混凝土强度不足时的处理措施

崔晓明

摘 要:混凝土强度是确定新建和已建混凝土结构或构件承载能力等力学性能的关键因素,混凝土强度检测技术是工程结构检测中非常重要的一项内容。本文对混凝土强度不足的情况进行了探讨,提出了一些处理措施。

关键词:混凝土;处理;加固

中图分类号:TU746

文献标识码:B

文章编号:1008-0422(2009)03-0147-02

1引言

混凝土强度的不足将对结构的承载能力、裂缝以及耐久性等诸多方面产生不利影响,应根据其不足的程度,采取相应的处理措施。选用的加固方法有3大类:直接加固法、间接加固法、综合加固法。

2直接加固法

直接加固法即通过各种途径增加结构抗力。加固前最好能在原结构上卸载,经加固后再恢复使用荷载,但在原结构上往往很难实现。工程中,国内、外直接加固技术主要有如下几种:

2.1增大截面加固法

增大截面加固法即采取增大结构或构筑物的截面面积,以提高其承载力和刚度,满足正常使用的一种加固方法。可广泛应用于混凝土、砖混等结构的梁、板、柱、墙等构件和一般构筑物的加固。

⑴ 该方法优点:

① 传统加固方法,技术成熟,便于操作;

② 质量好,可靠性强;

③ 提高构件抗力R及刚度的幅度大,尤其对柱的稳定性提高较大。

⑵ 该方法缺点:

① 如果设计中未能从整体结构角度上分析,仅仅为局部加大而加大,这样会造成整体结构其它部分形成薄弱层而发生重大破坏。

② 加大构件截面,其质量和刚度将发生变化,结构的固有频率也随之改变,很有可能进入到地震或风震的频率中而产生共振现象。

③ 现场湿作业工作量大,养护时间长,对生产和生活有一定的影响。

④ 对原有结构的外形以及房屋使用空间上有一定的影响。

2.2外包钢加固法

外包钢加固法即在混凝土、砌体等构件四周包以型钢的加固方法(分干式、湿式两种形式)。适用于使用上不允许增大构件截面尺寸,而又需要大幅度地提高承载力和刚度的加固。此法主要适用于混凝土、砖混结构中的柱以及梁、桁架弦杆和腹杆的加固。这种加固方法的优点是施工方便,现场工作量少,工期短,受力可靠,对建筑物外观和净空影响小;缺点是用钢量较大,加固维修费用较高。当采用化学灌浆外包钢加固时,型钢表面温度不应超过60℃;当环境具有腐蚀性介质时,必须采取可靠防护措施,以提高其耐久性。

2.3改变结构传力途径加固法

改变结构传力途径加固法是以减小结构的计算跨度和改变传力路径、减少变形,提高其承载力的加固方法,适用于房屋净空不受限制的较大跨度的结构加固。

按支承的受力性能分为刚性支点和弹性支点两种:

⑴ 增设支点法

刚性支点法是通过支承构件的轴心受压将荷载直接传给基础或其他承重构件的一种加固方法。

⑵ 弹性支承法

是以增设支承结构改变上部结构受弯或桁架作用来间接传递荷载的一种加固方法。

2.4外加预应力加固法

外加预应力加固是采用外设预应力拉杆或撑杆对结构构件整体进行加固的方法。通过施加预应力拉杆(分水平拉杆,下撑式拉杆和组合式拉杆)或撑杆受力,影响并改变原结构内力分布,从而降低结构原有应力水平,能较好地消除一般加固方法中普遍存在的应力-应变滞后现象的影响,后加部分和原有结构能够较好地共同工作,结构承载力能够得到较大的提高。预应力加固法主要用于大跨度支撑结构加固,以及采用一般方法无法加固或加固效果不理想的较高应力-应变状态下的大型结构加固。

2.5粘钢加固法

粘钢加固法即在混凝土构件外部粘贴钢板,以提高其承载能力和满足正常使用的一种加固方法。此法适用于承受静力作用的一般受弯、受拉及受压构件的加固。优点是被加固构件基本不受损伤,可以充分发挥原构件的作用;加固后几乎不改变构件的外形且不影响建筑功能;施工工艺简单,施工工期短。但该方法的耐久性较差,且要求环境温度不大于60℃,相对湿度不大于70%,以及无化学腐蚀影响,否则应采取相应的措施。

2.6粘贴纤维复合材料加固法

纤维复合材料是由基体材料(环氧树脂)和增强材料(纤维)所组成复合材料。这种复合材料既可以保持原有材料的特性,又发挥组合后的新特性,它可以根据需要进行加固设计,从而最合理地达到使用要求的性能。工程中常见的纤维复合材料有:玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维等。其中以碳纤维的抗拉强度和弹性模量最大,其价格较贵,碳纤维片材加固的构件在较高温度、湿度、化学腐蚀条件下能够保持良好的工作性能。玻璃纤维极限抗拉强度较低,其弹性模量一般为1.7×104MPa,与混凝土的弹性模量2.55×104MPa(C20)较接近,若能保证粘贴牢固,玻璃纤维复合材料在加固过程中能保证与混凝土的变形一致。

