王祖鳳

淺談混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)方法

王祖鳳

闡述了混凝土結(jié)構(gòu)的加固原因,詳細(xì)介紹了混凝土結(jié)構(gòu)常用的加固方法及加固技術(shù),并提出了加固中的注意事項(xiàng),以指導(dǎo)實(shí)踐,增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性。

混凝土結(jié)構(gòu),加固方法,注意事項(xiàng)

0 引言

由于地震、火災(zāi)和颶風(fēng)等自然災(zāi)害或長(zhǎng)期疲勞、腐蝕以及建筑使用功能的改變等作用的影響,建筑結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中可能發(fā)生各種損傷和結(jié)構(gòu)功能的破壞,從而使結(jié)構(gòu)無(wú)法滿足使用功能的要求甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體破壞,造成人員傷亡或財(cái)產(chǎn)損失。因此,對(duì)混凝土建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固,對(duì)于保證混凝土結(jié)構(gòu)的健康,防止結(jié)構(gòu)災(zāi)害的發(fā)生是十分必要和有意義的。

1 建筑結(jié)構(gòu)加固的原因

1)按照極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或砌體結(jié)構(gòu),必須滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、耐久性的要求,但由于種種原因造成結(jié)構(gòu)不能滿足上述要求,如：設(shè)計(jì)不當(dāng)、設(shè)計(jì)規(guī)范要求提高或施工缺陷而造成的結(jié)構(gòu)物承載力和剛度不足,甚至留有嚴(yán)重的安全隱患;因建筑物改變用途導(dǎo)致其使用功能發(fā)生變化,從而出現(xiàn)了與設(shè)計(jì)初衷不一致的荷載分布和荷載大小,造成了原結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度不能滿足要求。由于各種自然災(zāi)害如地震、火災(zāi)、臺(tái)風(fēng)、水災(zāi)、冰雪和戰(zhàn)爭(zhēng)造成了結(jié)構(gòu)物不同程度的損壞。2)對(duì)現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行鑒定,對(duì)目前我國(guó)已有工業(yè)和民用建筑及其他基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行技術(shù)改造和維修,使之現(xiàn)代化日趨迫切,符合我國(guó)國(guó)情,這不僅可以節(jié)約投資,節(jié)約征用土地,緩解日趨緊張的城市用地矛盾,對(duì)減少某些不可回收利用的建筑垃圾均有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。建筑物鑒定、加固與改造將面臨更多的挑戰(zhàn),其新技術(shù)、新方法的研究與開(kāi)發(fā)有著十分廣闊的發(fā)展空間與運(yùn)用前景。

2 混凝土加固方法

2.1 加大截面法

加大截面法是較方便且多用的一種加固方法。加大截面法是一種應(yīng)用較廣的傳統(tǒng)加固方法,該方法是在原有混凝土構(gòu)件表面重新做鋼筋混凝土或鋼筋網(wǎng)砂漿層,來(lái)增大原混凝土結(jié)構(gòu)的截面面積,達(dá)到提高結(jié)構(gòu)承載能力的目的。

優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單,適用面寬,可用于一般梁、板、柱、墻、基礎(chǔ)、橋梁及路面等。新舊混凝土之間存在一個(gè)結(jié)合面,這個(gè)結(jié)合面是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié),其結(jié)合面粘結(jié)強(qiáng)度一般都低于整澆混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度,極大地影響了結(jié)構(gòu)的可靠性,因此我們常采取一些施工技術(shù)措施來(lái)彌補(bǔ)這一缺陷。

2.2 有粘結(jié)外包型鋼加固法

外包鋼加固是把型鋼或鋼板包在被加固構(gòu)件的外邊,外包鋼加固鋼筋混凝土梁一般應(yīng)采用濕式外包法,即采用環(huán)氧樹(shù)脂化灌漿等方法把型鋼與被加固構(gòu)件粘結(jié)成一整體,加固后的構(gòu)件,由于受拉和受壓鋼截面面積大幅度提高,因此正截面承載力和截面剛度大幅度提高。該法也稱濕式外包鋼加固法,受力可靠、施工簡(jiǎn)便、現(xiàn)場(chǎng)工作量較小,但用鋼量較大,且不宜在無(wú)防護(hù)的情況下用于 600℃以上高溫場(chǎng)所;適用于使用上不允許顯著增大原構(gòu)件截面尺寸,但又要求大幅度提高其承載能力的混凝土結(jié)構(gòu)加固。

