楊 金 龍

(滿洲里市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，內(nèi)蒙古 滿洲里 021400)

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建筑物加固修復(fù)技術(shù)的運用

楊 金 龍

(滿洲里市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，內(nèi)蒙古 滿洲里 021400)

主要介紹了砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的加固方法，對各種加固方法的優(yōu)缺點及使用情況進(jìn)行了簡述，同時總結(jié)了加固方案的設(shè)計理論和某些選用原則，指出為達(dá)到最優(yōu)的加固效果，可以使用某一種甚至是幾種加固方法。

安全性能，加固方案，選用原則，加固效果

0 引言

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，各種建筑結(jié)構(gòu)雨后春筍般迅速出現(xiàn)，與此同時，已建成的建筑結(jié)構(gòu)常由于設(shè)計或者施工中的某些原因出現(xiàn)損傷、缺陷或其他不安全因素，造成結(jié)構(gòu)的承載力不足、結(jié)構(gòu)開裂等，使其往往不能滿足結(jié)構(gòu)安全性、適用性、穩(wěn)定性、耐久性的要求，因此，為恢復(fù)改善其原有功能或特殊功能，結(jié)構(gòu)的加固修復(fù)成為必然，與新建結(jié)構(gòu)相比，建筑結(jié)構(gòu)加固具有工期短、收益大等優(yōu)點，權(quán)威機構(gòu)表明，建筑結(jié)構(gòu)加固將成為未來幾十年重點研究的方向之一，因此，建筑物的維修、加固、改造、新建技術(shù)的開發(fā)和研究是今后結(jié)構(gòu)工程人員的最大課題。而根據(jù)加固結(jié)構(gòu)的不同，我們可以將其分成鋼結(jié)構(gòu)加固和混凝土加固。在此，我們在相關(guān)加固技術(shù)理論的基礎(chǔ)上，介紹了國內(nèi)幾種常用的加固修復(fù)技術(shù)方法，并對主要的技術(shù)特點、適用范圍等進(jìn)行了詳細(xì)論述，并對其中原則進(jìn)行深究，從而在建筑工程中找到最合適的方法。

1 砌體結(jié)構(gòu)的加固方法

1.1 砌體結(jié)構(gòu)的直接加固方法

在建筑工程加固技術(shù)中，砌體結(jié)構(gòu)的直接加固方法主要有三種：鋼筋混凝土外加層加固法、鋼筋水泥砂漿外加層加固法和增設(shè)扶壁柱加固法，這三種方法有其各自不同的優(yōu)點和缺點，因此在工程加固施工過程中，我們要根據(jù)現(xiàn)場工程施工的要求和個人的需要，來對其進(jìn)行選擇。

1.2 砌體結(jié)構(gòu)的間接加固方法

一直以來，在建筑工程施工過程中，常見的砌體結(jié)構(gòu)間接加固方法主要有以下兩種：無粘結(jié)外包型鋼加固方法和預(yù)應(yīng)力撐桿加固方法，上述兩種方法對建筑工程的加固有著很明顯的效果，但是在利用這兩種方法之前，必須考慮到這兩種方法所處的施工環(huán)境，它們受到環(huán)境不同程度的影響，因此在進(jìn)行加固時，應(yīng)該合理的選用加固方法。

2 鋼結(jié)構(gòu)的加固方法

鋼結(jié)構(gòu)加固的主要方法有：減輕所加荷載、改變結(jié)構(gòu)計算圖形、加大原構(gòu)件截面和連接強度、阻止裂紋擴展等，當(dāng)上述方法使用比較通暢和熟練時，也可采用其他的加固方法。

