鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)分析

麻曄 孟凌娟 李耐風(fēng)

摘 要：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)在舊房改造與改擴(kuò)建工程中得到了重要應(yīng)用，結(jié)構(gòu)加固對(duì)于提高鋼筋混凝土強(qiáng)度，延長(zhǎng)其使用壽命具有重要作用。本文對(duì)目前行業(yè)內(nèi)常用的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，主要包括增大截面加固技術(shù)、置換混凝土加固技術(shù)、粘結(jié)外包鋼加固技術(shù)、碳纖維布加固技術(shù)、結(jié)構(gòu)灌縫技術(shù)、結(jié)構(gòu)植筋加固技術(shù)、體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)，探討與分析其優(yōu)缺點(diǎn)與適用范圍，并結(jié)合實(shí)際工程分析如何針對(duì)工程特點(diǎn)選擇可靠、先進(jìn)的加固方法，為設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土;結(jié)構(gòu)加固;技術(shù)分析

中圖分類號(hào)：TU375 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）01-0110-02

0 引言

隨著社會(huì)快速發(fā)展，舊房改造工程越來越多，不少工業(yè)與民用建筑由于技術(shù)更新或者抗震設(shè)防要求等原因，都需要對(duì)房屋主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固與修復(fù)。此類建筑往往使用多年，存在許多隱蔽問題，改造起來難度很大。因此，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的加固方法與技術(shù)應(yīng)引起結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的研究與重視。本文對(duì)加固技術(shù)的類別進(jìn)行全面分析，闡明各類加固方法的施工特點(diǎn)，以便在實(shí)際應(yīng)用中合理采用結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，為建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與安全性提供有力的技術(shù)支持，并滿足施工需求，確保鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)在建筑工程中取得較大成果與積極作用。

1 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)分析

1.1 增大截面加固技術(shù)

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)中，加固技術(shù)較為成熟，也是適用范圍較廣的結(jié)構(gòu)加固方法。增大截面加固技術(shù)主要是通過增大原結(jié)構(gòu)梁、板，柱等受力構(gòu)件的截面尺寸并增加配筋，提高其承載能力與抗震性能。其優(yōu)勢(shì)在于：該方面經(jīng)驗(yàn)豐富，施工操作較為簡(jiǎn)便。從目前改造項(xiàng)目的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)來看，有些特殊部位的受力構(gòu)件在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)承載力方面不滿足要求，或者處于偏弱的狀態(tài)。為了改變這一現(xiàn)況，提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度，對(duì)特殊截面進(jìn)行加固，并根據(jù)截面的特點(diǎn)采取外包裹混凝土的方式予以加固，這一方式優(yōu)點(diǎn)突出，能夠有效提高混凝土構(gòu)件外部的整體承載力，對(duì)于改善老舊房屋的結(jié)構(gòu)性能具有重要作用。從當(dāng)前鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工來看，截面加大加固技術(shù)應(yīng)用難度低，應(yīng)用效果較為理想，能夠滿足施工要求[1]。增大截面加固技術(shù)的缺點(diǎn)是施工周期較長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)計(jì)算分析不夠準(zhǔn)確。

1.2 置換混凝土加固技術(shù)

置換混凝土加固技術(shù)是一種重要的加固方式。所謂置換混凝土加固技術(shù)主要是指將待加工工作面中部分陳舊或有缺陷的混凝土予以剔除，將其置換成同品種高強(qiáng)度的混凝土原料，通過這一置換能夠?qū)⒉贿_(dá)標(biāo)的混凝土部位和已經(jīng)存在質(zhì)量問題的混凝土部位進(jìn)行有效的替換，提升混凝土結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度。這一加固技術(shù)在應(yīng)用過程中需要對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的類型和結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算，重點(diǎn)驗(yàn)算承載力不足的部位，通過置換混凝土并予以局部增強(qiáng)，使整個(gè)鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)性能得以改善。目前置換混凝土加固技術(shù)能夠恢復(fù)結(jié)構(gòu)的承載力，而且不影響原建筑的使用，整體施工成本較低，能夠基本滿足施工需要，對(duì)于提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的施工效率和施工質(zhì)量具有重要意義。置換混凝土加固技術(shù)的缺點(diǎn)在于：施工工期長(zhǎng)，粘結(jié)性較差[2]。按照當(dāng)前鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的施工實(shí)際，在置換混凝土加固技術(shù)應(yīng)用中，置換加固技術(shù)的選擇至關(guān)重要[2]。

