混凝土结构加固技术现状与展望

王小静 乔雪垠 聂 斌

混凝土结构一般在使用30年～50年以后会产生明显的劣化或损伤，对已有建筑物的鉴定、改造加固已经成为国家的建设重点之一，由此也产生并推动了加固技术的不断发展。

1 大力发展结构加固技术的重要性

我国是个多自然灾害的国家，且在二十世纪五六十年代修建的大批工业厂房、公用建筑和民用建筑，已经进入中老年期，加固改造任务已大量的提到日程上来。大量的桥梁工程由于交通量和荷载的增加、修建时间较长或原设计标准较低，已经出现严重的损坏，急需加固改造处理。1972年铁道部对全国30年代～70年代修建的94座隧洞进行调查，结果有93.2%的隧道混凝土衬砌开裂，裂缝长度占隧道总长度的19.2%。据统计，我国现有建筑面积50亿m2，其中约23亿m2需分期分批进行鉴定加固，近10亿m2急需维修加固才能使用。总之，大规模建设之后，结构加固将成为建设的主角，无论从历史文化保护角度还是对居住安全耐久性等角度，结构加固将变得尤为重要。

2 建筑结构加固的目的

建筑物维修加固的目的主要是提高结构构件的强度、刚度、稳定性和耐久性，恢复结构的使用功能和安全性，减少事故隐患，延长结构使用寿命。结构的加固作为工程结构的一个重要分支，正方兴未艾，近年来取得了长足的发展。过去，人们把加固视为修修补补，“头痛医头，脚痛医脚”，缺少系统的分析和理论探讨，也没有太多的技术含量，更没有把其看成是一门科学。近十余年来，改造技术发展迅速，已逐渐发展成为一门新的学科。

3 结构加固技术的现状

目前，国内传统的结构加固技术有很多种，如加大截面加固法、外包钢加固法、预应力加固法、增设支点加固法、托梁拔柱技术法及碳纤维加固等，这些方法各有其特点。

1)加大截面加固法。加大截面加固法是采用同种材料即钢筋混凝土来增大原混凝土结构截面面积，达到提高结构承载能力的目的。在我国，加大截面法是一种传统的加固方法，优点是工艺简单，适用面广，可广泛用于一般梁、板、柱、墙等混凝土结构的加固，缺点是现场湿作业工作量大，养护期较长，对生产和生活有一定影响，截面增大对结构外观及房屋净空也有一定影响。加大截面法的加固效果与原结构在加固时的应力水平、结合面构造处理、施工工艺、材料性能以及加固时是否卸荷等因素直接相关。

2)外包钢加固法。外包钢加固法是以型钢(一般为角钢)外包于构件四角(或两角)的加固方法。在我国，外包钢加固法也是一种使用面较广的传统加固方法，优点是施工简便，现场工作量较小，受力较为可靠。适用于使用上不允许增大原构件截面尺寸，却又要求大幅度地提高截面承载能力的混凝土结构加固。外包钢加固分湿式和干式两种情况，湿式外包钢加固，外包型钢与构件之间是采用乳胶水泥粘贴或环氧树脂化学灌浆等方法粘结，以使型钢架与原构件能整体工作共同受力。干式外包钢加固，型钢与原构件之间无任何粘结，有时虽填有水泥砂浆，但并不能确保结合面剪力和拉力的有效传递，外包钢架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，但承载能力提高不如湿式外包钢有效。

3)预应力加固法。预应力加固法是采用外加预应力钢拉杆或型钢撑杆对结构构件或整体进行加固的方法，特点是通过预应力手段强迫后加部分受力，改变原结构内力分布并降低原结构应力水平，致使一般加固结构中所特有的应力应变滞后现象得以完全消除，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、卸荷、改变结构内力的效果，适用于大跨度结构加固，以及采用一般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。

4)增设支点加固法。增设支点加固法是用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，优点是简单可靠，缺点是使用空间会受到一定影响，适用于梁、板、桁架、网架等水平结构的加固。该法按支承结构的变形性能，又分为刚性支点和弹性支点两种情况。

5)托梁拔柱技术法。托梁拔柱是托屋架拔柱、托梁拆墙及托梁拔柱的总称，是在不拆或少拆上部结构的情况下实施拆除、更换、接长柱子的一门综合性技术，包括相关结构加固技术、上部结构顶升技术及断柱技术等，适用于因使用功能改变及生产工艺更新，要求改变平面布局、增大使用空间的旧房改造及老厂改造。与传统的大掀盖改造相比，托梁拔柱法具有对生产及生活影响较小、改造时间短、费用低等优点，其缺点是技术要求较高，安全措施必须周密。托梁拔柱按施工方法的不同分为有支撑托梁拔柱与无支撑托梁拔柱。

6)碳纤维布加固技术。碳纤维布加固技术是利用碳素纤维布和专用结构胶对建筑构件进行加固处理，该技术采用的碳素纤维布强度是普通二级钢的10倍左右。具有强度高、重量轻、耐腐蚀性和耐久性强等优点。厚度仅为2mm左右，基本上不增加构件截面，能保证碳素纤维布与原构件共同工作。

在梁、板构件的受拉区粘贴碳纤维片材进行受弯加固，纤维方向与加固处的受拉方向一致;采用封闭式粘贴、U形粘贴或侧面粘贴对梁、柱构件进行受剪加固，纤维方向宜与构件轴向垂直;采用封闭式粘贴对柱进行抗震加固，纤维方向与柱轴向垂直;当有可靠依据时，碳纤维片材也可用其他形式和其他受力状况的混凝土结构构件的加固。

4 结构加固技术的发展与展望

由于加固技术出现的历史并不长久，在各种不同的加固方法中，我们对修复与加固混凝土结构的实质经验有限，很多加固方法特别是较新型的加固技术缺少必要的试验数据，设计施工标准及试验标准。对各种加固方法的受力特性及施工要点的研究还需要进一步深入。如加固结构的二次受力工作机理及计算方法研究;各种加固材料及外包和粘贴形式对原有结构的抗弯、抗剪、抗疲劳、延性、耐久性等试验研究。结构胶的力学性质是保证钢筋混凝土结构与各种加固板材能否形成一个整体联合工作的关键，但对结构胶本身的力学特性如其本身与结构关系、抗拉性能、抗剪性能、流变性能有待进一步研究。

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