建筑物加固修復技術的運用

楊 金 龍

(滿洲里市建設工程質量監督站，內蒙古 滿洲里 021400)

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建筑物加固修復技術的運用

楊 金 龍

(滿洲里市建設工程質量監督站，內蒙古 滿洲里 021400)

主要介紹了砌體結構、鋼結構和混凝土結構的加固方法，對各種加固方法的優缺點及使用情況進行了簡述，同時總結了加固方案的設計理論和某些選用原則，指出為達到最優的加固效果，可以使用某一種甚至是幾種加固方法。

安全性能，加固方案，選用原則，加固效果

0 引言

隨著經濟的快速發展，各種建筑結構雨后春筍般迅速出現，與此同時，已建成的建筑結構常由于設計或者施工中的某些原因出現損傷、缺陷或其他不安全因素，造成結構的承載力不足、結構開裂等，使其往往不能滿足結構安全性、適用性、穩定性、耐久性的要求，因此，為恢復改善其原有功能或特殊功能，結構的加固修復成為必然，與新建結構相比，建筑結構加固具有工期短、收益大等優點，權威機構表明，建筑結構加固將成為未來幾十年重點研究的方向之一，因此，建筑物的維修、加固、改造、新建技術的開發和研究是今后結構工程人員的最大課題。而根據加固結構的不同，我們可以將其分成鋼結構加固和混凝土加固。在此，我們在相關加固技術理論的基礎上，介紹了國內幾種常用的加固修復技術方法，并對主要的技術特點、適用范圍等進行了詳細論述，并對其中原則進行深究，從而在建筑工程中找到最合適的方法。

1 砌體結構的加固方法

1.1 砌體結構的直接加固方法

在建筑工程加固技術中，砌體結構的直接加固方法主要有三種：鋼筋混凝土外加層加固法、鋼筋水泥砂漿外加層加固法和增設扶壁柱加固法，這三種方法有其各自不同的優點和缺點，因此在工程加固施工過程中，我們要根據現場工程施工的要求和個人的需要，來對其進行選擇。

1.2 砌體結構的間接加固方法

一直以來，在建筑工程施工過程中，常見的砌體結構間接加固方法主要有以下兩種：無粘結外包型鋼加固方法和預應力撐桿加固方法，上述兩種方法對建筑工程的加固有著很明顯的效果，但是在利用這兩種方法之前，必須考慮到這兩種方法所處的施工環境，它們受到環境不同程度的影響，因此在進行加固時，應該合理的選用加固方法。

2 鋼結構的加固方法

鋼結構加固的主要方法有：減輕所加荷載、改變結構計算圖形、加大原構件截面和連接強度、阻止裂紋擴展等，當上述方法使用比較通暢和熟練時，也可采用其他的加固方法。

2.1 加大原構件截面

采用加大截面加固鋼構件時，所選截面形式應有利于加固技術要求并考慮已有缺陷和損傷的狀況。加固的構件受力分析的計算簡圖，應反映結構的實際條件，考慮損傷及加固引起的不利變形，加固期間及前后作用在結構上的荷載及其不利組合。對于超靜定結構應考慮截面增大而引起的體系內力重分布的可能，必要時可分階段進行受力分析。與此同時，應結合《鋼結構設計規范》，對加固后的結構整體進行總體撓度、抗彎強度、焊接殘余撓度等的控制，更應該對平面內和平面外穩定性進行詳細考察研究。

2.2 連接的加固與加固件的連接

鋼結構加固連接方法主要包括：焊接、鉚釘、普通螺栓和高強度螺栓等方法，鋼結構加固一般采用焊縫連接、摩擦型高強度螺栓連接，特殊情況時也可采用焊縫和摩擦型高強度螺栓的混合連接。當采用焊縫連接時，所采用的連接材料必須經過相關的評定認可。在同一受力部位連接的加固中，不宜采用剛度相差較大的，如焊接與鉚釘或普通螺栓共同受力的混合連接方法，但僅考慮其中剛度較大的連接(如焊縫)承受全部作用力時除外。

