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談談建筑結構抗震加固技術

發布時間：2014-07-15

隨著現代經濟的飛速發展和生活水平的不斷提高，人們對建筑的數量、質量和使用功能提出了越來越多的要求，科學技術的進步也促使各種新型結構、新型材料以及新的施工工藝不斷出現。為保證建筑工程的質量，促使建筑業健康發展，我國于1997年通過了《中華人民共和國建筑法》，明確規定：“建筑物在合理使用壽命內，必須確保地基基礎工程和主體結構的質量，對已發現的質量缺陷，建筑施工企業應當修復。”除此之外，對我國而言，將原有的建筑進行改造以充分利用，不但可以節約投資，而且能夠減少對土地的征用，對緩解日益緊張的城市用地矛盾有著重要的意義。
　　1 常用的結構加固技術
　　1．1 增大截面加固法對鋼筋混凝土結構而言，增大截面法是通過采用同種材料(鋼筋混凝土)來增大原混凝土結構截面面積，從而達到提高結構承載能力的目的。當梁、柱構件抗力不夠時，常采用增大截面法，其優點如下：
　　1)施工技術成熟，便于施工；2)質量好，可靠性強；3)提高抗力及構件剛度的幅度大，尤其對柱增加穩定性較大。
　　增大截面、增加剛度，首先要考慮分析整體結構，不能僅為局部加大而加大，這樣會引起整體結構的局部薄弱層發生重大事故。此外，加大截面法還有一些不利因素，使用時要予以考慮。
　　1)因構件質量和剛度變化較大，結構固有頻率會發生變化，因此，應避免使結構加固后的固有頻率進入地震或風震的共振區域，造成新形式的破壞；2)現場濕作業工作量大，養護時間較長，對生產和生活有一定的影響；3)構件的截面增大后對結構的外觀以及房屋或橋梁凈空也有一定的影響。
　　增大截面加固法主要使用于梁、板、柱、墻等一般結構。
　　1．2外包鋼加固法外包鋼加固法是一種以角鋼外包于構件四角，角鋼之間用綴板連接的加同方法。外包鋼加固法分干式和濕式兩種情況。
　　1)濕式外包鋼法是在型鋼與原構件之間用乳膠水泥或環氧樹脂等粘結，使新舊材料之間有較好的協同工作能力，其整體性好，但濕作業工作量大；2)干式外包鋼法是型鋼與原構件之問無任何粘結，有時雖填以水泥砂漿，但并不能確保結合面剪力和拉力的有效傳遞，型鋼與原構件不能整體工作，彼此只能單獨受力。與濕式外包鋼相比，于式外包鋼施工更為簡便，但承載力提高不如濕式外包鋼有效。
　　該法能在基本上不改變原結構構件截面尺寸的情況下，大幅度提高構件承載力，增大延性和剛度，適用于混凝土柱、梁、屋架和磚窗間墻以及煙囪等結構構件和構筑物的加固。外包鋼加固法特別適用于使用上不允許增大截面尺寸，而又需要大幅度地提高承載力的軸心和偏心受壓構件的加固。該法施工速度快，現場工作量較小，加固效果好，但用鋼量大，加固費用較高。
　　1．3預應力加固法預應力加固法是一種采用外加預應力鋼拉桿(分水平拉桿和組合式拉桿)或型鋼撐桿對結構進行加固的方法。通過施加預應力強迫鋼拉桿或型鋼撐桿受力，影響并改變原結構應力分布，并降低結構原有應力水平，致使一般加固方法中普遍存在的應力應變滯后現象的影響能較好的消除。因此，后加部分與原結構能較好地共同工作，結構的總體承載能力可顯著提高。預應力加固法具有加固、卸載和改變結構應力分布的三重效果，適用于大跨度結構加固，以及采用其他方法無法加固或加固效果很不理想的較高應力應變狀態下的大型結構加固。
　　預應力加固法的主要優點如下：
　　1)體外配筋張拉預應力可以起到增加主筋、提高正截面及斜截面的強度，同時也提高了剛度，有效地改善了使用性能且效果好。
　　2)預應力能消除或減緩后加桿件的應力滯后現象，使后加桿件有效地工作。
　　3)預應力產生的負彎矩可以抵消部分荷載彎矩，減小原構件的撓度，縮小原構件的裂縫寬度甚至使原裂縫完全閉合。
　　因此，預應力加固法是一種加固效果好而且費用低的加固方法，具有廣闊的應用前景。該法的缺點是增加了施加預應力的工序和設備。
　　1．4外部粘鋼加固法外部粘鋼加固法是將鋼板通過粘結劑，按加固設計要求，粘貼于混凝土或鋼結構表面，使之共同工作。這種加固法的優點是取材容易，施工方便、快捷，能在幾乎不改變構件的外觀和使用空間的條件下，大大提高結構構件的承載力和正常使用階段的性能。
　　采用外部粘鋼加固時，通常是將鋼板粘于梁底受拉區，以提高梁的承載力，當在梁側貼鋼板時還可以提高梁斜截面承載力。
　　目前，外部粘鋼加固法主要用于承受靜力作用的一般受彎構件及受拉構件的補強加固，要求環境溫度不宜超過60℃，相對濕度不宜大于70％，并要求無化學腐蝕。當工作條件不滿足上述要求時，應當采取相應的處理措施。粘貼鋼板對施工工藝要求較高，一般需要專業施工隊伍才能保證施工質量。
