王 亮

建筑工程領(lǐng)域面臨著結(jié)構(gòu)老化和環(huán)境變化的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，對建筑結(jié)構(gòu)可持續(xù)性和安全性的需求日益凸顯。隨著時間的推移，建筑物的結(jié)構(gòu)元件會因材料疲勞、自然災(zāi)害和氣候變化等因素而逐漸受損，這對結(jié)構(gòu)加固提出了迫切的改進和升級要求。結(jié)構(gòu)加固技術(shù)通過引入先進的新材料和工藝，以提升建筑結(jié)構(gòu)的整體性能，結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的目標(biāo)不僅是修復(fù)已有結(jié)構(gòu)的受損部分，還包括延長結(jié)構(gòu)的壽命，增強其抗災(zāi)能力，并使其適應(yīng)新的使用需求。例如，利用先進的材料FRP、高性能混凝土及改進的鋼筋，不僅可以有效修復(fù)結(jié)構(gòu)的損壞之處，還能夠提高結(jié)構(gòu)的承載能力、抗震性能和整體穩(wěn)定性。

1 關(guān)于3 種結(jié)構(gòu)加固技術(shù)比較

1.1 FRP加固技術(shù)分析

FRP 加固技術(shù)作為一種先進且廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)加固手段，具有獨特的優(yōu)勢和特點。FRP 由纖維材料與基體材料構(gòu)成，具有極高的拉伸強度和剛度，耐腐蝕性能好，對水、酸堿等腐蝕性環(huán)境具有較好的抵抗能力，這使得FRP 在加固過程中能夠顯著提升結(jié)構(gòu)的抗拉性能，有效避免結(jié)構(gòu)的位移和變形，采用FRP 加固的結(jié)構(gòu)在惡劣環(huán)境下依然能夠保持較長的使用壽命。另外，F(xiàn)RP材料具有較好的疲勞性能，能夠承受結(jié)構(gòu)在長期使用中的變化荷載和振動，延緩結(jié)構(gòu)的老化過程，這對于提高結(jié)構(gòu)的可持續(xù)性和使用壽命具有積極的影響。FRP 加固過程相對簡單、方便，適用于各種結(jié)構(gòu)類型，包括高層建筑和橋梁結(jié)構(gòu)。但需要注意的是，在一些特殊情況下，如高溫環(huán)境或者受到化學(xué)品影響的結(jié)構(gòu)，可能需要選擇適應(yīng)性更強的FRP，以確保加固效果[1]。

1.2 混凝土加固技術(shù)分析

混凝土加固是指通過在現(xiàn)有混凝土結(jié)構(gòu)上添加新的材料或結(jié)構(gòu)，以增強其承載能力，提高結(jié)構(gòu)的整體承載能力和抗震性能的過程。混凝土加固既可以在表面粘貼復(fù)合材料（如FRP）的方法，也可以在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部注漿、灌漿，多種加固方法使得混凝土加固技術(shù)適用于各種不同類型和狀態(tài)的結(jié)構(gòu)?；炷良庸虝r選擇適當(dāng)?shù)幕炷敛牧虾团浔仁侵陵P(guān)重要的，需要充分考慮結(jié)構(gòu)的特點、使用環(huán)境和受力情況，加固過程中需要準(zhǔn)確掌握施工工藝，確?；炷敛牧系某浞纸?，以達到最佳的加固效果。同時，混凝土加固技術(shù)在操作上要求高度專業(yè)性，需要工程師具備相應(yīng)的材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)工程知識[2]。加固后的混凝土結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出更強的抗拉和抗彎能力，有效減緩了結(jié)構(gòu)的老化過程，在提高結(jié)構(gòu)整體剛度、抵御自然災(zāi)害和改善結(jié)構(gòu)性能方面具有顯著的優(yōu)勢。

混凝土作為普通應(yīng)用的建筑材料，在施工過程中其加固技術(shù)能夠與既有結(jié)構(gòu)良好融合，降低了施工的復(fù)雜性和成本。但是，混凝土加固技術(shù)并非適用于所有情況，對于一些高度受力的結(jié)構(gòu)，混凝土加固可能無法提供足夠的強度和剛度，加固過程中也需要綜合考慮溫度、濕度等環(huán)境因素。