1.3 粘接外包鋼加固技術(shù)

在鋼筋混凝土施工中，粘結(jié)外包鋼加工技術(shù)效果明顯，能夠滿足鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求，其特點(diǎn)主要在于，將型鋼或鋼板外包在需要進(jìn)行加固處理的鋼筋混凝土構(gòu)件的外部，通過對(duì)包括錨栓及灌注結(jié)構(gòu)粘鋼膠等在內(nèi)連接技術(shù)的合理應(yīng)用，構(gòu)成受力整體。按照這一方式，使鋼筋混凝土構(gòu)件所承受部分作用力能夠同步由外包鋼所承擔(dān)，形成一個(gè)復(fù)合截面，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度加強(qiáng)和承載力的提高具有重要作用。這一方式改變了傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)形式。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與粘結(jié)外包鋼能夠相互支持，并由外包鋼承擔(dān)主要荷載，在提高鋼筋混凝土整體強(qiáng)度方面具有重要作用。因此，我們應(yīng)當(dāng)對(duì)粘結(jié)外包鋼加固技術(shù)的優(yōu)勢(shì)及其具體應(yīng)用引起足夠的重視，將其作為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固的重要技術(shù)來看待，在實(shí)際實(shí)施中予以有效的應(yīng)用[3]。該加固技術(shù)缺點(diǎn)在于鋼材的耐久性較差，需進(jìn)行防火、防腐處理。

1.4 碳纖維布加固技術(shù)

碳纖維布加工技術(shù)主要是利用碳纖維布的強(qiáng)度高和彈性模量大的特點(diǎn)，將其包裹在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的外層，進(jìn)而提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度和延性。通過碳纖維布加工技術(shù)的應(yīng)用，改變了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)脆性大、承載力低和彈性模量小的問題，利用碳纖維布加固技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)現(xiàn)有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的全面包裹，并提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的延性和彈性模量。目前碳纖維布加工技術(shù)整體應(yīng)用成本相對(duì)較低，能夠與箍筋共同發(fā)揮作用，而且不增加原結(jié)構(gòu)構(gòu)件重量，不影響建筑的使用空間。因此，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固過程中，可靈活運(yùn)用碳纖維布加固技術(shù)。我們應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到的特點(diǎn)及其在應(yīng)用過程中取得的積極效果，在鋼筋混凝土加固過程中，根據(jù)實(shí)際需要合理選擇碳纖維布加工技術(shù)，確保鋼筋混凝土彈性模量得到提升[4]。該加固技術(shù)的缺點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)膠粘劑的耐久性與耐火性較差，且粘貼技術(shù)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)加固效果有差異。

1.5 結(jié)構(gòu)灌縫技術(shù)

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建成之后，經(jīng)過一段時(shí)間的使用難免會(huì)出現(xiàn)裂縫、孔洞以及結(jié)構(gòu)表面和結(jié)構(gòu)內(nèi)部的質(zhì)量缺陷，為了提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命，對(duì)于已經(jīng)出現(xiàn)的孔洞裂縫向其中灌注低黏度高抗拉強(qiáng)度的灌漿材料，能夠使整個(gè)孔洞和裂縫得到有效的填充，并且在強(qiáng)度方面滿足實(shí)際要求。這一方式對(duì)于解決鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問題具有重要作用，在結(jié)構(gòu)灌縫技術(shù)應(yīng)用中，需要進(jìn)行壓力灌漿并配置低粘度高抗拉強(qiáng)度的灌漿材料，在灌漿過程中需要將混凝土構(gòu)件的裂縫孔洞灌滿灌漿材料，達(dá)到擴(kuò)散膠凝固化的作用，提高凝結(jié)的整體質(zhì)量。通過結(jié)構(gòu)灌縫技術(shù)的應(yīng)用，鋼筋混凝土構(gòu)件加固要求使鋼筋混凝土構(gòu)整體強(qiáng)度和承載力方面得到提高，同時(shí)消除了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自身的質(zhì)量缺陷和存在的質(zhì)量問題，對(duì)于裂縫和孔洞進(jìn)行了有效的彌補(bǔ)，使整個(gè)鋼筋混凝土的強(qiáng)度系數(shù)更高。結(jié)構(gòu)灌縫技術(shù)的缺點(diǎn)在于：與瀝青混合料的親和性差，易出現(xiàn)瀝青混凝土缺陷[5]。

