鋼筋混凝土的加固技術以及適用條件的研究
【摘 要】 本文論述了鋼筋混凝土結構加固的歷史背景，分析了常用的鋼筋混凝土結構加固方法，並且對各種加固方法的適用範圍及優缺點進行了研究，以積累鋼筋混凝土結構加固經驗，完善鋼筋混凝土結構加固工藝。為後續的設計與施工提供技術支援。
【關鍵詞】 鋼筋混凝土；結構；加固技術
1鋼筋混凝土結構加固的背景
鋼筋混凝土結構是目前使用最為廣泛的結構形式，尤其是在工業建築中鋼筋混凝土結構所佔比重大，但是鋼筋混凝土結構在超過使用年限後，會出現明顯的損傷。這些建築物有的由於使用超出建築物本身的使用極限；有的由於建造質量差；在這種情況下，往往不會因此而拆除重建，結構均需要進行增強，補強，改造和維修。混凝土結構的加固可以分為直接加固與間接加固兩個種類，在設計人員設計時可根據實際情況選擇合適的方法和施工技術。直接加固的一般方法有:加大截面加固法、置換混凝土加固法、有粘結外包型鋼加固法、貼上鋼板加固法、貼上纖維增強塑料加固法、繞絲法、錨栓錨固法等。間接加固法包括預應力加固法、增設支點加固法等。
2.1貼上纖維增強塑料加固法。外貼纖維加固是用樹脂類膠結材料將纖維增強複合材料貼於被加固構件的受拉區域，使它與被加固截面共同工作，從而達到對結構構件補強加固及改善結構受力效能的目的。它是一種非常簡單且優良的加固補強方法，但要求被加固混凝土強度等級不得低於C15，且混凝土表面的正拉粘結強度不得低於1.5 MPa，除了具有貼上鋼板相似的優點外，還具有耐腐蝕、耐潮溼、幾乎不增加結構自重、耐用、維護費用較低等優點，但需要專門的防火處理，適用於各種受力性質的混凝土結構構件和一般構築物。
2.2增加支承加固法。增設支點加固法是通過增設支承點，減少受彎構件的計算跨度，達到減少作用在被加固構件上的荷載效應，提高結構承載水平的目的。根據支承結構受力效能的不同分為剛性支點和彈性支點兩種加固方法。該法簡單可靠，但易損害建築物的原貌和使用功能，並可能減小使用空間；適用於樑、板、析架、網架等結構的加固。
2.4貼上鋼板加固法。鋼筋混凝土受彎構件外部粘鋼加固是在構件承載力不足區段***正截面受拉區、正截面受壓區或斜截面***表面貼上強度高的鋼板，使原有混凝土和鋼板作為一個新的整體共同受力，約束混凝上變形，提高了加固構件的剛度和抗裂度，有效發揮了貼上鋼板的抗彎、抗剪、抗壓效能，且不會在混凝土中產生應力集中採用該方法加固時，要求被加固的混凝土結構構件，其現場實測混凝土強度等級不得低於C15，且混凝土表面的正拉粘結強度不得低於1.5 MPa，並且應將鋼板設計成僅承受軸嚮應力作用，鋼板表面應進行防鏽蝕處理，表面防鏽蝕材料對鋼板及膠粘劑無害。它的特點是施工簡單、速度快、上期短；現場無溼作業或僅有抹灰等少量溼作業，對生產和生活影響小；傳力直接，加固效果好，耐久性好；且加固後對原結構外觀和原有淨空無顯著影響，但加固效果在很大程度上取決於膠粘工藝與操作水平；適用於承受靜力作用且處於正常溼度環境中的受彎或受拉構件的加固。
2.5加大截面加固法。在鋼筋混凝土受彎構件受壓區加混凝土現澆層，增加截面有效高度，擴大截面面積，從而提高構件正截面抗彎，斜截面抗剪能力和截面剛度，起到加固補強的作用。加大截面加固法在設計構造方而必須解決好新加部分與原有部分的整體工作共同受力問題。試驗研究表明，加固結構在受力過程中結合面會出現拉、壓、彎、剪等各種複雜應力，其中關鍵是剪應力和拉應力。在彈性階段，結合面的剪應力和法向拉應力主要是靠結合面兩邊新舊混凝土的粘結強度承擔；開裂後及極限狀態下，則主要是通過貫穿結合面的錨固鋼筋或錨固螺栓所產生的被動剪下摩擦力傳遞。
