須滿足結構強度、剛度、耐久性的要求,但由于種種原因造成結構不能滿足上述要求,如：設計不當、設計規范要求提高或施工缺陷而造成的結構物承載力和剛度不足,甚至留有嚴重的安全隱患;因建筑物改變用途導致其使用功能發生變化,從而出現了與設計初衷不一致的荷載分布和荷載大小,造成了原結構的強度和剛度不能滿足要求。由于各種自然災害如地震、火災、臺風、水災、冰雪和戰爭造成了結構物不同程度的損壞。2)對現有基礎設施進行鑒定,對目前我國已有工業和民用建筑及其他基礎設施進行技術改造和維修,使之現代化日趨迫切,符合我國國情,這不僅可以節約投資,節約征用土地,緩解日趨緊張的城市用地矛盾,對減少某些不可回收利用的建筑垃圾均有著重要的現實意義。建筑物鑒定、加固與改造將面臨更多的挑戰,其新技術、新方法的研究與開發有著十分廣闊的發展空間與運用前景。

2 混凝土加固方法

2.1 加大截面法

加大截面法是較方便且多用的一種加固方法。加大截面法是一種應用較廣的傳統加固方法,該方法是在原有混凝土構件表面重新做鋼筋混凝土或鋼筋網砂漿層,來增大原混凝土結構的截面面積,達到提高結構承載能力的目的。

優點是工藝簡單,適用面寬,可用于一般梁、板、柱、墻、基礎、橋梁及路面等。新舊混凝土之間存在一個結合面,這個結合面是一個薄弱環節,其結合面粘結強度一般都低于整澆混凝土的粘結強度,極大地影響了結構的可靠性,因此我們常采取一些施工技術措施來彌補這一缺陷。

2.2 有粘結外包型鋼加固法

外包鋼加固是把型鋼或鋼板包在被加固構件的外邊,外包鋼加固鋼筋混凝土梁一般應采用濕式外包法,即采用環氧樹脂化灌漿等方法把型鋼與被加固構件粘結成一整體,加固后的構件,由于受拉和受壓鋼截面面積大幅度提高,因此正截面承載力和截面剛度大幅度提高。該法也稱濕式外包鋼加固法,受力可靠、施工簡便、現場工作量較小,但用鋼量較大,且不宜在無防護的情況下用于 600℃以上高溫場所;適用于使用上不允許顯著增大原構件截面尺寸,但又要求大幅度提高其承載能力的混凝土結構加固。

2.3 裂縫處理

裂縫修補方法主要有表面處理法、灌漿法及填充法等。裂縫修補材料主要為樹脂和水泥,修補方法與修補材料的類型密不可分。

2.3.1 表面處理法

表面處理法適用于處理微細裂縫(裂縫寬度小于 0.2mm),它采用彈性涂膜防水材料、聚合物水泥膏及滲透性防水劑等,涂刷于裂縫表面,達到恢復其防水性和耐久性的目的。對于稀而少的裂縫,可騎縫涂覆修補。對于細而密的裂縫,應采用全部涂覆修補。由于涂層較薄,涂覆材料應選用粘著力強且不易老化的材料。對于活動性裂縫,應采用延伸率較大的彈性材料。表面處理法施工簡單,但涂料無法深入到裂縫內部。

2.3.2 灌漿法

灌漿法又稱注入法,是將樹脂漿液、水泥漿液或聚合物水泥漿液等灌入裂縫內部,達到恢復結構整體性、耐久性和防水性的目的,適用于修補寬度較大(＞0.3m)、深度較深的裂縫,尤其是受力裂縫。

2.4 預應力加固法

預應力加固法是采用高強度鋼筋或型鋼等,在被加固構件體外增設預應力拉桿或撐桿的加固方法。加固時,通過施加預應力,使體外的拉桿或壓桿與被加固構件共同受力,克服被加固構件的應力超前現象,改變原有截面的受力特征,提高加固后體系的承載能力和剛度。此外,施加預應力時所產生的負彎矩可以抵消部分荷載彎矩,減小原構件的撓度、縮小原構件的裂縫寬度,甚至使裂縫完全閉合。它具有加固效果好,施工周期較短且費用低等優點,但其施工技術要求較高,預應力拉桿或壓桿與被加固構件的連接(錨固)處理較為復雜,另外還存在施工時的側向穩定等問題。

