钢筋混凝土结构加固技术与应用

2009-06-04熊波

管理观察 2009年13期

熊　波

摘要：本文结合钢筋混凝土结构工程加固案例，介绍了钢筋混凝土结构加固技术，通过加固案例的分析，探讨了加固技术在钢筋混凝土结构工程中的应用。

关键词：钢筋混凝土结构加固技术应用

钢筋混凝土结构是目前建筑中使用最广泛的一种结构，由于施工质量、设计、功能等多种原因，需要进行加固来保证结构安全性和可靠性。钢筋混凝土的加固问题一直是国内外致力研究的一个课题，即使是在科技高度发达的今天，其研究仍处于探索和发展阶段。加固技术的应用涉及的问题很多，不仅要遵循现行的规范、标准，还牵涉到过去的工程做法、标准的材料。因此，合理、有效的开展钢筋混凝土加固技术的工程应用研究，具有重要的经济和社会意义。

1.工程概况

某医院急救中心及中心医院门诊综合楼为地下一层、地上九层的现浇钢筋混凝土框架结构。该工程为改扩建工程，总建筑面积为2.1万平方米，结构总高度为33.4米。地下室为停车库，基础为泥浆护壁钻孔灌注桩。该工程设计中框架混凝土柱混凝土设计强度等级为C30，梁、板混凝土强度等级为C20，当该工程施工到四层时，在拆模过程中发现有多处柱子根部混凝土疏松、漏振、蜂窝等质量问题。检测工程依据《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》的规定，初步发现大量框架柱混凝土强度达不到设计要求。在构件回弹法测试的对应位置每层各站取18个混凝土芯样进行抗压强度试验，综合检测结果，可看出梁、板的混凝土强度均能满足设计要求，框架柱却存在大量的混凝土强度不能满足设计要求。

2.湿式外包钢加固混凝土结构技术

2.1 湿式外包钢加固法的受力机理

湿式外包钢加固法是一般以角钢和扁钢等型钢外包在构件(主要是等压构件如柱)的四角或两角，外包型钢与构件间用乳胶水泥粘贴或环氧树脂化学灌浆等方法粘结，从而使型钢骨架与原结构能共同作用整体工作，它在受力上既注重发挥新加型钢骨架的承载力，又能通过结合面与原结构共同受力协同变形受力，同时由于包外钢架形式封闭的紧箍，对原结构起到一定约束作用，从而使原结构混凝土形成三向受压应力的核心混凝土，从而大大提高原结构混凝土的拉压强度。

2.2 柱的加固

（1）加固思路

加固时本着经济适用原则，根据结构实际情况进行加固设计，并与原设计进行对比。加固后的结构应能满足相关设计规范要求，如柱轴压比限值等。在设计加固方案时也要考虑到施工可行性，并采用成熟、可靠且易质量检测的加固方案。加固过程中尽量减少对上部结构施工的影响。

由于本工程主要是框架柱的轴压比不满足要求，柱的截面形式分为矩形和圆形两种，如采用碳纤维缠绕的加固方法，施工较为简便，且不影响建筑空间。碳纤维布约束混凝土可以提高混凝土的极限压应变，因此可使轴压比限值和框架柱的延性得到提高，尤其在加固圆柱时，效果要远好于矩形柱。但在实际工程中考虑到框架柱在较高轴压比工作下，约束用的碳纤维布一直处在较高应力状态下，而碳纤维布强度在持续高应力作用下会降低。混凝土徐变等影响较大，对碳纤维布约束性能也有较大影响，另外碳纤维布约束的框架柱如破坏具有很大脆性，而且不能有效提高框架柱的抗侧刚度。如要保证加固效果，就要增加较多的碳纤维加固量，而碳纤维加固的费用却又较高，如大量用于此工程加固则又不经济。由于碳纤维加固是利用其抗拉性能，在框架节点处受力较为复杂，用碳纤维加固不能充分利用其抗拉性能。

因此，结合考虑造价、施工进度及加固质量当多项因素，研究决定：对于矩形框架柱采用湿式外包钢加固法进行加固；对于圆形框架柱采用碳纤维布缠绕粘贴法进行加固。

（2）矩形框架柱湿式外包钢的加固设计

对于矩形框架柱，采用四角外包角钢，横向用钢箍进行焊接连接。角钢和钢箍规格和数量的确定根据已推定的柱混凝土强度和轴压比，按照规范中的计算公式，进行合理的分析计算，保证加固后的柱的轴压比小于规范要求的0.8。最后确定角钢为Ll00×6mm,扁钢箍为-75×6mm,间距为250mm,角钢贯穿强度不足柱子的上下楼板，在上下层的节点处进行可靠连接。为了更好地使原混凝土柱可靠的将剪力传递给外包钢，在原基础上对钢箍施加一定的预应力。要求在对钢箍施加预应力时，先将扁钢一端固定在柱角钢上，然后对扁钢用手工割枪加热，湿度应控制在扁钢颜色由黑色变为暗褐色之前(470℃以下)，将扁钢另一端立即焊在柱角钢上，这样就使钢箍冷却后就产生了一定预应力。对扁钢的加热、施焊同一圈上应对称进行。框架节点是柱加固的关键部位，对该工程的节点上下我们采用了L100×6mm角钢钢箍和-150×6mm扁钢箍进行了加强，同时减少节点处的钢箍间距。针对角柱、边柱、中柱节点的不同情况，采用了不同的处理方式，梁柱交接处由于角钢不能整体穿过，需要剧掉部分角钢翼缘，通过焊扁钢于角钢另一翼缘作为保证受力截面面积不减少。具体的矩形中柱加固图加固做法见下图2－1所示。