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結(jié)構(gòu)加固技術的探討
發(fā)布時間:2014-07-15
近年來,我國相繼發(fā)生汶川地震,玉樹地震,建筑結(jié)構(gòu)遭受嚴重破壞;同時由于設計與施工不足,建筑物改造,材料老化以及設計規(guī)范的改進等原因,導致結(jié)構(gòu)的可靠度下降。因此,急需進行結(jié)構(gòu)加固來保證建筑結(jié)構(gòu)的可靠度,延長使用壽命。結(jié)構(gòu)加固技術在現(xiàn)代建筑技術中愈發(fā)重要。
  一、 結(jié)構(gòu)加固技術的含義
  結(jié)構(gòu)加固技術是指在現(xiàn)代化的建筑過程中通過各種有效的技術措施使建筑物更具可靠性,使其滿足現(xiàn)行規(guī)范及業(yè)主所要求的安全性、耐久性和適用性。結(jié)構(gòu)加固的主要目的是為了提高結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的強度和剛度、穩(wěn)定性和耐久性,提高結(jié)構(gòu)的可靠度,減少事故隱患,從而延長建筑的使用年限,保證正常的使用要求。
  二、 結(jié)構(gòu)加固的基本原則
  現(xiàn)有建筑的加固,應結(jié)合結(jié)構(gòu)的受力特點、新的功能要求、周圍環(huán)境等因素,從安全、適用、經(jīng)濟的角度出發(fā),一般應遵循下列原則:
 。1)、加固方案應根據(jù)建筑物可靠性和抗震能力的鑒定結(jié)果的確定,由有資質(zhì)的專業(yè)技術人員進行設計。
 。2)、結(jié)構(gòu)加固必須考慮結(jié)構(gòu)的整體性。新增構(gòu)件與原結(jié)構(gòu)之間應有可靠連接;加固或新增構(gòu)件的布置,應消除或減少不利因素,防止局部加強導致結(jié)構(gòu)剛度或強度突變。
 。3)、加固方案應結(jié)合原結(jié)構(gòu)的特點和技術經(jīng)濟指標,采用新技術、新材料,避免不必要的經(jīng)濟損失。
 。4)、對高溫、高濕、低溫、凍融、化學腐蝕等自然環(huán)境因素引起的原結(jié)構(gòu)損壞,應在加固設計中提出有效的防治措施,并按設計規(guī)定的順序進行治理和加固。
 。5)、加固方法應便于施工,質(zhì)量易于保證。對可能出現(xiàn)的傾斜、失穩(wěn)、過大變形或局部坍塌等現(xiàn)象,應預先采取安全措施,減少對生產(chǎn)、生活的影響。
 。6)、加固施工過程中,發(fā)現(xiàn)設計圖紙與原結(jié)構(gòu)不符或發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)其他隱患時,應及時與設計人員溝通,采取有效措施后方可繼續(xù)施工。
  三、 結(jié)構(gòu)加固的方法與技術探討
  結(jié)構(gòu)加固技術根據(jù)加固方法的受力特點可以分為直接加固法與間接加固法兩類。直接加固法是采取有效的技術措施直接提高原結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力和剛度的方法,主要包括:增大截面加固法、置換混凝土加固法、外粘型鋼加固法、粘貼鋼板加固法、粘貼纖維復合材加固法、繞絲法等;間接加固法是采取有效的技術措施改變結(jié)構(gòu)的受力體系,調(diào)整結(jié)構(gòu)傳力途徑,或改變構(gòu)件內(nèi)力分布,減少構(gòu)件荷載效應的方法,主要包括:外加預應力加固法、增設支點加固法等。此外,與結(jié)構(gòu)加固配合使用的技術有:托換技術、植筋技術、裂縫修補技術、混凝土表面處理技術、錨固技術和阻銹技術等。
  1. 傳統(tǒng)的加固方法及特點
  1.1增大截面加固
  增大截面加固法是增大原構(gòu)件截面面積或增配鋼筋,以提高其承載能力和剛度或改變其自振頻率的加固方法。根據(jù)構(gòu)件的受力特點和加固要求不同,可選用單側(cè)或雙側(cè)加厚、三面或四面外包等。該加固技術的關鍵是新舊材料結(jié)合牢固,結(jié)合面剪力能有效傳遞,因此按現(xiàn)場檢測結(jié)果確定的原構(gòu)件混凝土強度等級不應低于C10,新增受力鋼筋的兩端應有可靠的錨固。該方法施工簡單,成本較低,適用范圍廣,主要缺點是濕作業(yè)工作量大、工期長,而且截面增大后對建筑的外觀和凈空有一定的影響。
