杜繼濤 張小鵬

(河南理工大學(xué)土木工程學(xué)院，河南 焦作 454000)

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鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固應(yīng)用綜述

杜繼濤 張小鵬

(河南理工大學(xué)土木工程學(xué)院，河南 焦作 454000)

從增大截面法、外包型鋼法、改變受力體系等方面，介紹了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)常用的加固方法，并分析了各種方法的適用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)，提出了幾種新型的結(jié)構(gòu)加固方法，為建筑結(jié)構(gòu)加固方法的選擇提供了依據(jù)。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，加固技術(shù)，預(yù)應(yīng)力，碳纖維布

實(shí)際工程中許多鋼筋混凝土建筑由于使用功能發(fā)生改變、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)提高、施工失誤、材料質(zhì)量不符合要求，以及風(fēng)災(zāi)、火災(zāi)、水災(zāi)、地震災(zāi)害等因素的影響，不能滿足現(xiàn)有的安全、適用、耐久性要求。若將原有建筑拆除重建，不但會(huì)影響正常使用，造成環(huán)境污染，且造價(jià)較高，而選用適宜的加固技術(shù)進(jìn)行加固，能夠保證結(jié)構(gòu)的安全使用并節(jié)約造價(jià)，相對(duì)更經(jīng)濟(jì)合理。

1 傳統(tǒng)加固方法

目前，我國(guó)加固方法具有施工流程成熟，可操作性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)成本低，實(shí)際加固效果良好等優(yōu)點(diǎn)。常用的傳統(tǒng)加固方法主要有增大截面法、外包型鋼法、粘貼鋼板法、改變受力體系法、置換混凝土法、體外預(yù)應(yīng)力筋法等。

1.1 增大截面法

即在受彎或受壓構(gòu)件表面澆筑一層鋼筋混凝土，再加部分錨筋錨固，增強(qiáng)新舊混凝土整體性，使其共同受力，較大提高構(gòu)件剛度，從而提高構(gòu)件正截面抗彎、抗壓和斜截面抗剪承載力。該加固方法一般適用于梁、板、柱、墻、基礎(chǔ)等混凝土構(gòu)件(見(jiàn)圖1)。

該加固方法的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)件剛度提高多，較經(jīng)濟(jì)。缺點(diǎn)是新舊混凝土整體工作性能差，存在應(yīng)力應(yīng)變滯后問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)施工濕作業(yè)量大，周期長(zhǎng)，占有建筑使用空間大，影響外觀，結(jié)構(gòu)自重增加大，對(duì)鄰近構(gòu)件如梁，柱，基礎(chǔ)，地基等影響大。

1.2 外包型鋼法

圖1 增大截面法

即在構(gòu)件四角或兩角外包型鋼，再焊扁鋼組成受力構(gòu)架，鋼構(gòu)架承擔(dān)部分或全部荷載，鋼構(gòu)架與構(gòu)件間留有間隙或填塞普通水泥砂漿等，該加固方法一般適用于承受靜力作用的板，梁，柱，大型結(jié)構(gòu)及大跨結(jié)構(gòu)。與其他加固方法相比，該種加固方法施工簡(jiǎn)便，現(xiàn)場(chǎng)工作量較小，尺寸影響小，占用空間小，周期短，材料消耗少，工藝簡(jiǎn)單安全。

1.3 粘貼鋼板法

將鋼板粘貼在被加固構(gòu)件的外側(cè)，混凝土通過(guò)結(jié)構(gòu)膠將內(nèi)力傳遞給鋼板，使鋼板與原有構(gòu)件共同抗拉、抗壓、抗剪，以提高構(gòu)件的承載能力和剛度，使其滿足加固設(shè)計(jì)要求。鋼板與鋼筋相比拉壓強(qiáng)度提高多，為了防止鋼板—混凝土界面發(fā)生剝離破壞，可采用U形箍與鋼壓條加強(qiáng)錨固。該加固方法一般適用于承受靜力作用的受彎(梁、板)，受拉桿件加固(見(jiàn)圖2)。這種方法比較堅(jiān)固適用，簡(jiǎn)單，施工快捷，基本不增加被加固構(gòu)件斷面尺寸和重量。但存在滯后應(yīng)變，以及鋼用量增大，構(gòu)件延性小的缺陷。

