谈建筑结构加固技术

　　摘要:随着科学技术发展和社会的进步，为了保障人民的生命财产安全，各种建筑结构的加固技术日益被重视,亦显得尤为重要。本人总结目前常用的建筑结构增强、补强的常用加固方法进行分析,指出了各自的适用范围,以供同行设计施工参考。
　　关键词:建筑结构,安全，加固技术,钢筋混凝土，纤维材料
　　目前,国内外的很多科研机构都进行了大量的研究工作,且大都已经用于实际工程中。然而,这些加固方法都有一定的缺陷,除去带有共性的化学腐蚀问题外,象粘钢加固法,还会增加构件自重、结点不易处理、施工难度大等。因此,在实际加固时,应寻求一种简便易行的技术含量高的加固技术。FRP以其优异的性能成为土木工程领域受宠的新型材料,尤其与传统的钢筋混凝土结构相结合更能发挥其突出的优点。FRP具有很大的研究推广价值和巨大的社会经济效益,随着研究工作的不断深入,这种材料必将得到广泛的应用。我国拥有巨大的建筑市场,随着经济建设的飞速发展,相信FRP在我国土木工程领域将有美好广阔的发展前景。
　　1常用的结构加固技术
　　1.1增大截面加固法
　　对钢筋混凝土结构而言,增大截面法是通过采用同种材料(钢筋混凝土)来增大原混凝土结构截面面积,从而达到提高结构承载能力的目的。当梁、柱构件抗力不够时,常采用增大截面法,
　　其优点如下:
　　1)施工技术成熟,便于施工;
　　2)质量好,可靠性强;
　　3)提高抗力及构件刚度的幅度大,尤其对柱增加稳定性较大。
　　增大截面、增加刚度,首先要考虑分析整体结构,不能仅为局部加大而加大,这样会引起整体结构的局部薄弱层发生重大事故。此外,加大截面法还有一些不利因素,使用时要予以考虑。
　　1)因构件质量和刚度变化较大,结构固有频率会发生变化,因此,应避免使结构加固后的固有频率进入地震或风震的共振区域,造成新形式的破坏;
　　2)现场湿作业工作量大,养护时间较长,对生产和生活有一定的影响;
　　3)构件的截面增大后对结构的外观以及房屋或桥梁净空也有一定的影响。增大截面加固法主要使用于梁、板、柱、墙等一般结构。
　　1.2外包钢加固法
　　外包钢加固法是一种以角钢外包于构件四角,角钢之间用缀板连接的加固方法。外包钢加固法分干式和湿式两种情况。
　　1)湿式外包钢法是在型钢与原构件之间用乳胶水泥或环氧树脂等粘结,使新旧材料之间有较好的协同工作能力,其整体性
　　好,但湿作业工作量大;
　　2)干式外包钢法是型钢与原构件之间无任何粘结,有时虽填以水泥砂浆,但并不能确保结合面剪力和拉力的有效传递,型钢与原构件不能整体工作,彼此只能单独受力。与湿式外包钢相比,干式外包钢施工更为简便,但承载力提高不如湿式外包钢有效。该法能在基本上不改变原结构构件截面尺寸的情况下,大幅度提高构件承载力,增大延性和刚度,适用于混凝土柱、梁、屋架和砖窗间墙以及烟囱等结构构件和构筑物的加固。外包钢加固法特别适用于使用上不允许增大截面尺寸,而又需要大幅度地提高承载力的轴心和偏心受压构件的加固。该法施工速度快,现场工作量较小,加固效果好,但用钢量大,加固费用较高。
　　1.3预应力加固法
　　预应力加固法是一种采用外加预应力钢拉杆(分水平拉杆和组合式拉杆)或型钢撑杆对结构进行加固的方法。通过施加预应力强迫钢拉杆或型钢撑杆受力,影响并改变原结构应力分布,并降低结构原有应力水平,致使一般加固方法中普遍存在的应力应变滞后现象的影响能较好的消除。因此,后加部分与原结构能较好地共同工作,结构的总体承载能力可显著提高。预应力加固法具有加固、卸载和改变结构应力分布的三重效果,适用于大跨度结构加固,以及采用其他方法无法加固或加固效果很不理想的较高应力应变状态下的大型结构加固。预应力加固法的主要优点如下:
　　1)体外配筋张拉预应力可以起到增加主筋、提高正截面及斜截面的强度,同时也提高了刚度,有效地改善了使用性能且效果好。
　　2)预应力能消除或减缓后加杆件的应力滞后现象,使后加杆件有效地工作。
　　3)预应力产生的负弯矩可以抵消部分荷载弯矩,减小原构件的挠度,缩小原构件的裂缝宽度甚至使原裂缝完全闭合。因此,预应力加固法是一种加固效果好而且费用低的加固方法,具有广阔的应用前景。该法的缺点是增加了施加预应力的工序和设备。
　　1.4外部粘钢加固法
