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试论钢筋混凝土结构加固方法的研究与探讨

来源:加固改造网 日期:2013年7月20日 14:18

论文摘 要】近年来,我国钢筋混凝土结构加固技术发展迅速,从传统的加大截面加固法、预应力加固法、外包钢材加固法等,到新型的碳纤维加固法以及外贴纤维复合材料加固法,这些方法在我国已经长期大量使用,取得了很多成熟的经验。然而,由于土木工程结构材料性能、结构形式、受力条件复杂多样,因而,钢筋混凝土结构加固技术中仍然有许多问题亟待解决。
  
  钢筋混凝土结构随着服役时间的增长,日益受到气候条件、环境侵蚀、物理作用、人为因素等外界因素的影响,结构性能发生退化,结构或构件出现损伤,甚至破坏。同时,新建结构由于设计失误、施工管理不严、使用条件变更或使用环境恶化、自然灾害和偶然事故等主客观因素造成的病态结构也亟待加固、补强和改造。我国已有许多较为成熟的钢筋混凝土结构加固技术,如加大截面加固法、预应力加固法、粘贴钢材加固法、改变结构传力途径加固法、外贴碳纤维材料加固法等,以上各加固技术具有各自的特点以及优缺点,实际工程中可以根据具体需要,采用一种或几种合适的加固方法对结构或构件进行加固、补强。
  1. 钢筋混凝土结构加固的常用方法
  1.1 加大截面加固法。
  加大截面加固法又称外包混凝土加固法,即采用钢筋混凝土或钢筋网砂浆层以增大混凝土结构或构件的截面面积,从而提高其承重力和满足正常使用要求的一种加固方法。该加固方法的优点在于施工工艺简单、适用面广,可广泛用于混凝土结构的梁、板、柱等构件和一般构筑物的加固。然而,采用该方法时,现场湿作业工作量大,养护期较长,因此对生产和生活有一定影响,此外,构件截面增大对结构外观及房屋使用空间也有一定影响。同时,需要指出的是,由于该加固技术的核心问题在于通过后浇混凝土达到提高构件承载力的目的,而新、旧混凝土的结合面却是加固结构受力时的薄弱环节,因此,必须采取必要的措施保证新、旧两部分钢筋混凝土共同受力,协同工作,如可以配置足够的贯穿于交界面的剪切摩擦筋或锚固件将两者有机地连接固定。
  1.2 预应力加固法。
  预应力加固法是指采用外加预应力拉杆或型钢撑杆对构件或整体结构进行加固的方法,具有加固、卸载、改变结构内力分布的三重效果,其特点是通过预应力手段强迫后加部分拉杆或撑杆受力,改变原结构内力分布并降低原结构应力水平,致使一般加固结构中所特有的应力应变滞后现象得以完全消除,因此后加部分与原结构能较好地共同工作,结构的总体承载力可显著提高。该加固方法施工简便,且在基本不增加梁截面高度和不影响结构使用空间的条件下,可提高梁的抗弯、抗剪承载力和改善其在使用阶段的性能。这些优点的形成,主要是由于预应力所产生的负弯矩抵消了部分荷载弯矩, 致使梁弯矩减小,裂缝宽度缩小甚至完全闭合,因此,在梁的加固以及较高应力应变状态下的大型结构加固工程中,预应力加固法的运用日趋广泛。
  1.3 粘贴钢材加固法。
  外包钢材加固法通过采用具有良好粘结性能的高强度建筑结构胶,将钢板牢固地粘贴在混凝土表面,形成混凝土——胶——钢板这样一种复合受力体系,有效传递应力,使构件联合工作,从而达到恢复或提高结构的强度、刚度以及承载能力的目的。该方法具有工期短、工艺简单、施工方便、施工时对生产生活影响较小、加固后整体性好、受力均匀, 不会在混凝土中产生应力集中现象、粘贴钢板所占的空间小、不影响房屋的使用空间、不改变构件的外形等优点。该方法将钢板粘贴到混凝土构件表面, 相当于对被加固构件进行了体外配筋, 不仅提高了被加固构件的强度, 对裂缝的开展及挠度均有抑制作用。该加固技术主要适用于承受静力作用的一般受弯、受拉大偏心受压构件的加固。此外,由于胶的固化需要一定的时间,该方法难以满足不停产的要求,且钢板与混凝土的粘贴保证率较低(规范规定75%),不适用于长期承受振动荷载的情况。
  1.4 改变结构传力途径加固法。
  改变结构传力途径加固法主要是指通过适当地设置支座或支撑,减少结构或构件的计算跨度和变形,从而减少直接作用在被加固构件上的荷载效应,提高其承载力和抵抗变形的能力。该方法简单可靠,适用于房屋净空不受限制的结构(尤其是大跨结构)的加固。然而,该方法的缺陷也比较明显,一方面,由于必需增设支座或者支撑对结构进行加固,因此其必然对结构的使用空间造成一定的影响;另一方面,其他的加固技术主要是通过改良构件或者材料本身的性能,达到提高承载力,满足设计要求的目的,而该方法主要从受力角度入手,着重改变传力途径,分担部分作用在构件上的外部荷载,并未对构件本身材质或形式进行补强,因此,对于某些已受损构件尤其是反复荷载作用下疲劳损伤的构件,该加固法具有一定的局限性。

