现代结构加固技术浅析

更新：2009-06-15 15:00 浏览：3次

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现代结构加固技术浅析

就目前我国的具体情况而言，由于以下一些原因，工程加固具有很好的发展前景，我国是个多自然灾害的国家，地震、水灾、火灾均对建筑物造成过严重损失。我国五、六十年代修建的大批工业厂房、公用建筑和民用建筑，已经进入中老年期，加固改造任务已经大量的提到日程上来。大量的桥梁工程由于交通量和荷载的增加、修建时间较长或原设计标准较低，已经出现严重的损坏，急需加固改造处理。总之，大规模建设之后，结构加固将成为建设的主角，无论从历史文化保护角度还是对居住安全耐久性等角度，结构加固将变得尤为重要。
一、结构加固改造的主要步骤
一般工程结构加固的具体步骤为：可靠性鉴定——加固方案选择—— 加固设计一施工组织设计—— 施工——验收。
1、对已有结构现状的评价是整个加固改造过程中的关键环节。通过可靠性鉴定，对已有的结构构成以及连接构造（现场中实际情况）进行掌握；对材料部分、结构的损伤及缺陷；对结构的使用情况、使用环境进行详尽的调查。
2、结构的加固方案的选择和设计的决定加固改造工程的效果和质量的关键。根据建筑物受损伤程度和原有建筑物的实际情况和使用目的进行方案设计，使方案技术可靠、经济合理、方便施工。
3、加固施工是加固改造的主要环节，是实施加固设计和保证加固质量的关键。全面了解已有的结构的现状，根据场地的实际情况组织施工，同时及时向有关设计人员反馈信息。
二、结构加固的主要方法、优缺点及适用范围浅析
混凝土结构加固的主要方法有：碳纤维加固技术、预应力加固法、粘钢加固法、增补受拉钢筋加固法、改变受力体系加固法、化学植筋技术、注浆加固、混凝土表面处理技术、混凝土表层密封技术等。
（一）、碳纤维加固技术　
　碳纤维布加固技术是利用碳素纤维布和专用结构胶对建筑构件进行加固处理，该技术采用的碳素纤维布强度是普通二级钢的10倍左右。具有强度高、重量轻、耐腐蚀性和耐久性强等优点。厚度仅为2mm左右，基本上不增加构件截面，能保证碳素纤维布与原构件共同工作。
碳纤维
碳纤维片是以碳纤维为组分，以树脂为基体，通过一定的成型方法形成的单向排列的碳纤维的复合片材。它具有极其优越的品质：材料质轻高强，碳纤维片的抗拉强度比同截面钢材高7～10倍，用环氧树脂将它与结构物粘贴后形成一体，能可靠地与钢筋混凝土共同工作，获得优异的补强效果，而结构物自重的增加几乎可以忽略；其抗疲劳强度高，耐久性能好，耐磨损、抗老化等。
碳纤维根据原料及生产方式的不同，主要分为聚丙烯腈（pan）基碳纤维及沥青基碳纤维。碳纤维产品包括pan基碳纤维（高强度型）及沥青基碳纤维（高弹性型）。2、碳纤维材料与其他加固材料对比　（1）抗拉强度：碳纤维的抗拉强度约为钢材的10倍。　（2）弹性模量：碳纤维复合材料的拉伸弹性模量高于钢材，但芳纶和玻璃纤维复合材料的拉伸弹性模量则仅为钢材的一半和四分之一。
（3）疲劳强度：碳纤维和芳纶纤维复合材料的疲劳强度高于高强纲丝。金属材料在交变应力作用下，疲劳极限仅为静荷强度的30%～40%。由于纤维与基体复合可缓和裂纹扩展，以及存在纤维内力再分配的可能性，复合材料的疲劳极限较高，约为静荷强度的70%～80%，并在破坏前有变形显著的征兆。　　（4）重量：约为钢材的五分之一。　　（5）与碳纤维板的比较：碳纤维片材可以粘贴在各种形状的结构表面，而板材更适用于规则构件表面。此外，由于粘贴板材时底层树脂的用量比片材多、厚度大，与混凝土界面的粘接强度不如片材。
