淺析結構加固技術在改造工程中的運用

李志剛

（哈爾濱工業大學建筑設計研究院，黑龍江 哈爾濱150000）

建國初期，由于國內工業基礎薄弱，國家集中建設了大量工業建筑，由于當時建筑材料、設計水平、施工能力、功能局限等因素限制，很多廠房在后期工藝改造中多數已經翻新或重建，在工藝改造過程中，國內的加固技術也開始萌芽發展。20 世紀90 年代，隨著改革開放的深入，我國迎來了建筑物的高速發展期，各種建筑風格和建筑功能的建筑應運而生，從以砌體結構為主逐步向以鋼筋混凝土結構為主轉變，同時大力發展鋼結構房屋建筑，工程建設取得了令世界矚目的成績，但由于自然災害、工程設計、施工質量、施工管理、功能改造等原因，導致部分建成建筑物需要進行加固處理，在這個時期，結構加固技術伴隨著加固材料的發展而得到快速發展。

1 結構加固技術的基本原理

1.1 結構加固的受力特點

加固構件受力與原結構構件受力不同，多數加固方法屬于二次受力，由胡克定律可知，只有當后增加的結構構件發生被壓縮或拉伸變形時，新增加的材料產生應力后方與原結構構件共同工作，因此，被加固構件在后續加載受力過程中，新加部分材料的應力始終滯后于原結構構件的累計應力，當原構件達到應力極限時，新增部分的材料應力還比較低，易發生逐一破壞，因此加固設計不能完全等同于新建設計，應考慮其特殊性，采取適當卸荷等措施，使新增材料部分與原結構材料共同受力，以此來保證結構安全。

1.2 新增部分與原有構件共同工作措施

新老結構的結合面處理好壞是加固工程成敗的關鍵因素之一。結合面主要承擔剪力和拉力，因此，結合面能否承擔并傳遞這部分應力是加固效果的關鍵所在。

以增大截面法為例，影響新老結合面應力傳遞的主要因素有混凝土強度、結合面的粗糙度、界面劑的使用、以及抗剪摩擦筋的設置。（1）混凝土強度影響。根據國內外研究成果，當原有構件混凝土強度較高時，新增混凝土采用高標號混凝土可以提高結合面的粘結性能，一般提高1～2 個標號，當混凝土強度提高幅度較大時，結合面粘結性能提高并不明顯。（2）結合面粗糙度影響。根據國內外研究人員對結合面的粗糙程度研究結果可知，結合面的處理方式對粘結強度影響非常大，當結合面粗糙度大時，新老結合面能夠獲得較好的粘結效果，但當繼續增加構件粗糙度，對提高粘結性能影響不大。（3）界面劑的影響。界面劑的主要作用是通過粘結劑增加范德華力，從而提高界面結合效果。根據國內實驗結果可知，環氧類對新老結合面的粘結力提高明顯，水泥基類效果一般，整體來看，界面劑的使用對新老結合面均有所提高。（4）抗剪摩擦筋的設置。設置抗剪摩擦筋可有效提高結構延性和抗剪能力，有效傳遞結合面應力，保證結構新老構件共同受力。

2 結構加固的原因和目的

結構加固的原因主要有以下幾個方面：（1）設計、施工缺陷；（2）建筑改造；（3）自然災害、火災等；（4）結構耐久性降低；（5）保護建筑移位。

其中建筑改造與結構缺陷處理是既有建筑改造中最常遇到的問題，既有建筑改造主要包括，增層改造、改擴建工程、加固托換工程、移位工程、糾傾工程、結構裂損加固處理等。

結構加固的目的主要是增強結構構件的強度、剛度和穩定性，保證結構改造及裂損處理的安全性，延長結構的使用期限，保證結構能夠可靠工作。

3 結構加固的基本原則

為保證結構加固安全可靠、經濟合理、保質保量，須遵守如下基本原則：（1）結構加固前需進行結構可靠性鑒定。根據可靠性報告確定結構損傷情況、結構材料強度、加固設計、使用年限，明確加固范圍及加固內容。（2）盡量保留原有構件，避免或減少拆除。（3）制定合理有效的加固方案，縮短加固周期，減少因加固對生產工作的影響。（4）結構加固應秉持先治理后加固的原則，應先消除導致結構缺陷的因素，后加固處理。（5）在地震工況下，應避免因加固后結構局部剛度增加而產生的薄弱層轉移，形成新的薄弱層和薄弱部位，影響抗震安全。（6）新老構件應保證連接可靠，結合面粘結良好，保證共同工作，協調受力。（7）加固卸載時，必須采取有效支撐措施，避免結構傾斜、開裂、坍塌，應做好相應預案。