2.6預應力加固法。預應力加固法是採用外加預應力鋼拉桿或型鋼撐杆對結構或整體進行加固的方法，通過預應力的施加改變了原結構內力分佈和應力水平，致使一般加固結構中所特有的應力應變滯後現象得以完全消除，因此後加部分和原結構能共同工作，結構的承載能力可顯著提高，並可減少結構的變形、裂縫寬度。預應力水平拉桿加固的混凝土受彎構件，由於預應力和新增外部荷載的共同作用，拉桿內產生軸向拉力，該力通過杆端錨固偏心地傳遞到構件上，在構件中產生偏心受壓作用，該作用克服了部分外荷載產生的彎矩，減少了外荷載效應，從而提高了構件的抗彎能力。同時，由於拉桿傳給構件的壓力作用，構件裂縫發展得以緩解、控制，斜截面抗剪承載力也隨之提高。由於水平提杆的作用，原構件的截面應力特徵由受彎變成了偏心受壓，因此，加固後構件的承載力主要取決於壓彎狀態下原構件的承載力。
2. 7置換混凝土加固法。置換混凝土加固法是指對原有結構強度低，韌性差的構件材料用強度高，韌性好的混凝土材料置換的方法。該方法適用於承重構件受壓區混凝土強度偏低或有嚴重缺陷的區域性加固。施工工藝簡單方便，上期短，佔用空間小，不影響使用功能，而且造價比較低，經濟合理。採用本方法加固混凝土結構構件時，其非置換部分的原構件混凝土強度等級，按現場檢測結果不應低於該混凝土結構建造時規定的強度等級。置換用的混凝土強度等級應比原構件混凝土提高一級且不應低於C25混凝土的置換深度，板不應小於40mm，樑、柱採用人工澆築時，不應小於60mm,採用噴射法施工時，不應小於50mm，置換長度應根據混凝土強度和缺陷的檢測及驗算結果確定，但對非全長置換的隋況其兩端應分別延伸不應小於100 mm。置換部分應位於構件受壓區內，且應根據受力方向將有缺陷混凝土剔除，剔除位置應在沿構件整個寬度的一側或對稱的兩側，不得僅剔除截面的一隅。
上述混凝土結構加固技術還有待於在實踐中進一步探索，隨著建築科學技術的不斷進步，新型建築材料不斷出現，更好的加固施工方法將會有更大拓展，因此，加固施工方案的選擇範圍也將具有更為廣泛的空間。
參考文獻
1季直倉，卓昌志鋼筋混凝土結構事故分析與加固 [M].北京：中國建 築工業出版社，1997
2萬墨林，韓繼雲混凝土結構加固技術[M].北京：中國建築工業出版 社，1995
【關鍵詞】 鋼筋混凝土；結構；加固技術
1鋼筋混凝土結構加固的背景
鋼筋混凝土結構是目前使用最為廣泛的結構形式，尤其是在工業建築中鋼筋混凝土結構所佔比重大，但是鋼筋混凝土結構在超過使用年限後，會出現明顯的損傷。這些建築物有的由於使用超出建築物本身的使用極限；有的由於建造質量差；在這種情況下，往往不會因此而拆除重建，結構均需要進行增強，補強，改造和維修。混凝土結構的加固可以分為直接加固與間接加固兩個種類，在設計人員設計時可根據實際情況選擇合適的方法和施工技術。直接加固的一般方法有:加大截面加固法、置換混凝土加固法、有粘結外包型鋼加固法、貼上鋼板加固法、貼上纖維增強塑料加固法、繞絲法、錨栓錨固法等。間接加固法包括預應力加固法、增設支點加固法等。
2.1貼上纖維增強塑料加固法。外貼纖維加固是用樹脂類膠結材料將纖維增強複合材料貼於被加固構件的受拉區域，使它與被加固截面共同工作，從而達到對結構構件補強加固及改善結構受力效能的目的。它是一種非常簡單且優良的加固補強方法，但要求被加固混凝土強度等級不得低於C15，且混凝土表面的正拉粘結強度不得低於1.5 MPa，除了具有貼上鋼板相似的優點外，還具有耐腐蝕、耐潮溼、幾乎不增加結構自重、耐用、維護費用較低等優點，但需要專門的防火處理，適用於各種受力性質的混凝土結構構件和一般構築物。
2.2增加支承加固法。增設支點加固法是通過增設支承點，減少受彎構件的計算跨度，達到減少作用在被加固構件上的荷載效應，提高結構承載水平的目的。根據支承結構受力效能的不同分為剛性支點和彈性支點兩種加固方法。該法簡單可靠，但易損害建築物的原貌和使用功能，並可能減小使用空間；適用於樑、板、析架、網架等結構的加固。
