某续建框架结构的综合加固处理技术

张君芳

石家庄一建建设集团有限公司

河北张家口市某6层停建2年后续建框架结构,建成后由于使用功能改变:一层改做生产车间,布置较重的设备荷载;二、三层两端空调机房荷载也较原设计有所增加.按照增加后的荷载对结构整体验算结果表明:一、二、三层楼部分梁跨中受弯承载力不足,空调机房单跨梁,除跨中抗弯承载力集中放置,顶板抗弯承载力也不足,均需进行加固.另外由于该结构在停工2年后重建,经检测部分结构构件有强度不足情况,个别构件裂缝较大,需做灌浆处理.结构加固完成后尚需进行整体装修改造,工期要求很紧.业主对建筑物的有效使用空间、施工的影响面、加固材料的耐久性及外观等均有较高的要求,综合比较多种加固方案,经研究认为采用粘贴碳纤维布及壁可法加固方法最为适宜.

1 加固方案

加固材料采用国产6K碳纤维布及配套胶种,包括底层胶、不平整修补材料及粘贴树脂.灌浆材料采用冶金部建筑研究总院YJ-自动压力灌浆器和AB系列灌浆树脂,封缝、粘接灌浆嘴底座用JH高强封缝胶.该灌浆器和灌浆树脂与壁可法中的专用注入器和注入胶相比,功能相似、价格低廉.所不同的是壁可法专用注入器依靠橡胶管充胶膨胀后自动收缩所产生的压力注浆,而YJ-自动压力灌浆器依靠弹簧收缩时产生的压力注浆.

2 强度检测

2.1 框架柱混凝土强度检测

采用拔出法对混凝土强度进行检测,并用钻芯法进行修正.一层至六层设计强度等级为C30,经检测,一、三层框架柱混凝土强度不满足设计要求,分别只有29.1 Mpa和28.9Mpa.

2.2 框架梁混凝土强度检测

采用拔出法对混凝土强度进行检测,一层至六层设计强度等级为C30,经检测三层、四层框架梁混凝土强度不满足设计要求,分别只有28.8 Mpa、26.9 Mpa.

表1 碳纤维的性能指标

表2 结构胶的性能指标(MPa)

3 加固处理

3.1 加固原则

采用等强原则对构件进行加固,保证构件原有承载力;加固前,应尽量使构件卸载,使加固获得更好的效果.具体方法应根据所需加固的部位,本着施工方便、安全可靠、经济合理的原则.

直接加固的方法较多,但需结合所加固工程实际情况考虑技术、经济等综合因素选取适当方法.

加固改造项目相对于新建工程来说,施工方法更为重要,既要保证新增部分施工内容的质量,又要不影响原有结构,同时还要使新老结构很好的连接.针对上述情况,本结构采取粘贴碳纤维布加固法进行加固.

外贴碳纤维加固是用胶结材料把纤维增强复合材料贴于被加固构件的强度不足区域,使它与被加固截面共同工作,达到提高构件承载能力的目的.该法施工快速、方便,现场无湿作业,且加固后对原结构外观和原有净空无显著影响,还具有耐腐蚀、耐潮湿、几乎不增加结构自重、耐用、维护费用较低等优点.

3.2 梁的加固

梁跨度9～10m,截面b×h=350mm×1000mm,其中16根梁跨中抗弯强度不足,8根梁抗剪强度略有不足.由于部分框架梁混凝土强度没有达到设计强度,为了弥补损失的受压区混凝土承载力,在该部分框架梁受压区粘贴2mm厚钢板予以补强.根据计算分析,梁受拉区加固方案分为两类:一部分梁受弯承载力需提高9.7%,沿梁底面通长粘贴一层宽250mm的碳纤维布;另一部分梁受弯承载力需提高44%,沿梁底通长粘贴两层宽350mm的碳纤维布,梁端1500mm区域及次梁两侧粘贴200mm宽U形碳纤维布箍条进行抗剪加固,U形箍两端外贴200mm宽压条进行锚固.加固设计作法见图1.

图1 框架梁加固设计1、次梁;2、200mm宽碳纤维压条,l=400mm;3、通长贴纤维部布两层4、一层碳纤维U形箍;5、200mm宽碳纤维压条,l=1050mm;6、柱

3.3 柱的加固

考虑到碳纤维布套箍对矩形柱的约束效果较差,故将本工程中的矩形柱截面形状修改成椭圆形,见图2,通过计算沿柱全高包裹粘贴3层碳纤维布,粘贴时各层碳纤维布需错缝粘贴.

图2 被加固柱形状改变图

3.4 加固修补施工步骤

(1)粘贴碳纤维布加固施工严格按国家有关技术规范要求进行施工,其主要步骤如下.

1)基底处理.

用角磨机去除混凝土表面的浮浆、油污等杂质,构件基面的混凝土打磨平整,将混凝土表面清理干净并保持干燥,用脱脂棉沾丙酮擦拭表面.

2)涂底胶.

将原材料按配合比称量准确,充分搅拌;用毛刷将底胶均匀涂抹于混凝土构件表面,等底胶固化后,进行下一道工序.

3)粘贴碳纤维布.

按加固方案要求的尺寸裁剪碳纤维布,配置、搅拌粘贴胶,然后用滚筒刷均匀涂抹于所粘贴部位,在碳纤维的外表面均匀涂抹一层粘贴胶.

4)处理效果.

经加固处理后,续建前未达到设计强度的混凝土结构得到补强,消除了不安全隐患.

(2)裂缝灌浆处理步骤

1)用裂缝放大镜正确观察裂缝宽度;

2)基层处理:清除裂缝表面的灰尘、油污;用砂轮机、钢丝刷沿裂纹走向宽约30～50mm范围打磨混凝土表面,清除水泥浮尘、砂粒及疏松的混凝土块,如有油污要用丙酮擦净,潮湿缝段用喷灯吹干.

3)确定注入口:一般按150～200mm距离设置一个注入口,注入口位置尽量设置在裂缝较宽、开口较通畅的部位,贴上胶带,预留;

4)封闭裂缝:采用YJ—快干型封缝胶,沿裂缝表面涂刮,留出注入口;

5)安设塑料底座:揭去注入口上胶带,用封缝胶将底座粘于注入口上;

6)安设灌浆器:将配好的灌浆树脂注入软管中,把装有树脂的灌浆器旋紧于底座上;

7)灌浆:松开灌浆器弹簧,确认注入状态,如树脂不足可补充再继续注入;

8)注入完闭:待注入速度降低确认不再进胶后,可拆除灌浆器,用堵头将底座堵死;(用过的灌浆器应立即用酒精浸泡清洗保存,以便下次使用,切不可以用其他稀料清洗;

9)树脂固化后敲掉底座及堵头,清理表面封缝胶.

5 结 语

本工程在停工2年后续建,另外使用功能发生改变,结构构件不可避免会由于自然及人为等各种因素影响导致各种质量问题的出现.通过续建前质量检测及时找到该工程主要质量缺陷从而为后续设计与施工提供了必要依据.并结合本工程实际情况,综合考虑技术、经济等方面的平衡,最终选用碳纤维及壁可法加固法.工程实践证明,采用碳纤维及“壁可法”结合加固技术是成功的,获得了满意的综合补强效果,对同类结构的加固具有一定的借鉴意义.