1.4 改變受力體系

增設(shè)支點(diǎn)法是一種較為有效的方法，主要通過(guò)設(shè)支承點(diǎn)(剛性支點(diǎn)或彈性支點(diǎn))減小結(jié)構(gòu)計(jì)算跨度,從而減小結(jié)構(gòu)內(nèi)力和提高其承載力。這種加固方法會(huì)使原結(jié)構(gòu)可利用空間受到一定影響，一般適用于梁、板、桁架、網(wǎng)架等水平結(jié)構(gòu)的加固。

1.5 體外預(yù)應(yīng)力筋加固法

體外預(yù)應(yīng)力筋加固是將具有防腐保護(hù)的預(yù)應(yīng)力筋布置在梁體的外部(或箱內(nèi))，對(duì)梁體外筋施加預(yù)應(yīng)力,以預(yù)加力產(chǎn)生的反彎矩抵消部分外荷產(chǎn)生的內(nèi)力,達(dá)到改善梁的使用功能和提高梁的承載力的目的。傳遞預(yù)應(yīng)力通過(guò)錨固區(qū)域和轉(zhuǎn)向塊，錨固區(qū)選在兩端或橋梁支座處剛度較大的橫隔梁端塊節(jié)點(diǎn)處。布置應(yīng)使結(jié)構(gòu)受力對(duì)稱，沿構(gòu)件兩側(cè)對(duì)稱布置。該加固方法一般適用于橋梁和建筑，大跨結(jié)構(gòu)及大型結(jié)構(gòu)。

對(duì)于原構(gòu)件截面偏小或需要增加使用荷載，處于高應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)，且難以直接卸除其上的荷載的情況，尤其對(duì)于結(jié)構(gòu)荷載變化較大、結(jié)構(gòu)變形較大等處，采用其他加固方法不適用時(shí)，更有優(yōu)勢(shì)。這種方法消除了滯后效應(yīng)，減小混凝土構(gòu)件截面尺寸,減輕結(jié)構(gòu)自重，受施工場(chǎng)地影響小，工期快且不占空間。

1.6 鋼絲網(wǎng)砂漿/鋼筋混凝土板墻加固法

即在構(gòu)件表面鋪設(shè)小直徑(2 mm～6 mm)鋼絲網(wǎng), 然后澆筑水泥砂漿或混凝土,使其與原結(jié)構(gòu)共同工作，能夠有效提高構(gòu)件的抗彎承載力，抗裂性能，增強(qiáng)構(gòu)件的抗彎，抗剪剛度。該加固方法一般適用領(lǐng)域有建筑物、構(gòu)筑物、橋梁、涵洞、隧道，構(gòu)件類型有梁、板、柱、墻、節(jié)點(diǎn)、拱、殼等。施工步驟是先對(duì)構(gòu)件表面進(jìn)行處理，綁扎鋼筋網(wǎng)，植入抗剪銷釘，然后涂抹界面劑、復(fù)合砂漿及養(yǎng)護(hù)。優(yōu)點(diǎn)是施工簡(jiǎn)單，施工質(zhì)量容易保證，經(jīng)濟(jì)效益好，較好的耐火性和耐久性，有很大的韌性和抗?jié)B性。

2 新型加固方法

新型加固方法因其材質(zhì)輕高強(qiáng)度，強(qiáng)度約為普通鋼材的十幾倍，有替代傳統(tǒng)加固技術(shù)的趨勢(shì)，加固形式有粘貼，內(nèi)嵌，內(nèi)嵌預(yù)應(yīng)力，纖維片材有碳纖維板，碳纖維布，碳纖維筋。但目前預(yù)應(yīng)力碳纖維片材加固法工程應(yīng)用較少，尚處于研究階段。

2.1 粘貼纖維增強(qiáng)復(fù)合材法

粘貼碳纖維布即將碳纖維布用膠粘劑粘結(jié)于構(gòu)件表面，使其原構(gòu)件共同承受荷載，能提高構(gòu)件抗彎、抗剪、抗扭、抗壓承載力，增大剛度及延性，有效控制撓度、裂縫寬度的目的。一般用于各類

工業(yè)與民用建筑物、構(gòu)造物的混凝土構(gòu)件、橋梁以及河川構(gòu)造物的防護(hù)和加固等。

優(yōu)點(diǎn)是輕質(zhì)高強(qiáng)，抗腐蝕，設(shè)計(jì)施工方便快捷，施工質(zhì)量易于保證，可大幅度提高構(gòu)件的承載能力、抗震性能和耐久性能。缺點(diǎn)是存在應(yīng)力滯后缺陷，纖維布及結(jié)構(gòu)膠防火性差，以及易發(fā)生膠—混凝土界面剝離破壞。