（二）、预应力加固法
用预应力钢筋对梁、板进行加固的方法，称为预应力加固法。这种方法具有施工简便和不影响结构使用空间等优点。用预应力钢筋加固、板的基本工艺是：在需要加固的受拉区段外面补加预应力筋，对钢筋进行张拉，并将其锚固在梁、板的端部。。
1、预应力筋的张拉  预应力筋通常裸置于梁体之外，所以预应力筋的张拉也是在梁体外进行的。
张拉的方法可分为3种。   （1）千斤顶张拉法，千斤顶张拉法是使用千斤顶在预应力筋的端部进行张拉并锚固的方法。（2）横向收紧法，横向收紧法即在加固筋两端被锚固的情况下，利用简易工具使钢筋由直变弯产生拉伸应变，从而在加固筋中建立预应力。（3）竖向张拉法，竖向张拉法分为人工张拉和千斤顶张拉两种方法。
2、预应力筋的锚固  预应力筋的锚固可采用以下4种方法。（1）u形钢板锚固首先将原梁端部的混凝土保护层凿去，并涂以环氧砂浆，然后把与梁同宽u形钢板卡在环氧砂浆上，再将加固筋焊接或锚接u形钢板的两侧。（2）高强螺栓锚固在梁及钢板上钻出与高强螺栓相同直径的孔，然后在钢板和梁上涂一层环氧砂浆，用高强螺栓将钢板压在原梁上，以产生摩擦力和黏结力，最后将预应力筋锚固在钢板上，或直接焊接在钢板上。（3）扁担式锚固在原梁的受压区增设钢板托套，把加固筋锚固或焊接在钢板托套上。施工时，钢板托套用环氧砂浆年节在原梁上，以防止其滑动。（4）套箍锚固套箍锚固是把型钢作成的钢框嵌套在原梁上，并将预应力筋锚固在钢框上的一种锚固方法。施工时，先除去钢框处的混凝土保护层，并用环氧砂浆黏结钢框。
采用外加预应力钢拉杆或型钢撑杆，对结构构件或整体进行加固的方法。其特点是通过预应力手段强迫后加部分——拉杆或撑杆受力，改变原结构内力并降低原结构应力水平。后加部分与原结构能较好地共同工作，结构的总体承载能力可显著提高。预应力加固法具有加固、卸荷、改变结构内力的三重效果，适用于大跨结构加固，及采用一般方法无法加固或加固效果很不理想的较高应力应变状态下的大型结构加固。预应力法加固按加固对象的不同，分为预应力拉杆加固及预应力撑杆加固。预应力拉杆加固主要用于一般梁板结构、框架结构、精架结构、网架结构及大偏心受压结构；预应力撑杆加固主要用于轴心受压及小偏心受压框架柱。
（三）、粘钢加固法
粘贴钢板加固法用粘结剂(建筑结构胶)将钢板粘贴在已开裂构件需要加固的部位上，以提高结构承载力的一种方法。该方法的应用研究始于2o世纪6o年代。在国际上它是一种适用面较广的加固方法，不仅用于建筑，而且用于公路桥梁的加固补强。
结构粘钢加固方法，与其他的加固方法比较，有许多独特的优点和先进性，主要有：
    1）、坚固耐用：经过多年来的工程实践，已经证明完全能保证加固工程的质量，结构的强度和刚度都能满足设计的要求。施工工艺精巧，质量优秀，工程合格率为100%。胶粘剂30年老化试验耐久性能满足要求。粘钢加固后的结构试验，也证明强度和刚度的设计方法是正确的和可靠的。
2）、施工快速：在保证粘钢加固结构质量的前提下，快速完成施工任务，并能根据业务要求，在不停产不影响使用的情况下完成施工，受到用户的普遍赞扬。
3）、简洁轻巧：与其它加固方法比较，粘钢加固的施工，干净利落，比较简便，现场无湿作业。完成加固后的结构外观不改变，比较轻巧，钢板薄，结构自重增加极微，不会导致建筑物内其他构件的连锁加固。
