淺談我國建筑結構加固技術及發展趨勢

聶冬梅

【摘要】本文介紹了幾種常用的加固技術，描述了它們的特點，同時敘述了幾個近年來的新技術，討論了加固技術未來的發展趨勢。

【關鍵詞】建筑結構；加固技術；發展與趨勢

1 常用結構加固方法及特點

1.1 增大截面法

增大截面法即增大構件的截面面積（混凝土和配筋量），以達到提高構件承載能力的一種傳統的加固方法.可廣泛用于混凝土、磚混結構的梁、板、柱、墻等構件的加固.這種加固方法的優點是工藝簡單，技術較為成熟，可靠性強，且能提高構件剛度和穩定性.其缺點是現場濕作業工作量大，養護時間長，對生產和生活會造成一定影響，對原有結構的外形和房屋使用空間會造成一定影響，結構重量的增加又增大了其它相關構件的荷載，故在設計中應從整體角度考慮.

1.2 外包鋼加固法

外包鋼加固法是在混凝土、砌體等構件的4角或2 面包以型鋼（常為角鋼、扁鋼或鋼板等）的一種加固方法，也是一種使用較廣的傳統方法.這種方法的不足是用鋼量較大，加固維修費用較高，且對結構剛度提高不大.

1.3 外加預應力加固法

外加預應力加固法是采用外設預應力拉桿或撐桿對結構構件或整體進行加固的方法.其不足是預加力設備和錨固還待完善，也存在一定的風險.目前主要用于大跨度結構的加固，以及采用一般方法無法加固或加固效果不理想的大型結構的加固.

1.4 改變受力體系加固法

粘鋼加固法方法是以減小結構的計算跨度和變形，間接提高承載能力的一種加固方法.不足是易損害建筑物的原貌和使用功能，減小使用空間.適用于房屋凈空不受限制的較大跨度的梁、板、桁架等水平結構的加固.

1.5 粘鋼加固法

粘鋼加固法是將鋼板用結構膠粘貼在混凝土構件的外部，以提高結構承載能力的一種方法.這相當于構件的體外配筋.該項技術目前已趨于成熟.其優點是幾乎不改變構件外形和使用空間，施工簡單、快速，濕作業量小.但對加固構件工作環境有要求，環境溫度不高于60 ℃，相對濕度不大于70%，無化學腐蝕，否則應采取相應措施[3].

1.6 粘貼纖維復合材料法

粘貼纖維復合材料加固方法與貼鋼加固法相似，只是加固用的材料是纖維復合材料，如玻璃纖維（GFRP）、碳纖維（CFRP）、芳綸纖維（AFRP）等.它是目前國內外研究較多且具有很大發展潛力的加固方法.與傳統的加固材料相比，纖維復合材料具有強度高、質量輕、施工方便、耐腐蝕等突出優點.就碳纖維來說，其抗拉強度達3 000MPa 左右，比普通鋼筋高出10 倍；彈性模量略高于鋼筋，現已用于梁、板、柱、橋梁、屋架等多種結構的加固，但它抗剪強度較低，耐火極限不高，且目前此項技術成本較高、施工技術還欠完善等因素阻礙了其推廣應用.

2 加固技術的研究現狀及發展趨勢

傳統的加固方法如增大截面法、外包鋼加固法、粘鋼加固法等的技術和研究都較為成熟，并廣泛運用于工程實際，取得了較好的效果.我國在試驗和工程實際的基礎上編制了《混凝土結構加固技術規范》.近年來出現的一些新加固技術，如粘貼纖維復合材料加固法、鋼絲網水泥砂漿加固法、纖維材料的嵌入式加固法等，這些技術從一開始引進和出現在國內，就以它們優異的性能、特點和加固效果得到了工程界的關注和青睞.

