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摘要：混凝土構(gòu)件的加固與改造是工程設(shè)計(jì)中時常遇見的問題。本文通過對構(gòu)件加固后的受力分析，闡述了混凝土加固構(gòu)件的受力機(jī)理和構(gòu)造施工措施，對同類工程的設(shè)計(jì)及施工有一定的指導(dǎo)意義。...

混凝土結(jié)構(gòu)的加固與改造

田  倩

中國鋁業(yè)河南分公司設(shè)計(jì)院

    近年來，為了滿足市場需求、提高生產(chǎn)能力、降低生產(chǎn)成本、改善工作條件，需要對原有工業(yè)建筑物進(jìn)行加固或改造。本文對如何通過加固技術(shù)利用原有結(jié)構(gòu)的潛能而提高其承載力，如何保證新老構(gòu)件的結(jié)合，針對鋼筋混凝土構(gòu)件的幾種加固方案，在理論和構(gòu)造上提出了一些看法。對舊有結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計(jì)大量的是前期工作，它包括對舊有建筑物的歷史和現(xiàn)狀的調(diào)查，調(diào)查原結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)年代，設(shè)計(jì)單位，查找圖紙資料，以了解當(dāng)時設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖、使用規(guī)范、設(shè)計(jì)特點(diǎn)、采用的材料、現(xiàn)有結(jié)構(gòu)狀況和原設(shè)計(jì)的區(qū)別，使用過程中是否巳加固過，評價建筑物的自然壽命，結(jié)構(gòu)現(xiàn)有的受荷條件，做到心中有數(shù)。

    對鋼筋混凝土構(gòu)件加固設(shè)計(jì)以前首先要進(jìn)行混凝土的可靠性鑒定。為了保障鑒定的可靠性，可以通過一定的檢測手段對混凝土的現(xiàn)有強(qiáng)度，內(nèi)部缺陷、碳化深度、鋼筋狀況、構(gòu)件的變形等進(jìn)行檢測，為鑒定提供一定的依據(jù)。合理而真實(shí)的評價混凝土的可靠性是混凝土加固的關(guān)鍵。

1、破壞機(jī)理

    加固后結(jié)構(gòu)屬二次受力結(jié)構(gòu)，加固前已經(jīng)載荷受力(即第一次受力)。當(dāng)結(jié)構(gòu)因承載力不足而進(jìn)行加固時，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力及應(yīng)變比較高，新加部分在加固后，并不立即分擔(dān)荷載，而是在新加荷載，即二次荷載作用下才受力。這樣新加部分的應(yīng)力和應(yīng)變始終小于原結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和應(yīng)變，原結(jié)構(gòu)達(dá)到極限狀態(tài)時，新結(jié)構(gòu)應(yīng)力和應(yīng)變還很低，潛力發(fā)揮不出來。如軸心受壓構(gòu)件，加固柱原混凝土達(dá)到極限壓應(yīng)變時，原柱首先破壞，同時退出作，由新加部分承擔(dān)全部荷載，并隨即破壞。

2、加固方法

    目前加同的方法很多，如加大截面法、外包鋼法、外部粘鋼法、預(yù)應(yīng)力法等。本地區(qū)主要采用加大截而法和外包鋼法。

    (1)不同的加同方式，其構(gòu)造方式不同

    加大截而法工藝簡單，應(yīng)用而廣，但現(xiàn)場濕作業(yè)工作量大，養(yǎng)護(hù)期長，影響結(jié)構(gòu)外觀和房屋凈空，對生產(chǎn)和生活也有影響。加大截面法在設(shè)計(jì)構(gòu)造方面必須解決好新老結(jié)合，整體共同工作受力問顥。在各種復(fù)雜應(yīng)力作用下關(guān)鍵的是剪力和拉力的影響。在彈性階段，結(jié)合面的剪應(yīng)力和法向拉應(yīng)力主要靠結(jié)合面兩邊新舊混凝土的粘接強(qiáng)度承擔(dān)開裂后及極限狀態(tài)下，則主要是通過貫穿結(jié)合面的錨固鋼筋或錨固螺栓所產(chǎn)生的被動剪切摩擦力傳遞。由于結(jié)合面混凝土的粘結(jié)抗剪強(qiáng)度及法向粘接抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于混凝土本身強(qiáng)度，所以結(jié)合面是加固同結(jié)構(gòu)受力時的薄弱環(huán)節(jié)。因此，從設(shè)計(jì)構(gòu)造上配置足夠的貫穿結(jié)合面的剪切摩擦筋或錨件將兩部分連接起來，確保結(jié)合面有效的傳力，保證新舊構(gòu)件共同工作的關(guān)鍵。對不同加固方式，其具體構(gòu)造方式為：

