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現階段結構加固方法評述

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現階段結構加固方法評述

發布日期:2016-08-15 00:00 來源: 點擊:

一、傳統的加大截面加固

加固機理:通過增大構件截面和配筋,達到提高結構構件的承載力、剛度、穩定性和抗裂性。

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優點:是“混凝土加固混凝土”的加固工法,具有相同的材性和彈性模量,能共同協調工作。

1、可有效加固梁、板、柱、牆各種構件

2、解決梁柱節點加固的難點問題

3、對提高構件抗壓、抗彎和抗剪承載力效果可靠

4、結合化學植筋技術,能較好解決框架節點加固問題

5、對抗震加固尤为合适:  

1)柱加大截面可有效控制軸壓比、提高結構的抗側剛度、易于實現“強柱”的加固理念;

2)可方便解決梁、柱的配筋和箍筋加密等構造要求。

缺點:

1、施工困難,材料應用不配套。采用配套設備爲大型機械,混凝土澆築和振搗不便,現場濕作業量大,養護期較長,影響施工速學植筋技術,能較好解決框架節點加固問題。

2、截面加大較大,單邊加大一般需要大于10cm方可施工。往往引起構件截面明顯增大而影響房屋裝修和使用。

3、新加混凝土有收縮變形,使新舊構件無法共同受力,從而産生新的問題。

4、新舊界面粘結性能差,容易産生新舊界面之間的破壞。

5、強度發展慢,施工工期長。

鋼絲繩網片-聚合物砂漿面層加固法,也屬于加大截面加固方法。由于聚合物砂漿粘結性能好,鋼絲繩柔軟易于操作而受到關注。但鋼絲繩網片需要特殊的錨具,成本和施工難度大。施工操作技術要求專業性高,而且應用範圍也受到較大限制(只適合于板加固,在進行梁柱加固時,不能解決節點加固問題)。

砌體結構承重牆體采用面層或板牆加固也是一種傳統的加大截面加固法,是目前砌體結構加固最爲安全可靠的技術。可有效提高砌體的抗剪和抗壓承載力。所配鋼筋通過縱橫牆體的穿牆拉結,還可有效解決砌體結構的抗震構造問題,加強結構的整體性。但這種加固方法需要分層抹灰,費工費時,現場較難保證施工質量。施工周期長。


二、粘貼纖維複合材料是目前最爲流行的加固方法  

加固機理:用特制的結構膠粘劑,將碳纖維布(或板)粘貼在原結構構件的表面,本質上是在結構外部增加構件配筋。

目前粘貼纖維複合材料主要包括碳纖維(CFRP)、玻璃纖維(GFRP)、芳纶纖維(AFRP)和玄武岩纖維BFRP)等,尤以碳纖維應用最爲普遍,一般使用纖維布材,也有使用纖維板材的。

優點:

1、施工簡便,特別是粘貼纖維複合材料,由于其輕質、高強、柔軟,相對粘貼鋼板不需要固定夾具和等待膠粘劑固化,更受歡迎。

2、易于梁柱增設“箍筋”抗剪加固和“箍筋加密”;梁(板)底和梁(板)頂增設“縱筋”抗彎加固。

缺點:

1、耐久耐火性能差。碳纖維通過結構膠傳遞力,因爲結構膠的主要材料爲環氧樹脂,環氧樹脂的耐久耐火性差,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響房屋裝修和使用。

2、承載力提高幅度不超過40%。碳纖維加固是在原構件基礎上進行的,原結構的截面尺寸、配筋、混凝土強度等級限制了發揮作用的程度。控制提高承載力幅度是爲了避免出現受剪破壞先于受彎破壞。由于粘貼碳纖維之前,構件已經受到應力並有一定的應變。即使粘貼幅度提高再大,也不能同步受力,粘貼碳纖維只能作爲安全儲備。

3、應用受混凝土基材強度限制。原結構基材混凝土強度太低,使碳纖維布和原結構的粘結後,容易在基材本身或界面出現破壞。

4、不能解決梁柱節點問題。由于碳纖維粘貼在梁柱節點或構件的端部,很難形成圍箍或連通的鋼板作爲受力鋼筋,不能解決整體建築複雜系統受力問題。


施工過程中容易出現的問題:

1、碳纤维布、结构胶材料的质量保证较难。  

市場上材料魚目混珠,有些不法生産商用玄武岩纖維布代替碳纖維布使用。結構膠種類繁多,不同膠有不同用途,且不同品牌結構膠的質量參差不齊。

2、碳纖維布粘貼過程中容易浸潤不到位。  

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,碳纖維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、結構膠需要現場配制,可操作施工時間短。  