1.6 結(jié)構(gòu)植筋技術(shù)

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)中，除了上述加固技術(shù)之外，化學(xué)植筋法也是一種重要的加固方法。在實(shí)際應(yīng)用中化學(xué)植筋法主要是以混凝土為基礎(chǔ)材料，在混凝土構(gòu)件上按照結(jié)構(gòu)受力分析，確定鋼筋的數(shù)量、規(guī)格和位置，在結(jié)構(gòu)上經(jīng)過鉆孔清孔，注入高強(qiáng)化學(xué)膠粘劑，然后植入所需的鋼筋。這種方式主要是根據(jù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力需要植入鋼筋，使鋼筋與原混凝土粘接為一體，從而提高受力性能，在結(jié)構(gòu)加固中較為常見。在鋼筋的數(shù)量、鋼筋的位置和鋼筋的具體植入部位上能夠滿足混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際需要，使植入的鋼筋能夠在承載力和強(qiáng)度方面發(fā)揮重要作用?；谶@一特點(diǎn)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)利用結(jié)構(gòu)植筋技術(shù)能夠設(shè)置預(yù)埋鋼板，荷載可以通過預(yù)埋件傳遞給鋼筋，該方法在工業(yè)廠房加固中由于其靈活性與便利性而極具優(yōu)勢(shì)。整體結(jié)構(gòu)在鋼筋的布置方面更加合理，提高鋼筋的布置效果，從而滿足需要。因此，我們應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到結(jié)構(gòu)植筋技術(shù)的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)植筋技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，在實(shí)際應(yīng)用過程中積極利用化學(xué)植筋技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的有效加固[6]。該方法的缺點(diǎn)是新植入鋼筋由于需要在原構(gòu)件上鉆孔，從而使原受力構(gòu)件在強(qiáng)度上有所削弱。植筋膠的配比、清孔、注膠方法、植筋深度及拉拔試驗(yàn)等施工過程對(duì)植筋加固效果影響較大。

1.7 體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固中，體外預(yù)應(yīng)力加工技術(shù)得到了有效的應(yīng)用，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)主要是與體內(nèi)預(yù)應(yīng)力技術(shù)相對(duì)比產(chǎn)生的。在體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用過程中，預(yù)應(yīng)力直接布置在主體結(jié)構(gòu)以外，通過對(duì)主體結(jié)構(gòu)以外的預(yù)應(yīng)力鋼筋的布置，使整個(gè)預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)能夠?qū)Y(jié)構(gòu)外部的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)外部的承載力予以有效的提高，使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度得到提升。體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)對(duì)鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)不造成損傷，能夠保證鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)的整體性，在實(shí)際應(yīng)用過程當(dāng)中，只需要對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)外部布置預(yù)應(yīng)力即可實(shí)現(xiàn)。這種布置方式能夠滿足鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的加固要求，提高構(gòu)件的極限承載能力。在實(shí)際實(shí)施過程中，能夠解決實(shí)施當(dāng)中存在的強(qiáng)度與穩(wěn)定問題。因此，合理利用體外預(yù)應(yīng)力加工技術(shù)，對(duì)于提高鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度具有重要作用[7]。該方法的缺點(diǎn)是施工難度大，工藝繁復(fù)，造價(jià)高，且新增的預(yù)應(yīng)力桿件、綴板、錨固與緊固件都需要做可靠防腐措施。