    ①單面或雙面僅加配鋼筋的梁，若新受力筋和原受力筋比較近，可用焊接短筋將新受力鋼筋和原受力鋼筋連接在一起。

    ②單面或雙面混凝土加固梁，著新受力筋和原受力筋比較遠(yuǎn)時，可用焊接彎起短筋將新受力鋼筋和原受力鋼筋連接在一起，或采用與原構(gòu)件箍筋焊接或與原構(gòu)件錨固的U形箍筋進(jìn)行連接。

    ③對外包混凝土加固柱，可通過封閉箍筋連接。對于框架柱中的新加受力鋼筋，應(yīng)通長設(shè)置，中間不得斷開。下端應(yīng)伸至基礎(chǔ)頂面或漿錨于基礎(chǔ)中，中間穿過各樓板，上端伸至加固層上樓面或屋面板表面，并環(huán)抱梁相互搭焊。樓層上下表面要各設(shè)置一道加強(qiáng)箍。施工時，原結(jié)構(gòu)結(jié)合面風(fēng)化酥松層、嚴(yán)重油污層及碳化銹裂層必須鑿除，并打毛，然后用水沖洗干凈，混凝土澆注前，結(jié)合面先刷一層高粘性的界面結(jié)合劑，邊刷邊澆，這樣可使結(jié)合面混凝土粘接抗拉及抗剪強(qiáng)度接近或高于混凝土本身強(qiáng)度，避免結(jié)合面的過早破壞，如高強(qiáng)度水泥漿、乳膠水泥漿、環(huán)氧樹脂膠等。混凝土澆搗方式最好采用噴射混凝土澆注工藝，施工簡便，早期強(qiáng)度高，容易保證質(zhì)量。

    (2)外包鋼加固法又分為干式外包鋼法和濕式外包鋼法

    其區(qū)別在于外包鋼材和原構(gòu)件之間是否有粘接措施，其中濕式外包鋼法的承載力提高比較有效，但施工相對麻煩一些。

    外包鋼加固結(jié)構(gòu)，特別是框架結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)區(qū)受力非常復(fù)雜，構(gòu)造上也比較別扭，為保證力的傳遞，在加固區(qū)框架柱的外包鋼應(yīng)通長設(shè)置，中問不要斷開。下端應(yīng)伸至基礎(chǔ)頂面或錨固于基礎(chǔ)中，中間應(yīng)穿過各層樓板，上端可伸至加固層結(jié)構(gòu)樓板的底面。對于框架梁或連系梁，外包鋼材無法穿過梁柱節(jié)點(diǎn)，可在柱上設(shè)置加強(qiáng)型鋼箍和附加受力鋼筋，與梁外包鋼材焊接來傳力。

    濕式外包鋼法施工時應(yīng)原結(jié)構(gòu)結(jié)合面風(fēng)化酥松層、嚴(yán)重油污層及碳化銹裂層必須鑿除，并打磨平整，四角磨圓，用鋼絲刷刷毛，壓縮空氣吹凈。鋼材須除銹，將鋼材安裝焊接完畢后，用環(huán)氧樹脂膠泥將鋼材和原結(jié)構(gòu)結(jié)合面縫隙堵實(shí)，在較低的地方留灌漿孔，在合適位置留排氣孔，通氣試壓，合格后在一定壓力下將環(huán)氧樹脂漿從灌漿口吹人直至排氣孔冒漿為止，并用環(huán)氧膠泥堵孔，滯漿后不得再對鋼材進(jìn)行錘擊、移動和焊接。

    總而言之，混凝土加固設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)性比較強(qiáng)，尚無完善的計(jì)算理論依據(jù)。在設(shè)計(jì)時，結(jié)合原結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，依照當(dāng)?shù)厥┕�條件及加固經(jīng)驗(yàn)來確定加吲方案，以采取必要的構(gòu)造措施。加固結(jié)構(gòu)的新加部分和原結(jié)構(gòu)相比，應(yīng)力應(yīng)變過于滯后，造成加固效果很不理想。若能在加固前進(jìn)行卸荷，就可緩解應(yīng)力應(yīng)變滯后的現(xiàn)象，使新舊結(jié)構(gòu)均能達(dá)到各自的極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)總的承載能力得到提高。卸荷可直接卸荷，也可施加反向作用力而間問接卸荷，以此來達(dá)到加固的目的。

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會  文徑網(wǎng)絡(luò)：溫紅娟  尚雯瀟  尹維維 編輯 文徑 審核)

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