混凝土结构加固技术浅析

2010-08-15刘秋玲

山西建筑 2010年23期

王凤刘秋玲

建国以来我国完成的各类建筑，相当多的建筑已经进入中老年期，必须进行维修和加固[1]。对已修建好的各类房屋建筑、桥梁进行维修、保护和加固，保持其正常使用功能，延长其使用寿命，对我国而言，不但可以节约投资，而且能够减少土地的征用，对缓解日益紧张的城市用地矛盾有着重要的意义[2]。

1 混凝土加固结构的受力特征

加固时原混凝土结构已经受力，并产生一定的应力应变，加固属于二次受力，而加固一般都是在未卸载或部分卸载的情况下进行的，原结构已经存在着一定的应力应变，所以加固的部分并不能马上承受荷载，只有在荷载发生变化时，才能协助原结构共同分担荷载。这样新加结构部分的应力应变始终滞后于原结构，新、旧结构不能同时达到应力峰值。发生破坏时，新加部分可能并不能达到自身的承载能力极限。同时，如果原结构构件的应力和变形较大，则新加部分的应力将处于较低水平，潜力不能充分发挥，起不到应有的加固效果。加固结构属于新、旧二次组合结构，加固部分能否达到预期效果，取决于新、旧部分能否成为整体，共同工作，即新、旧结构的结合面能否充分地传递剪力。但实际上，新、旧混凝土结合面的抗剪强度一般总是远低于一次整浇混凝土的抗剪强度，因此，在整体承载能力上二次组合结构比一次整浇结构要低一些。加固结构的这些受力特征，决定了加固结构不同于新建混凝土结构，合理的处理好这些问题，是设计、施工的关键环节[3]。

2 建筑加固原则

1)尽可能使加固措施发挥综合效应，提高加固效率。2)尽可能保留和利用原结构构件，发挥原结构的潜力，避免不必要的拆除和更换。3)尽可能减小对建筑物使用功能的影响。4)加固后结构的力学分析和校核除了应遵守结构设计的基本原则外，尚应考虑结构在加固时的工作应力，加固部分应变滞后的特点，新旧材料协同工作的程度，加固后构件截面形心和刚度的变化等。5)避免或尽可能减小设计方案的负面效应，充分考虑加固措施对结构体系、未加固构件、地基等可能造成的不利影响。6)应采取可靠措施保证新旧材料的共同工作，尽可能通过合理安排新旧构件的拆装顺序，通过临时卸载、临时支顶或采取预应力加固的方法等，减小应力滞后现象，充分发挥新增部分的作用。

3 几种常见的混凝土结构加固方法

3.1 直接加固的一般方法

3.1.1 增大截面加固法

增大截面加固法也称为外包混凝土加固法，它采用同种材料(混凝土和普通钢筋)对原结构进行加固补强，通过增大混凝土和钢筋截面的面积和一些构造措施，保证后加固部分与原构件可靠连接，共同工作，达到提高截面承载力和刚度的目的。

增大截面法的技术特点是，在设计构造方面必须注意解决好新加部分与原有部分的整体工作、共同受力问题。加固结构在受力过程中，结合面会出现拉压弯剪等各种复杂应力，其中主要是拉力和剪力。该方法施工工艺简单，适用面广，可广泛用于梁、板、柱、墙、基础、屋架等混凝土构件的加固。但是该方法要求现场作业工作量大，养护时间较长，对生产和生活有一定影响，而且构件的截面增大后对结构的外观和房屋净空也有一定影响[4]。

3.1.2 置换混凝土加固法

置换混凝土加固法指对原有结构强度低、韧性差的构件材料用强度高、韧性好的混凝土材料置换的方法。该方法适用于承重构件受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的局部加固。施工工艺简单方便，工期短，占用空间小，不影响使用功能，而且造价比较低，经济合理。置换部分应位于构件受压区内，且应根据受力方向将有缺陷混凝土剔除，剔除位置应在沿构件整个宽度的一侧或对称的两侧，不得仅剔除截面的一隅[1]。