1.3 鋼筋加固技術(shù)分析

鋼筋加固是在建筑結(jié)構(gòu)中“植入”大量的鋼筋，通過對原有結(jié)構(gòu)的進一步加強和改善，提高建筑物的抗震性、抗風(fēng)性和承載能力。這一方法不僅可以用于增強建筑結(jié)構(gòu)的抗拉和抗彎能力，還可以在一定程度上改善結(jié)構(gòu)的整體剛度。其應(yīng)用形式包括在結(jié)構(gòu)表面添加外部鋼筋層，以及在內(nèi)部嵌入鋼筋等技術(shù)手段，適用于不同類型和形狀的結(jié)構(gòu)。在鋼筋加固技術(shù)中，鋼材的高強度和高韌性是其獨特的優(yōu)勢之一[3]。鋼筋能夠承受高彎矩和拉力，有效提升結(jié)構(gòu)的整體受力性能。

此外，鋼筋加固技術(shù)的靈活性也體現(xiàn)在其適用于不同結(jié)構(gòu)形式和用途的特點上，從橋梁、建筑到工業(yè)設(shè)施，鋼筋加固技術(shù)都能夠為各類結(jié)構(gòu)提供可行且有效的加固解決方案。盡管鋼筋加固技術(shù)在提高結(jié)構(gòu)強度和韌性方面有顯著效果，但在應(yīng)用過程中同樣需要綜合考慮結(jié)構(gòu)的特點、使用環(huán)境和受力情況。

2 實驗設(shè)計與方法

2.1 加固方法設(shè)計

實驗的核心在于對不同的加固方法進行設(shè)計與比較，結(jié)合實驗數(shù)據(jù)，深入探討每種加固方法在增強結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面的效果。不同加固方法的設(shè)計與性能比較如表1 所示。

表1 不同加固方法的設(shè)計與性能比較

樣本S1 采用FRP 進行加固，主要通過在結(jié)構(gòu)表面黏合FRP 板和纖維布，使得結(jié)構(gòu)在受力時能夠更有效地承受拉力。樣本S2 采用混凝土加固方法，通過在結(jié)構(gòu)表面涂覆高強度混凝土層，旨在提高結(jié)構(gòu)的負荷承受能力，改善結(jié)構(gòu)的耐久性?；炷磷鳛橐环N常見的建筑材料，具有優(yōu)異的壓縮強度，因此通過此方法加固的結(jié)構(gòu)在承受壓力時將表現(xiàn)出更為出色的性能。樣本S3 采用鋼筋加固方法，將鋼筋包覆在結(jié)構(gòu)外表面，并通過鋼筋連接實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的強化。這一加固方法可提高結(jié)構(gòu)的彎曲和扭轉(zhuǎn)抗力，從而使結(jié)構(gòu)在各種復(fù)雜力的作用下更為穩(wěn)定。

2.2 實驗參數(shù)和數(shù)據(jù)采集

實驗的參數(shù)設(shè)定與數(shù)據(jù)采集是確保研究具有科學(xué)性和可靠性的重要步驟。在此階段將具體規(guī)劃實驗所需的參數(shù)，并設(shè)計相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集方案。實驗參數(shù)和數(shù)據(jù)采集方案如表2所示。

位移是衡量結(jié)構(gòu)變形的關(guān)鍵參數(shù)，使用位移傳感器對結(jié)構(gòu)的位移進行實時監(jiān)測，并以每小時的頻率采集數(shù)據(jù)。高頻率數(shù)據(jù)有助于捕捉結(jié)構(gòu)變形的微妙變化，通過時間序列分析，能夠揭示結(jié)構(gòu)位移的變化趨勢，為加固效果提供定量依據(jù)。使用應(yīng)變計測量結(jié)構(gòu)的變形情況，同樣以每小時的頻率采集數(shù)據(jù)，以便全面了解結(jié)構(gòu)在不同加固條件下的彎曲和扭轉(zhuǎn)等變形情況。在荷載方面，使用荷載傳感器記錄結(jié)構(gòu)在施工過程中和后續(xù)使用中的荷載情況，通過每小時的數(shù)據(jù)采集頻率追蹤結(jié)構(gòu)荷載的變化，分析不同加固方法對結(jié)構(gòu)荷載承受能力的影響，為工程實踐提供有力的支持。

