土木工程施工中鋼筋混凝土柱加固技術分析

(中建國信工程建設有限公司，湖北 襄陽 441000)

0 引言

在結構柱中最為常見的就是鋼筋混凝土柱。在實際工程中常常因為設計不周、施工質量差、施工現場管理不善等原因，導致RC柱的人為缺陷。在使用過程中，RC柱會由于侵蝕性介質的腐蝕、鋼筋的銹蝕等出現耐久性問題，建筑物改變使用功能、荷載增加，民用建筑中房屋結構加層改造、工業廠房中的設備增設及公路、鐵路橋梁因為設計荷載的增加需要帶來承載力不足，加上原有抗震設計標準較低，抗震性能與現行抗震規范要求相差較大，地震、火災等偶然因素也會引起混凝土柱的抗震性能不良等諸多影響其安全和使用功能的問題非常普遍。同時，雖然我國建筑物的設計基準期為50年，但限于我國國情，建國初期建成的大量建筑物己逐漸接近或超過50年，其中的大部分仍不可能推倒重建。這就迫切需要采取切實有效的加固改造方法來大幅提高結構柱的承載力，同時又顯著改善其抗震性能。

隨著土木工程施工技術的發展和新材料的開發利用，鋼筋混凝土柱的加固方式也越來也多。常見的加固方法有增大截面加固法、外包鋼加固法、外粘FRP材料加固法、預應力加固法和復合加固法等多種方法，下面對幾種常用的加固方法作簡要介紹。

1 增大截面加固法

增大截面加固法作為一種傳統的加固方法，是通過增大構件或者建筑物的截面面積和配筋來提高其強度、剛度、穩定性以滿足構件正常使用要求的一種加固方法。增大截面法有四周包裹、單面加固和雙面加固等不同形式。四周包裹是在柱四周澆筑混凝土，在主要承受軸向力的結構應用較多，單面或雙面主要針對同時又承受較大彎矩的柱結構，在主受力面進行增大。特別在抗震設防地區，這可使原來的強梁弱柱變為有利于抗震的強柱弱梁結構。

增大截面法加固柱與普通混凝土構件在受力性能上有所不同，這是因為在增大截面加固時，一般無法進行完全卸載，被加固柱在加固前已經承受荷載，截面內已經產生了一定的應力和應變。新加部分在加固后并不能立即分攤原已施加于被加固柱上的荷載，而只能是在新增荷載作用下才開始與被加固柱共同工作，承擔荷載。這樣加固后新加部分的應變始終滯后于原柱。當被加固柱達到極限狀態時，新增加鋼筋和混凝土性能無法得到充分發揮，直接帶來后加固材料的利用率不高等問題，加固之前混凝土柱的應力水平越高，加固效果就越差。

2 外包鋼加固法

外包鋼加固混凝土柱，就是在柱的四角包以型鋼的加固方法。其優點是施工簡便，現場工作量較小，受力較為可靠。按照施工工藝的不同，外包鋼加固法可分為濕式和干式外包鋼兩種。其中干式外包鋼加固就是把型鋼直接外包于原構件，或雖然填塞有水泥砂漿，但不能保證結合面有效地傳遞剪力。濕式外包鋼加固法，是在外包型鋼和原構件之間留有一定的間隙，并在其間填灌乳膠水泥漿或細石混凝土，使二者粘結成整體，協同工作，工程中一般多采用濕式加固方法。

外包鋼加固構件的截面尺寸一般擴大不多，但其承載力提高幅度較大，且由于橫向外包鋼的約束作用，構件的延性也有較大提高。該加固方法適用于原構件截面尺寸不允許有較大增長，卻又要求大幅度地提高截面承載能力的混凝土結構加固。

3 外粘FRP材料加固法

粘貼FRP(Fiber Reinforced Plastic)材料加固法是20世紀80、90年代在國外興起的一種新型加固技術，它利用樹脂類膠結材料將碳纖維織物粘貼于混凝土表面來達到對結構補強加固及改善結構受力性能的目的。現階段在土木工程中研究和應用較廣的主要有碳纖維增強聚合物(CFRP)、玻璃纖維增強聚合物(GFRP)、芳綸纖維增強聚合物(AFRP)和玄武巖纖維增強聚合物(BFRP)等。

將FRP材料水平包裹或纏繞于混凝土構件的外圍，當構件承受豎向荷載時而發生橫向變形時，FRP可為混凝土被動提供約束力，從而提高核心混凝土的極限抗壓強度和極限應變，從而改善混凝土柱的受力性能。FRP加固能有效改變混凝土柱的破壞模式，避免發生延性較差的剪切破壞，顯著改善混凝土變形能力，同時這與其他傳統加固方法相比，外粘纖維增強塑料加固法雖然具有耐腐蝕、量輕(幾乎不增加結構自重)、強度高、維護費用較低等優點，適用于各種受力性質的混凝土結構構件和一般構筑物，但其加固后結構延性較差，變形能力不足；另外，由于粘貼纖維材料底部樹脂為環氧類結構膠，對溫度要求較高，易老化，需要專門的防火處理等問題存在。同時，由于單一FRP無法滿足結構加固的需要，近年來國內外對混雜纖維復合加固也進行了研究與應用。為了提高FRP材料的利用率，對FRP材料在加固前施加一定的預應力也逐漸成為研究的一個熱點。

4 預應力加固法

采用預應力加固法的主要思想就是施加一部分預先設想的力或變形，來減小或抵消不希望出現的力和變形，預應力法加固按加固對象的不同，分為預應力拉桿加固和預應力撐桿加固。預應力拉桿加固法適用于大偏心受壓構件的加固，鋼拉桿布置在受壓構件的受拉側，施加預應力后，能降低構件的內力，提高構件的承載力。軸心受壓柱應在加固柱兩側設置壓桿肢；對于小偏心受壓柱，壓桿肢設置在壓力較大側。此法主要適用于要求提高承載力、剛度和抗裂性及加固后占空間小的混凝土承重結構，尤其是高應力狀態下的大跨結構，如鋼筋嚴重銹蝕柱等。但這種方法的缺點是在施工時需要有專門的預應力設備，施工工序較為復雜。

由于橋梁結構自重較大，且跨度一般較大，預應力加固方法因其內在的優勢致使其在橋梁加固工程中應用較多，關于預應力加固方法的相關研究國內外也開展較多。

5 結語

鋼筋混凝土柱的加固方式隨著施工工藝和新材料的開發不斷發展，通過對常用鋼筋混凝土柱加固方法的分析發現，增大截面加固法工藝簡單，施工方便，應用較為普遍。但是，用于加固鋼筋混凝土橋墩柱時會由于加固柱剛度的增加導致柱子分擔的荷載增大，需要進行優化分析；外包鋼加固法施工簡便，受力較為可靠，但是外包型鋼利用率不高；粘貼FRP加固法能改變混凝土的受力狀態，提高其承載力和變形能力，但是加固柱的延性提高程度不顯著；預應力加固法受力機理明確，但是施工工序較為復雜。各種加固方式都有相應的優缺點，實際工程應用中應結合具體情況采用合適的加固方式。