2.4貼上鋼板加固法。鋼筋混凝土受彎構件外部粘鋼加固是在構件承載力不足區段***正截面受拉區、正截面受壓區或斜截面***表面貼上強度高的鋼板，使原有混凝土和鋼板作為一個新的整體共同受力，約束混凝上變形，提高了加固構件的剛度和抗裂度，有效發揮了貼上鋼板的抗彎、抗剪、抗壓效能，且不會在混凝土中產生應力集中採用該方法加固時，要求被加固的混凝土結構構件，其現場實測混凝土強度等級不得低於C15，且混凝土表面的正拉粘結強度不得低於1.5 MPa，並且應將鋼板設計成僅承受軸嚮應力作用，鋼板表面應進行防鏽蝕處理，表面防鏽蝕材料對鋼板及膠粘劑無害。它的特點是施工簡單、速度快、上期短；現場無溼作業或僅有抹灰等少量溼作業，對生產和生活影響小；傳力直接，加固效果好，耐久性好；且加固後對原結構外觀和原有淨空無顯著影響，但加固效果在很大程度上取決於膠粘工藝與操作水平；適用於承受靜力作用且處於正常溼度環境中的受彎或受拉構件的加固。
2.5加大截面加固法。在鋼筋混凝土受彎構件受壓區加混凝土現澆層，增加截面有效高度，擴大截面面積，從而提高構件正截面抗彎，斜截面抗剪能力和截面剛度，起到加固補強的作用。加大截面加固法在設計構造方而必須解決好新加部分與原有部分的整體工作共同受力問題。試驗研究表明，加固結構在受力過程中結合面會出現拉、壓、彎、剪等各種複雜應力，其中關鍵是剪應力和拉應力。在彈性階段，結合面的剪應力和法向拉應力主要是靠結合面兩邊新舊混凝土的粘結強度承擔；開裂後及極限狀態下，則主要是通過貫穿結合面的錨固鋼筋或錨固螺栓所產生的被動剪下摩擦力傳遞。
2.6預應力加固法。預應力加固法是採用外加預應力鋼拉桿或型鋼撐杆對結構或整體進行加固的方法，通過預應力的施加改變了原結構內力分佈和應力水平，致使一般加固結構中所特有的應力應變滯後現象得以完全消除，因此後加部分和原結構能共同工作，結構的承載能力可顯著提高，並可減少結構的變形、裂縫寬度。預應力水平拉桿加固的混凝土受彎構件，由於預應力和新增外部荷載的共同作用，拉桿內產生軸向拉力，該力通過杆端錨固偏心地傳遞到構件上，在構件中產生偏心受壓作用，該作用克服了部分外荷載產生的彎矩，減少了外荷載效應，從而提高了構件的抗彎能力。同時，由於拉桿傳給構件的壓力作用，構件裂縫發展得以緩解、控制，斜截面抗剪承載力也隨之提高。由於水平提杆的作用，原構件的截面應力特徵由受彎變成了偏心受壓，因此，加固後構件的承載力主要取決於壓彎狀態下原構件的承載力。
2. 7置換混凝土加固法。置換混凝土加固法是指對原有結構強度低，韌性差的構件材料用強度高，韌性好的混凝土材料置換的方法。該方法適用於承重構件受壓區混凝土強度偏低或有嚴重缺陷的區域性加固。施工工藝簡單方便，上期短，佔用空間小，不影響使用功能，而且造價比較低，經濟合理。採用本方法加固混凝土結構構件時，其非置換部分的原構件混凝土強度等級，按現場檢測結果不應低於該混凝土結構建造時規定的強度等級。置換用的混凝土強度等級應比原構件混凝土提高一級且不應低於C25混凝土的置換深度，板不應小於40mm，樑、柱採用人工澆築時，不應小於60mm,採用噴射法施工時，不應小於50mm，置換長度應根據混凝土強度和缺陷的檢測及驗算結果確定，但對非全長置換的隋況其兩端應分別延伸不應小於100 mm。置換部分應位於構件受壓區內，且應根據受力方向將有缺陷混凝土剔除，剔除位置應在沿構件整個寬度的一側或對稱的兩側，不得僅剔除截面的一隅。
上述混凝土結構加固技術還有待於在實踐中進一步探索，隨著建築科學技術的不斷進步，新型建築材料不斷出現，更好的加固施工方法將會有更大拓展，因此，加固施工方案的選擇範圍也將具有更為廣泛的空間。
參考文獻
1季直倉，卓昌志鋼筋混凝土結構事故分析與加固 [M].北京：中國建 築工業出版社，1997
2萬墨林，韓繼雲混凝土結構加固技術[M].北京：中國建築工業出版 社，1995