2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的具體應(yīng)用

2.1 工程概況

某改建工程的熱源廠鍋爐房，總高度27.6米，框排架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用靜壓預(yù)應(yīng)力管樁，抗震設(shè)防類別為乙類。鍋爐房運(yùn)行后，由于熱負(fù)荷增大，需要增容，將其中2臺(tái)功率為58MW鍋爐改造為2臺(tái)116MW鍋爐，荷載增加近一倍，要求對(duì)原鍋爐房結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。該工程的難點(diǎn)在于需利用原鍋爐框架及基礎(chǔ)，在空間受限條件下對(duì)原框架梁、板、柱、基礎(chǔ)及樓板孔洞進(jìn)行加固，并且不能影響另外幾臺(tái)鍋爐的正常運(yùn)行。鍋爐房一樓有許多設(shè)備基礎(chǔ)，鍋爐梁下增設(shè)混凝土柱在空間上不滿足，故增設(shè)支點(diǎn)的加固方法不可行。為了提高結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度，并且最大程度上實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，滿足工藝要求，需要對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的加固技術(shù)有全面了解，在各方面條件制約的情況下靈活運(yùn)用加固技術(shù)。綜合以上情況，考慮到結(jié)構(gòu)安全性、造價(jià)以及施工難度等方面，綜合采用增大截面加固技術(shù)、外粘型鋼加固技術(shù)與結(jié)構(gòu)植筋技術(shù)。

2.2 加固技術(shù)方案

原鍋爐框架結(jié)構(gòu)采用增大截面法進(jìn)行加固，新截面尺寸與配筋應(yīng)滿足擴(kuò)容后鍋爐的荷載要求，新舊混凝土界面通過膠粘劑與鋼筋植筋可靠連接。對(duì)于增大截面有難度的局部受力位置，采用外粘型鋼加固技術(shù)或鋼筋混凝土梁下設(shè)置一道熱熱H型鋼梁，增加其安全冗余度。由于鍋爐本體加長(zhǎng)，在加長(zhǎng)位置下方設(shè)置鋼筋混凝土梁與柱，兩部分結(jié)構(gòu)采用化學(xué)植筋法連接。保證新增構(gòu)件與原結(jié)構(gòu)連接可靠，形成整體共同工作，并利用相關(guān)軟件建立模型，進(jìn)行抗震設(shè)防要求下的結(jié)構(gòu)計(jì)算分析。除對(duì)房屋上部結(jié)構(gòu)加固外，基礎(chǔ)的加固也是很重要的方面。基礎(chǔ)加固采用擴(kuò)大承臺(tái)，增加預(yù)應(yīng)力管樁的方法，保證鋼筋混凝土框架柱荷載有效傳遞給基礎(chǔ)。

3 結(jié)論

通過對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)各類加固技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)分析以及在設(shè)計(jì)工程中的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，靈活并合理運(yùn)用結(jié)構(gòu)加固技術(shù)對(duì)房屋的安全性能與施工的順利實(shí)施具有重要意義。我們應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到加固技術(shù)的重要性，了解加固技術(shù)的特點(diǎn)，對(duì)加固技術(shù)的種類進(jìn)行全面探討，為擴(kuò)建與改建工程提供有效的加固技術(shù)支持。與此同時(shí)，我們還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到加固設(shè)計(jì)中，概念設(shè)計(jì)很關(guān)鍵，應(yīng)把握加固技術(shù)的差異以及每一種加固技術(shù)的局限性，做到根據(jù)工程的實(shí)際情況與特點(diǎn)合理選擇加固技術(shù)，并保證加固技術(shù)在應(yīng)用過程中滿足施工要求和質(zhì)量要求，避免加固后結(jié)構(gòu)受力不合理。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)加固技術(shù)也在不斷更新與提高，掌握好結(jié)構(gòu)加固方法對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言十分必要。

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