3 混凝土結構加固方法

鋼筋混凝土結構是目前最常見的結構形式之一，由于房屋的設計不當、使用維修不當、建造質量以及地震等原因，許多結構物具有很大的安全隱患，此時，需要對原結構進行加固。鋼筋混凝土結構加固方案主要根據房屋的實際情況，分別采用提高框架抗震能力、增強框架變形能力或改變結構體系而不加固框架的方案，同時在結構加固后應避免形成短柱、短梁或強梁弱柱。通過更多的方案比較和理論分析，混凝土結構的加固分為直接加固和間接加固兩類。

3.1 直接加固方法

直接加固法是直接針對結構構件或節點承載力提高的加固，方法很多，主要有增大截面法、置換混凝土法、外包型鋼法、外粘鋼板法、外貼纖維復合材料加固法、繞絲加固法等。

3.1.1 增大截面加固法

增大截面加固法是指在原結構構件上澆層新的混凝土并補加相應的鋼筋，用以提高構件的整體承載力，是一種較為常見的加固方法。該法施工工藝簡單、適應性強，并具有成熟的設計和施工經驗、受力可靠、加固費用低廉；因此，該方法加固效果顯著，可廣泛應用于鋼筋混凝土結構板、梁、柱的加固，亦可用于修補開裂截面，但現場施工的濕作業工作量大、養護時間長，其工程量主要集中在一般結構的梁、板、柱上，比較適合于中小城市的鋼筋混凝土結構加固工程。

3.1.2 置換混凝土加固法

置換混凝土加固法的優點與加大截面加固法相近，且加固后不影響建筑物的凈空，但同樣存在施工的濕作業量大、養護時間長的缺點；適用于受壓區混凝土強度偏低或有嚴重缺陷的梁、柱等混凝土承重構件的加固，還可用于混凝土承重結構受腐蝕、凍害、火災燒損以及地震、強風和人為破壞后的修復。其加固施工技術關鍵在于新舊混凝土結合面的處理效果能否達到可以采用協同工作假定的程度，這將直接影響到此法能否在承重結構中得到很好的應用。

3.1.3 外粘型鋼加固法

外粘型鋼加固法是指把型鋼、角鋼等包在構件的四周，通過共同作用，提高其承載力和剛度，達到加固的目的。目前，用型鋼結構加固混凝土構件，一般采用改性環氧樹脂膠粘劑(加固膠)進行灌注，使型鋼與原混凝土構件之間形成飽滿而高強的膠層，主要優點是適用面很廣、受力可靠、施工簡便、現場工作量較小，但用鋼量較大、費用較高，同時外露構件應進行防火處理；適用于使用上不允許顯著增大原構件截面尺寸，但又要求大幅度提高其承載能力的混凝土結構加固。

3.1.4 粘貼鋼板加固法

粘貼鋼板加固法是用膠粘劑將鋼板貼在構件外部的一種加固方法，通常膠粘劑是以環氧樹脂為基料，再加入適量的增韌劑、增塑劑、固化劑配制而成的結構膠，該方法膠粘劑硬化時間短，施工周期短；工藝簡單，對防火要求高的車間特別適用，粘結劑的強度比混凝土強度高，可以使加固結構與原構件形成一個統一的整體，在外力作用下，受力非常均勻，混凝土中不會產生應力集中，粘貼鋼板所占的空間小，幾乎不增加整體結構的斷面尺寸和重量，不影響房屋的使用凈空，且加固后對原結構外觀和原有空間無顯著影響，但加固效果在很大程度上取決于膠粘工藝與操作水平。

3.1.5 粘貼纖維復合材加固法

粘貼纖維復合材加固法是采用高強度的碳纖維(CFRP)、芳綸纖維(AFRP)、玻璃纖維(GFRP)等復合材料，按一定規則排列，用環氧樹脂粘結劑粘結固化后形成的具有纖維增強效應的復合材料。該復合材料是在貼片與原有鋼筋混凝土共同受力的基礎上，提高結構的整體抗彎、抗剪能力，使用該加固法的主要優點是輕質高強、施工簡便、可以轉折粘貼；但是粘結膠的耐老化性能不足，不能焊接，所處的環境溫度、濕度控制比較嚴，纖維復合材是工程結構加固中比較好的材料，適用于配筋不足的受彎、受拉構件加固，特別適用于簡支梁板與連續梁板的加固。對于使用年限較長的結構，使用該法進行加固時，需考慮相應的防腐措施。