3 混凝土加固技術

3.1 托換技術

托換技術是托梁拆柱、托梁接柱和托梁換柱等技術的總稱,是一種綜合技術,由相關結構加固、上部結構頂升與復位以及廢棄構件拆除等技術組成;適用于已有建筑物的加固改造;與傳統加固方法比較,具有施工時間短、費用低、對生活和生產影響小等優點,但是對技術要求較高。

3.2 植筋技術

植筋技術是一種對混凝土結構較簡便、有效的連接與錨固技術,可植入普通鋼筋,也可植入螺栓式錨筋;已廣泛應用于建筑物的加固改造中。

3.3 錨栓技術

本技術適用于普通混凝土承重結構;不適用于輕質混凝土結構及嚴重風化的結構。

3.4 裂縫修補技術

本技術適用于承重結構混凝土裂縫的修補;對承載力不足引起的裂縫,還需要采用適當的加固方法進行加固。

3.5 其他加固技術

其他加固技術有：碳化混凝土修復技術、混凝土表面處理技術、混凝土表層密封技術、結構構件移位技術以及調整結構自振頻率技術等。

4 加固注意事項

4.1 加固的方法選擇

混凝土結構的加固應本著保證結構承載力、預防變形、有較好的耐久性和美觀性等原則采取最優的加固方法,從而達到經濟與實用,技術與實際完美統一的目的。此外,工程結構的加固費用,不僅包括加固的一次性投資,還應包括以后使用期間的維護費用,應從綜合的角度考慮工程結構的加固性能,如加固效果、施工工效、耐久性、對原結構的影響等。合理的加固方案應該達到下列要求：加固效果好;對使用功能影響小;技術可靠;施工簡便;經濟合理;外觀整齊。

4.2 方案制定的總體效應原則

在制定建筑的加固方案時,除考慮可靠性鑒定結論和委托方提出的加固內容及項目外,還應考慮加固改造后建筑物的總體效應。

4.3 材料的選用和取值原則

1)加固設計時,原結構的材料強度按如下規定取用：

如原結構材料種類和性能與原設計一致,按原設計值取用;當原結構無強度材料時,可通過實測材料強度等級,再按現行規范取值。

2)加固材料的要求：

加固用鋼材一般選用Ⅰ級或Ⅱ級鋼;加固用水泥選取普通硅酸鹽水泥,強度等級不低于 32.5級;加固混凝土的強度等級,應比原結構的混凝土等級提高一級,且加固上部結構構件的混凝土強度等級不低于C20,加固混凝土中不應摻入粉煤灰、火山灰和高爐礦渣等混合材料。

5 結語

目前混凝土結構加固通常僅采用其中一種加固方法,然而工程實踐證明,單純采用一種方法對結構進行加固,往往收不到很好的效果,有時還會失敗。因此有必要對綜合加固技術進行研究。主要從以下幾方面入手：彌補單一加固方法的缺陷;利用某種加固方法的特長;發揮協同工作的優勢。對各種加固方法的受力特性及施工要點還需要進一步的研究。據保守估計,我國現有的房屋建筑中,40%以上需要分期分批地進行鑒定和加固。在現代社會中對結構加固技術進行開發研究已顯得非常重要,具有重要的社會效益和巨大的經濟效益。

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Tentative discussion on the reinforcing design methods for concrete structure

W ANG Zu-feng

This paper expounds the reinforcing reasons of concrete structure,specifically introduces common rein forcingmethods and techniques of concrete structures,and p roposes cautions in reinforcing process,so as to guide practice,and to strengthen the stability and durability of concrete structure.

concrete structure,reinforcementmethods,cautions

TU377

A

1009-6825(2011)03-0026-02

2010-09-27

王祖鳳(1971-),女,工程師,中國建筑西南設計研究有限公司,四川成都 610031