  1.5 外贴碳纤维材料加固法。
  外贴碳纤维材料加固法是指用胶粘剂把碳纤维布粘贴在构件外部的一种加固方法。碳纤维加固法是近年来迅速发展起来的一种高科技含量的结构加固技术。碳纤维材料从形状上来分,主要有片材包括布状片材、棒材、板状片材和网格状材料。碳纤维材料具有许多优良的力学性能:(1)轴向抗拉强度高,其抗拉强度是普通钢材的7至10倍;(2)抗疲劳性强,根据瑞士联邦材料试验厂对由碳纤维制成的缆索进行的疲劳试验,当平均应力为550MPa时,200万次循环荷载应力幅值可达900MPa,高出钢材的3倍;(3)弹性模量高,高弹型纤维的弹性模量可达钢材的2倍;(4)本构关系呈线性关系;(5)耐久性性好,可阻抗化学腐蚀、恶劣环境以及气候变化的破坏。除了具有出色的力学性能外,碳纤维材料本身也具有不少优良的材料性能,材料本身密度小、质量轻,其密度不到普通钢材的1/4,同时,使用碳纤维材料进行加固时,施工方便快捷、省力节时、施工质量易于得到保证。因此,碳纤维材料作为一种划时代的补强材料,在建筑界受到了越来越多的重视和关注。

  2. 钢筋混凝土结构加固的基本原则及问题
  2.1 钢筋混凝土结构加固的基本原则。
  2.1.1 先鉴定后加固的原则。
  加固方案确定前,必须对已有结构进行检测和可靠性鉴定分析,全面了解已有结构的材料性能、结构体系以及结构缺陷和损伤等基本信息,分析结构当前的受力现状,为加固方案的确定奠定基础,避免在加固工程中留下隐患甚至发生工程事故。
  2.1.2 结构体系总体效应原则。
  加固应针对危险构件进行,但同时要考虑加固后对整体结构体系的影响,如对梁的加固,有时会改变整个结构的受力特性,从而产生薄弱环节。因此,在制定加固方案时, 应从结构总体角度考虑,不能仅仅考虑局部效应。
  2.1.3 加固方案优化选择原则。
  加固方案通常不是惟一的,方案选择应根据优化的原则来确定。方案应技术可靠、经济合理、方便施工,并充分考虑已有结构实际现状和加固后结构的受力特点、保证加固后结构体系传力途径明确,结构安全可靠。
  除了以上列举的三点原则外,混凝土加固中尚涉及到加固材料的确定、施工方案的实现形式、现有损伤构件的拆除等具体的问题,因此,最终加固方案的确定还需依据现场的实际情况确定。
  2.2 一些值得思考的问题。
  现今,钢筋混凝土加固技术已取得了长足的发展,并且具备了不少成熟的经验。然而,这其中仍然有不少值得思考的问题存在。首先是节点核心区加固问题,节点核心区的加固方法比较少,且各个学者的实验结果并不统一,对于各类方法的加固效果也存在争议。目前,梁柱的加固都取得了不错的效果,这势必造成一些建筑结构的薄弱点向节点核心区转移,这也要求我们必需加快对节点核心区加固方法的研究。其次,由于混凝土材料是一种离散型很强的材料,结构加固前后材料性能的变化也是需要研究的一个问题,这为今后加固方案的优化选择提供了依据。最后,如何充分保证加固材料与原结构或构件协同工作也是加固方案中需要考虑的一个问题,这决定了直接决定了加固效果的优劣。
  
  参考文献
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所属类别: 技术科研

该资讯的关键词为:加固方法,研究,讨论