混凝土結構加固改造工程中的幾個問題

仇永志 李麗平 劉彩霞

0 引言

隨著社會的進步以及科學技術的蓬勃發展,業主或建設單位對房屋的使用要求也在不斷地改變。為滿足業主的多種需求,各種建筑結構的加固技術及方法也正在日益發展和完善。目前常用的加固方法有粘貼碳纖維、粘貼鋼板、增大截面、外包型鋼、體外預應力加固、置換法等等。改造的方式也多種多樣,如有的房屋底層拆除承重墻或框架柱以形成大空間滿足使用的需要,有的使用功能發生改變導致原結構的承載能力不足等。而這些就要求設計人員根據不同的改造情況進行相應的加固改造設計。混凝土加固設計所面臨的不確定因素遠比新建工程多而且復雜。以下將探討一些加固工程中遇到的問題及相對合理的一些解決辦法,僅供同行們參考。

1 一般要求

1)加固依據:混凝土結構是否需要加固,應經過結構可靠性鑒定確認。為了解既有房屋結構的安全性、使用性和耐久性是否滿足要求,在改造加固前必須要對結構進行檢測和鑒定,對其可靠性做出正確的評價。2)加固設計的責任:改造加固設計應該由有資質的設計單位或研究單位來承擔。3)加固后的使用年限:混凝土房屋加固和修復的使用年限應由業主和設計單位商定,一般定為30年。作為設計單位應做出間隔一定的年限就應進行檢查的相關規定,第一次檢查的時間宜定為使用后的6年～8年,最遲不應晚于10年。4)未經技術鑒定或設計許可,不得改變加固后結構的用途和使用環境。

2 常用加固材料的性能

2.1 聚合物產品及微膨脹產品

配制聚合物砂漿用的水泥,其強度等級不應低于42.5級,且應符合聚合物砂漿產品說明書的規定。

微膨脹混凝土不能用鋁粉作膨脹劑進行配制,主要是因為鋁粉遇水立即開始發泡,氣溫高時發泡還更快,從而在混凝土澆筑前,其膨脹作用便已發揮完畢,不能起到膨脹的作用。

2.2 鋼材及焊接材料

不得使用無出廠合格證、無標志或未經進場檢驗的鋼材,當混凝土錨固件為植筋時,應使用熱軋帶肋鋼筋,不得使用光圓鋼筋。

2.3 纖維和纖維復合材

1)承重結構加固用的碳纖維必須為連續纖維,必須選用聚丙烯腈基12K或12K以下的小絲束纖維,嚴禁使用大束纖維。2)承重結構用的玻璃纖維,必須選用高強度的S玻璃纖維或含堿量低于0.8%的E玻璃纖維,嚴禁使用A玻璃纖維或C玻璃纖維。3)承重結構的現場粘貼加固,嚴禁使用單位面積質量大于300 g/m2的碳纖維織物或預浸法生產的碳纖維織物。4)結構加固用的結構膠:承重結構用的膠粘劑,宜按其基本性能分為A級膠和B級膠。對重要結構、懸挑構件、承受動力作用的結構、構件應采用A級膠。

3 設計中幾個常見的問題

3.1 粘貼碳纖維與粘貼鋼板的比較

一般來講,粘貼碳纖維及粘貼鋼板的加固方法均可用于構件的抗彎及抗剪承載力不足的加固。但二者均需要通過結構膠受剪來使碳纖維及鋼板與原有混凝土構件共同作用,方能達到加固構件的目的。但由于鋼板與混凝土的線膨脹系數不同,受溫度影響的情況下可能會發生鼓起和脫膠的現象,同時采用粘鋼板加固還需進行防銹及設置錨栓的要求。因此,在加固設計中,盡可能采用碳纖維加固。但當采用碳纖維加固層數較多,而影響了加固效果的情況下,可選擇粘貼鋼板的加固方法。

3.2 混凝土結構框架梁負彎矩粘鋼加固方法探討

如圖1所示的構造方式錨固效果并不理想,加固鋼板與錨栓之間的傳力不直接,受力不明確。同時該種錨固也不便于施工。加固用的L形鋼板受拉力后,由于其轉角部位的拉伸變形,使加固鋼板在支座處的錨固不可靠。另外,從平面上簡單分析不難發現,粘于柱上的U形鋼箍板對加固鋼板的約束錨固作用很難計算,而且隨著柱截面尺寸的增大,U形箍對加固鋼板的約束作用更小。此外,由于加固鋼板要向上彎起700 mm,并使用較多的U形箍板和高強錨栓,此種錨固構造方法工程費用很高,其錨固構造的費用往往遠高于加固鋼板的費用。

較多的工程實踐及相關資料證明,如圖2所示的錨固方法更具有明顯的技術優越性,較為理想。

采用植筋與粘鋼相結合的錨固方法,相對受力較為合理,工程成本亦較低,且不影響美觀。但有一點要注意的是,鋼筋與鋼板的焊接接頭質量一定要保證,焊縫長度可適當加長,對焊接質量應現場抽樣。

3.3 植筋深度

1)注意規范強條:“承重結構植筋的錨固深度必須經設計計算確定;嚴禁按短期拉拔試驗值或廠商技術手冊的推薦值采用”。2)規范構造:用于植筋的鋼筋混凝土構件最小厚度應大于鋼筋錨固深度加2倍植筋鉆孔直徑。3)若配筋有富余,基本錨固長度可按配筋余量修正,修正系數為設計計算配筋面積比實際配筋面積,但應大于最小錨固長度。

3.4 新增次梁與原梁連接處剪力傳遞

1)第一種做法:在兩根主梁的跨間加一根次梁。由于樓層荷載有較大幅度增長(如增加隔斷墻和衛生間設備等),且增設次梁后主梁受力情況也發生改變,故主梁也需進行加固。次梁加固方法如下:支護樓板(留出新次梁的位置),然后沿梁長按梁寬度鑿去樓板混凝土;安裝主梁與次梁交接處的鋼板套箍(用作次梁支座,如圖3所示);焊上托鋼筋的小塊鋼板,安裝次梁主筋;支新次梁底模,綁扎梁鋼筋、箍筋等,再合上側模,加支撐;澆筑新次梁混凝土及養護。

2)第二種做法:主梁與次梁連接處增設連接角鋼,通過化學螺栓植入原角鋼與原結構相互連接用以承擔剪力(見圖4)。

4 結語

專業資質審批不嚴格、加固圖紙審查存在漏洞和盲區、專業施工隊伍水平高低不等、施工質量難保證、施工驗收體系不完善;大量的科學研究還停留在構件上,整體結構的研究較少等。盡管有很多不完善的地方,但隨著時間的推移,經過大家的共同努力,我相信目前存在的一些問題均能得到合理的解決。

[1]GB 50367-2006,混凝土結構加固設計規范[S].

[2]李國勝.鋼筋混凝土結構房屋改造加固設計中的若干問題[J].建筑結構,2008(7):18-19.

[3]曹雙寅,邱洪興,王恒華.結構可靠性鑒定與加固技術[M].北京:中國水利水電出版社,2001.