混凝土结构加固改造工程中的几个问题

仇永志 李丽平 刘彩霞

0 引言

随着社会的进步以及科学技术的蓬勃发展,业主或建设单位对房屋的使用要求也在不断地改变。为满足业主的多种需求,各种建筑结构的加固技术及方法也正在日益发展和完善。目前常用的加固方法有粘贴碳纤维、粘贴钢板、增大截面、外包型钢、体外预应力加固、置换法等等。改造的方式也多种多样,如有的房屋底层拆除承重墙或框架柱以形成大空间满足使用的需要,有的使用功能发生改变导致原结构的承载能力不足等。而这些就要求设计人员根据不同的改造情况进行相应的加固改造设计。混凝土加固设计所面临的不确定因素远比新建工程多而且复杂。以下将探讨一些加固工程中遇到的问题及相对合理的一些解决办法,仅供同行们参考。

1 一般要求

1)加固依据:混凝土结构是否需要加固,应经过结构可靠性鉴定确认。为了解既有房屋结构的安全性、使用性和耐久性是否满足要求,在改造加固前必须要对结构进行检测和鉴定,对其可靠性做出正确的评价。2)加固设计的责任:改造加固设计应该由有资质的设计单位或研究单位来承担。3)加固后的使用年限:混凝土房屋加固和修复的使用年限应由业主和设计单位商定,一般定为30年。作为设计单位应做出间隔一定的年限就应进行检查的相关规定,第一次检查的时间宜定为使用后的6年～8年,最迟不应晚于10年。4)未经技术鉴定或设计许可,不得改变加固后结构的用途和使用环境。

2 常用加固材料的性能

2.1 聚合物产品及微膨胀产品

配制聚合物砂浆用的水泥,其强度等级不应低于42.5级,且应符合聚合物砂浆产品说明书的规定。

微膨胀混凝土不能用铝粉作膨胀剂进行配制,主要是因为铝粉遇水立即开始发泡,气温高时发泡还更快,从而在混凝土浇筑前,其膨胀作用便已发挥完毕,不能起到膨胀的作用。

2.2 钢材及焊接材料

不得使用无出厂合格证、无标志或未经进场检验的钢材,当混凝土锚固件为植筋时,应使用热轧带肋钢筋,不得使用光圆钢筋。

2.3 纤维和纤维复合材

1)承重结构加固用的碳纤维必须为连续纤维,必须选用聚丙烯腈基12K或12K以下的小丝束纤维,严禁使用大束纤维。2)承重结构用的玻璃纤维,必须选用高强度的S玻璃纤维或含碱量低于0.8%的E玻璃纤维,严禁使用A玻璃纤维或C玻璃纤维。3)承重结构的现场粘贴加固,严禁使用单位面积质量大于300 g/m2的碳纤维织物或预浸法生产的碳纤维织物。4)结构加固用的结构胶:承重结构用的胶粘剂,宜按其基本性能分为A级胶和B级胶。对重要结构、悬挑构件、承受动力作用的结构、构件应采用A级胶。

3 设计中几个常见的问题

3.1 粘贴碳纤维与粘贴钢板的比较

一般来讲,粘贴碳纤维及粘贴钢板的加固方法均可用于构件的抗弯及抗剪承载力不足的加固。但二者均需要通过结构胶受剪来使碳纤维及钢板与原有混凝土构件共同作用,方能达到加固构件的目的。但由于钢板与混凝土的线膨胀系数不同,受温度影响的情况下可能会发生鼓起和脱胶的现象,同时采用粘钢板加固还需进行防锈及设置锚栓的要求。因此,在加固设计中,尽可能采用碳纤维加固。但当采用碳纤维加固层数较多,而影响了加固效果的情况下,可选择粘贴钢板的加固方法。

3.2 混凝土结构框架梁负弯矩粘钢加固方法探讨

如图1所示的构造方式锚固效果并不理想,加固钢板与锚栓之间的传力不直接,受力不明确。同时该种锚固也不便于施工。加固用的L形钢板受拉力后,由于其转角部位的拉伸变形,使加固钢板在支座处的锚固不可靠。另外,从平面上简单分析不难发现,粘于柱上的U形钢箍板对加固钢板的约束锚固作用很难计算,而且随着柱截面尺寸的增大,U形箍对加固钢板的约束作用更小。此外,由于加固钢板要向上弯起700 mm,并使用较多的U形箍板和高强锚栓,此种锚固构造方法工程费用很高,其锚固构造的费用往往远高于加固钢板的费用。

较多的工程实践及相关资料证明,如图2所示的锚固方法更具有明显的技术优越性,较为理想。

采用植筋与粘钢相结合的锚固方法,相对受力较为合理,工程成本亦较低,且不影响美观。但有一点要注意的是,钢筋与钢板的焊接接头质量一定要保证,焊缝长度可适当加长,对焊接质量应现场抽样。

3.3 植筋深度

1)注意规范强条:“承重结构植筋的锚固深度必须经设计计算确定;严禁按短期拉拔试验值或厂商技术手册的推荐值采用”。2)规范构造:用于植筋的钢筋混凝土构件最小厚度应大于钢筋锚固深度加2倍植筋钻孔直径。3)若配筋有富余,基本锚固长度可按配筋余量修正,修正系数为设计计算配筋面积比实际配筋面积,但应大于最小锚固长度。

3.4 新增次梁与原梁连接处剪力传递

1)第一种做法:在两根主梁的跨间加一根次梁。由于楼层荷载有较大幅度增长(如增加隔断墙和卫生间设备等),且增设次梁后主梁受力情况也发生改变,故主梁也需进行加固。次梁加固方法如下:支护楼板(留出新次梁的位置),然后沿梁长按梁宽度凿去楼板混凝土;安装主梁与次梁交接处的钢板套箍(用作次梁支座,如图3所示);焊上托钢筋的小块钢板,安装次梁主筋;支新次梁底模,绑扎梁钢筋、箍筋等,再合上侧模,加支撑;浇筑新次梁混凝土及养护。

2)第二种做法:主梁与次梁连接处增设连接角钢,通过化学螺栓植入原角钢与原结构相互连接用以承担剪力(见图4)。

4 结语

专业资质审批不严格、加固图纸审查存在漏洞和盲区、专业施工队伍水平高低不等、施工质量难保证、施工验收体系不完善;大量的科学研究还停留在构件上,整体结构的研究较少等。尽管有很多不完善的地方,但随着时间的推移,经过大家的共同努力,我相信目前存在的一些问题均能得到合理的解决。

[1]GB 50367-2006,混凝土结构加固设计规范[S].

[2]李国胜.钢筋混凝土结构房屋改造加固设计中的若干问题[J].建筑结构,2008(7):18-19.

[3]曹双寅,邱洪兴,王恒华.结构可靠性鉴定与加固技术[M].北京:中国水利水电出版社,2001.