試論現(xiàn)行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的加固技術(shù)方法與應(yīng)用.doc

試論現(xiàn)行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的加固技術(shù)方法與應(yīng)用【摘要】在當(dāng)前建筑市場(chǎng)環(huán)境下，隨著新型建筑材料不斷出現(xiàn)，混凝土結(jié)構(gòu)加固方法將越來(lái)越豐富。本文介紹了傳統(tǒng)及先進(jìn)加固技術(shù)方法，并結(jié)合實(shí)例探討了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固方法的應(yīng)用，供類似工程參考?！娟P(guān)健詞】鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；加固方法紹；實(shí)例應(yīng)用1引言由于長(zhǎng)期以來(lái)人們對(duì)混凝土碳化、鋼筋銹蝕影響混凝耐久性的問(wèn)題關(guān)注和研究不夠，致使大量整澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程提前進(jìn)入危險(xiǎn)期。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)已擁有百億平方米以上的在用工程，其中50%左右敲起了等待加固的警鐘。至于起步早的西方發(fā)達(dá)國(guó)家，其加固工程比重就更大。因而鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工作的加固設(shè)計(jì)與施工工作成了當(dāng)前工程界的一項(xiàng)中心任務(wù)，對(duì)此要求工程界提供操作簡(jiǎn)便易行、適應(yīng)面最廣、經(jīng)濟(jì)代價(jià)低的整澆鋼筋混凝土框(剛)架結(jié)構(gòu)的加固方法。2加固方法介紹現(xiàn)行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)分為傳統(tǒng)技術(shù)和先進(jìn)技術(shù)兩大類，已廣泛應(yīng)用于工程加固實(shí)踐中。2.1傳統(tǒng)加固技術(shù)方法可以歸納為以下5種：(1)加大截面法。(2)外包鋼法。(3)預(yù)應(yīng)力法。(4)改變傳力途徑法。(5)加強(qiáng)整體剛度法。這些都是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐檢驗(yàn)可靠性比較高的方法，已收入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)。不僅有比較充分的理論依據(jù)，規(guī)范還提供了詳細(xì)的計(jì)算公式。在加固設(shè)計(jì)與施工中，應(yīng)該已是有法可依，有章可循了，原則上屬于強(qiáng)制執(zhí)行范疇。2.2先進(jìn)加固技術(shù)方法可以歸納為以下3種：(1)粘鋼法；(2)碳纖維布加固法；(3)粘貼玻璃鋼復(fù)合料板材加固法。由于其科技含量高，技術(shù)先進(jìn)，近幾年來(lái)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展迅速，為工程界所關(guān)注，并已廣泛用于工程實(shí)踐中。2.3加固技術(shù)方法介紹對(duì)以上多種混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)來(lái)說(shuō)，每一種技術(shù)都有其優(yōu)缺點(diǎn)和適用性。而對(duì)于每一項(xiàng)須加固的工程對(duì)象來(lái)說(shuō)，又都有其獨(dú)特個(gè)性和不同的要求。具體選擇哪種加固技術(shù)，應(yīng)按彼此適應(yīng)的原則?，F(xiàn)列舉各種加固技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及其適用范圍如下。2.3.1加大截面法加大截面法有單面加大、雙面加大、或四面加大三種情況，目的是將原有受力斷面擴(kuò)大。目前受施工工藝限制，最小加大厚度按規(guī)范要求不小于60mm，但實(shí)際施工中往往采用不小于100mm的最小限額值。其最大優(yōu)點(diǎn)是概念清楚、計(jì)算公式詳盡。但其缺點(diǎn)也很多，有以下幾點(diǎn)。(1)斷面積擴(kuò)大后，剛度變化太大，設(shè)原有斷面為400mm600mm,四面擴(kuò)大斷面后成600mm、800mm，面積擴(kuò)大到2倍，慣矩卻擴(kuò)大到3.6倍。