(河北省保定市東三環(huán)七一路交口 河北 保定 071000)
增大截面加固法作為一種傳統(tǒng)的加固方法,是通過(guò)增大構(gòu)件或者建筑物的截面面積和配筋來(lái)提高其強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性以滿足構(gòu)件正常使用要求的一種加固方法。增大截面法有四周包裹、單面加固和雙面加固等不同形式。四周包裹是在柱四周澆筑混凝土,在主要承受軸向力的結(jié)構(gòu)應(yīng)用較多,單面或雙面主要針對(duì)同時(shí)又承受較大彎矩的柱結(jié)構(gòu),在主受力面進(jìn)行增大。特別在抗震設(shè)防地區(qū),這可使原來(lái)的強(qiáng)梁弱柱變?yōu)橛欣诳拐鸬膹?qiáng)柱弱梁結(jié)構(gòu)。增大截面法加固柱與普通混凝土構(gòu)件在受力性能上有所不同,這是因?yàn)樵谠龃蠼孛婕庸虝r(shí),一般無(wú)法進(jìn)行完全卸載,被加固柱在加固前已經(jīng)承受荷載,截面內(nèi)已經(jīng)產(chǎn)生了一定的應(yīng)力和應(yīng)變。新加部分在加固后并不能立即分?jǐn)傇咽┘佑诒患庸讨系暮奢d,而只能是在新增荷載作用下才開(kāi)始與被加固柱共同工作,承擔(dān)荷載。這樣加固后新加部分的應(yīng)變始終滯后于原柱。當(dāng)被加固柱達(dá)到極限狀態(tài)時(shí),新增加鋼筋和混凝土性能無(wú)法得到充分發(fā)揮,直接帶來(lái)后加固材料的利用率不高等問(wèn)題,加固之前混凝土柱的應(yīng)力水平越高,加固效果就越差。
外包鋼加固混凝土柱,就是在柱的四角包以型鋼的加固方法。其優(yōu)點(diǎn)是施工簡(jiǎn)便,現(xiàn)場(chǎng)工作量較小,受力較為可靠。按照施工工藝的不同,外包鋼加固法可分為濕式和干式外包鋼兩種。其中干式外包鋼加固就是把型鋼直接外包于原構(gòu)件,或雖然填塞有水泥砂漿,但不能保證結(jié)合面有效地傳遞剪力。濕式外包鋼加固法,是在外包型鋼和原構(gòu)件之間留有一定的間隙,并在其間填灌乳膠水泥漿或細(xì)石混凝土,使二者粘結(jié)成整體,協(xié)同工作,工程中一般多采用濕式加固方法。外包鋼加固構(gòu)件的截面尺寸一般擴(kuò)大不多,但其承載力提高幅度較大,且由于橫向外包鋼的約束作用,構(gòu)件的延性也有較大提高。該加固方法適用于原構(gòu)件截面尺寸不允許有較大增長(zhǎng),卻又要求大幅度地提高截面承載能力的混凝土結(jié)構(gòu)加固。
粘貼FRP(Fiber Reinforced Plastic)材料加固法是 20世紀(jì)80、90年代在國(guó)外興起的一種新型加固技術(shù),它利用樹(shù)脂類膠結(jié)材料將碳纖維織物粘貼于混凝土表面來(lái)達(dá)到對(duì)結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固及改善結(jié)構(gòu)受力性能的目的。現(xiàn)階段在土木工程中研究和應(yīng)用較廣的主要有碳纖維增強(qiáng)聚合物(CFRP)、玻璃纖維增強(qiáng)聚合物(GFRP)、芳綸纖維增強(qiáng)聚合物(AFRP)和玄武巖纖維增強(qiáng)聚合物(BFRP)等。將FRP材料水平包裹或纏繞于混凝土構(gòu)件的外圍,當(dāng)構(gòu)件承受豎向荷載時(shí)而發(fā)生橫向變形時(shí),F(xiàn)RP可為混凝土被動(dòng)提供約束力,從而提高核心混凝土的極限抗壓強(qiáng)度和極限應(yīng)變,從而改善混凝土柱的受力性能。