纤维复合材料加固法可广泛适用于梁、板、柱及墙体的加固。其操作简单,施工方便,加固效率高,是一种很有发展潜力的加固方法。

3间接加固法

间接加固法是通过各种途径减少作用效应,达到提高结构安全度。其主要方法有:

3.1改变用途法

将重负荷楼面改为轻负荷楼面。例如将楼面使用荷载4~8kN/m2,改为一般用房的2kN/m2,使用荷载降低至原有的0.5~0.25,结构安全度大大提高。

3.2隔震法

利用隔震技术来阻止和减少地震作用对结构的影响,从而保证结构的可靠度。如在高烈度大地震中,很难用提高结构抗力R的方法抵御巨大的地震力作用。如果采取在上部结构与基础间设置隔震层,当地面运动强度超过规定值,上部结构与基础之间将产生滑移,即地面运动不能或不能全部地传递至上部结构,这样就有效减少了上部结构所受到的地震作用,从而确保了建筑物在强烈地震作用下的可靠性。

还可采用改变结构动力特性的方法以降低结构动力反应,有如改变结构刚度分布,达到间接加固的目的。

4综合加固法

根据结构的受力特征、传力路径、结构状况等具体条件综合采用直接加固和间接加固的各种方法,称为综合加固法,是目前采用最多、效果和效益最好的方法。

⑴ 综合加固法十分重视结构检测的具体手段、原理、方法和过程,不同的检测手段对应不同的适用条件和不同的精度。

⑵ 鉴定中首先必须查明被鉴定结构的传力路线,并寻求新的传力路线,按照传力路线的计算分析、结构构造特点,采用相应优化的加固对策。

⑶ 为保证加固结构受力体系中的承载力和变形或刚度协调,尽可能采用预应力技术、植筋技术、碳纤维粘贴加固技术、钢板粘锚技术和加大截面外包加固技术等。这些技术均能够有效地减少应变滞后现象,保证新、旧结构共同工作。

⑷ 在传力路线转移上,宜采用增、减构件,或改变节点约束条件,改善自身结构的受力特点,通过荷载转移达到综合加固的目的。

⑸ 利用结构造型变化减缓风荷载效应,改善通风、采光、地震,这样既加固了结构本身,又改善了使用功能。

5受拉构件混凝土强度不足时的处理方法

混凝土强度不足对轴心受拉构件的承载能力不产生影响,故无需对受拉构件进行结构加固,但从耐久性的角度出发,应对开裂部分作表面密封修补处理。

6受压构件混凝土强度不足时的处理方法

一般的轴心受压构件承载能力随着混凝土强度的不足几乎成正比下降。若混凝土强度不足的幅度较小,以致受压构件的承载能力下降不超过5%,或者按实测强度等级对原结构进行承载能力复核仍能满足设计使用要求,可以不作结构加固处理。否则,应根据结构受力情况和使用环境,进行结构加固处理。主要采用增大截面法、外包钢法、预应力法、外粘钢板法、外粘玻璃钢法、碳纤维(CFRP)加固法等,共同的特点是:加固截面或构件的应变,滞后于原截面或构件的应变,形成二次受力。经加固的结构总体承载力不是原结构抗力与加固部分的简单叠加,不同的加固方法有不同的理论与方法。

7受弯构件混凝土强度不足时的处理方法

对于混凝土强度不足的受弯构件,通常可根据受弯构件在变形和裂缝方面的表现、混凝土的设计强度等级、配筋情况、混凝土强度不足的幅度(即前述的强度等级下降系数)及混凝土结构设计和使用的要求确定处理方案:

⑴ 当混凝土强度等级不足的幅度较小,构件控制截面的抗弯、抗剪承载能力下降的幅度均在5%以内时,可不进行结构加固处理。

⑵ 按实测混凝土强度等级对原结构进行承载能力和变形验算,若能满足设计及使用要求时,除了进行结构裂缝密封修补处理外,可以不作结构加固处理。

⑶ 若实测的混凝土强度等到级使得受弯构件的承载能力不满足上述1、2条的要求,则应进行相应的结构加固处理。常用的加固方法有:加大截面加固法、外包钢加固法、预应力加固法、改变结构传力途径法、粘贴片材材料(钢板、碳纤维等)加固法等。

8结束语

⑴ 混凝土强度不足时,框架柱构件实际承载能力随着混凝土强度的下降几乎成正比地下降,表明实际工程中应特别注意对柱构件混凝土强度不足问题的检查及处理。

⑵ 影响钢筋混凝土结构性能的因素很多,以现行钢筋混凝土结构设计理论为基础,较为系统地分析了混凝土强度不足对不同类型结构构件的承载能力、截面裂缝宽度及结构耐久性的影响。分析结果表明:混凝土强度不足会对钢筋混凝土结构构件承载能力产生不同的影响,其影响的大小顺序为:受压构件截面承载能力→受弯构件斜截面抗剪承载能力→受弯构件正截面抗剪承载能力→受拉构件截面承载能力;同时,混凝土强度的不足也会使构件截面裂缝宽度增大和构件的耐久性降低。

因此,在混凝土浇捣施工的过程中,应进行混凝土施工质量控制,确保混凝土强度达到设计强度;对混凝土强度达不到设计要求的已建结构,应及时根据不同的影响程度及结构构件的重要程度采取相应的处理方法,确保建筑物能够满足安全和正常的使用要求。

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