砼结构加固技术现状与展望

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1 结构加固概述

　　1.1 加固原因加固学是随同房屋结构学发展而发展起来的。从加固的范围看主要原因有：（1）尚未建成但由于施工质量问题；（2）结构封顶尚未使用就要改造而引起的加固；（3）结构老化后进行改造加固；（4）因灾害引起的加固。

　　1.2 加固工作程序可靠性鉴定－加固方案选择－加固设计－施工组织设计－施工－验收。

　　2 传统加固方法

　　即加大截面法，是在现有混凝土构件外加钢筋混凝土，增大原混凝土构件截面面积，达到提高结构承载力的目的，加大截面法的优点是容易施工，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；对结构外观及房屋净空也有一定影响，且嵌入的钢筋锈蚀和混凝土劣化的危险性很大。加在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载等因素直接相关。加大截面法在设计构造方面必须解决好新加部分与原有部分的整体工作共同受力问题。试验研究表明，加固结构在受力过程中，结合面会出现拉、压、弯、剪等各种复杂应力，其中关键是剪力和拉力。今后欲使这一加固技术更有效的分法是使用具有高张拉应变能力，低收缩性能的材料。

　　3 常规加固方法

　　3.1 粘钢加固法1960年在瑞士和德国，基于L‘Hermite和Bres—son的工作，发展了外粘钢板加固钢筋混凝土结构的方法，就是用薄钢板或其它钢衬通过一种双组份环氧粘合剂粘于混凝土结构表面产生三相材料，混凝土—胶—钢板的复合系统。该法具有方案设计及结构计算简单，不损伤原混凝土构件，施工方法简便，周期短，现场作业量小，对原构件外形尺寸影响小等优点。在国际上是一种适用面较广的先进加固方法，不仅建筑，而且公路桥梁也普遍采用。已经证明粘在混凝土梁受拉表面的钢板能提高抗弯能力，同时也能提高抗弯刚度并相应减少挠度和开裂。

　　混凝土粘结钢板必须满足3个因素：（1）被粘结表面必须清洁。（2）环氧至少有混凝土强度的粘结强度。（3）为避免脆性的板分离破坏，板必须长而薄，或采用足够的锚固，来充分发挥钢板的性能。Jones的试验研究表明：胶粘锚固钢板是钢板锚固的最好方式。粘钢板主要实际问题是：（1）重量太大，且为方便操作和处理，在长度上有所限制。（2）现在加固采用低碳钢，且有与生俱来的锈蚀特性，因此产生了一个额外的维护工作。（3）现在难以肯定粘结的耐久性，以及在钢板与胶体界面潜在的锈蚀。（4）环氧树脂等用固化剂结硬后，强度虽高，但有跪性，且一般粘结剂适用面不够广。目前我国东洋机械公司从日本引进并正在研制生产在特殊环境下使用的粘结剂，诸如低温（一20 C以下）、高温、水下等特殊环境下的粘结剂中华考试网收藏

　　3.2 预应力加固法也可称为反弯矩法。在20世纪50年代外部预应力就已是一种施工方法。预应力加固具有加固、卸载、改变结构内力的三重效果，适用大跨结构加固。用预应力钢筋在构件外进行张拉，可以起到增加主筋，提高正截面及斜截面强度，同时也提高了刚度，是一种积极的加固方法。但预应力钢筋中的预应力设置多少，却要受结构受力年限而定，即要考虑混凝土徐变的影响。预应力筋的应力不宜大于150MPa，对于已负荷很久的超静定结构，宜为50—100MPa.外加预应力技术已成功地应用于校正现有结构中超出的不满意的挠度，改进对疲劳和开裂的抗力。现在外加预应力在美国、日本、瑞士已广泛开发用作混凝土加固。

　　外加预应力优点为：（1）施工方法简单、成熟；（2）用X射线或其它无损检测技术可以在结构运行期检验；（3）拉杆或绞线可替换。缺点源于结构的外部：易于锈蚀，易燃，易于损坏外观。外部施加预应力系统对外界侵蚀性成分与防火的保护通常用外包混凝土或喷射混凝土。其锈蚀问题可通过使用纤维加筋塑料来解决。但目前对纤维加筋塑料的机械性能并不十分了解，还有待进一步研究。

　　3.3 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足寸，却不要求大幅度的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2种情况。湿式外包钢加固：外包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泌粘结，以期型钢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。外包钢加固结构，尤其是框架结构，节点区受力最为复杂，构造处理相当别扭。

　　4 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——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。

　　引用有限元理论研究混凝土—粘结剂—加固材料应力应变，其受力模型的建立及计算方法的实现，以精确计算其受力特征。对各种加固形式进行可靠度分析，提出相应的实用计算模型及公式，并与现行规范相接轨，如采用分项系数形式和采用可靠度校准分析等，此项研究已列入我国国家基础研究重大项目（攀登计划）《重大土木与水利工程安全性与耐久性的基础研究》。中国建材院和冶金部建筑研究总院开发出修补用自流平砂浆，冶金部建筑研究总院正在进行碳纤维应用技术的研究，中国水科院研制出的机器设备地螺栓专用锚固剂，中国建筑科学研究院已经开展了混凝土结构后装锚固技术的研究，并将编制有关的行业标准。与此同时，中国建筑科学研究院设立了混凝土结构锚载钢筋技术，低价高效承重膨胀螺栓和提高混凝土强度加固技术等课题。

　　5 结 语

　　我国是一个发展中国家，按照混凝土结构老化的规律，从20世纪开始，我国需要加固的结构逐年增多，特别是20世纪80年代以来，随着我国国民经济的发展，不仅大量老化混凝土结构需要加固，有些使用时间不长的结构也因功能改变等也需要加固改造。当今的混凝土结构加固可用日新月异来形容。更新的技术，更新的工艺，更新的材料，更加深入更加成熟的研究成果，必将伴随着我们跨入新世纪而到来！