2.3 裂縫處理

裂縫修補(bǔ)方法主要有表面處理法、灌漿法及填充法等。裂縫修補(bǔ)材料主要為樹(shù)脂和水泥,修補(bǔ)方法與修補(bǔ)材料的類型密不可分。

2.3.1 表面處理法

表面處理法適用于處理微細(xì)裂縫(裂縫寬度小于 0.2mm),它采用彈性涂膜防水材料、聚合物水泥膏及滲透性防水劑等,涂刷于裂縫表面,達(dá)到恢復(fù)其防水性和耐久性的目的。對(duì)于稀而少的裂縫,可騎縫涂覆修補(bǔ)。對(duì)于細(xì)而密的裂縫,應(yīng)采用全部涂覆修補(bǔ)。由于涂層較薄,涂覆材料應(yīng)選用粘著力強(qiáng)且不易老化的材料。對(duì)于活動(dòng)性裂縫,應(yīng)采用延伸率較大的彈性材料。表面處理法施工簡(jiǎn)單,但涂料無(wú)法深入到裂縫內(nèi)部。

2.3.2 灌漿法

灌漿法又稱注入法,是將樹(shù)脂漿液、水泥漿液或聚合物水泥漿液等灌入裂縫內(nèi)部,達(dá)到恢復(fù)結(jié)構(gòu)整體性、耐久性和防水性的目的,適用于修補(bǔ)寬度較大(＞0.3m)、深度較深的裂縫,尤其是受力裂縫。

2.4 預(yù)應(yīng)力加固法

預(yù)應(yīng)力加固法是采用高強(qiáng)度鋼筋或型鋼等,在被加固構(gòu)件體外增設(shè)預(yù)應(yīng)力拉桿或撐桿的加固方法。加固時(shí),通過(guò)施加預(yù)應(yīng)力,使體外的拉桿或壓桿與被加固構(gòu)件共同受力,克服被加固構(gòu)件的應(yīng)力超前現(xiàn)象,改變?cè)薪孛娴氖芰μ卣?提高加固后體系的承載能力和剛度。此外,施加預(yù)應(yīng)力時(shí)所產(chǎn)生的負(fù)彎矩可以抵消部分荷載彎矩,減小原構(gòu)件的撓度、縮小原構(gòu)件的裂縫寬度,甚至使裂縫完全閉合。它具有加固效果好,施工周期較短且費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn),但其施工技術(shù)要求較高,預(yù)應(yīng)力拉桿或壓桿與被加固構(gòu)件的連接(錨固)處理較為復(fù)雜,另外還存在施工時(shí)的側(cè)向穩(wěn)定等問(wèn)題。

3 混凝土加固技術(shù)

3.1 托換技術(shù)

托換技術(shù)是托梁拆柱、托梁接柱和托梁換柱等技術(shù)的總稱,是一種綜合技術(shù),由相關(guān)結(jié)構(gòu)加固、上部結(jié)構(gòu)頂升與復(fù)位以及廢棄構(gòu)件拆除等技術(shù)組成;適用于已有建筑物的加固改造;與傳統(tǒng)加固方法比較,具有施工時(shí)間短、費(fèi)用低、對(duì)生活和生產(chǎn)影響小等優(yōu)點(diǎn),但是對(duì)技術(shù)要求較高。

3.2 植筋技術(shù)

植筋技術(shù)是一種對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)便、有效的連接與錨固技術(shù),可植入普通鋼筋,也可植入螺栓式錨筋;已廣泛應(yīng)用于建筑物的加固改造中。

3.3 錨栓技術(shù)

本技術(shù)適用于普通混凝土承重結(jié)構(gòu);不適用于輕質(zhì)混凝土結(jié)構(gòu)及嚴(yán)重風(fēng)化的結(jié)構(gòu)。

3.4 裂縫修補(bǔ)技術(shù)

本技術(shù)適用于承重結(jié)構(gòu)混凝土裂縫的修補(bǔ);對(duì)承載力不足引起的裂縫,還需要采用適當(dāng)?shù)募庸谭椒ㄟM(jìn)行加固。

