常用結構加固方法在城市建設中的應用

曹震 金月梅

【摘要】對已修建好的各類房屋建筑、橋梁進行維修、保護和加固,保持其正常使用功能,延長其使用壽命,對我國而言,不但可以節約投資,而且能夠減少土地的征用,對緩解日益緊張的城市用地矛盾有著重要的意義。

【關鍵詞】建筑結構 加固

一、 建筑結構加固的原因

建筑結構加固的原因可歸結為以下幾點:

（一）是按照極限狀態設計法設計的鋼筋混凝土結構或砌體結構,必須滿足結構強度、剛度、耐久性的要求,但由于種種原因造成結構不能滿足上述要求,如:

設計不當、設計規范要求提高或施工缺陷而造成的結構物承載力和剛度不足,甚至留有嚴重的安全隱患;因建筑物改變用途導致其使用功能發生變化,從而出現了與設計初衷不一致的荷載分布和荷載大小,造成了原結構的強度和剛度不能滿足要求。由于各種自然災害如地震、火災、臺風、水災、冰雪和戰爭造成了結構物不同程度的損壞。

（二）是對現有基礎設施大量的進行鑒定。對目前我國已有工業和民用建筑及其它基礎設施進行技術改造和維修,使之現代化日趨迫切,符合我國國情,這不僅可以節約投資,節約征用土地,緩解日趨緊張的城市用地矛盾,減少某些不可回收利用的建筑垃圾均有著重要的現實意義。建筑物鑒定、加固與改造將面臨更多的挑戰,其新技術、新方法的研究與開發有著十分廣闊的發展空間與運用前景。

二、常用的建筑結構加固方法

混凝土結構加固補強的方法很多,直接加固法有加大截面法、外包鋼加固法、預應力加固法、外部粘鋼加固法等,其它加固方法還有增設支點加固法、托梁拔柱技術、增設支撐體系和剪力墻加固法等。下面是目前常用的幾種加固方法的介紹：

（一）加大截面加固法

加大截面加固法是在構件外部外包混凝土,增大構件截面面積和配筋量的一種加固方法,從而達到提高構件承載能力的目的。在我國加大截面法是一種傳統的加固方法,工藝簡單,適用面廣,可廣泛用于梁、板、柱、墻等混凝土結構的加固。

根據構件的受力特點和加固要求不同,可選用單側加厚、雙側加厚、三面和四面外包等。在以加大混凝土截面為主的結構中,為了保證后澆混凝土的正常工作,需適當配置構造鋼筋;在以加配鋼筋為主的加固方法中,即增加鋼筋截面積,為保證加固鋼筋的正常工作,需按構造要求澆灌混凝土保護層。外包材料一般以普通混凝土為主,當外包層較薄、鋼筋較密時,可用細石混凝土,配筋除采用鋼筋外,也常用型鋼和鋼板。

但這種方法要求的現場濕作業工作量大,養護時間較長,對生產和生活有一定影響,而且構件的截面增大后對結構的外觀和房屋凈空也有一定影響。

（二）外包鋼加固法

外包鋼加固法是以型鋼(一般為角鋼)外包于構件四角(或兩角)以加強其受力性能的加固方法。外包鋼加固法分濕式和干式兩種情況。濕式外包鋼加固:外包型鋼與構件之間是采用乳膠水泥粘貼或環氧樹脂化學灌漿等方法粘結,以使型鋼與原構件能整體工作共同受力;干式外包鋼加固:原構件與外包型鋼之間無任何粘結,有時雖填有水泥砂漿,但彼此只能單獨受力,承載力提高不如濕式外包鋼加固有效。

該方法施工簡便,現場工作量較小,受力較為可靠,適用于在使用上不允許增大原構件截面尺寸,但又要求大幅度地提高截面承載能力的混凝土結構,主要用于鋼筋混凝土柱、梁、桁架弦桿和腹桿的加固。

（三）預應力加固法

預應力加固法是采用外加預應力鋼拉桿或撐桿對結構進行加固的方法,即通過施加預應力使拉桿或撐桿受力,影響并改變原結構內力分布,從而降低結構原有應力水平并提高結構的承載能力。特點是通過預應力手段強迫后加拉桿或撐桿受力,改變原結構的內力分布,降低原結構的應力水平,使一般加固結構中所特有的應力應變滯后現象得以完全消除,具有加固、卸載和改變結構內力的三重效果,后加拉桿或撐桿和原有結構能夠較好地共同工作,結構承載能力能夠得到較大的提高。

預應力加固適用于大跨度結構以及采用一般方法無法加固或加固效果很不理想的較高應力應變狀態下的大型結構加固,但此法不宜用于處在高濕度環境下的混凝土結構或混凝土收縮徐變較大的混凝土結構的加固。

（四）粘貼鋼板加固法

粘鋼加固法是在混凝土構件表面用特制的建筑結構膠粘貼鋼板,使其共同工作、整體受力,以提高結構承載力的一種加固方法。它實質是一種體外配筋,提高原構件的配筋量,從而相應提高結構構件的剛度、抗拉、抗壓、抗彎和抗剪等方面的能力。因此,采用此法加固對結構膠的要求較高,結構膠必須具有強度高、粘結力強、耐老化、彈性模量高、線膨脹系數小的特點,并且具有一定彈性。

相對于傳統加固方法,粘鋼加固法更為簡單、快速,對結構的外形、凈空等影響較小,其施工過程對生產和生活影響較小,因而在建筑領域和公路橋梁領域中都得到了普遍應用。

（五）粘貼碳纖維材料加固鋼筋混凝土結構

纖維增強塑料的應用,是當今世界各國正在積極探索的研究方向。纖維一般具有耐腐蝕、高強度、質量輕和非磁性的特點,將纖維和基體組合形成的纖維增強復合材料能很好地繼承纖維的這些優良特性。

近年來,隨著科技的發展和產量的提高,纖維及其復合材料在土木工程中得到了越來越多的應用,尤其是應用于結構物的修補和加固中。

三、加固方法的選擇要點

加固方法的選擇,應根據可靠性鑒定結果和結構功能降低的原因,結合結構布置的特點、主體結構傳力承力的特征、新的功能要求、周圍環境等因素,從安全、適用、經濟的角度出發,注意四點要求:一是靜力加固必須考慮二次受力要求;二是抗震加固必須考慮結構延性和整體剛度要求;三是必須考慮施工過程中,施工便捷,質量易于保證;四是必須綜合考慮加固效果和經濟指標,綜合分析確定。

參考文獻:

【1】唐業清,萬墨林.《建筑物改造與病害處理》[M].北京:中國建筑工業出版社, 2000: 101-210.

【2】建筑結構補強加固技術編寫組.《建筑結構補強加固技術》[M].北京:中國鐵道版社, 1987: 20-42.