構(gòu)件斷面積和剛度在加固前后有如此大的變化，不僅是有礙觀感和使用，在整個(gè)結(jié)構(gòu)體系中產(chǎn)生的副作用也是驚人的。(2)對(duì)于軸心受壓構(gòu)件來(lái)說(shuō)，也許新舊斷面之間的協(xié)同工作條件還較滿足。對(duì)于偏壓、壓彎、彎扭、扭剪等復(fù)雜受力情況來(lái)說(shuō)，能否協(xié)同受力是很值得懷疑的。比如在平截面受彎條件下，首先受力的是外層鋼筋，只有在外層鋼筋屈伏以后，遠(yuǎn)遠(yuǎn)“退居第二線”的內(nèi)層鋼筋才受力。照這樣就有了各個(gè)受力物體被擊破或遭到連續(xù)破壞的危險(xiǎn)。假如在加固設(shè)計(jì)時(shí)就放棄原有鋼筋，使之退出工作，又未免過(guò)于浪費(fèi)。(3)從鋼筋錨固焊接到薄層混凝土的澆筑養(yǎng)護(hù)，施工難度是很大的。尤其是最需要加固的梁柱節(jié)點(diǎn)卻很難得到加固和改善，這是一大遺憾。(4)擴(kuò)大斷面法用于梁的加固，其最大難點(diǎn)是施工(基準(zhǔn))溫度的控制和鋼筋內(nèi)初應(yīng)力的消除。2.3.2外包鋼套法外包鋼套法分干法與濕法，其最大優(yōu)點(diǎn)與擴(kuò)大斷面法相似，其最大的缺點(diǎn)是施工難度大。對(duì)于干法來(lái)說(shuō)，由于加固斷面的施工誤差不可避免，很難保證鋼套與混凝土表面密貼，協(xié)同工作。對(duì)于濕法來(lái)說(shuō),要指望夾墊的膠泥層和原本存在強(qiáng)度不夠、質(zhì)地不勻或早已碳化的舊混凝土表層來(lái)傳遞粘著力和剪力，以滿足外套與原構(gòu)件協(xié)同工作的要求，顯然是不切實(shí)際的。關(guān)鍵的問(wèn)題還是外包鋼套法對(duì)于梁柱節(jié)點(diǎn)加固實(shí)在無(wú)能為力，因?yàn)榭蚣苤嬖谏舷聦幼償嗝娴那闆r，再加上施工中的上下柱錯(cuò)位和誤差等實(shí)際問(wèn)題，使外包鋼套很難上下準(zhǔn)確銜接與上下貫通，節(jié)點(diǎn)處箍筋也無(wú)法追補(bǔ)和交圈。若無(wú)視這些情況，進(jìn)行節(jié)點(diǎn)加固，只能算敷衍了事。2.3.3預(yù)應(yīng)力法預(yù)應(yīng)力法的最大優(yōu)點(diǎn)是便于使有較大跨度和較大荷載且已出現(xiàn)較大變形(撓度)后的鋼筋混凝土梁或桁架恢復(fù)承載能力。這種方法在早年工業(yè)建筑中用得較多，其最大缺點(diǎn)是施工工藝復(fù)雜，維護(hù)困難，耐久性差，而且還占有一定空間，影響外觀與使用，現(xiàn)已不受歡迎。2.3.4改變結(jié)構(gòu)傳力路徑法改變結(jié)構(gòu)傳力路徑法是徹底改變結(jié)構(gòu)內(nèi)力的計(jì)算圖形。比如在梁的跨中增設(shè)支點(diǎn)，在梁的兩端支座處增加牛腿或梁脅，以縮小梁的計(jì)算跨度，減小梁內(nèi)彎曲應(yīng)力；或在柱腳增設(shè)柱墩，在柱頂增加牛腿或角撐，以壓縮柱(剛架)的計(jì)算高度，卸減柱內(nèi)彎矩和剪力。這是一種有效的加固方法，但一般要涉及建筑平面和使用功能的改變，這是其缺點(diǎn)。2.3.5粘鋼法用結(jié)構(gòu)膠在被加固構(gòu)件表面粘貼4mm6mm厚的鋼板進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固，增加的構(gòu)件自重很小，擴(kuò)大構(gòu)件斷面很小，也不占用空間，是當(dāng)前最受工程界青睞的一種混凝土結(jié)構(gòu)加固方法。但也有以下缺點(diǎn)：(1)技術(shù)要求高，施工操作程序較復(fù)雜，掌握不好的話，質(zhì)量難保證，可靠性也不高。(2)耐高低溫、耐濕、耐腐蝕等性能是否可靠尚未經(jīng)實(shí)踐考驗(yàn)，耐久性也沒(méi)有保證。據(jù)現(xiàn)有資料反映，結(jié)構(gòu)膠的最長(zhǎng)耐久年限是30年，對(duì)于舊房加固來(lái)說(shuō)，這個(gè)年限也許已夠，但對(duì)于施工事故處理中新結(jié)構(gòu)加固來(lái)說(shuō)，這個(gè)年限顯然不夠，何況市場(chǎng)供應(yīng)膠的實(shí)際耐久年限還是未知數(shù)。(3)依靠被加固的不可靠的混凝土表面來(lái)傳遞剪力以達(dá)到協(xié)同工作進(jìn)行加固的目的，是值得懷疑的。其破損機(jī)理是最危險(xiǎn)的剪切脆性破壞，是值得警惕的。2.3.6碳纖維加固法與粘鋼法相比，這是一種科技含量更高更先進(jìn)的加固技術(shù)。往往因其質(zhì)輕高強(qiáng)的驚人物理特性而深受人們歡迎。此法與粘鋼法一樣，也存在同樣的缺點(diǎn)，甚至更嚴(yán)重?