　　1．5增設支點加固法增設支點加固法是通過增設支承點來減小結構計算跨度，達到減小結構內力和提高其承載能力的加固方法。該法簡單可靠，但對于使用空間有一定影響，適用于梁、板、桁架、網架等水平結構的加固。
　　按照增設的支承結構的變形性能，增設支點法可分為剛性支點和彈性支點兩種情況。剛性支點法通過支承結構的軸心受壓或軸心受拉將荷載直接傳給基礎或柱子等構件，由于支承結構的軸向變形遠遠小于被加固結構的撓曲變形，對被加固結構而言，支承結構可簡化按不動支點考慮，結構受力較為明確，內力計算大為簡化；彈性支點法通過支承結構的受彎或桁架作用間接地傳遞荷載的一種加固方法．，由于支承結構的變形和被加固結構的變形屬同一數量級，支承結構只能按彈性支點考慮，內力分析較為復雜。相對而言，剛性支點加固對結構承載能力提高幅度較大，彈性支點加固對結構使用空間的影響程度較低。
　　1．6化學灌漿補強法化學灌漿補強就是將一定化學材料配制成漿液，用壓送設備將其灌入混凝土結構裂縫內，使其擴散、膠凝或固化，達到補強的目的。化學灌漿材料主要有兩種：一種是以環氧樹脂為主劑配制成的環氧樹脂灌漿材料，它具有化學穩定性好、可以室溫固化、收縮小、強度高、粘結力強等一系列優點，而且因為環氧樹脂灌漿材料的粘結力和內聚力均大于混凝土的內聚力，能有效地修補混凝土的裂縫，恢復結構的整體性，目前是一種較好的補強固結化學灌漿材料，一般用于修補寬度為0．2 mm～0．5 iD2n的裂縫；另一種是以甲基丙烯酸甲酯為主劑配制的甲基丙烯酸酯類灌漿材料，它具有可灌性好的特點，能灌入0．05 nlnl寬的細微裂縫中，一般用來修補縫寬在0．2 Inrn以下的裂縫。
　　化學灌漿補強法主要用來修補因出現裂縫而影響使用功能的結構，如水池、水塔、水壩等，也可用來修補混凝土梁、板、柱等構件及因鋼筋銹蝕而導致結構耐久性降低的構件。
　　1．7水泥壓漿補強法水泥壓漿補強法是一種用壓力設備將水泥漿液壓入結構構件的蜂窩、孔洞或裂縫中，充填并固結這些缺陷，以達到補強加固的目的。水泥灌漿具有強度高、材料來源廣、價格低，運輸、儲存方便及灌漿工藝比較簡單等優點，至今仍是應用最廣泛的灌漿材料。該法的缺點是需要專門的設備，主要用于因地震、溫度、沉降等原因引起的磚墻裂縫的修補。
　　1．8噴射混凝土補強法噴射混凝土補強法是一種用混凝土噴射機將混凝土拌合料和水(干噴機)或混凝土濕料(濕噴機)以高速噴射到混凝土結構上，并快速凝固成型的加固方法。噴射混凝土不需要振搗，它借助水泥與骨料之間的連續沖擊實現密實化，也不需要支模或只需部分支模，施工方便、速度快、工期短、噴射凝固層與原結構粘結力強，所以在大范圍加固工程中具有獨特優勢，其缺點是需要專門的設備，對混凝土的配合比設計要求較高。這種方法常用于：
　　病弱混凝土的局部或全部更換；在梁、板等構件的下面增補混凝土；填補混凝土和磚石結構中的孔洞、縫隙及混凝土墻的麻面。
　　1．9粘貼纖維材料加固法纖維復合材料作為一種新型的混凝土結構補強加固材料在我國逐漸興起，纖維增強復合材料是利用樹脂類膠結材料將纖維布粘貼于混凝土表面，從而達到對結構構件補強加固及改善結構受力性能的目的。結構加固中常用的FRP(纖維增強復合材料)有：CFRP(碳纖維增強塑料)、GFRP(玻璃纖維增強塑料)和AFRP(芳綸纖維增強復合材料)，與傳統混凝土結構加固技術相比具有明顯的優越性。
　　1)高強高效。在加固修補混凝土結構中可以充分利用其高強度的特點來提高混凝土結構的承載力和延性，改善其受力性能，達到高效加固修補的目的，對于柱的抗震加固尤其具有重要意義。2)施工便捷。施工工效高，沒有濕作業，不需要大型施工機具，無需現場固定設施，施工占用場地少。3)具有極佳的耐腐蝕性能及耐久性能。4)施工質量易保證。5)FRP材料質量輕且薄，粘貼后每平方米重量不到1．0 kg(包括樹脂重量)，一層粘貼后厚度僅1．0 mill左右：，加固修補后，基本不增加原結構自重及原構件尺寸。6)適用面廣。
　　2結語
　　對于上述加固方法，國內外的很多科研機構都進行了大量的研究工作，且大都已經用于實際工程中。然而，這些加固方法都有一定的缺陷，除去帶有共性的化學腐蝕問題外，象粘鋼加固法，還會增加構件自重、結點不易處理、施工難度大等。因此，在實際加固時，應尋求一種簡便易行的技術含量高的加固技術。H強以其優異的性能成為土木工程領域受寵的新型材料，尤其與傳統的鋼筋混凝土結構相結合更能發揮其突出的優點。FRP具有很大的研究推廣價值和巨大的社會經濟效益，隨著研究工作的不斷深入，這種材料必將得到廣泛的應用。我國擁有巨大的建筑市場，隨著經濟建設的飛速發展，相信FRP在我國土木工程領域將有美好廣闊的前景。

上一條植筋規范標準
下一條加大截面法加固鋼筋混凝土柱施工措施

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