浅谈混凝土结构加固设计方法

王祖凤

浅谈混凝土结构加固设计方法

王祖凤

阐述了混凝土结构的加固原因,详细介绍了混凝土结构常用的加固方法及加固技术,并提出了加固中的注意事项,以指导实践,增强混凝土结构的稳定性和耐久性。

混凝土结构,加固方法,注意事项

0 引言

由于地震、火灾和飓风等自然灾害或长期疲劳、腐蚀以及建筑使用功能的改变等作用的影响,建筑结构在使用过程中可能发生各种损伤和结构功能的破坏,从而使结构无法满足使用功能的要求甚至导致结构整体破坏,造成人员伤亡或财产损失。因此,对混凝土建筑结构进行加固,对于保证混凝土结构的健康,防止结构灾害的发生是十分必要和有意义的。

1 建筑结构加固的原因

1)按照极限状态设计法设计的钢筋混凝土结构或砌体结构,必须满足结构强度、刚度、耐久性的要求,但由于种种原因造成结构不能满足上述要求,如：设计不当、设计规范要求提高或施工缺陷而造成的结构物承载力和刚度不足,甚至留有严重的安全隐患;因建筑物改变用途导致其使用功能发生变化,从而出现了与设计初衷不一致的荷载分布和荷载大小,造成了原结构的强度和刚度不能满足要求。由于各种自然灾害如地震、火灾、台风、水灾、冰雪和战争造成了结构物不同程度的损坏。2)对现有基础设施进行鉴定,对目前我国已有工业和民用建筑及其他基础设施进行技术改造和维修,使之现代化日趋迫切,符合我国国情,这不仅可以节约投资,节约征用土地,缓解日趋紧张的城市用地矛盾,对减少某些不可回收利用的建筑垃圾均有着重要的现实意义。建筑物鉴定、加固与改造将面临更多的挑战,其新技术、新方法的研究与开发有着十分广阔的发展空间与运用前景。

2 混凝土加固方法

2.1 加大截面法

加大截面法是较方便且多用的一种加固方法。加大截面法是一种应用较广的传统加固方法,该方法是在原有混凝土构件表面重新做钢筋混凝土或钢筋网砂浆层,来增大原混凝土结构的截面面积,达到提高结构承载能力的目的。

优点是工艺简单,适用面宽,可用于一般梁、板、柱、墙、基础、桥梁及路面等。新旧混凝土之间存在一个结合面,这个结合面是一个薄弱环节,其结合面粘结强度一般都低于整浇混凝土的粘结强度,极大地影响了结构的可靠性,因此我们常采取一些施工技术措施来弥补这一缺陷。

2.2 有粘结外包型钢加固法

外包钢加固是把型钢或钢板包在被加固构件的外边,外包钢加固钢筋混凝土梁一般应采用湿式外包法,即采用环氧树脂化灌浆等方法把型钢与被加固构件粘结成一整体,加固后的构件,由于受拉和受压钢截面面积大幅度提高,因此正截面承载力和截面刚度大幅度提高。该法也称湿式外包钢加固法,受力可靠、施工简便、现场工作量较小,但用钢量较大,且不宜在无防护的情况下用于 600℃以上高温场所;适用于使用上不允许显著增大原构件截面尺寸,但又要求大幅度提高其承载能力的混凝土结构加固。

2.3 裂缝处理

裂缝修补方法主要有表面处理法、灌浆法及填充法等。裂缝修补材料主要为树脂和水泥,修补方法与修补材料的类型密不可分。

2.3.1 表面处理法

表面处理法适用于处理微细裂缝(裂缝宽度小于 0.2mm),它采用弹性涂膜防水材料、聚合物水泥膏及渗透性防水剂等,涂刷于裂缝表面,达到恢复其防水性和耐久性的目的。对于稀而少的裂缝,可骑缝涂覆修补。对于细而密的裂缝,应采用全部涂覆修补。由于涂层较薄,涂覆材料应选用粘着力强且不易老化的材料。对于活动性裂缝,应采用延伸率较大的弹性材料。表面处理法施工简单,但涂料无法深入到裂缝内部。

2.3.2 灌浆法

灌浆法又称注入法,是将树脂浆液、水泥浆液或聚合物水泥浆液等灌入裂缝内部,达到恢复结构整体性、耐久性和防水性的目的,适用于修补宽度较大(＞0.3m)、深度较深的裂缝,尤其是受力裂缝。