若操作人員沒有較好的質量意識,就容易出現在結構膠失效後再施工的情況,很難保證施工質量。

4、碳纖維布加固效果的檢測方法有缺陷。

5、冬季施工選膠問題。  

一般當施工現場日最高溫度低于5℃時,就應按冬季施工考慮。結構膠的性能跟使用環境溫度有較大關系,因爲溫度影響雙組分結構膠的固化速度與最終固化程度。5~40℃範圍使用較好。溫度升高,固化反應加快;溫度降低,固化反應放慢。低于5℃,固化較慢,固化程度也受影響,因此應選用冬季用結構膠或采取適當的加溫、保溫措施。


三、粘貼鋼板加固法

加固機理:粘貼鋼板加固法跟粘貼碳纖維布加固法的加固機理相似,用特制的結構膠粘劑將鋼板粘貼在原結構構件的表面,本質上是在結構外部增加構件配筋。

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優點:

施工快捷、構件截面尺寸增加較小。  

缺點:

1、加固機理有缺陷。

2、容易産生界面破壞。界面采用結構膠使鋼板與原結構表面連接,其強度取決于結構膠的壽命和強度,因結構膠爲有機材料。

3、施工過程中膠的厚度很難控制。如果膠多,容易出現膠的剪切破壞;如果膠少,則容易出現空鼓現象,空鼓容易出現集中應力而提前破壞。

4、加固後的效果無法檢測。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、承載力提高幅度不超過40%。钢板加固是在原構件基礎上進行的,原結構的截面尺寸、配筋、混凝土強度等級限制了發揮作用的程度。控制提高承載力幅度是爲了避免出現受剪破壞先于受彎破壞。由于粘貼鋼板之前,構件已經受到應力並有一定的應變。即使粘貼鋼板幅度提高再大,也不能同步受力,只能作爲安全儲備。

6、耐久耐火性能差。鋼板和原結構連接和受力性能通過結構膠傳遞。由于結構膠材料本爲環氧樹脂,環氧樹脂的耐高溫及耐紫外線的性能差,導致被加固構件的耐久耐火性差。施工過程中膠的厚度很難控制。 

7、應用受混凝土基材強度限制。原結構基材混凝土強度太低,使鋼板和原結構的粘結後,容易在結構材料本身或界面發生破壞。

8、不能解決梁柱節點問題。由于鋼板粘貼在梁柱節點或構件的端部,很難形成圍箍或連通的鋼板作爲受力鋼筋,不能解決整體建築複雜系統受力問題。


四、外包型钢加固方法  

加固機理:在構件的四周沿通長或某一段設置一角鋼,橫向用綴板焊接形成整體。外粘型鋼的膠縫使用環氧砂漿進行灌注。外包剛構架可以完全或部分替代原結構構件工作。

外包型鋼加固法有幹式包鋼法和濕式包鋼法,前者主要用于柱承壓加固,形成鋼和混凝土組合斷面共同承載。後者借助于粘鋼技術使二者共同受力。

優點:

施工較方便,構件截面尺寸增加不多。  

缺點:

1、加固系統有缺陷。

2、焊接問題。角鋼和綴板之間的連接需要焊接,若綴板和角鋼先焊接後灌膠,容易出現縫隙空鼓;若先灌膠後焊接,環氧砂漿在高溫下老化失去結構性能。

3、共同受力性能值得推敲。原結構構件與角鋼、綴板的連接采用環氧砂漿灌注。要保證原結構和新增結構之間的共同工作完全依靠環氧樹脂傳遞結構內力。無論先焊接還是先灌注都會出現連接不可靠問題。

4、耐久耐火性能差。角鋼和原結構連接後共同受力通過環氧樹脂傳遞。由于環氧樹脂爲有機材料,其耐久和耐火性能差。

5、不能解決梁柱節點問題。由于角鋼粘貼在梁柱節點或構件的端部很難形成圍箍或連通的角鋼作爲受力鋼筋,不能解決整體建築複雜系統受力問題。


五、增設支點加固法  

增設支點加固法屬改變結構傳力路徑加固,在抗震加固中還包括增設抗震牆加固。

改變結構傳力途徑加固技術依賴于被加固結構的結構形式與受力特點,還受現場結構使用條件的限制。


六、外加預應力加固法  

外加預應力加固技術目前還主要用于對單根構件的加固,特別適用于橋梁等大跨度構件,對房屋結構縱橫交錯的梁柱構件情況,其應用受到很大限制。

外加預應力加固法在砌體結構(尤其是磚木結構)整體性加固方面有應用前景,但目前這方面還有待研究。


上述方法結構加固,無論在施工速度、加固成本或是加固效果方面都存在明顯的不足:

1、加大截面法加固範圍廣、加固效果好,但施工速度慢。

2、粘貼纖維複合材料和粘鋼板法施工快捷但成本高,同時還受到加固範圍限制。

3、外包型鋼法、外加預應力法、繞絲法、置換混凝土法、鋼絲繩網片-聚合物砂漿面層加固法等加固範圍受到限制。

4、增設支點加固法(包括增設抗震牆)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。  

結論:對于結構加固,目前最有效的方法還是傳統的加大截面加固法。


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