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            試論鋼筋混凝土結構加固方法的研究與探討
            來源:近年來,我國鋼筋混凝土結構    點擊次數:1237    發布時間: 2016-06-22

            近年來,我國鋼筋混凝土結構加固技術發展迅速,從傳統的加大截面加固法、預應力加固法、外包鋼材加固法等,到新型的碳纖維加固法以及外貼纖維復合材料加固法,這些方法在我國已經長期大量使用,取得了很多成熟的經驗。然而,由于土木工程結構材料性能、結構形式、受力條件復雜多樣,因而,鋼筋混凝土結構加固技術中仍然有許多問題亟待解決。 
             鋼筋混凝土結構隨著服役時間的增長,日益受到氣候條件、環境侵蝕、物理作用、人為因素等外界因素的影響,結構性能發生退化,結構或構件出現損傷,甚至破壞。同時,新建結構由于設計失誤、施工管理不嚴、使用條件變更或使用環境惡化、自然災害和偶然事故等主客觀因素造成的病態結構也亟待加固、補強和改造。我國已有許多較為成熟的鋼筋混凝土結構加固技術,如加大截面加固法、預應力加固法、粘貼鋼材加固法、改變結構傳力途徑加固法、外貼碳纖維材料加固法等,以上各加固技術具有各自的特點以及優缺點,實際工程中可以根據具體需要,采用一種或幾種合適的加固方法對結構或構件進行加固、補強。
            1. 鋼筋混凝土結構加固的常用方法
            1.1 加大截面加固法。
            加大截面加固法又稱外包混凝土加固法,即采用鋼筋混凝土或鋼筋網砂漿層以增大混凝土結構或構件的截面面積,從而提高其承重力和滿足正常使用要求的一種加固方法。該加固方法的優點在于施工工藝簡單、適用面廣,可廣泛用于混凝土結構的梁、板、柱等構件和一般構筑物的加固。然而,采用該方法時,現場濕作業工作量大,養護期較長,因此對生產和生活有一定影響,此外,構件截面增大對結構外觀及房屋使用空間也有一定影響。同時,需要指出的是,由于該加固技術的核心問題在于通過后澆混凝土達到提高構件承載力的目的,而新、舊混凝土的結合面卻是加固結構受力時的薄弱環節,因此,必須采取必要的措施保證新、舊兩部分鋼筋混凝土共同受力,協同工作,如可以配置足夠的貫穿于交界面的剪切摩擦筋或錨固件將兩者有機地連接固定。
            1.2 預應力加固法。
            預應力加固法是指采用外加預應力拉桿或型鋼撐桿對構件或整體結構進行加固的方法,具有加固、卸載、改變結構內力分布的三重效果,其特點是通過預應力手段強迫后加部分拉桿或撐桿受力,改變原結構內力分布并降低原結構應力水平,致使一般加固結構中所特有的應力應變滯后現象得以完全消除,因此后加部分與原結構能較好地共同工作,結構的總體承載力可顯著提高。該加固方法施工簡便,且在基本不增加梁截面高度和不影響結構使用空間的條件下,可提高梁的抗彎、抗剪承載力和改善其在使用階段的性能。這些優點的形成,主要是由于預應力所產生的負彎矩抵消了部分荷載彎矩, 致使梁彎矩減小,裂縫寬度縮小甚至完全閉合,因此,在梁的加固以及較高應力應變狀態下的大型結構加固工程中,預應力加固法的運用日趨廣泛。
            1.3 粘貼鋼材加固法。
            外包鋼材加固法通過采用具有良好粘結性能的高強度建筑結構膠,將鋼板牢固地粘貼在混凝土表面,形成混凝土——膠——鋼板這樣一種復合受力體系,有效傳遞應力,使構件聯合工作,從而達到恢復或提高結構的強度、剛度以及承載能力的目的。該方法具有工期短、工藝簡單、施工方便、施工時對生產生活影響較小、加固后整體性好、受力均勻, 不會在混凝土中產生應力集中現象、粘貼鋼板所占的空間小、不影響房屋的使用空間、不改變構件的外形等優點。該方法將鋼板粘貼到混凝土構件表面, 相當于對被加固構件進行了體外配筋, 不僅提高了被加固構件的強度, 對裂縫的開展及撓度均有抑制作用。該加固技術主要適用于承受靜力作用的一般受彎、受拉大偏心受壓構件的加固。此外,由于膠的固化需要一定的時間,該方法難以滿足不停產的要求,且鋼板與混凝土的粘貼保證率較低(規范規定75%),不適用于長期承受振動荷載的情況。
            1.4 改變結構傳力途徑加固法。
            改變結構傳力途徑加固法主要是指通過適當地設置支座或支撐,減少結構或構件的計算跨度和變形,從而減少直接作用在被加固構件上的荷載效應,提高其承載力和抵抗變形的能力。該方法簡單可靠,適用于房屋凈空不受限制的結構(尤其是大跨結構)的加固。然而,該方法的缺陷也比較明顯,一方面,由于必需增設支座或者支撐對結構進行加固,因此其必然對結構的使用空間造成一定的影響;另一方面,其他的加固技術主要是通過改良構件或者材料本身的性能,達到提高承載力,滿足設計要求的目的,而該方法主要從受力角度入手,著重改變傳力途徑,分擔部分作用在構件上的外部荷載,并未對構件本身材質或形式進行補強,因此,對于某些已受損構件尤其是反復荷載作用下疲勞損傷的構件,該加固法具有一定的局限性。