2.1 加大原構(gòu)件截面

采用加大截面加固鋼構(gòu)件時，所選截面形式應(yīng)有利于加固技術(shù)要求并考慮已有缺陷和損傷的狀況。加固的構(gòu)件受力分析的計算簡圖，應(yīng)反映結(jié)構(gòu)的實際條件，考慮損傷及加固引起的不利變形，加固期間及前后作用在結(jié)構(gòu)上的荷載及其不利組合。對于超靜定結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮截面增大而引起的體系內(nèi)力重分布的可能，必要時可分階段進(jìn)行受力分析。與此同時，應(yīng)結(jié)合《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》，對加固后的結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行總體撓度、抗彎強度、焊接殘余撓度等的控制，更應(yīng)該對平面內(nèi)和平面外穩(wěn)定性進(jìn)行詳細(xì)考察研究。

2.2 連接的加固與加固件的連接

鋼結(jié)構(gòu)加固連接方法主要包括：焊接、鉚釘、普通螺栓和高強度螺栓等方法，鋼結(jié)構(gòu)加固一般采用焊縫連接、摩擦型高強度螺栓連接，特殊情況時也可采用焊縫和摩擦型高強度螺栓的混合連接。當(dāng)采用焊縫連接時，所采用的連接材料必須經(jīng)過相關(guān)的評定認(rèn)可。在同一受力部位連接的加固中，不宜采用剛度相差較大的，如焊接與鉚釘或普通螺栓共同受力的混合連接方法，但僅考慮其中剛度較大的連接(如焊縫)承受全部作用力時除外。

3 混凝土結(jié)構(gòu)加固方法

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是目前最常見的結(jié)構(gòu)形式之一，由于房屋的設(shè)計不當(dāng)、使用維修不當(dāng)、建造質(zhì)量以及地震等原因，許多結(jié)構(gòu)物具有很大的安全隱患，此時，需要對原結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固方案主要根據(jù)房屋的實際情況，分別采用提高框架抗震能力、增強框架變形能力或改變結(jié)構(gòu)體系而不加固框架的方案，同時在結(jié)構(gòu)加固后應(yīng)避免形成短柱、短梁或強梁弱柱。通過更多的方案比較和理論分析，混凝土結(jié)構(gòu)的加固分為直接加固和間接加固兩類。

3.1 直接加固方法

直接加固法是直接針對結(jié)構(gòu)構(gòu)件或節(jié)點承載力提高的加固，方法很多，主要有增大截面法、置換混凝土法、外包型鋼法、外粘鋼板法、外貼纖維復(fù)合材料加固法、繞絲加固法等。

3.1.1 增大截面加固法

增大截面加固法是指在原結(jié)構(gòu)構(gòu)件上澆層新的混凝土并補加相應(yīng)的鋼筋，用以提高構(gòu)件的整體承載力，是一種較為常見的加固方法。該法施工工藝簡單、適應(yīng)性強，并具有成熟的設(shè)計和施工經(jīng)驗、受力可靠、加固費用低廉；因此，該方法加固效果顯著，可廣泛應(yīng)用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)板、梁、柱的加固，亦可用于修補開裂截面，但現(xiàn)場施工的濕作業(yè)工作量大、養(yǎng)護(hù)時間長，其工程量主要集中在一般結(jié)構(gòu)的梁、板、柱上，比較適合于中小城市的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固工程。

3.1.2 置換混凝土加固法

置換混凝土加固法的優(yōu)點與加大截面加固法相近，且加固后不影響建筑物的凈空，但同樣存在施工的濕作業(yè)量大、養(yǎng)護(hù)時間長的缺點；適用于受壓區(qū)混凝土強度偏低或有嚴(yán)重缺陷的梁、柱等混凝土承重構(gòu)件的加固，還可用于混凝土承重結(jié)構(gòu)受腐蝕、凍害、火災(zāi)燒損以及地震、強風(fēng)和人為破壞后的修復(fù)。其加固施工技術(shù)關(guān)鍵在于新舊混凝土結(jié)合面的處理效果能否達(dá)到可以采用協(xié)同工作假定的程度，這將直接影響到此法能否在承重結(jié)構(gòu)中得到很好的應(yīng)用。