  1.2外粘型鋼加固法
  外粘型加固法是對原構(gòu)件外包型鋼、扁鋼焊成構(gòu)架并壓力灌注結(jié)構(gòu)膠粘劑,以達到整體受力,共同約束原構(gòu)件要求的加固方法。該方法增大原構(gòu)件截面尺寸不多,容易實現(xiàn)“強柱弱梁”、“強節(jié)點弱構(gòu)件”的設計原則,適用于需要大幅度提高截面承載能力和抗震性能的各種房屋結(jié)構(gòu),主要用于鋼筋混凝土梁、柱、砌體柱、桁架弦桿和腹桿的加固。
  1.3粘貼鋼板加固法
  粘貼鋼板加固法是在原構(gòu)件表面用特制的建筑結(jié)構(gòu)膠粘貼鋼板,使其共同工作、整體受力,以提高結(jié)構(gòu)承載力和延性的加固方法。實際上,粘貼的鋼板類似體外增配鋼筋,從而提高構(gòu)件的截面承載能力。該方法的優(yōu)點是簡單、快速,不影響結(jié)構(gòu)外觀和使用空間,不需濕作業(yè)。
  采用粘貼鋼板加固法(或外粘型鋼加固法)的技術關鍵是選擇專門配置的改性環(huán)氧樹脂膠粘劑。結(jié)構(gòu)膠必須具有強度高、粘結(jié)力強、彈性模量高、線膨脹系數(shù)小、耐老化、無毒等特點,其安全性能指標必須滿足《混凝土結(jié)構(gòu)加固設計規(guī)范》表4.5.5的規(guī)定。
  2.新型的加固方法及特點
  2.1粘貼纖維復合材加固法
  粘貼纖維復合材加固法是用專門的高性能膠粘劑將纖維復合材貼于原構(gòu)件的表面,使其相互協(xié)調(diào)、整體受力,以提高結(jié)構(gòu)承載力的加固方法。纖維復合材性能特點優(yōu)越:強度高,其抗拉強度標準值是普通鋼材的十幾倍,彈性模量是普通鋼材的1~2倍;自重輕,密度只有普通鋼材的1/4 ;厚度小,基本上不增加結(jié)構(gòu)截面尺寸;柔性好,易于剪裁、便于施工。該方法適用于鋼筋混凝土受彎、軸心受壓、大偏心受壓及受拉構(gòu)件的加固,也可用于砌體結(jié)構(gòu)的加固。采用該方法加固時,應符合以下基本要求:
  (1)、原混凝土構(gòu)件實際的強度等級不應低于C15,且混凝土表面的正拉粘結(jié)強度不應低于1.5MPa。
  (2)、浸漬、粘貼纖維復合材的膠粘劑必須采用專門配置的改性環(huán)氧樹脂膠粘劑,其安全性能指標必須滿足《混凝土結(jié)構(gòu)加固設計規(guī)范》表4.5.3的規(guī)定。
  (3)、外貼纖維復合材的受力方式應設計成僅承受拉應力作用。
 。4)、采用普通型膠粘劑時,被加固構(gòu)件的長期使用環(huán)境溫度不應高于60℃;粘貼在構(gòu)件表面上的纖維復合材,其表面應進行防護處理,并滿足國家現(xiàn)行有關標準的防火要求。
  (5)、加固前應采取措施卸除或大部分卸除作用在結(jié)構(gòu)上的活荷載,以減少二次受力的影響,使加固后的結(jié)構(gòu)能充分利用纖維復合材的強度。
  2.2、纖維嵌入式加固法
  纖維嵌入式加固法是指在原構(gòu)件表面預先開好的槽中放入纖維增強復合材料(FRP),并向槽中注入粘結(jié)劑使其成為整體,提高結(jié)構(gòu)受力性能的加固方法。與外貼法相比,纖維嵌入式加固法具有更好的握裹力,施工預處理量少,操作簡便、材料用量省、耐高溫高濕、抗腐蝕、易與相鄰構(gòu)件錨固,遭受意外荷載不易損傷等特點。該方法的施工工序一般為:
 。1)、按設計要求在原構(gòu)件表面剔槽,槽寬約為FRP筋直徑的1.5倍,槽深一般不小于20mm。
 。2)、仔細清除槽中的混凝土殘渣浮塵,避免其影響FRP筋與原結(jié)構(gòu)的粘結(jié),從而影響加固效果。
 。3)、在槽內(nèi)先注入約1/2的粘結(jié)劑,將FRP筋放入槽中并輕壓,使FRP筋被粘結(jié)劑充分包裹,再在槽內(nèi)注滿粘結(jié)材料。
 。4)、待粘結(jié)劑固化后,將其表面修復平整。

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