4 結構加固方法的選擇

目前國內常用的加固方法有增大截面法、外粘型鋼加固法、粘貼鋼板法、粘貼纖維復合材料法、增設支點加固法、預應力加固法、置換混凝土法等等，每種方法都有著其自身的適用性，加固方法的選擇對整個加固工程來說至關重要。應該注意的是，靜力加固主要是提高結構構件的承載能力，需要重點考慮二次受力的影響；抗震加固主要是提高結構體系的延性和整體性，加固重點在于體系加固，一般可不考慮二次受力。

增大截面法是通過增大原構件截面面積，增加縱筋和箍筋，提高構件承載力、剛度和穩定性，被廣泛用于梁、板、柱、墻的加固中，尤其對于改善結構軸壓比效果明顯，施工簡單，適應性強，當原構件混凝土強度低于C10 時，不在計入原混凝土強度，缺點是工期長，自重增加較大，結構剛度增加較多，影響室內凈空和美觀。

外粘型鋼法是對鋼筋混凝土梁、柱外包型鋼、扁鋼并焊成鋼構架，后灌結構膠與原構件形成整體，并達到共同受力的效果，主要用于梁、柱、桁架等構件的加固處理，受力可靠，對空間影響小，缺點是耗鋼量大，需要進行防火防腐處理。

粘貼鋼板法是用結構膠將薄鋼板粘貼于原結構表面，形成一體共同受力。主要用于梁、板加固，施工速度快、自重輕，不影響凈空，使用環境溫度不超過60℃，原構件混凝土強度不低于C15，缺點是需要進行防火防腐處理。

粘貼纖維復合材法是將纖維布粘貼于原構件上，與原構件形成一體，共同受力，該方法對混凝土基材強度有所要求，基材強度不應低于C15，主要適用于受彎、受剪、受拉等構件的加固，對空間影響小，施工速度快，缺點是有機膠的耐久性和耐火性問題，需要進行防火防腐處理。

增設支點法是通過設置支撐，減小結構構件計算跨度，降低內力，從而提高構件承載力，該方法受力清晰，構造簡單，缺點是對建筑空間影響較大，適用于對空間不敏感的建筑。

外加預應力法是通過對鋼絞線、鋼拉桿、型鋼施加外力，使外加鋼材直接參與工作，消除應力滯后，達到與原構件共同工作的目的，適用于改善結構構件剛度，減小變形、提高梁、板、柱承載力的加固，不影響凈空，使用環境溫度不超過60℃，缺點是施工工藝復雜，需要進行防火防腐處理。

置換混凝土加固法是將強度低的混凝土或者孔洞、疏松較為嚴重的位置采用高標高混凝土替換的一種加固方法，適用于局部強度低或缺陷嚴重的混凝土構件，缺點是新舊混凝土粘結較差，剔鑿損傷鋼筋，應做好支頂措施。

以上加固方法僅為部分加固方法，還有很多加固方法，如繞絲加固法、鋼絞線網片- 聚合物砂漿加固法、結構體系加固法、增設拉結體系加固法等等。

5 卸載對結構加固技術的影響

從結構加固的受力原理可知，新增部分主要是二次受力，這就影響到新增部分的承載力貢獻，甚至存在發生逐個擊破的風險，影響結構加固的安全性，因此，在加固施工之前，有效的卸載便成了加固效果好壞的關鍵因素之一。卸載加固的結構構件的承載力計算，雖然仍然是二次受力，但當將原結構恒荷和活荷通過反向作用抵消時，結構可以按一次受力進行計算。

卸載方式主要分為兩種，直接卸載和間接卸載。直接卸載主要是通過減輕結構上的活荷，僅在結構自重的情況下進行加固施工；間接卸載是通過外部施加預應力反力，抵消或大幅降低結構構件上的全部荷載（包含自重），加固完成后新老構件工作受力，這種加固效果非常明顯，但施工工藝相對復雜。

加固前卸載可以有效保證和提高結構加固的效果，保證新老構件的共同受力，避免發生新老構件因為應力差異而發生的逐一擊破的現象。

6 結論

結構加固技術在改造工程中的應用對于建筑行業和社會以及國家來說，都是十分有利的，因此，對于其相關現狀中要有一定的關注，對于其發展中存在的問題，要采取相對應的措施，好好解決，從而推動我國建筑行業的發展。