　　外部粘钢加固法是将钢板通过粘结剂,按加固设计要求,粘贴于混凝土或钢结构表面,使之共同工作。这种加固法的优点是取材容易,施工方便、快捷,能在几乎不改变构件的外观和使用空间的条件下,大大提高结构构件的承载力和正常使用阶段的性能。采用外部粘钢加固时,通常是将钢板粘于梁底受拉区,以提高梁的承载力,当在梁侧贴钢板时还可以提高梁斜截面承载力。目前,外部粘钢加固法主要用于承受静力作用的一般受弯构件及受拉构件的补强加固,要求环境温度不宜超过60℃,相对湿度不宜大于70%,并要求无化学腐蚀。当工作条件不满足上述要求时,应当采取相应的处理措施。粘贴钢板对施工工艺要求较高,一般需要专业施工队伍才能保证施工质量。
　　1.5增设支点加固法
　　增设支点加固法是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。刚性支点法通过支承结构的轴心受压或轴心受拉将荷载直接传给基础或柱子等构件,由于支承结构的轴向变形远远小于被加固结构的挠曲变形,对被加固结构而言,支承结构可简化按不动支点考虑,结构受力较为明确,内力计算大为简化;弹性支点法通过支承结构的受弯或桁架作用间接地传递荷载的一种加固方法,由于支承结构的变形和被加固结构的变形属同一数量级,支承结构只能按弹性支点考虑,内力分析较为复杂。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。
　　1.6化学灌浆补强法
　　化学灌浆补强就是将一定化学材料配制成浆液,用压送设备将其灌入混凝土结构裂缝内,使其扩散、胶凝或固化,达到补强的目的。化学灌浆材料主要有两种:一种是以环氧树脂为主剂配制成的环氧树脂灌浆材料,它具有化学稳定性好、可以室温固化、收缩小、强度高、粘结力强等一系列优点,而且因为环氧树脂灌浆材料的粘结力和内聚力均大于混凝土的内聚力,能有效地修补混凝土的裂缝,恢复结构的整体性,目前是一种较好的补强固结化学灌浆材料,一般用于修补宽度为0.2mm～0.5mm的裂缝;另一种是以甲基丙烯酸甲酯为主剂配制的甲基丙烯酸酯类灌浆材料,它具有可灌性好的特点,能灌入0.05mm宽的细微裂缝中,一般用来修补缝宽在0.2mm以下的裂缝。化学灌浆补强法主要用来修补因出现裂缝而影响使用功能的结构,如水池、水塔、水坝等,也可用来修补混凝土梁、板、柱等构件及因钢筋锈蚀而导致结构耐久性降低的构件。
　　1.7水泥压浆补强法
　　水泥压浆补强法是一种用压力设备将水泥浆液压入结构构件的蜂窝、孔洞或裂缝中,充填并固结这些缺陷,以达到补强加固的目的。水泥灌浆具有强度高、材料来源广、价格低,运输、储存方便及灌浆工艺比较简单等优点,至今仍是应用最广泛的灌浆材料。该法的缺点是需要专门的设备,主要用于因地震、温度、沉降等原因引起的砖墙裂缝的修补。
　　1.8喷射混凝土补强法
　　喷射混凝土补强法是一种用混凝土喷射机将混凝土拌合料和水(干喷机)或混凝土湿料(湿喷机)以高速喷射到混凝土结构上,并快速凝固成型的加固方法。喷射混凝土不需要振捣,它借助水泥与骨料之间的连续冲击实现密实化,也不需要支模或只需部分支模,施工方便、速度快、工期短、喷射凝固层与原结构粘结__力强,所以在大范围加固工程中具有独特优势,其缺点是需要专门的设备,对混凝土的配合比设计要求较高。这种方法常用于:病弱混凝土的局部或全部更换;在梁、板等构件的下面增补混凝土;填补混凝土和砖石结构中的孔洞、缝隙及混凝土墙的麻面。
　　1.9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。
　　1)高强高效。在加固修补混凝土结构中可以充分利用其高强度的特点来提高混凝土结构的承载力和延性,改善其受力性能,达到高效加固修补的目的,对于柱的抗震加固尤其具有重要意义。
　　2)施工便捷。施工工效高,没有湿作业,不需要大型施工机具,无需现场固定设施,施工占用场地少。
　　3)具有极佳的耐腐蚀性能及耐久性能。4)施工质量易保证。5)FRP材料质量轻且薄,粘贴后每平方米重量不到1.0kg(包括树脂重量),一层粘贴后厚度仅1.0mm左右,加固修补后,基本不增加原结构自重及原构件尺寸。6)适用面广。
　　2结语
　　随着现代经济的飞速发展和生活水平的不断提高,人们对建筑的数量、质量和使用功能提出了越来越多的要求,科学技术的进步也促使各种新型结构、新型材料以及新的施工工艺不断出现。为保证建筑工程的质量,促使建筑业健康发展,我国于1997年通过了《中华人民共和国建筑法》[1],明确规定:“建筑物在合理使用寿命内,必须确保地基基础工程和主体结构的质量,对已发现的质量缺陷,建筑施工企业应当修复。”除此之外,对我国而言,将原有的建筑进行改造以充分利用,不但可以节约投资,而且能够减少对土地的征用,对缓解日益紧张的城市用地矛盾有着重要的意义。