混凝土结构常用加固技术及其特点探析

聂宏星

（容海川城乡规划设计有限公司 山西 太原030027）

0 引言

从经济角度来看，对老旧建筑进行结构加固改造，可以节约大量资源，减少投入资金[1]。混凝土结构是以混凝土为主制作的结构，其具有整体性、可塑性强，耐久性、耐火性好以及工程造价和维护费用低等特点，目前被广泛应用于各种建筑工程中。作为一门日渐成熟的技术，混凝土结构加固是一种保障一些建筑结构和功能稳定性、增加使用寿命，保护人民群众生命财产安全的手段，已逐渐成为我国房屋建筑业不可忽视的重要一环，因此对混凝土结构常用加固技术及其特点探析尤为必要。

1 截面加大加固法

1.1 原理及特点

加大截面法主要指通过增设现浇钢筋混凝土外加层或钢筋网砂浆层以增大构件的横截面积，从而达到提供结构承载能力目的的一种加固方式。加大截面法是一种应用较广的传统加固方法，一般计算时可按加固后的整体截面计算，也可当做叠合式受弯构件进行设计。

截面加大加固法技术较为成熟、操作简单，适用于钢筋混凝土受弯和受压构件的加固，提升结构承载能力和刚度的效果较强，但其湿法作业量大、养护时间长，容易影响生产及生活。

1.2 应用注意事项

加大截面法适用性强，能够适用于各种普通墙体、柱体及梁体等混凝土构件的加固，加固处理后，结构所受应力的方向不变，与原先保持水平。然而，值得注意的是，加固结构在力的作用下，作为受力最为薄弱的环节，新老结构的对接面会产生拉力、剪力等众多复杂的应力，一旦界面开裂，将造成对接面剥离而各自受力，以致会极大的损害加固效果。为此，研究结合面的粘性性能，改善结合面的施工工艺，对于截面加大加固法的应用较为重要。目前，随着加固技术的不断发展，施工工艺的不断优化，锚喷混凝土加固、钢筋混凝土套箍加固就是最新产物之一。

2 外包钢加固法

2.1 原理及特点

外包钢加固法就是利用束缚原结构而增强整体的抗变形及承载实力的一种加固方法。在此方法中，原结构主要指钢筋混凝土结构，外包其表面的主要有钢板、型钢等。根据二者粘结形式不同，可分为外粘型与无粘结外包型两种。在中国，外包钢加固法也是运用广范的固有加固方法之一，一般具体应用时根据原结构不同的截面等采取不同的加固方法，如对于圆形截面柱，多用扁钢加套箍，增强结构整体的刚度与承载实力；对于矩形截面柱，一般在其四角外包角钢，同时为了利用它们和原先构件的协同工作，横向用缀板焊接成整体，从而实现加固的目标；对于梁可仅在受拉边给予角钢外包加固，以大幅度提高构件承载力等。

外包钢加固法操作简单、现场作业量少、结构稳定性强，适用于要求较大增强截面抗震及承载实力的原结构的加固，但钢材的消耗量偏大，且此方法主要受力集中在节点位置，具有较大的处理难度。

2.2 应用注意事项

外包钢加固法是一种复合加固方法，整体性更好。如前文所述，外包钢法根据原结构与外包材料的粘结形式不同可分为两类，现分别对其应用注意事项作简要介绍。

第一种类型为外粘型钢材加固法，通常也叫做湿式加固法，这种方法施工简便、快捷，对被加固构件断面尺寸和重量。值得注意的是，为了保证外包钢和结构件之间可以形成一个整体而协同受力，从而能够极大的增强结构件的承载实力，此方法通常使用环氧树脂浇灌或是乳胶水泥粘结，且钢板端部锚固非常重要，处理不当易出现撕脱现象，同时基层温度在5℃以下时该法需辅以升温措施，加快固化。湿式法常用于可以利用结构胶时加固负载较大的受压结构。

第二种类型为无粘结外包型加固法，通常也叫做干式加固法，这种方法操作更加简单，但承载实力的提升却相对较小。顾名思义，此方法外包钢和原结构件间没有经过黏结，二者之间无法形成一个整体，而仅仅是各自独立受力，这也是其承载实力提升相对较小的原因。干式法常在当项目规定不得采用粘结剂的时候优先采用。