2.2 外貼預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固法

預(yù)應(yīng)力碳纖維片材加固法既綜合了粘貼碳纖維加固法與體外預(yù)應(yīng)力加固法的優(yōu)點(diǎn),又避免了高強(qiáng)的CFRP材料應(yīng)力滯后、體外預(yù)應(yīng)力鋼束易腐蝕的缺點(diǎn)。此法存在缺點(diǎn)是預(yù)應(yīng)力碳纖維布結(jié)構(gòu)膠在長(zhǎng)期荷載作用下的抗剝離、抗老化性能差[1]。蘇有文等[2]通過(guò)5根試驗(yàn)梁對(duì)碳纖維布與預(yù)應(yīng)力碳纖維布進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明：在梁加載開(kāi)裂荷載后再進(jìn)行碳纖維布加固，對(duì)梁的承載力、抗彎剛度、碳纖維布應(yīng)變/利用率、抑制裂縫增長(zhǎng)提高更為明顯。

2.3 內(nèi)嵌預(yù)應(yīng)力碳纖維筋

內(nèi)嵌預(yù)應(yīng)力碳纖維即在內(nèi)嵌粘貼碳纖維片材基礎(chǔ)上對(duì)FRP筋施加預(yù)應(yīng)力，筋材能大幅度提高構(gòu)件的開(kāi)裂荷載和極限荷載[3]，有效限制裂縫開(kāi)展，使得裂縫變得細(xì)而密；有效減小構(gòu)件的變形，延緩筋材屈服，充分利用了碳纖維筋的高強(qiáng)性能，解決了構(gòu)件二次受力應(yīng)力應(yīng)變滯后問(wèn)題。缺點(diǎn)是隨著加固量及初始預(yù)應(yīng)力水平的提高，被加固試件的延性會(huì)有所降低[4]。由于此種方法仍處于研究階段，技術(shù)尚不成熟，工程應(yīng)用較少。

3 總結(jié)與展望

本文主要詳細(xì)介紹了傳統(tǒng)加固技術(shù)，并作了適用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)比較，可以為實(shí)際工程加固時(shí)提供方法；并介紹了國(guó)內(nèi)新型加固方法的研究現(xiàn)狀，可為更多研究人員提供研究課題，有助于加快我國(guó)建筑鑒定加固技術(shù)的發(fā)展。以下是就目前加固技術(shù)存在的問(wèn)題提出的展望：

1)在實(shí)際加固過(guò)程中，結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件PKPM中的鑒定加固模塊的實(shí)用性較差，有待于進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。2)碳纖維材料成本較高，考慮到實(shí)際工程經(jīng)濟(jì)方面，也是制約其不能推廣使用的主要問(wèn)題。3)關(guān)于碳纖維布與梁底粘結(jié)截面的滑移研究，多是處于靜載情況下，研究動(dòng)力性能較少。

[1] 姜新佩，劉麗娜，鄧子辰.預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固混凝土構(gòu)件的試驗(yàn)及施工技術(shù)[J].建筑技術(shù),2007(6):452-455.

[2] 詹 妮，蘇有文，李超飛，等.預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固鋼筋混凝土梁的抗彎正截面承載力分析[A].第十六屆全國(guó)混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土學(xué)術(shù)會(huì)議暨第十二屆預(yù)應(yīng)力學(xué)術(shù)交流會(huì)[C].2013：118-128.

[3] 任振華，曾憲桃，劉漢龍，等.復(fù)合內(nèi)嵌碳纖維筋和預(yù)應(yīng)力螺旋肋鋼筋加固混凝土梁試驗(yàn)[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào),2012(4):370-376.

[4] 丁亞紅，馬艷潔.內(nèi)嵌預(yù)應(yīng)力碳纖維筋加固混凝土梁受力性能試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),2012(2):128-135.

The application of reinforced concrete structure

Du Jitao Zhang Xiaopeng

(SchoolofCivilEngineering,HenanPolytechnicUniversity,Jiaozuo454000,China)

Starting from aspects of enlarging section method, steel-encasing method and transforming stress system, the paper introduces common steel reinforced concrete structure reinforcement methods, analyzes its application scope and merits and defects, and puts forward new structural reinforcement methods, which has provided some basis for selecting building structure reinforcement methods.

steel reinforced concrete, reinforcement technique, prestress, carbon fiber

2016-03-23

杜繼濤(1974- )，男，在讀碩士； 張小鵬(1988- )，男，在讀碩士

1009-6825(2016)16-0023-02

TU375

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