2.3 實驗過程描述

實驗過程涵蓋樣本準(zhǔn)備、加固操作和數(shù)據(jù)采集等環(huán)節(jié)。在樣本選取與準(zhǔn)備階段，通過仔細篩選多個建筑結(jié)構(gòu)樣本，確保代表不同類型和狀態(tài)，包括高層建筑到橋梁結(jié)構(gòu)，以保障實驗結(jié)果的廣泛適用性。采用非破壞性檢測手段，全面了解每個樣本的初始狀態(tài)，每個樣本按表1 中設(shè)計的FRP加固、混凝土加固和鋼筋加固方法進行操作，使用高性能的黏結(jié)劑與加固材料，確保施工質(zhì)量。數(shù)據(jù)采集通過位移傳感器、應(yīng)變計、荷載傳感器、振動傳感器和溫度傳感器實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)位移、變形、荷載、振動頻率與溫度的實時監(jiān)測。在實驗過程中需考慮不同加固方法的交互作用，模擬結(jié)構(gòu)在不同應(yīng)力和環(huán)境條件下的工作狀態(tài)，靈活而科學(xué)地處理施工過程中可能出現(xiàn)的情況，確保實驗結(jié)果的可靠性。

3 實驗數(shù)據(jù)分析

3.1 數(shù)據(jù)處理和清理

實驗數(shù)據(jù)的處理和清理是確保研究結(jié)論準(zhǔn)確的關(guān)鍵步驟，在這一階段需要采用綜合的數(shù)據(jù)處理方法，以確保從多層次、多傳感器的數(shù)據(jù)中提取出可靠的結(jié)論。

數(shù)據(jù)處理和清理是確保實驗數(shù)據(jù)質(zhì)量與可靠性的關(guān)鍵。位移數(shù)據(jù)經(jīng)過濾波去噪和異常值去除，排除了噪聲干擾，提升了數(shù)據(jù)的可用性。變形儀器校正了數(shù)據(jù)誤差，采用平滑曲線方法對數(shù)據(jù)進行處理，以消除或減少由其他干擾引起的不準(zhǔn)確性，獲得了更準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)[4]。荷載數(shù)據(jù)去除了傳感器誤差并濾波平滑，保留了更可靠的荷載數(shù)據(jù)，有助于準(zhǔn)確評估結(jié)構(gòu)的承載能力。振動頻率數(shù)據(jù)通過異常值檢測和頻譜分析得到平滑曲線，為其提供了可靠的數(shù)據(jù)。通過對溫度數(shù)據(jù)進行糾正，可消除或減小由溫度變化引起的傳感器漂移，經(jīng)過濾波去噪處理，確保了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，排除了漂移和環(huán)境噪聲引起的誤差。

3.2 加固方法對結(jié)構(gòu)位移的影響分析

為深入了解不同加固方法對結(jié)構(gòu)位移的影響，需要進行詳細的數(shù)據(jù)分析。表3 所示為對每個樣本結(jié)構(gòu)位移數(shù)據(jù)的分析結(jié)果。樣本S1 采用了FRP 加固方法，加固前后平均位移分別為25 和10 mm，位移減少百分比達到60%，顯示出顯著的加固效果。FRP 加固在提高結(jié)構(gòu)抗拉強度方面表現(xiàn)出色，有效減少了結(jié)構(gòu)的位移，使其更為穩(wěn)定。樣本S2 采用了混凝土加固方法，加固前后平均位移分別為30和22 mm，盡管位移減少百分比僅為27%，顯示出輕微減小的趨勢，但混凝土加固對于提高結(jié)構(gòu)的整體剛度仍有一定效果。

