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浅谈建筑结构钢筋混凝土加固技术方法

2013-02-20□□

建材技术与应用 2013年2期
关键词:碳纤维承载力构件

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(珠海市规划设计研究院,广东 珠海 519000)

引言

随着社会的不断进步,基础建设逐步得到了发展完善,而且越来越多的建筑物已经进入或将要进入老龄化阶段。当建筑结构遭受地震等较强外力的破坏,或者由于结构设计及施工失误、建筑物使用功能变更与增层、老旧建筑设防标准过低、抗震规范条款变动等因素,导致混凝土结构开裂、承载力不够或者抗震性能不高等,将严重影响建筑物或构筑物的使用功能及安全性能。因此,在这种情况下应及时对建筑结构进行加固修复。

改革开放以来,我国在建筑结构的加固技术方面有了快速的发展,应用范围有了极大的扩展,最初阶段建筑结构的加固技术只应用于单层破旧民居,而目前已在建设工程的各类结构中得到了广泛应用。在建筑结构的加固技术中较为重要的是钢筋混凝土加固技术,本文对其进行分析与讨论,供参考。

1 钢筋混凝土结构的加固方法

1.1 增大截面加固法

增大截面加固法通过在原混凝土受弯构件的表面浇上一层新的混凝土,同时对其补加相应的钢筋,增加原混凝土结构的截面积,从而起到提高建筑结构承载能力的作用。增大截面加固法在梁、柱、墙、板等通用结构中使用较多,当建筑结构中的梁、柱构件抗力较小时,一般可采用该方法进行加固。

增大截面加固法具有以下优点:

(1)施工技术较为成熟、简单。

(2)具有较好的质量和较高的可靠性。

(3)能大幅度地提高构件的刚度、抗力,特别是可极大地增加柱的稳定性。

增大截面要分析其整体结构,不能只追求局部加大而引起其他薄弱层发生重大事故。

在采用加大截面法时,还应考虑该方法存在的不足之处:

(1)加固后的建筑结构固有频率发生变化,应避免使其进入地震的共振区,防止造成新的破坏。

(2)采用该方法的施工现场具有较多的湿作业,需要长期养护。

(3)增大建筑构件的截面,可能会对桥梁或房屋及其外观产生一定的影响。

1.2 外包钢加固法

通过在构件的四角处外包角钢,并在各角钢之间用缀板进行连接,来对混凝土构件进行加固的方法称为外包刚加固法。该方法一般可分为干式外包钢法和湿式外包钢法。

1.2.1 干式外包钢法

在干式外包钢法中,型钢与其原构件之间没有任何粘结。有时也会在型钢与原构件之间填充水泥砂浆,但这种方法并不能够对结合面的剪力和拉力进行有效传递,也不能够保证型钢与原构件间的整体性。

1.2.2 湿式外包钢法

在湿式外包刚法中,型钢与原构件之间一般用乳胶水泥或环氧树脂等粘结,新、旧材料之间可较好地协同工作,具有较好的整体性。由于其湿作业较多,与干式方法相比施工更为复杂,但其承载力提高程度高于干式方法。

外包钢加固法可在基本不改变原构件截面大小的情况下,大幅度地提高构件的承载力,可有效增大构件的刚度和延性,一般用于混凝土屋架、梁、柱及烟囱等结构的加固,特别适用于需要大幅度提高承载力,且不允许增大截面面积的偏心和轴心受压构件的加固。该方法的工作量较小、施工速度快、加固效果好,但需要大量使用钢材,加固成本较高。

1.3 注浆加固法

通过采用环氧树脂类粘合剂或密封剂灌浆对钢筋混凝土结构物中的裂缝进行修补及加固的方法称为注浆加固法。采用该方法加固基本不影响生产生活,又可满足预期加固要求,并能延长结构的寿命,且施工较为快捷,安全又可靠。在对混凝土建筑物裂缝进行修补时,或对桥梁及铁路的附属构件如桥墩、桥台、桥面及隧道等的修补时应用较为广泛。

在具体的施工过程中,该方法具有以下几个特点:

(1)由于灌浆速度较慢,为确保树脂可深入裂缝的细微部位,采用附压延续灌浆的方法。

(2)容易对灌浆注入量进行控制。

(3)可根据实际注入情况及裂缝的大小及时地对压力进行调整。

(4)可对整个注入过程进行方便准确的观察。

1.4 碳纤维加固法

碳纤维材料具有强度高、质地轻、耐疲劳性及抗腐蚀性较强和温度稳定性好的优点,用于钢筋混凝土建筑结构加固时,碳纤维可明显地阻止混凝土结构的变形,且显著提高建筑结构的承载力和延性,可获得较好的加固效果。