3.5 其他加固技術(shù)

其他加固技術(shù)有：碳化混凝土修復(fù)技術(shù)、混凝土表面處理技術(shù)、混凝土表層密封技術(shù)、結(jié)構(gòu)構(gòu)件移位技術(shù)以及調(diào)整結(jié)構(gòu)自振頻率技術(shù)等。

4 加固注意事項(xiàng)

4.1 加固的方法選擇

混凝土結(jié)構(gòu)的加固應(yīng)本著保證結(jié)構(gòu)承載力、預(yù)防變形、有較好的耐久性和美觀性等原則采取最優(yōu)的加固方法,從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)與實(shí)用,技術(shù)與實(shí)際完美統(tǒng)一的目的。此外,工程結(jié)構(gòu)的加固費(fèi)用,不僅包括加固的一次性投資,還應(yīng)包括以后使用期間的維護(hù)費(fèi)用,應(yīng)從綜合的角度考慮工程結(jié)構(gòu)的加固性能,如加固效果、施工工效、耐久性、對(duì)原結(jié)構(gòu)的影響等。合理的加固方案應(yīng)該達(dá)到下列要求：加固效果好;對(duì)使用功能影響小;技術(shù)可靠;施工簡(jiǎn)便;經(jīng)濟(jì)合理;外觀整齊。

4.2 方案制定的總體效應(yīng)原則

在制定建筑的加固方案時(shí),除考慮可靠性鑒定結(jié)論和委托方提出的加固內(nèi)容及項(xiàng)目外,還應(yīng)考慮加固改造后建筑物的總體效應(yīng)。

4.3 材料的選用和取值原則

1)加固設(shè)計(jì)時(shí),原結(jié)構(gòu)的材料強(qiáng)度按如下規(guī)定取用：

如原結(jié)構(gòu)材料種類和性能與原設(shè)計(jì)一致,按原設(shè)計(jì)值取用;當(dāng)原結(jié)構(gòu)無(wú)強(qiáng)度材料時(shí),可通過(guò)實(shí)測(cè)材料強(qiáng)度等級(jí),再按現(xiàn)行規(guī)范取值。

2)加固材料的要求：

加固用鋼材一般選用Ⅰ級(jí)或Ⅱ級(jí)鋼;加固用水泥選取普通硅酸鹽水泥,強(qiáng)度等級(jí)不低于 32.5級(jí);加固混凝土的強(qiáng)度等級(jí),應(yīng)比原結(jié)構(gòu)的混凝土等級(jí)提高一級(jí),且加固上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不低于C20,加固混凝土中不應(yīng)摻入粉煤灰、火山灰和高爐礦渣等混合材料。

5 結(jié)語(yǔ)

目前混凝土結(jié)構(gòu)加固通常僅采用其中一種加固方法,然而工程實(shí)踐證明,單純采用一種方法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固,往往收不到很好的效果,有時(shí)還會(huì)失敗。因此有必要對(duì)綜合加固技術(shù)進(jìn)行研究。主要從以下幾方面入手：彌補(bǔ)單一加固方法的缺陷;利用某種加固方法的特長(zhǎng);發(fā)揮協(xié)同工作的優(yōu)勢(shì)。對(duì)各種加固方法的受力特性及施工要點(diǎn)還需要進(jìn)一步的研究。據(jù)保守估計(jì),我國(guó)現(xiàn)有的房屋建筑中,40%以上需要分期分批地進(jìn)行鑒定和加固。在現(xiàn)代社會(huì)中對(duì)結(jié)構(gòu)加固技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究已顯得非常重要,具有重要的社會(huì)效益和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

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Tentative discussion on the reinforcing design methods for concrete structure

W ANG Zu-feng

This paper expounds the reinforcing reasons of concrete structure,specifically introduces common rein forcingmethods and techniques of concrete structures,and p roposes cautions in reinforcing process,so as to guide practice,and to strengthen the stability and durability of concrete structure.

concrete structure,reinforcementmethods,cautions

TU377

A

1009-6825(2011)03-0026-02

2010-09-27

王祖鳳(1971-),女,工程師,中國(guó)建筑西南設(shè)計(jì)研究有限公司,四川成都 610031