4）、灵活多样：粘钢加固法的适应性很强，能够解决生产上和生活上各种有关问题。粘贴钢板的方案多种多样，灵活巧妙。还可粘贴型钢、加固钢结构及砖砌体结构等。
5）、经济合理：由于施工快，避免或减少工厂停产时间，节约加固材料，与其它加固方法比较，粘钢加固的费用大为节省，经济效益很高。
结构粘刚加固法可在下列情况下使用：
（1）钢筋焊接点断裂加固（2）梁柱受化学腐蚀的粘钢加固（3）提高楼面荷载加固（4）阳台根部断裂加固（5）牛腿接点加固（6）悬挂式吊车梁提高荷载加固（7）楼面荷载集中力加固（8）桥梁断裂、旧桥维修加固（9）混凝土柱子牛腿断裂加固等
（四）、增补受拉钢筋加固法
增补受拉钢筋加固法，是指在梁的受力较大区段补加受拉钢筋（或型钢），以提高梁承载能力的加固方法。增补钢筋与原梁之间的连接方法有全焊接法、半焊接法和黏结法3种。
1）、全焊接法
全焊接法是增补钢筋直接焊接在梁的原筋上，以后不在补浇混凝土做黏层保护。即增补筋是在裸露情况下，依靠焊接参与原梁的工作。增补筋之所以能锚固与梁中原筋上完成承载功能，是由于梁中原梁的应力是不均匀的有些区段、部位（如简支梁的端部、连续梁的反弯点附近）原筋的应力较小。这些部位的原筋强度没有被充分利用，尚有潜力可挖。若把增补钢筋的端头焊接在上述区段内，则原筋对增补筋即可起到锚固作用。
2）、半焊接法
半焊接法是指将增补筋焊接在梁中原筋上后，再补浇或喷射一层细石混凝土进行黏结和保护。这样增补筋即手焊点锚固，由于混凝土黏结力的固结，使增补筋的受力特征与原筋相近，受力较为可靠。
3）、黏结法
黏结法是增补筋完全依靠后浇混凝土的黏结力传递，来参与原梁的工作。
实际工程中，在受拉区补搅混凝土层的情况是比较多的。原配筋率较低，其混凝土受压区高度较小，因此在受拉区补加纵向钢筋并浇混凝土是提高该梁抗弯承载力的有效方法。又如阳台、雨蓬等悬臂构件的承载力加固，可在原板的上面（受拉区）补配钢筋和补浇混凝土。当在连续梁（板）的全长上部补浇混凝土时，后补浇的混凝土在跨中处于受压区，而在支座却处在受拉区。按后浇混凝土与原混凝土结合情况的不同，增大截面可分为新旧混凝土截面独立工作和整体工作两种情况。
（五）、化学植筋技术
1）、化学植筋技术    植筋新技术是运用高强度的化学粘合剂，使钢筋、螺杆等与混凝土产生握裹力，从而达到预期效果。施工后产生高负荷承载力，不易产生移位、拔出，并且密着性能良好，无需作任何防水处理。由于其通过化学粘合固定，不但对基材不会产生膨胀破坏，而且对结构有补强作用。施工简便迅速，安全并符合环保要求，是建筑工程中钢筋混凝土结构变更、追加、加固的最有效的方法。
2）、使用范围    1、各类建筑结构增建、变更等预留钢筋固定。    2、横梁、柱头、楼板、剪力墙等加固预留钢筋锚固。    3、各类钢结构、机械设备、支架等的螺杆锚固。
3）、技术特点    1、高承载力（剪力、拉力）；
       2、对固定的基材不产生膨胀力，适宜边距、间距小的部位；
       3、施工简便、时间短；
随着经济建设的发展，在新建工程的同时，还强调对已有工程的技术、功能改造，在改造过程中，往往要求增加结构高度、增加荷载、增加跨度、增加层数。一些设计施工较早的工业和民用建筑，结构上不能满足现有的建筑抗震设计规范要求，需要进行抗震加固；其他的如施工不当、管理不当、设计失误等一些不确定因素造成的工程隐患则难以计数，因此工程加固改造具有广泛的发展前景。

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