采用碳纤维材料横向包裹钢筋混凝土柱时,具有以下几个特点:

(1)可对其内部混凝土产生有效的约束,当混凝土受压达到最大应力后,便会横向膨胀,导致碳纤维环相应增大,这样便增加了环向的约束力,减小了混凝土的应变速度,进而使得受压区混凝土被破坏的速度降低,显著增强了构件的延性。

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(2)由于碳纤维的抗拉性能远优于钢筋,因而相当于大大增加了配筋率,使得钢筋混凝土的抗剪承载力得到有效提高。即使构件出现斜裂缝,碳纤维也会对其变形进行有效的改善。

(3)由于碳纤维材料的横向包裹作用与受剪钢筋类似,因此可与钢筋一起协同承受剪力。

1.5 化学植筋技术

通过采用高强度的化学粘合剂,使钢筋、螺杆等与混凝土产生较强的握裹力,从而起到加固作用的混凝土结构加固技术称为植筋技术。采用植筋施工后可产生较高的承载力,且钢筋、螺杆等不易被拔出或移位。此外,该方法具有较好的密实性,不需要进行额外的防水处理。由于是通过化学粘合剂对构件进行固定,因此基材不会因膨胀而受到破坏,反而会对结构具有一定的补强作用,其施工过程较为简便,且安全又环保。因此,在对钢筋混凝土结构进行变更或加固时,该方法是最为有效的方法。

化学植筋技术可用于各类建筑结构变更、增建以及对剪力墙柱头、楼板及横梁等的加固中,甚至还可用于各类机械设备等钢结构的螺杆锚定中。

1.6 改变结构传力途径加固法

在建筑结构施工过程中,可通过适当地设置支撑或者支座,减小构件或结构的跨度和变形,从而减少直接作用在构件上的承重,提高其承载能力和抗形变的能力。这种建筑结构加固方法称为改变结构传力途径加固法。该方法应用简单,效果可靠,一般用于大跨结构建筑的加固。

但改变结构传力途径加固法也存在着一些缺陷,主要表现在以下几点:

(1)支撑或者支座的增加,必然导致建筑结构的使用空间发生变化,造成一些负面影响。

(2)改变结构传力途径加固法主要是从受力角度着重改变传力途径,以达到提高建筑结构承载力和抗形变的能力,与其他的加固技术相比,该方法只是分担了一部分作用在建筑结构上的外部承载,并未对构件本身进行补强,因此,对于一些已经受损的构件,特别是在反复荷载作用下已经疲劳损伤的建筑结构来讲,该加固方法具有较大的局限性。

2 钢筋混凝土结构加固的基本原则

2.1 先鉴定后加固

在确定加固方案之前,必须对已有的结构进行可靠性检测和鉴定分析,全面深入地了解建筑结构体系及材料性能,并明确结构缺陷或损伤等信息,深入分析建筑结构当前的受力情况,为确定正确的加固方案做好准备,以避免在建筑结构加固的施工过程中发生工程事故。

2.2 结构体系总体效应

在针对危险构件进行加固时,还应同时考虑加固后行为对建筑结构整体的影响,例如对梁的加固是否会改变建筑结构整体的受力特性,是否会产生薄弱环节等。因此,应从结构总体考虑,全面制定加固方案,不能仅考虑局部效果而忽略其他部位及整体的结构特点。

2.3 加固方案的优化

对同一建筑的加固方案通常有很多种,应根据最优化的原则来进行方案选择。最优的方案应满足施工方便、经济合理、技术可靠等特点,此外还应充分考虑已有结构的实际情况及加固后建筑结构的受力特点,保证加固后的结构安全可靠。

除了上述原则外,在混凝土加固中还涉及到加固材料的确定、施工方案的实现形式、现有损伤构件的拆除等具体的问题,因此,最终加固方案的确定还需依据现场的实际情况确定。

3 结语

对于建筑物进行钢筋混凝土加固、维修及改造时,应根据建筑结构自身的具体结构特性及周围环境的具体特点进行综合分析,确定合理的改造思路,设计科学的施工方案,实现科学、经济与实用的高度统一。

参考文献:

[1] 陆杨.浅谈钢筋混凝土加固方法[J].科技风,2009(19):179.

[2] 赵婷,胡志宏.浅谈建筑结构钢筋混凝土加固技术方法[J/OL].城市建设理论研究(电子版),2012(23):4.[2012-11-13].http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_csjsllyj201223939.aspx.

[3] 蔡学成,邹炳银.浅谈钢筋混凝土结构加固技术[J].经济技术协作信息,2010(29):79.

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