在過去的50多年間,我國的土木工程建設一直沒有停過,并且發展很快,尤其是近幾年,發展極為迅猛,整個中國幾乎成了一個大的建設工地,新的高樓大廈、展覽中心、鐵路、公路及橋梁、港口、航道及大型水利工程。
可是,在我們大搞土木基礎建設的同時也應該關心已有建筑的維護問題,己有建筑物及構筑物常常因設計或施工的缺陷以及長期使用過程中的老化、破壞,甚至自然災害,造成混凝土結構承載力不足、開裂以及抗震性能不良等,影響建筑物及構筑物的安全和使用功能,從而不得不考慮結構的修復加固問題。
當今社會在基礎設施的管理和新建等各個方面都存在著一個可持續發展的問題。隨著基礎建設的不斷發展,愈來愈多的建筑物和構筑物已進入或即將進入老齡化階段,修復加固在建筑業中的比重逐年增加,人們預測,如果沒有根本性的技術革新,不能充分重視這些問題,幾十年以后社會將負擔不了龐大基礎設施的維修和管理費用。據權威機構調查,預計在今后的十年中我國的建筑業重點將逐步轉向已有建筑的修復加固。
當前,各種類型的鋼筋混凝土結構,其構造是復雜多樣的,在建筑工程中,鋼筋混凝土結構的變更、追加、加固也成為很平常的問題,通過工程實踐及設計經驗,本文將一些加固方法進行總結比較。
1.碳纖維加固法
近年來,碳纖維材料以其輕質、高強、抗腐蝕、耐疲勞及其溫度穩定性而受到土木工程界的日益關注,成為研究與應用的熱點。工程實踐和試驗研究表明:采用碳纖維對鋼筋混凝土柱進行抗震加固;可以有效約束混凝土的變形,增強耗能能力,從而使其承載能力及延性能力有很大的提高,可取得良好的抗震加固效果。碳纖維片材由于其強度高,彈性模量大,用于橫向包裹鋼筋混凝土柱時,可以有效提高柱的承載能力和延性性能,其作用機理體現在兩個方面:一方面,碳纖維片材橫向包裹,其作用類似受剪鋼筋,協同鋼筋承受剪力。由于碳纖維的抗拉強度遠遠大于鋼筋的抗拉強度,相當于配筋率大大提高,使其抗剪承載力得以顯著提高,斜裂縫出現以后構件的變形性能也得以明顯改善;另一方面,橫向包裹碳纖維,還會對其內部的混凝土起到有效的約束作用,當受壓區混凝土達到峰值應力后,具橫向膨脹變形急劇增大,碳纖維環向應變顯著增大,環向約束力增大,這就使得混凝土應力—應變曲線的下降變得平緩,極限壓應變得以提高,因而推遲了受壓區混凝土的破壞過程,充分發揮了縱向鋼筋的塑性變形性能,顯著改善構件的延性。
2.粘鋼加固法
用粘結劑(建筑結構膠)將鋼板粘貼在已開裂構件需要加固的部位上,以提高結構承載力的一種方法。該方法的應用研究始于20世紀60年代。在國際上它是一種適用面較廣的加固方法,不僅用于建筑,而且用于公路橋梁的加固補強。這項技術簡稱粘鋼加固技術。與傳統加固方法比較,它有以下特點:(1)工藝簡便,只需對被加固構件的表面進行處理,用建筑結構膠將鋼板與之牢固地粘結成一個整體,使鋼板和原構件很好地共同工作。(2)加固施工所需的場地、空間都不很大,且鋼板粘貼在已開裂構件上一般2d即可受力使用,對生產和生活影響很小,特別適用于應急的加固工程。(3)粘鋼加固所用的鋼板厚度,一般為2mm~6mm,所以,加固后不影響結構外觀,重量增加也不多。(4)加固效果比較明顯。
3.化學植筋技術
植筋技術是運用高強度的化學粘合劑,使鋼筋、螺桿等與混凝土產生握裹力,從而達到預期效果。施工后產生高負荷承載力,不易產生移位、拔出,并且密實性能良好,無需做任何防水處理。由于其通過化學粘合固定不但對基材不會產生膨脹破壞,而且對結構有補強作用,施工簡便迅速安全并符合環保要求,是建筑工程中鋼筋混凝土結構變更,加固的最有效的方法。它可以應用在各類建筑結構增建、變更等預留鋼筋錨定中,還可以用于橫梁、柱頭、樓板、剪力墻等加固預留鋼筋錨定中,也可用于各類鋼結構、機械設備等的螺桿錨定中。它主要的技術特點就是:(1)具有高的承載力(剪力、拉力)。(2)對固定的基材不產生膨脹力,適宜邊距、間距小的部位。(3)施工簡便,時間短。
4.注漿加固法
注漿加固法主要是針對鋼筋混凝土結構物由于各種原因產生的各種裂縫,采用環氧樹脂類粘合劑及密封劑灌漿加固修補,在不影響生產運營的情況下可以達到預期的強度,延長結構的使用壽命,施工快捷,加固效果安全可靠。它的特點是:(1)采用慢速,附壓延續灌漿,可以確保樹脂注入裂縫細微部位。(2)可以控制注入量,必要時可以補充灌漿料。(3)可根據裂縫大小,注入狀況的需要,調整壓力。(4)注入量和注入情形可以目視觀察。這種技術主要應用范圍:混凝土建筑物裂縫的修補,各種構筑物的修補以及橋梁、鐵路的附屬構件如橋墩、橋臺、橋面、隧道等的修補。
5.增大加固法
增大加固法是指在原受彎構件的上面或下面澆一層新的混凝土并補加相應的鋼筋,以提高原構件承載力的方法,是工程中常用的一種加固方法。補澆的混凝土處在變拉區時,對補加的鋼筋起到粘結和保護作用,當補澆層混凝土在受拉區時,增加了構件的有效高度,從而提高了構件的抗彎、抗剪承載力,并增加了構件的剛度,因此其加固效果也是很顯著的。實際工程中,在受拉區補澆混凝土層的情況較多,原配筋率較低,其混凝土變壓區高度較小,因此在受拉區補加縱向鋼筋并澆混凝土是提高該梁抗彎承載力的有效方法。
三、結束語
在建設中,我們應該選擇合適的加固方法,同時還應考慮其是否具有良好的施工性、是否經濟等方面。隨著現代建筑科學技術的不斷進步,新型建筑材料不斷出現,混凝土結構加固技術會有更大發展,加固方案的選擇范圍也將具有更為廣泛的空間。
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