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浅谈结构加固技术现状及发展
浅谈结构加固技术现状及发展
浏览量 37 发布时间 2022-09-15 10:46:45 作者 嘉嘉
中国是一个发展中国家。根据混凝土结构的老化规律,自20世纪以来,我国需要加固的结构数量逐年增加。特别是20世纪80年代以来,随着我国国民经济的发展,不仅大量老化的混凝土结构需要加固,而且一些长期未使用的结构由于功能变化也需要加固改造。如今的混凝土结构加固可谓日新月异。更新的技术,更新的工艺,更新的材料,更深更成熟的研究成果,必将伴随我们进入新世纪!我们一起来看看目前我国加固技术现状及其未来发展方向吧。

中国是一个发展中国家。根据混凝土结构的老化规律,自20世纪以来,我国需要加固的结构数量逐年增加。特别是20世纪80年代以来,随着我国国民经济的发展,不仅大量老化的混凝土结构需要加固,而且一些长期未使用的结构由于功能变化也需要加固改造。如今的混凝土结构加固可谓日新月异。更新的技术,更新的工艺,更新的材料,更深更成熟的研究成果,必将伴随我们进入新世纪!我们一起来看看目前我国加固技术现状及其未来发展方向吧。


一、结构加固概述

1.钢筋加固的原因钢筋加固是随着建筑结构的发展而发展的。从加固范围来看,主要原因有:

(1)因施工质量问题尚未竣工的;

(2)老化后结构得到改造和强化;

(3)结构帽在使用前的变形引起的加固;

(4)灾害造成的加固。

2.加固方案可靠性鉴定-加固方案选择-加固设计-施工组织设计-施工-验收。


浅谈结构加固技术现状及发展


二、传统加固方法

即加大截面的方法是在现有的混凝土构件上增加钢筋混凝土,增加原有混凝土构件的截面面积,从而达到提高结构承载能力的目的。加大截面法施工简便,适用范围广,可广泛用于梁、板、柱、墙等一般混凝土结构的加固。缺点是现场湿作业工作量大,维护周期长,对生产生活有一定影响;对结构外观和房屋净空也有一定的影响,对预埋钢筋的腐蚀和混凝土的劣化有很大的危险。

增加截面法的加固效果直接关系到加固时原结构的受力水平、结合面的结构处理、施工工艺、材料性能以及加固时是否卸载。加大截面法在设计和施工中必须解决新增部分与原有部分的共同受力问题。实验结果表明,在结构强化过程中,结合面上会出现拉、压、弯、剪等各种复杂应力,其中剪力和拉力是关键。在未来,强化这项技术更有效的方法是使用具有高拉伸应变能力和低收缩率的材料。


三、传统加固方法

1.粘贴钢板加固法。1960年瑞士和德国在L 'Hermite和Bres-son工作的基础上,发展了外贴钢板加固钢筋混凝土结构的方法,即用双组分环氧胶将薄钢板或其他钢衬粘贴在混凝土结构表面,产生一种三相材料,即混凝土-胶-钢板的复合体系。该方法具有方案设计和结构计算简单,不破坏原混凝土构件,施工方法简单,周期短,现场工程量小,对原构件外形尺寸影响小等优点。它是国际上应用广泛的一种先进加固方法,不仅广泛应用于建筑,也广泛应用于公路桥梁。实践证明,在混凝土梁的受拉面粘贴钢板可以提高抗弯承载力,同时也可以提高抗弯刚度,相应地减少挠度和裂缝。

混凝土粘合钢板必须满足三个因素:

(1)环氧树脂至少具有混凝土强度的粘结强度。

(2)粘合表面必须干净。

(3)为避免脆性板块分离和破坏,板块必须细长,或采用足够的锚固,以充分发挥钢板的性能。琼斯的实验研究表明,钢板的粘结锚固是锚固钢板的最佳方式。

钢板粘结的主要实际问题是:

(1)重量过大,长度受限,便于操作和搬运。

(2)难以确认粘合的耐久性和钢板与胶体之间界面的潜在腐蚀。

(3)目前使用低碳钢进行加固,低碳钢具有固有的腐蚀特性,因此产生了额外的维护工作。

(4)环氧树脂等固化剂硬化后,强度高,但跪着,一般的胶黏剂不广泛适用。目前,中国东洋机械公司已从日本引进,正在开发和生产用于特殊环境的胶粘剂,如低温(20℃以下)、高温、水下等特殊环境。