在上述幾種復合材料中，碳纖維復合材料(CFRP)的性能最為優越，具有高強度、高彈性模量、耐腐蝕、耐疲勞和易加工等優點，一般情況下，常用的碳纖維復合材料的彈性模量比普通鋼筋稍高，但它的抗拉強度卻是普通鋼筋的10倍左右。

碳纖維復合材料中使用較多的為碳纖維布與碳纖維板。二者都屬于纖維材料，計算理論比較一致，兩者試驗力學性能比較相似，碳纖維布的強度比板低。它們主要的區別在于施工工藝如配套粘貼劑有所區別，碳板的材料成本及施工成本更高，所以碳板加固成本較高，碳纖維板膠粘劑用的是固體膠粘劑，而布用的是液態的膠粘劑，板面層無需刷面膠。

3.2 間接加固方法

間接加固法是根據結構的總體布局，通過加固來減小或改變構件內力的方法，主要包括外加預應力加固法、增設支點加固法等。

4 加固方案設計和選擇的原則

4.1 加固方案的設計

建筑物加固(改造)設計，包括被加固構件的承載力驗算、構造處理和繪制施工圖三大部分。在承載力計算中，最重要的是新加部分與原結構構件的協同工作問題。一般來說，新加部分的應力、應變滯后于原結構的應力、應變，因此加固(改造)結構的構造處理的關鍵是與原結構構件的連接問題，特殊情況下，應該采取有效地卸載措施，以達到理想的加固效果。

加固結構屬于組合結構，新舊兩部分存在著整體工作問題，而整體工作的關鍵在于結合面能否有效地傳遞剪力。混凝土加固結構結合面受剪承載力，可按下式計算[10]:

τ≤fv+0.56ρsvfy。

其中，τ為結合面剪應力設計值;fv為結合面混凝土抗剪強度設計值;ρsv為橫貫結合面的剪切—摩擦筋配筋率；fy為剪切—摩擦筋抗拉強度設計值。

4.2 加固方案選擇的原則

4.2.1 總體效應原則

在制定整個加固方案之前，應對工程結構的加固效果進行預分析、研究，避免出現局部構件加強而整體抗力下降的不利現象。當前可供選擇的加固方案很多，必須根據加固的主要目的和加固后結構的整體性能，同時結合各種加固方案自身的優缺點，受力特性，傳遞性能等進行考慮，發揮加固方案的最大效用。

4.2.2 結構抗震設防的原則[11]

最近幾年，地震頻繁發生，地震作用已經成為工程結構設計時的重要影響因素，進行地震區的結構構件加固設計時，除應考慮其承載力要求外，還應對其抗震性能進行驗算。由于各地抗震設防的等級以及結構的自振周期各不相同，進行加固工程加固設計時應結合本地區的抗震要求進行加固。

5 結語

1)結構加固的方法很多，包括砌體結構加固，鋼結構加固，混凝土結構加固等在內已經形成比較成熟的理論和工程實踐經驗，但還需繼續實踐總結；2)對結構進行加固設計時，應考慮結構所處的環境、加固后的使用效果以及加固的經濟性等，同時結合結構加固的設計和選用原則，使用一種甚至是幾種加固方法以達到最優效果。

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The application of the reinforced and reparable technologies in architectures

Yang Jinlong

(ManchuriaConstructionEngineeringQualityInspectionStation,Manchuria021400,China)

This paper mainly introduces the reinforced method of masonry structures, steel structures and concrete structures. The advantages and disadvantages and usage of various reinforced methods were briefly described. Meanwhile, the design theory and certain selected principles of reinforced scheme are summarized. Point out in order to achieve the optimal reinforced effect, can use a particular and even several reinforced methods.

safety performance， reinforced scheme， selected principles， reinforced effect

1009-6825(2015)01-0109-03

2014-10-24

楊金龍(1973- )，男，工程師

TU746.3

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