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现阶段结构加固方法评述

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现阶段结构加固方法评述

发布日期:2016-08-15 00:00 来源:http://www.meichuangkj.com 点击:

一、传统的加大截面加固

加固机理:通过增大构件截面和配筋,达到提高结构构件的承载力、刚度、稳定性和抗裂性。

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优点:是“混凝土加固混凝土”的加固工法,具有相同的材性和弹性模量,能共同协调工作。

1、可有效加固梁、板、柱、墙各种构件

2、解决梁柱节点加固的难点问题

3、对提高构件抗压、抗弯和抗剪承载力效果可靠

4、结合化学植筋技术,能较好解决框架节点加固问题

5、对抗震加固尤为合适:  

1)柱加大截面可有效控制轴压比、提高结构的抗侧刚度、易于实现“强柱”的加固理念;

2)可方便解决梁、柱的配筋和箍筋加密等构造要求。

缺点:

1、施工困难,材料应用不配套。采用配套设备为大型机械,混凝土浇筑和振捣不便,现场湿作业量大,养护期较长,影响施工速学植筋技术,能较好解决框架节点加固问题。

2、截面加大较大,单边加大一般需要大于10cm方可施工。往往引起构件截面明显增大而影响房屋装修和使用。

3、新加混凝土有收缩变形,使新旧构件无法共同受力,从而产生新的问题。

4、新旧界面粘结性能差,容易产生新旧界面之间的破坏。

5、强度发展慢,施工工期长。

钢丝绳网片-聚合物砂浆面层加固法,也属于加大截面加固方法。由于聚合物砂浆粘结性能好,钢丝绳柔软易于操作而受到关注。但钢丝绳网片需要特殊的锚具,成本和施工难度大。施工操作技术要求专业性高,而且应用范围也受到较大限制(只适合于板加固,在进行梁柱加固时,不能解决节点加固问题)。

砌体结构承重墙体采用面层或板墙加固也是一种传统的加大截面加固法,是目前砌体结构加固最为安全可靠的技术。可有效提高砌体的抗剪和抗压承载力。所配钢筋通过纵横墙体的穿墙拉结,还可有效解决砌体结构的抗震构造问题,加强结构的整体性。但这种加固方法需要分层抹灰,费工费时,现场较难保证施工质量。施工周期长。


二、粘贴纤维复合材料是目前最为流行的加固方法  

加固机理:用特制的结构胶粘剂,将碳纤维布(或板)粘贴在原结构构件的表面,本质上是在结构外部增加构件配筋。

目前粘贴纤维复合材料主要包括碳纤维(CFRP)、玻璃纤维(GFRP)、芳纶纤维(AFRP)和玄武岩纤维BFRP)等,尤以碳纤维应用最为普遍,一般使用纤维布材,也有使用纤维板材的。

优点:

1、施工简便,特别是粘贴纤维复合材料,由于其轻质、高强、柔软,相对粘贴钢板不需要固定夹具和等待胶粘剂固化,更受欢迎。

2、易于梁柱增设“箍筋”抗剪加固和“箍筋加密”;梁(板)底和梁(板)顶增设“纵筋”抗弯加固。

缺点:

1、耐久耐火性能差。碳纤维通过结构胶传递力,因为结构胶的主要材料为环氧树脂,环氧树脂的耐久耐火性差,导致被加固的结构构件的耐久火性差。  截面加大较大,单边加大一般需要大于10cm方可施工。往往引起构件截面明显增大而影响房屋装修和使用。

2、承载力提高幅度不超过40%。碳纤维加固是在原构件基础上进行的,原结构的截面尺寸、配筋、混凝土强度等级限制了发挥作用的程度。控制提高承载力幅度是为了避免出现受剪破坏先于受弯破坏。由于粘贴碳纤维之前,构件已经受到应力并有一定的应变。即使粘贴幅度提高再大,也不能同步受力,粘贴碳纤维只能作为安全储备。

3、应用受混凝土基材强度限制。原结构基材混凝土强度太低,使碳纤维布和原结构的粘结后,容易在基材本身或界面出现破坏。

4、不能解决梁柱节点问题。由于碳纤维粘贴在梁柱节点或构件的端部,很难形成围箍或连通的钢板作为受力钢筋,不能解决整体建筑复杂系统受力问题。


施工过程中容易出现的问题:

1、碳纤维布、结构胶材料的质量保证较难。  

市场上材料鱼目混珠,有些不法生产商用玄武岩纤维布代替碳纤维布使用。结构胶种类繁多,不同胶有不同用途,且不同品牌结构胶的质量参差不齐。

2、碳纤维布粘贴过程中容易浸润不到位。  

操作工人一般会希望碳纤维胶固化的尽可能快,以便尽快进行下一道工序。其实,碳纤维加固质量很大程度上取决于胶浸润布的程度,在某种意义上有效浸润、充盈比胶强度高几兆帕更为重要。尽管碳纤维胶黏度较低、纤维布也较薄,但纤维束由众多细密的单丝组成,保证一定持续浸润、渗透的时间是必要的。碳布每束丝由12000根极细的单丝组成,像钢筋混凝土构件所配钢筋必须被混凝土有效包裹才能发挥作用一样,碳布单丝之间充满胶液才能保证应力的有效传递并分布均匀,最终让碳纤维高强特性得以发挥。