            1.5 外貼碳纖維材料加固法。
            外貼碳纖維材料加固法是指用膠粘劑把碳纖維布粘貼在構件外部的一種加固方法。碳纖維加固法是近年來迅速發展起來的一種高科技含量的結構加固技術。碳纖維材料從形狀上來分,主要有片材包括布狀片材、棒材、板狀片材和網格狀材料。碳纖維材料具有許多優良的力學性能:(1)軸向抗拉強度高,其抗拉強度是普通鋼材的7至10倍;(2)抗疲勞性強,根據瑞士聯邦材料試驗廠對由碳纖維制成的纜索進行的疲勞試驗,當平均應力為550MPa時,200萬次循環荷載應力幅值可達900MPa,高出鋼材的3倍;(3)彈性模量高,高彈型纖維的彈性模量可達鋼材的2倍;(4)本構關系呈線性關系;(5)耐久性性好,可阻抗化學腐蝕、惡劣環境以及氣候變化的破壞。除了具有出色的力學性能外,碳纖維材料本身也具有不少優良的材料性能,材料本身密度小、質量輕,其密度不到普通鋼材的1/4,同時,使用碳纖維材料進行加固時,施工方便快捷、省力節時、施工質量易于得到保證。因此,碳纖維材料作為一種劃時代的補強材料,在建筑界受到了越來越多的重視和關注。

            2. 鋼筋混凝土結構加固的基本原則及問題
            2.1 鋼筋混凝土結構加固的基本原則。
            2.1.1 先鑒定后加固的原則。
            加固方案確定前,必須對已有結構進行檢測和可靠性鑒定分析,全面了解已有結構的材料性能、結構體系以及結構缺陷和損傷等基本信息,分析結構當前的受力現狀,為加固方案的確定奠定基礎,避免在加固工程中留下隱患甚至發生工程事故。
            2.1.2 結構體系總體效應原則。
            加固應針對危險構件進行,但同時要考慮加固后對整體結構體系的影響,如對梁的加固,有時會改變整個結構的受力特性,從而產生薄弱環節。因此,在制定加固方案時, 應從結構總體角度考慮,不能僅僅考慮局部效應。
            2.1.3 加固方案優化選擇原則。
            加固方案通常不是惟一的,方案選擇應根據優化的原則來確定。方案應技術可靠、經濟合理、方便施工,并充分考慮已有結構實際現狀和加固后結構的受力特點、保證加固后結構體系傳力途徑明確,結構安全可靠。
            除了以上列舉的三點原則外,混凝土加固中尚涉及到加固材料的確定、施工方案的實現形式、現有損傷構件的拆除等具體的問題,因此,最終加固方案的確定還需依據現場的實際情況確定。
            2.2 一些值得思考的問題。
            現今,鋼筋混凝土加固技術已取得了長足的發展,并且具備了不少成熟的經驗。然而,這其中仍然有不少值得思考的問題存在。首先是節點核心區加固問題,節點核心區的加固方法比較少,且各個學者的實驗結果并不統一,對于各類方法的加固效果也存在爭議。目前,梁柱的加固都取得了不錯的效果,這勢必造成一些建筑結構的薄弱點向節點核心區轉移,這也要求我們必需加快對節點核心區加固方法的研究。其次,由于混凝土材料是一種離散型很強的材料,結構加固前后材料性能的變化也是需要研究的一個問題,這為今后加固方案的優化選擇提供了依據。最后,如何充分保證加固材料與原結構或構件協同工作也是加固方案中需要考慮的一個問題,這決定了直接決定了加固效果的優劣。


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