3.1.3 外包钢加固法

外包钢加固是把型钢(一般为角钢或槽钢)或钢板包于构件的四角或两角的加固方法，采用该方法加固混凝土结构构件时，应采用环氧树脂胶粘剂进行灌注，把型钢与被加固构件粘结成一整体，以保证型钢架和原构件形成一个整体共同受力。该加固法技术先进、受力可靠、加固性能好、占用空间小、施工简便、施工周期短、现场工作量小，安全并能减轻劳动强度。但用钢量较大，外包材料表面温度不宜高于60℃，还要有可靠的防腐蚀措施，适用于使用上不允许显著增大原构件截面尺寸，但又要求大幅度提高其承载能力的混凝土结构加固。

3.1.4 粘贴钢板加固法

粘贴钢板加固法主要原理是依靠胶粘剂来使新增薄钢板与混凝土形成一个整体来共同受力。加固用的钢板，最好选用Q235钢或16Mn钢。粘结用的胶粘剂称为结构胶，常由环氧树脂加入适量的增韧剂、固化剂、增塑剂配制而成。相比其他的几种加固方法，粘贴钢板加固法有自己独特的优点。粘贴钢板加固法施工速度快，从清理、修补加固构件表面，到将钢板粘贴并加压固化，仅需1 d～2 d时间，相比其他加固方法能节省大量施工时间。此外，粘贴钢板加固法钢材的利用率高、用量少，可按计算的需要量下料，并将钢材粘贴于加固部位，原构件整体协同工作，用少量钢材就能大幅度提高构件的抗裂性，抑制裂缝的发展，提高承载力。该加固法主要应用于正常环境下承受静载的受弯和受拉构件，对于承受动载的结构构件，应慎重采用。

3.1.5 粘贴纤维材料加固法

纤维复合材料作为一种新型的混凝土结构补强加固材料在我国逐渐兴起，纤维增强复合材料是利用树脂类胶结材料将纤维布粘贴于混凝土表面，从而达到对结构构件补强加固及改善结构受力性能的目的。结构加固中常用的FRP(纤维增强复合材料)有:CFRP(碳纤维增强塑料)、GFRP(玻璃纤维增强塑料)和AFRP(芳纶纤维增强复合材料)。与传统混凝土结构加固技术相比具有明显的优越性。

3.2 间接加固法

1)预应力加固法。采用异型材料(高强钢筋或型钢)，通过施加预应力迫使新材料与原材料共同受力，达到对结构加固的一种方法。该方法具有能够克服被加固构件截面超载，减少原构件裂缝宽度和挠度等优点。适用于要求提高构件承载力、刚度和抗裂度以及加固后占用空间小的混凝土受弯构件或变压构件，此方法不适用于温度高于60℃环境的混凝土结构，也不适用于混凝土收缩徐变大的结构。2)增加构件法。在原结构的构件与构件间增设一个新的构件，以减少作用在原构件上的荷载，达到加固结构的作用。适用于单层工业厂房或增设新构件后不影响使用要求的多层房屋的楼面梁、柱的加固，施工时不破损原结构，施工安全。3)增设支点加固法。通过增设支承点来减小结构计算跨度，达到减小结构内力和提高其承载能力的加固方法。该法简单可靠，但对于使用空间有一定影响，适用于梁、板、桁架、网架等水平结构的加固。按照增设的支承结构的变形性能，增设支点法可分为刚性支点和弹性支点两种情况。相对而言，刚性支点加固对结构承载能力提高幅度较大，弹性支点加固对结构使用空间的影响程度较低。4)增加结构整体性加固法。通过增设支撑使多个构件形成空间整体共同工作，整体破坏的概率小于单个构件破坏的概率，在不加固其中任何一个构件的情况下提高了结构的可靠度。