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          混凝土結構加固比較常見的方法與應用

          2019-01-04

            混凝土結構一般在使用3050年以后會產生明顯的劣化與損傷。已有建筑物的鑒定,改造加固已經成為經濟發達國家的建設重點之一,由此也產生并推動了加固技術的不斷發展。在我國,在經過幾十年大規模的基本建設后,已有建筑物的維修、改造和加固必將占據其應有的重要地位。因此,將其視為一個體系加以研究和探討。已經成為我國對現有建筑物實施管理的一項完整對策。

           就混凝土加固工程實踐經驗而論,日本在混凝土結構裂縫修補技術方面,較為系統全面,編制了《混凝土裂縫調查及補強加固技術規程》;原蘇聯在工業廠房加固設計構造方面,積累了較為豐富的經驗,出版有結構加固構造圖集;英國,德國在混凝土結構缺陷修補,防水及防腐處理技術方面,也取得不少成功經驗。我國近十幾年來,進行了大量工程實踐,編有《混凝土結構加固設計規范》(GB50367-2013)。

          結構加固概述
           1.1  加固原因加固學是隨同房屋結構學發展而發展起來的。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。

          傳統加固方法

            即加大截面法,是在現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。缺點是現場濕作業工作量大,養護期較長,對生產和生活有一定影響;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。

          常規加固方法

           3.1  粘鋼加固法1960年在瑞士和德國,基于L‘HermiteBres—son的工作,發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氧粘合劑粘于混凝土結構表面產生三相材料,混凝土鋼板的復合系統。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,現場作業量小,對原構件外形尺寸影響小等優點。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)現在加固采用低碳鋼,且有與生俱來的銹蝕特性,因此產生了一個額外的維護工作。

          3)現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。目前我國日本引進并正在研制生產在特殊環境下使用的粘結劑,諸如低溫(一20 C以下)、高溫、水下等特殊環境下的粘結劑。來源

           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在外加預應力在美國、日本、瑞士已廣泛開發用作混凝土加固。

           外加預應力優點為:

          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加固方法,優點是:施工簡便,現場工作量較小,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,節點區受力最為復雜,構造處理相當別扭。

           3.4  置換加固法在梁或偏心受壓柱中,用置換法可以達到局部直接補強的效果。例如當成批構件混凝土強度等級達不到設計要求時,通過檢測,選出最低等級的構件,然后按彎矩圖確定最危險截面,這些截面的受壓區用高一級新混凝土置換老混凝土,切剖面應成直角平整,然后用噴射混凝土灌滿,試驗證明,盡管僅在局部置換,仍是十分有效的。在置換法中,構件需切割成方口或要將柱切斷。目前,日本、美國和瑞典均有混凝土切割機生產,上海以及歐美各地也有現成產品,北京東洋機械公司是國內唯一以切割為主業的公司。

           3.5  間接加固法間接加固法是用增加構件,增設支承點,以減小結構計算跨度,減輕被加固構件的負擔,達到減小結構內力和提高其承載能力的加固方法。其優點是簡單可靠;缺點是使用空間會受一定影響。這種方法適用于梁、板、桁架、網架等水平結構的加固。該法按支承結構的變形性能,又分為剛性支點和彈性支點兩種情況。剛性支點法是通過支承結構的軸心受壓或軸心受拉將荷載直接傳給基礎或柱子的一種加固方法。彈性支點法是以支承結構的受彎或桁架作用間接傳遞荷載的一種加固方法。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。

           

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