2.预应力加固法也可称为抗弯矩法。在20世纪50年代,体外预应力是一种施工方法。预应力加固具有加固、卸载和改变结构内力三种作用,适用于大跨度结构的加固。在构件外张拉预应力钢筋可以增加主筋,提高正截面和斜截面的强度,也可以提高刚度,是一种正加固方法。但预应力钢筋中预应力的大小取决于结构的应力寿命,即要考虑混凝土徐变的影响。预应力筋的应力不应大于150MPa,但对长期受力的超静定结构宜为50—100MPa。体外预应力技术已被成功地应用于纠正现有结构过大和不理想的挠度,提高结构的抗疲劳和抗开裂能力。目前,体外预应力已在美国、日本和瑞士广泛应用于混凝土加固。

体外预应力的优点是:

(1) X射线或其他无损检测技术可用于在运行期间检查结构;

(2)施工方法简单成熟;

(3)拉杆或钢绞线可以更换。

从结构外部看缺点:易生锈,易燃,易损坏外观。体外预应力系统通常用于保护外部侵蚀性构件和防火,如涂层混凝土或喷射混凝土。腐蚀问题可以通过使用纤维增强塑料来解决。但目前对纤维增强塑料的力学性能还不是很了解,还需要进一步的研究。

3.外包钢筋法。外包型钢加固法是将型钢(一般为角钢)包裹在构件四角(或两角)的加固方法。在我国,外包钢加固法也是一种广泛使用的传统加固方法。其优点是:施工简单,现场工作量少,受力可靠。它适用于不允许增加原构件截面的全尺寸,但不要求大幅增加截面承载力的混凝土结构的加固。有两种类型的外部钢筋:湿钢筋和干钢筋。湿式包裹钢筋加固:包裹的钢筋与构件用乳胶水泥浆或环氧树脂化学灌浆粘结,使型钢与原构件共同工作,共同受力;干包钢筋:型钢与原构件之间没有粘结,有时用水泥砂浆填充,但不能保证结合面剪力和拉力的有效传递。被包裹的钢架和原构件不能作为一个整体工作,只能相互单独受力。与湿式外包相比,干式外包更容易施工,但承载力的提高不如湿式外包有效。外包钢加固结构,尤其是框架结构,节点区受力最为复杂,结构处理比较棘手。


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四、未来的发展

由于加固技术的历史不长,在各种加固方法中,我们对混凝土结构的修复加固经验有限,很多加固方法,尤其是较新的加固方法,缺乏必要的试验数据、设计施工标准和检测标准。各种加固方法的力学特性和施工要点的研究有待进一步深化。例如,加筋结构次应力的工作机理和计算方法的研究;不同加固材料、包裹和粘贴形式对原结构的抗弯、抗剪、疲劳、延性和耐久性的试验研究。结构胶的力学性能是保证钢筋混凝土结构与各种加固板能形成整体共同工作的关键。然而,结构胶的力学性能,如与结构的关系、拉伸性能、剪切性能和流变性能等还需要进一步研究。利用有限元理论研究混凝土-粘结剂-加固材料的应力应变,及其应力模型的建立和计算方法的实现,从而准确计算其应力特性。对各种加固形式进行了可靠度分析,提出了相应的符合现行规范的实用计算模型和公式,如分项系数形式、可靠度标定分析等。该研究已被列入中国国家基础研究项目(攀登计划)重大土木水利工程安全性和耐久性基础研究。中国建筑材料科学研究院和冶金部建筑研究院开发了自流平修补砂浆。冶金部建筑研究院正在进行碳纤维的应用技术研究,中国水科院开发了机械设备螺栓专用锚固剂。中国建筑科学研究院已开展混凝土结构后锚固技术研究,并将编制相关行业标准。同时,中国建筑科学研究院开设了混凝土结构锚固加固技术、低成本高效承重膨胀螺栓、提高混凝土强度加固技术等课题。


五、结论

中国是一个发展中国家。根据混凝土结构的老化规律,自20世纪以来,我国需要加固的结构数量逐年增加。特别是20世纪80年代以来,随着我国国民经济的发展,不仅大量老化的混凝土结构需要加固,而且一些长期未使用的结构由于功能变化也需要加固改造。如今的混凝土结构加固可谓日新月异。更新的技术,更新的工艺,更新的材料,更深更成熟的研究成果,必将伴随我们进入新世纪!

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