2.4 预应力加固法

预应力加固法是采用高强度钢筋或型钢等,在被加固构件体外增设预应力拉杆或撑杆的加固方法。加固时,通过施加预应力,使体外的拉杆或压杆与被加固构件共同受力,克服被加固构件的应力超前现象,改变原有截面的受力特征,提高加固后体系的承载能力和刚度。此外,施加预应力时所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,甚至使裂缝完全闭合。它具有加固效果好,施工周期较短且费用低等优点,但其施工技术要求较高,预应力拉杆或压杆与被加固构件的连接(锚固)处理较为复杂,另外还存在施工时的侧向稳定等问题。

3 混凝土加固技术

3.1 托换技术

托换技术是托梁拆柱、托梁接柱和托梁换柱等技术的总称,是一种综合技术,由相关结构加固、上部结构顶升与复位以及废弃构件拆除等技术组成;适用于已有建筑物的加固改造;与传统加固方法比较,具有施工时间短、费用低、对生活和生产影响小等优点,但是对技术要求较高。

3.2 植筋技术

植筋技术是一种对混凝土结构较简便、有效的连接与锚固技术,可植入普通钢筋,也可植入螺栓式锚筋;已广泛应用于建筑物的加固改造中。

3.3 锚栓技术

本技术适用于普通混凝土承重结构;不适用于轻质混凝土结构及严重风化的结构。

3.4 裂缝修补技术

本技术适用于承重结构混凝土裂缝的修补;对承载力不足引起的裂缝,还需要采用适当的加固方法进行加固。

3.5 其他加固技术

其他加固技术有：碳化混凝土修复技术、混凝土表面处理技术、混凝土表层密封技术、结构构件移位技术以及调整结构自振频率技术等。

4 加固注意事项

4.1 加固的方法选择

混凝土结构的加固应本着保证结构承载力、预防变形、有较好的耐久性和美观性等原则采取最优的加固方法,从而达到经济与实用,技术与实际完美统一的目的。此外,工程结构的加固费用,不仅包括加固的一次性投资,还应包括以后使用期间的维护费用,应从综合的角度考虑工程结构的加固性能,如加固效果、施工工效、耐久性、对原结构的影响等。合理的加固方案应该达到下列要求：加固效果好;对使用功能影响小;技术可靠;施工简便;经济合理;外观整齐。

4.2 方案制定的总体效应原则

在制定建筑的加固方案时,除考虑可靠性鉴定结论和委托方提出的加固内容及项目外,还应考虑加固改造后建筑物的总体效应。

4.3 材料的选用和取值原则

1)加固设计时,原结构的材料强度按如下规定取用：

如原结构材料种类和性能与原设计一致,按原设计值取用;当原结构无强度材料时,可通过实测材料强度等级,再按现行规范取值。

2)加固材料的要求：

加固用钢材一般选用Ⅰ级或Ⅱ级钢;加固用水泥选取普通硅酸盐水泥,强度等级不低于 32.5级;加固混凝土的强度等级,应比原结构的混凝土等级提高一级,且加固上部结构构件的混凝土强度等级不低于C20,加固混凝土中不应掺入粉煤灰、火山灰和高炉矿渣等混合材料。

5 结语

目前混凝土结构加固通常仅采用其中一种加固方法,然而工程实践证明,单纯采用一种方法对结构进行加固,往往收不到很好的效果,有时还会失败。因此有必要对综合加固技术进行研究。主要从以下几方面入手：弥补单一加固方法的缺陷;利用某种加固方法的特长;发挥协同工作的优势。对各种加固方法的受力特性及施工要点还需要进一步的研究。据保守估计,我国现有的房屋建筑中,40%以上需要分期分批地进行鉴定和加固。在现代社会中对结构加固技术进行开发研究已显得非常重要,具有重要的社会效益和巨大的经济效益。

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Tentative discussion on the reinforcing design methods for concrete structure

W ANG Zu-feng

This paper expounds the reinforcing reasons of concrete structure,specifically introduces common rein forcingmethods and techniques of concrete structures,and p roposes cautions in reinforcing process,so as to guide practice,and to strengthen the stability and durability of concrete structure.

concrete structure,reinforcementmethods,cautions

TU377

A

1009-6825(2011)03-0026-02

2010-09-27

王祖凤(1971-),女,工程师,中国建筑西南设计研究有限公司,四川成都 610031