3.1.3 外粘型鋼加固法

外粘型鋼加固法是指把型鋼、角鋼等包在構(gòu)件的四周，通過共同作用，提高其承載力和剛度，達(dá)到加固的目的。目前，用型鋼結(jié)構(gòu)加固混凝土構(gòu)件，一般采用改性環(huán)氧樹脂膠粘劑(加固膠)進(jìn)行灌注，使型鋼與原混凝土構(gòu)件之間形成飽滿而高強的膠層，主要優(yōu)點是適用面很廣、受力可靠、施工簡便、現(xiàn)場工作量較小，但用鋼量較大、費用較高，同時外露構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行防火處理；適用于使用上不允許顯著增大原構(gòu)件截面尺寸，但又要求大幅度提高其承載能力的混凝土結(jié)構(gòu)加固。

3.1.4 粘貼鋼板加固法

粘貼鋼板加固法是用膠粘劑將鋼板貼在構(gòu)件外部的一種加固方法，通常膠粘劑是以環(huán)氧樹脂為基料，再加入適量的增韌劑、增塑劑、固化劑配制而成的結(jié)構(gòu)膠，該方法膠粘劑硬化時間短，施工周期短；工藝簡單，對防火要求高的車間特別適用，粘結(jié)劑的強度比混凝土強度高，可以使加固結(jié)構(gòu)與原構(gòu)件形成一個統(tǒng)一的整體，在外力作用下，受力非常均勻，混凝土中不會產(chǎn)生應(yīng)力集中，粘貼鋼板所占的空間小，幾乎不增加整體結(jié)構(gòu)的斷面尺寸和重量，不影響房屋的使用凈空，且加固后對原結(jié)構(gòu)外觀和原有空間無顯著影響，但加固效果在很大程度上取決于膠粘工藝與操作水平。

3.1.5 粘貼纖維復(fù)合材加固法

粘貼纖維復(fù)合材加固法是采用高強度的碳纖維(CFRP)、芳綸纖維(AFRP)、玻璃纖維(GFRP)等復(fù)合材料，按一定規(guī)則排列，用環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑粘結(jié)固化后形成的具有纖維增強效應(yīng)的復(fù)合材料。該復(fù)合材料是在貼片與原有鋼筋混凝土共同受力的基礎(chǔ)上，提高結(jié)構(gòu)的整體抗彎、抗剪能力，使用該加固法的主要優(yōu)點是輕質(zhì)高強、施工簡便、可以轉(zhuǎn)折粘貼；但是粘結(jié)膠的耐老化性能不足，不能焊接，所處的環(huán)境溫度、濕度控制比較嚴(yán)，纖維復(fù)合材是工程結(jié)構(gòu)加固中比較好的材料，適用于配筋不足的受彎、受拉構(gòu)件加固，特別適用于簡支梁板與連續(xù)梁板的加固。對于使用年限較長的結(jié)構(gòu)，使用該法進(jìn)行加固時，需考慮相應(yīng)的防腐措施。

在上述幾種復(fù)合材料中，碳纖維復(fù)合材料(CFRP)的性能最為優(yōu)越，具有高強度、高彈性模量、耐腐蝕、耐疲勞和易加工等優(yōu)點，一般情況下，常用的碳纖維復(fù)合材料的彈性模量比普通鋼筋稍高，但它的抗拉強度卻是普通鋼筋的10倍左右。

碳纖維復(fù)合材料中使用較多的為碳纖維布與碳纖維板。二者都屬于纖維材料，計算理論比較一致，兩者試驗力學(xué)性能比較相似，碳纖維布的強度比板低。它們主要的區(qū)別在于施工工藝如配套粘貼劑有所區(qū)別，碳板的材料成本及施工成本更高，所以碳板加固成本較高，碳纖維板膠粘劑用的是固體膠粘劑，而布用的是液態(tài)的膠粘劑，板面層無需刷面膠。

3.2 間接加固方法

間接加固法是根據(jù)結(jié)構(gòu)的總體布局，通過加固來減小或改變構(gòu)件內(nèi)力的方法，主要包括外加預(yù)應(yīng)力加固法、增設(shè)支點加固法等。