图1 外粘型钢加固法

3 粘贴钢板加固法

3.1 原理及特点

粘贴钢板加固技术指通过钢板与补强结构的共同作用改善钢筋及混凝土的应力状态，从而增强加固对象整体结构的刚度以及承载实力。此方法一般钢板通过建筑结构胶固定于预应力混凝土的薄弱位置或是其表面，主要适用于钢筋混凝土受弯、受拉、大偏心受压构件的加固。

粘贴钢板加固法工艺、施工简单，硬化时间短，占用空间较小；钢板固定于预应力混凝土的薄弱位置或是其表面，不影响结构外形，同时还可以控制劣化的加深，使结构均衡受力，加固效果好；此外，此法还可以增强构件的抗弯刚度以及抗变性能，降低整体绕度，加固费用低。但是，此方法受粘结剂的质量、耐久性以及施工质量的影响显著，且加固处理后的钢板存在应力滞后的情况，不适用于异形结构梁、特殊造型的梁，随型性较差。

1.2 应用注意事项

粘贴钢板加固法不适合用来处理素混凝土结构，且待处理的混凝土构件强度必须至少达到C15以上。同时，在选择这种方法进行加固的过程中，为了获得良好的加固效果，从而增强构件的抗弯刚度以及抗变性能，应当保证结构后期所处的环境温度及相对湿度不能过高，因为温度过高及相对湿度过大会极大的影响改性环氧树脂灌注胶等建筑结构胶性能，促进其老化，一般而言环境温度不得超过60℃，相对湿度不得大于70%，否则需采取对应的预防措施并选择具备相应性能的粘结剂。

4 贴碳纤维加固法

4.1 概述及特点

贴碳纤维加固法指运用胶黏剂将碳纤维增强聚合物粘附于构件的外层，实现整体结构及抗震性能增强的目标。碳纤维增强聚合物（CFRP)属于高强度的新型复合材料之一，具有强度高、质量轻以及耐腐蚀性强等优势，可以普遍适用于各个种类的构件与各个部位。

运用碳纤维材料加固法属于新兴的有效加固修复方法之一，由于碳纤维材料本身具有优异的物理性能，因此较其他方法，其具有较多的优秀特征[2]：第一，运用这种材料给予加固具有较好的耐腐蚀性及持久性，能够适用于各类型建筑结构中，且能够使结构外形保持不变；第二，运用碳纤维材料加固法强度高、效果好，可以大幅提升构件及结构的负载能力，改善受力特性；第三，对于运用传统法效果不佳的某些大型壳体和隧道构造等项目，该方法可以高效的实现补强加固目标，且质量可以获得保障；第四，贴碳纤维加固法能够提高框架结构塑性铰的转动能力，加固未受损的混凝土框架结构建筑时，还有助于改善结构延性，提高结构抗倒塌性及抗震性；第五，碳纤维加固在几乎没有增加梁体截面积大小和重量的基础上，不仅能够满足建设方的需求，且能够节省8倍的材料消耗，总体社会及经济效益均较强。但是，贴碳纤维加固法的费用较高，对施工人员素质要求高，为了最大化的满足加固要求，得到预期效果，必须尤为注意施工过程。

4.2 应用注意事项

在具体施工的过程中，要利用极限状态法进行设计，并且将概率理论当做依据，确保在这一状态下结构的稳定性。首先，根据平时积累的检测数据，测算出混凝土与钢筋的现实强度，为运用碳纤维材料加固法做好充足的基础资料准备；其次，按照相关标准规范，将相应材料的强度设定成指标，并明确采用这种加固法处理以后将给结构造成怎样的影响，同时应采取相应的措施进行处理和预防；第三，对不同的结构或者黏贴方式加固应根据实际采取不同的方法，如对板与梁的受拉区实施加固及选择封闭式进行抗震加固时，为了大幅提升构件及结构的负载能力，必须确保材料的排列方向与结构的轴方向保持垂直。此外，碳纤维材料建立极限状态下的应变，在进行具体的设计施工过程中，应当利用线性应力应变关系加以明确。

4 结语

综上所述，分析了4种主要的混凝土加固技术及其特点。对于适用性而言，截面加大加固法适用于室内使用空间、净空较为宽裕的加固，外包钢加固法适合用在不准增加原结构截面大小的加固，粘贴钢板加固法应用于不影响结构外形的加固，黏贴碳纤维加固法适用于混凝土梁、板的加固。对于综合前景而言，黏贴碳纤维加固法施工工期短、材料耐久性好，综合来说是具有广阔前景的新兴混凝土加固技术。