3、结构胶需要现场配制,可操作施工时间短。  

若操作人员没有较好的质量意识,就容易出现在结构胶失效后再施工的情况,很难保证施工质量。

4、碳纤维布加固效果的检测方法有缺陷。

5、冬季施工选胶问题。  

一般当施工现场日最高温度低于5℃时,就应按冬季施工考虑。结构胶的性能跟使用环境温度有较大关系,因为温度影响双组分结构胶的固化速度与最终固化程度。5~40℃范围使用较好。温度升高,固化反应加快;温度降低,固化反应放慢。低于5℃,固化较慢,固化程度也受影响,因此应选用冬季用结构胶或采取适当的加温、保温措施。


三、粘贴钢板加固法

加固机理:粘贴钢板加固法跟粘贴碳纤维布加固法的加固机理相似,用特制的结构胶粘剂将钢板粘贴在原结构构件的表面,本质上是在结构外部增加构件配筋。

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优点:

施工快捷、构件截面尺寸增加较小。  

缺点:

1、加固机理有缺陷。

2、容易产生界面破坏。界面采用结构胶使钢板与原结构表面连接,其强度取决于结构胶的寿命和强度,因结构胶为有机材料。

3、施工过程中胶的厚度很难控制。如果胶多,容易出现胶的剪切破坏;如果胶少,则容易出现空鼓现象,空鼓容易出现集中应力而提前破坏。

4、加固后的效果无法检测。一般都用锤子检测钢板是否空鼓,对于胶多厚的情况更无法检测。  

5、承载力提高幅度不超过40%。钢板加固是在原构件基础上进行的,原结构的截面尺寸、配筋、混凝土强度等级限制了发挥作用的程度。控制提高承载力幅度是为了避免出现受剪破坏先于受弯破坏。由于粘贴钢板之前,构件已经受到应力并有一定的应变。即使粘贴钢板幅度提高再大,也不能同步受力,只能作为安全储备。

6、耐久耐火性能差。钢板和原结构连接和受力性能通过结构胶传递。由于结构胶材料本为环氧树脂,环氧树脂的耐高温及耐紫外线的性能差,导致被加固构件的耐久耐火性差。施工过程中胶的厚度很难控制。 

7、应用受混凝土基材强度限制。原结构基材混凝土强度太低,使钢板和原结构的粘结后,容易在结构材料本身或界面发生破坏。

8、不能解决梁柱节点问题。由于钢板粘贴在梁柱节点或构件的端部,很难形成围箍或连通的钢板作为受力钢筋,不能解决整体建筑复杂系统受力问题。


四、外包型钢加固方法  

加固机理:在构件的四周沿通长或某一段设置一角钢,横向用缀板焊接形成整体。外粘型钢的胶缝使用环氧砂浆进行灌注。外包刚构架可以完全或部分替代原结构构件工作。

外包型钢加固法有干式包钢法和湿式包钢法,前者主要用于柱承压加固,形成钢和混凝土组合断面共同承载。后者借助于粘钢技术使二者共同受力。

优点:

施工较方便,构件截面尺寸增加不多。  

缺点:

1、加固系统有缺陷。

2、焊接问题。角钢和缀板之间的连接需要焊接,若缀板和角钢先焊接后灌胶,容易出现缝隙空鼓;若先灌胶后焊接,环氧砂浆在高温下老化失去结构性能。

3、共同受力性能值得推敲。原结构构件与角钢、缀板的连接采用环氧砂浆灌注。要保证原结构和新增结构之间的共同工作完全依靠环氧树脂传递结构内力。无论先焊接还是先灌注都会出现连接不可靠问题。

4、耐久耐火性能差。角钢和原结构连接后共同受力通过环氧树脂传递。由于环氧树脂为有机材料,其耐久和耐火性能差。

5、不能解决梁柱节点问题。由于角钢粘贴在梁柱节点或构件的端部很难形成围箍或连通的角钢作为受力钢筋,不能解决整体建筑复杂系统受力问题。


五、增设支点加固法  

增设支点加固法属改变结构传力路径加固,在抗震加固中还包括增设抗震墙加固。

改变结构传力途径加固技术依赖于被加固结构的结构形式与受力特点,还受现场结构使用条件的限制。


六、外加预应力加固法  

外加预应力加固技术目前还主要用于对单根构件的加固,特别适用于桥梁等大跨度构件,对房屋结构纵横交错的梁柱构件情况,其应用受到很大限制。

外加预应力加固法在砌体结构(尤其是砖木结构)整体性加固方面有应用前景,但目前这方面还有待研究。


上述方法结构加固,无论在施工速度、加固成本或是加固效果方面都存在明显的不足:

1、加大截面法加固范围广、加固效果好,但施工速度慢。

2、粘贴纤维复合材料和粘钢板法施工快捷但成本高,同时还受到加固范围限制。

3、外包型钢法、外加预应力法、绕丝法、置换混凝土法、钢丝绳网片-聚合物砂浆面层加固法等加固范围受到限制。

4、增设支点加固法(包括增设抗震墙)利于抗震加固,但使用到限制。

5、除加大截面法外,目前方法无法有效加固框架节点。  

结论:对于结构加固,目前最有效的方法还是传统的加大截面加固法。


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