FRP加固能有效改變混凝土柱的破壞模式,避免發(fā)生延性較差的剪切破壞,顯著改善混凝土變形能力,同時(shí)這與其他傳統(tǒng)加固方法相比,外粘纖維增強(qiáng)塑料加固法雖然具有耐腐蝕、量輕(幾乎不增加結(jié)構(gòu)自重)、強(qiáng)度高、維護(hù)費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn),適用于各種受力性質(zhì)的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件和一般構(gòu)筑物,但其加固后結(jié)構(gòu)延性較差,變形能力不足;另外,由于粘貼纖維材料底部樹(shù)脂為環(huán)氧類結(jié)構(gòu)膠,對(duì)溫度要求較高,易老化,需要專門的防火處理等問(wèn)題存在。同時(shí),由于單一FRP無(wú)法滿足結(jié)構(gòu)加固的需要,近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)混雜纖維復(fù)合加固也進(jìn)行了研究與應(yīng)用。為了提高FRP材料的利用率,對(duì)FRP材料在加固前施加一定的預(yù)應(yīng)力也逐漸成為研究的一個(gè)熱點(diǎn)。
采用預(yù)應(yīng)力加固法的主要思想就是施加一部分預(yù)先設(shè)想的力或變形,來(lái)減小或抵消不希望出現(xiàn)的力和變形,預(yù)應(yīng)力法加固按加固對(duì)象的不同,分為預(yù)應(yīng)力拉桿加固和預(yù)應(yīng)力撐桿加固。預(yù)應(yīng)力拉桿加固法適用于大偏心受壓構(gòu)件的加固,鋼拉桿布置在受壓構(gòu)件的受拉側(cè),施加預(yù)應(yīng)力后,能降低構(gòu)件的內(nèi)力,提高構(gòu)件的承載力。軸心受壓柱應(yīng)在加固柱兩側(cè)設(shè)置壓桿肢;對(duì)于小偏心受壓柱,壓桿肢設(shè)置在壓力較大側(cè)。此法主要適用于要求提高承載力、剛度和抗裂性及加固后占空間小的混凝土承重結(jié)構(gòu),尤其是高應(yīng)力狀態(tài)下的大跨結(jié)構(gòu),如鋼筋嚴(yán)重銹蝕柱等。但這種方法的缺點(diǎn)是在施工時(shí)需要有專門的預(yù)應(yīng)力設(shè)備,施工工序較為復(fù)雜。由于橋梁結(jié)構(gòu)自重較大,且跨度一般較大,預(yù)應(yīng)力加固方法因其內(nèi)在的優(yōu)勢(shì)致使其在橋梁加固工程中應(yīng)用較多,關(guān)于預(yù)應(yīng)力加固方法的相關(guān)研究國(guó)內(nèi)外也開(kāi)展較多。
隨著施工工藝和新材料的開(kāi)發(fā)不斷發(fā)展,通過(guò)對(duì)常用鋼筋混凝土柱加固方法的分析發(fā)現(xiàn),增大截面加固法工藝簡(jiǎn)單,施工方便,應(yīng)用較為普遍。但是,用于加固鋼筋混凝土橋墩柱時(shí)會(huì)由于加固柱剛度的增加導(dǎo)致柱子分擔(dān)的荷載增大,需要進(jìn)行優(yōu)化分析;外包鋼加固法施工簡(jiǎn)便,受力較為可靠,但是外包型鋼利用率不高;粘貼FRP加固法能改變混凝土的受力狀態(tài),提高其承載力和變形能力,但是加固柱的延性提高程度不顯著;預(yù)應(yīng)力加固法受力機(jī)理明確,但是施工工序較為復(fù)雜。各種加固方式都有相應(yīng)的優(yōu)缺點(diǎn),實(shí)際工程應(yīng)用中應(yīng)結(jié)合具體情況采用合適的加固方式。