表3 加固方法對結(jié)構(gòu)位移的影響分析結(jié)果

樣本S3 采用了鋼筋加固方法，加固前后平均位移分別為18 和12 mm。位移減少百分比達到33%，顯示出中等幅度的減小，表現(xiàn)出良好的加固效果。鋼筋加固方法在提高結(jié)構(gòu)的彎曲和扭轉(zhuǎn)抗力方面表現(xiàn)突出，有效地減小了結(jié)構(gòu)的位移。

3.3 加固方法對荷載承受能力的影響分析

在荷載承受能力方面，實驗結(jié)果顯示不同加固方法在提高建筑整體荷載能力方面發(fā)揮著不同的作用。表4所示為不同加固方法下每個樣本的結(jié)構(gòu)荷載數(shù)據(jù)的分析結(jié)果。

表4 加固方法對荷載承受能力的影響分析結(jié)果

樣本S1 加固前后平均荷載分別為50 和70 kN，荷載增加百分比達到40%，顯示出顯著的加固效果。結(jié)合表4 可知，F(xiàn)RP 加固方法不僅減少了結(jié)構(gòu)的位移，還明顯提升了結(jié)構(gòu)的荷載承受能力。樣本S2 加固前后平均荷載分別為80 和75 kN，荷載增加百分比為-6.25%，相對于其他加固方法，其加固效果略顯有限?；炷良庸虒τ谔岣呓Y(jié)構(gòu)的整體剛度有一定的作用，但在荷載承受能力方面表現(xiàn)較弱。樣本S3 加固前后平均荷載分別為60 和90 kN，荷載增加百分比達到50%，表現(xiàn)出良好的加固效果。鋼筋加固方法在提高結(jié)構(gòu)的彎曲和扭轉(zhuǎn)抗力方面表現(xiàn)出色，有效提升了結(jié)構(gòu)的荷載承受能力。

4 實驗結(jié)果討論

通過對不同加固方法的性能比較以及對實驗結(jié)果深入研究和詳細分析，得知不同加固方法在結(jié)構(gòu)性能方面差異顯著。在結(jié)構(gòu)位移方面，F(xiàn)RP 加固方法取得了卓越的效果，位移減少百分比達60%，明顯優(yōu)于混凝土和鋼筋加固方法。荷載承受能力方面，F(xiàn)RP加固同樣表現(xiàn)出色，荷載增加百分比達40%，而混凝土表現(xiàn)相對不佳，鋼筋加固方法明顯荷載增加，達50%。FRP 加固技術(shù)在結(jié)構(gòu)位移和荷載承受能力上都表現(xiàn)卓越，展現(xiàn)出在結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域的強大潛力。盡管混凝土加固技術(shù)在某些方面表現(xiàn)較弱，但仍具備一定加固效果。

鋼筋加固技術(shù)在提高結(jié)構(gòu)整體性能方面表現(xiàn)突出，為保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性提供了有力支持。綜合性能的比較結(jié)果為相關(guān)人員選擇合適的結(jié)構(gòu)加固方法提供重要參考，也為建筑工程的可靠性和安全性提升提供了科學(xué)依據(jù)。

5 結(jié)語

本文通過對結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的實驗設(shè)計和實驗結(jié)果進行深入分析，揭示了不同加固方法的優(yōu)勢與劣勢。FRP加固技術(shù)在結(jié)構(gòu)位移和荷載承受能力方面表現(xiàn)卓越，混凝土和鋼筋加固技術(shù)分別呈現(xiàn)出一些局限性和優(yōu)越性，實驗結(jié)果與預(yù)期一致，為實驗設(shè)計的科學(xué)性提供了有力支持。同時，筆者充分認識到實驗中可能存在的測量誤差、實驗條件控制、樣本處理及人為操作誤差等因素，并對這些誤差進行了全面的分析。盡管存在一定的潛在誤差，但通過仔細的控制和校準(zhǔn)，也可最大限度提高實驗結(jié)果的可信度。本文為結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域的加固決策提供了科學(xué)依據(jù)，同時強調(diào)在實驗設(shè)計中細致考慮各種潛在誤差的重要性，為結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的理論研究和實際應(yīng)用提供了有益的啟示。