4 加固方案設(shè)計和選擇的原則

4.1 加固方案的設(shè)計

建筑物加固(改造)設(shè)計，包括被加固構(gòu)件的承載力驗算、構(gòu)造處理和繪制施工圖三大部分。在承載力計算中，最重要的是新加部分與原結(jié)構(gòu)構(gòu)件的協(xié)同工作問題。一般來說，新加部分的應(yīng)力、應(yīng)變滯后于原結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變，因此加固(改造)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造處理的關(guān)鍵是與原結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接問題，特殊情況下，應(yīng)該采取有效地卸載措施，以達(dá)到理想的加固效果。

加固結(jié)構(gòu)屬于組合結(jié)構(gòu)，新舊兩部分存在著整體工作問題，而整體工作的關(guān)鍵在于結(jié)合面能否有效地傳遞剪力?；炷良庸探Y(jié)構(gòu)結(jié)合面受剪承載力，可按下式計算[10]:

τ≤fv+0.56ρsvfy。

其中，τ為結(jié)合面剪應(yīng)力設(shè)計值;fv為結(jié)合面混凝土抗剪強度設(shè)計值;ρsv為橫貫結(jié)合面的剪切—摩擦筋配筋率；fy為剪切—摩擦筋抗拉強度設(shè)計值。

4.2 加固方案選擇的原則

4.2.1 總體效應(yīng)原則

在制定整個加固方案之前，應(yīng)對工程結(jié)構(gòu)的加固效果進(jìn)行預(yù)分析、研究，避免出現(xiàn)局部構(gòu)件加強而整體抗力下降的不利現(xiàn)象。當(dāng)前可供選擇的加固方案很多，必須根據(jù)加固的主要目的和加固后結(jié)構(gòu)的整體性能，同時結(jié)合各種加固方案自身的優(yōu)缺點，受力特性，傳遞性能等進(jìn)行考慮，發(fā)揮加固方案的最大效用。

4.2.2 結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防的原則[11]

最近幾年，地震頻繁發(fā)生，地震作用已經(jīng)成為工程結(jié)構(gòu)設(shè)計時的重要影響因素，進(jìn)行地震區(qū)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件加固設(shè)計時，除應(yīng)考慮其承載力要求外，還應(yīng)對其抗震性能進(jìn)行驗算。由于各地抗震設(shè)防的等級以及結(jié)構(gòu)的自振周期各不相同，進(jìn)行加固工程加固設(shè)計時應(yīng)結(jié)合本地區(qū)的抗震要求進(jìn)行加固。

5 結(jié)語

1)結(jié)構(gòu)加固的方法很多，包括砌體結(jié)構(gòu)加固，鋼結(jié)構(gòu)加固，混凝土結(jié)構(gòu)加固等在內(nèi)已經(jīng)形成比較成熟的理論和工程實踐經(jīng)驗，但還需繼續(xù)實踐總結(jié)；2)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固設(shè)計時，應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境、加固后的使用效果以及加固的經(jīng)濟性等，同時結(jié)合結(jié)構(gòu)加固的設(shè)計和選用原則，使用一種甚至是幾種加固方法以達(dá)到最優(yōu)效果。

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The application of the reinforced and reparable technologies in architectures

Yang Jinlong

(ManchuriaConstructionEngineeringQualityInspectionStation,Manchuria021400,China)

This paper mainly introduces the reinforced method of masonry structures, steel structures and concrete structures. The advantages and disadvantages and usage of various reinforced methods were briefly described. Meanwhile, the design theory and certain selected principles of reinforced scheme are summarized. Point out in order to achieve the optimal reinforced effect, can use a particular and even several reinforced methods.

safety performance， reinforced scheme， selected principles， reinforced effect

1009-6825(2015)01-0109-03

2014-10-24

楊金龍(1973- )，男，工程師

TU746.3

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