，F(xiàn)列舉如下：(1)由于其強(qiáng)度更高，脆性破壞的危險(xiǎn)性更大。(2)受變形協(xié)調(diào)原理制約，碳纖維的變形須與構(gòu)件內(nèi)原有鋼筋的變形協(xié)調(diào)，因而其強(qiáng)度高的特性并不能得到充分發(fā)揮，使其有效利用率實(shí)際很低。2.3.7玻璃鋼(纖維加強(qiáng)塑料)板加固法外粘玻璃鋼加固法是在粘鋼加固法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新方法。因?yàn)闆](méi)有鋼板銹蝕的問(wèn)題，耐久性能較好，加固效果也不錯(cuò)，有其一定的優(yōu)勢(shì)，目前還在開(kāi)發(fā)、研究階段。以上列舉的多種加固方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，如何選擇混凝土結(jié)構(gòu)的加固方法，應(yīng)該兼顧安全耐久和經(jīng)濟(jì)適用兩個(gè)原則。3工程實(shí)例某框架工程結(jié)構(gòu)加固方案論證。3.1鋼筋混凝土柱加固在該建筑物中，經(jīng)用擴(kuò)大斷面法加固的鋼筋混凝土柱共73根，柱原有斷面分1000mm、1100mm，2種情況，以1100mm的占多數(shù)。原先設(shè)計(jì)要求擴(kuò)大的尺寸(半徑)控制為75mm，因施工困難，實(shí)際控制量不大于l00mm。而且有些柱是下層柱加固，上層柱不加固；有些柱是上層加固，下層不加固；有些則是中間層加固，上、下層均不加固。因此往往使柱身成為上頭大、下頭小，或中間大、兩頭小的反?，F(xiàn)象。這種加固方法的最大問(wèn)題是使整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的剛度分布情況發(fā)生巨變，極不均勻。比如a座塔樓的首層共有21根柱，只有3根角柱不用加固。這些柱原設(shè)計(jì)斷面為1l00mm。而地下室則只有二根柱需要進(jìn)行加固，其原設(shè)計(jì)斷面也為1100mm。加固后的柱斷面驟增了40%，剛度驟增了95%，上大下小或中間大、兩頭小的剛度變化如此之大，對(duì)于結(jié)構(gòu)體系的抗風(fēng)和抗地震來(lái)說(shuō)，顯然是極為不利的。另一個(gè)問(wèn)題是對(duì)于遺漏箍筋、混凝土存在蜂窩狗洞、強(qiáng)度最低的最需要加固的節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，并沒(méi)有得到加固。從加固節(jié)點(diǎn)圖就可發(fā)現(xiàn)以下問(wèn)題：由于上下柱斷面的變更，又因?yàn)槭┕ぶ衅毡榇嬖诘纳舷轮e(cuò)位等情況，使新增主筋不能準(zhǔn)確地與舊筋銜接，上下貫通，妥善錨固；節(jié)點(diǎn)箍筋更不能交圈封閉，以起到約束節(jié)點(diǎn)核心混凝土的作用。3.2梁加固該建筑物中經(jīng)加固處理的框架梁共86根，地下室頂板梁115根。多數(shù)框架梁是被認(rèn)為面筋(節(jié)點(diǎn)附筋)不足而被補(bǔ)筋加固的，少數(shù)框架梁則是底筋面筋均作了補(bǔ)筋加固。所有地下室梁都作了底筋和面筋的全面補(bǔ)足加固，而且補(bǔ)筋量都是上、下各425。對(duì)于梁的加固采用擴(kuò)大斷面補(bǔ)筋法，必然使舊梁機(jī)體受到較大損傷。因?yàn)槭┕r(shí)不僅要將全部的主筋保護(hù)層打掉，而且還要將全部新增鋼筋與舊筋焊連，致使舊筋在焊接高溫影響下產(chǎn)生初應(yīng)力。這一結(jié)果破壞了舊筋與混凝土之間的粘著力。這一方法最大的缺點(diǎn)還在于增補(bǔ)的鋼筋不能妥善錨進(jìn)節(jié)點(diǎn)。對(duì)于只因溫度應(yīng)力而引起裂縫的屋面梁和地下室頂板梁來(lái)說(shuō)，本來(lái)并不需要增補(bǔ)鋼筋，采用補(bǔ)筋加固很可能是得不償失。3.3板加固工程人員對(duì)面積45000的樓屋面板進(jìn)行了全面加固，加固辦法是以疊合梁理論為基礎(chǔ)的。具體做法是將原有混凝土板面打毛清洗后，鋪滿6200的鋼筋網(wǎng)，澆注50mm厚的細(xì)石混凝土。這個(gè)辦法自然滿足了板厚和板的跨中抗彎要求，但因梁頂板支座處不配置抗負(fù)彎矩的壓筋，忽略了這一最薄弱的環(huán)節(jié)，很可能起不到加固板的效果。在加固過(guò)程中，框架柱錯(cuò)位與偏斜問(wèn)題未得到處理，這也是一隱患.根據(jù)以上分析，認(rèn)為全部加固工程付出了高昂的代價(jià)，但其加固效果是值得懷疑的。4結(jié)束語(yǔ)由于整澆鋼筋混凝土框(剛)架結(jié)構(gòu)的使用面很廣，而其設(shè)計(jì)與施工程序又很復(fù)雜而繁瑣，受不定因素和人為過(guò)失的影響很大。因