2.1 碳纖維加固技術的研究現狀及發展趨勢

我國在利用碳纖維加固技術的研究和應用起步較晚，發展卻很迅猛.1997 年國家工業建筑診斷與改造工程技術研究中心率先開始了“碳纖維材料加固修補混凝土結構”的試驗研究開發與應用，并被定為國家“九五”重點科技攻關項目.隨后通過采用進口的碳纖維材料在北京、上海、遼寧、江蘇等省市進行了一些實際工程結構的補強加固，并取得了較好的效果.目前，我國已經具有生產粘貼樹脂的能力；碳纖維材料的開發也在加緊研制中；2003 年，中國工程建設標準化協會發布了企業標準《碳纖維布加固修復混凝土結構技術規程》.一些科研院所和大學在碳纖維加固技術的研究和應用方面開展了大量工作，主要包括以下幾方面：

（1）研究碳纖維材料（主要為片材或布）加固的構件在抵抗各種荷載和變形中的承載性能以及承載力計算方法等.如在構件的受拉面粘貼片材研究加固構件的抗彎性能；在構件的剪切區貼片材研究加固構件的抗剪性能；對受壓構件用碳纖維加固研究其抗壓性能；在交變荷載作用下研究加固構件的抗疲勞性能等.（2）研究碳纖維材料加固構件的破壞形式和機理.通過對碳纖維布加固的受彎、受剪構件的破壞研究表明，其破壞形式分為：碳纖維布斷裂、受壓區混凝土壓碎、剝離破壞及粘結破壞.剝離破壞是最為常見的一種破壞形式.許多研究認為剪應力是導致碳纖維布與加固構件發生剝離破壞的主要原因.（3）開展預應力碳纖維布加固及施工機具和工藝的研究.根據碳纖維材料強度高而彈性模量相對較低的特點，通過對碳纖維布施加預應力可以發揮其高強度性能，提高加固效果.而對碳纖維施加預應力的關鍵技術是錨固和張拉工藝問題.國內碳纖維材料加固技術還存在著一些問題，既影響了其推廣和應用，也給廣大科技人員提出了新的研究課題.主要有：①碳纖維材料加固構件的長期受力性能的深入研究；②在預應力碳纖維加固的施工工藝（特別是在橋梁等大型構件加固）中，錨固和張拉機具的完善、開發問題；

2.2 鋼絲網水泥砂漿加固技術的研究現狀及發展趨勢

鋼絲網水泥是一種由鋼絲網增強的水泥復合砂漿，具有較高韌性、抗拉強度和抗裂能力.特別適于輪廓外形的結構單元的修復和加固.目前國內已將該項技術用于下水管道的內補維修、大壩防滲面板的加固[4]及水庫泄洪閘墩的加固[5]等.湖南大學結構研究所課題組進行了用鋼絲網水泥砂漿來加固混凝土梁的實驗研究，并在提高構件承載力和控制構件裂縫方面取得了較好的效果.用鋼絲網水泥加固混凝土結構的研究歷史在國外也只有20 多年，其應用仍處于初始階段.而國內在這方面的研究還剛起步，有許多理論和技術方面的問題有待解決，主要有：

（1）鋼絲網水泥砂漿加固構件的基本理論的深入研究；

（2）鋼絲網水泥砂漿加固構件的抗剪切、抗扭轉和抗疲勞性能的研究；

（3）在現有加固構件一次受力研究的基礎上，開展對二次受力加固的分析研究；

（4）如何實現用鋼絲網水泥砂漿加固法來取代加大截面法加固的研究；

（5）開發高強度、高韌性、抗滲、耐腐蝕的高

2.3 纖維復合材料嵌入式加固技術

纖維復合材料嵌入式加固技術是將加固材料放入結構表面預先開好的槽中，并向槽中注入粘結材料使之形成整體.碳纖維材料粘貼加固技術存在的防火性能差、粘貼在樓面上（負彎矩區域）易被人為或環境破壞、易產生剝離破壞等缺陷，在采用嵌入式加固法中都可以得到很好地克服.目前國外已經有了一定規模的研究和應用，國內在國家工業建筑診斷與改造技術研究中心開展了這項技術的試驗研究，但尚未應用于工程實踐.

參考文獻：

[1]王孔藩. 力學在建筑結構診斷、加固中的廣義延拓—展望21世紀學科的成績[A].建筑物鑒定與加固改造—第五屆全國學術會議文集[C]. 汕頭：汕頭大學出版社，2000.

[2]呂偉榮. 粘貼加固受彎構件正截面承載力性能研究[D].長沙：湖南大學，2003.

[3]王孔藩， 莊文華，高金華.建筑結構加固新技術—粘鋼加固法[J].建筑施工，1992， （1）： 25-26.

[4]周元先， 張仲透. 高頻振蕩鋼絲網水泥砂漿修補大壩防滲面板[J].浙江水利科技，2002， （1）： 41-42.

[5]李俊喜. 鋼絲掛網水泥砂漿的應用[J].甘肅水利水電技術，2002， （1）： 39-40.