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建筑工程常用的结构加固方法

阅读:58次日期:2017-04-21

建筑工程常用的结构加固方法

        建筑结构的加固可分为直接加固与间接加固两类,设计时,可根据实际条件和使用要求选择适宜的加固方法及配合使用的技术。

一、直接加固法

(一)增大截面法。增大截面法是用同一种材料,通过增大构件截面面积,提高构件的承载力和刚度来达到对原构件进行加固之目的的一种传统的加固方法。这种方法被广泛应用于加固砖结构中的梁、板、柱、墙等一般构件,钢结构中的柱、屋架,以及砖墙、砖柱等。增大截面法的加固效果与原理结构的应力水平、材料性能、施工工艺、结合面构造处理及是否卸荷加固等因素直接相关。本方法工程费用较低,但施工麻烦,而且影响建筑空间。

(二)外包钢加固法。外包钢加固法是在结构构件四角包以型钢的加固方法,它是一种使用面较广的传统加固方法。该方法分为干式外包钢和湿式外包钢两种形式。它可在基本不增大构件截面尺寸的情况下提高承载力,增大延性和刚度。外包钢加固法适用于混凝土柱、梁、屋架以及砌体柱和窗间墙,也适用于烟囱等构筑物的加固。本方法费用稍高,但施工相对简单,基本不影响建筑空间。

(三)外部粘贴加固法。外部粘贴加固法是用粘结剂将钢板或纤维增强复合材料等粘贴到构件需要加固的部位,以提高构件承载力和刚度的一种加固方法。本方法费用稍高,且防火性能差,有一定的空气污染,但施工简单,加固效果良好,不影响建筑空间。

(四)注浆加固法。该方法利用压力,把粘结性能较好的材料注入到被加固构件内部的空隙中,以提高被加固构件的完整性、密实性,增加材料的强度。

二、间接加固法

(一)增设构件加固法。该方法是在原有构件基础上增加新的构件,用以减少受荷面积,从而达到结构加固之目的。采用该方法一般不会损害原结构,且易于操作,但需增加新构件,有时会对原有的构件功能产生负面影响。

(二)增设支点加固法。即在梁、板等构件上增设新的支点,在柱子、屋架之间增设支撑构件,用以减少结构构件的计算跨度、荷载效应,挖掘构件潜力,增加构件的稳定性,以达到加固的目的。

(三)增加结构整体性加固法。即通过增加支撑等措施使结构构件形成整体,共同作用。因整体结构构件被破坏的概率远远小于单个构件,所以可以达到结构加固的目的。、

(四)改变结构刚度比加固法。及对局部结构采取措施,改变原有结构的刚度比,用以调整结构在荷载作用下的内力分布和改善结构的受力状况来达到加固的目的。

三、加固及改造处理的内容

地基基础加固、复位纠偏、结构补强、裂缝修补、防渗堵漏、扩建改造、部分或全部拆除以及整体平移或旋转等。


四、加固改造处理方法

(一)混凝土结构加固

直接加固宜根据工程的实际情况选用增大截面加固法、置换混凝土加固法、外粘型钢加固法、外粘钢板加固法、粘贴纤维复合材加固法、绕丝加固法或高强度钢丝绳网片-聚合物砂浆外加层加固法等。

间接加固宜根据工程的实际情况选用外加预应力加固法或增设支点加固法。

此外可以配合使用的技术包括:植筋技术、锚栓技术、裂缝修补技术、托换技术、碳化混凝土修复技术(目前尚未成熟)、混凝土表面处理技术、填充密封、化学灌浆技术、结构构件移位技术、调整结构自振频率技术等。

(二)砌体结构加固

现阶段常用的砌体结构加固方法主要有下列:

钢筋混凝土外加层加固法(喷射混凝土)、钢筋水泥砂浆外加层加固法(喷浆)、增设扶壁柱加固法、外包钢加固法、预应力撑杆加固法、增改圈梁及构造柱加固法、增设梁垫加固法、局部拆砌加固法、裂缝修补加固法。

(三)钢结构加固

钢结构常用加固方法应参照《钢结构加固技术规程》(CECS 77:96)执行,即:改变结构计算图形的加固、加大构件截面的加固、连接的加固与加固件的连接、裂纹的修复与加固。

(四)地基基础加固

常用方法如基础补强注浆加固法、加大基础底面积法、加深基础法、坑式托换法、锚杆静压桩法、树根桩法、坑式静压桩法、石灰桩法、砂石桩法、换填法、预压法、强夯法、振冲法、注浆加固法、高压喷射注浆法、土或灰土挤密桩法、深层搅拌法、硅华法、碱液法、迫降纠倾技术、顶升纠倾技术、深基坑复合土钉支护技术。

(五)抗震加固

“抗震加固”是指现有建筑物达到规定的抗震设防要求而进行的设计及施工。常用抗震加固方法有:

1、面层加固法:在砌体墙表面增抹一定厚度的水泥砂浆或钢筋、水泥砂浆的加固方法;

2、板墙加固法:在砌体墙表面浇注或喷射钢筋混凝土构造柱的加固方法;

3、外加柱加固法:在砌体墙交接处增设钢筋混凝土构造柱的加固方法;

4、壁柱加固法:在砌体墙垛(柱)侧面增设钢筋混凝土柱的加固方法;

5、混凝土套加固法:在原有的钢筋混凝土梁柱或砌体柱外包一定厚度的钢筋混凝土的加固方法;

6、钢构套加固法:在原有的钢筋混凝土梁柱或砌体柱外包角钢、扁钢等制成的构架的加固方法。

五、各种方法适用范围

(一)增大截面加固法:主要适用于钢筋混凝土受弯构件和受压构件的加固。采用本方法时,按现场检测结果确定的原构件混凝土强度等级不应低于C10。

(二)置换混凝土加固法:主要适用于承重构件受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的局部加固。采用该法施工过程中,置换截面处的混凝土不应出现拉应力,若控制有困难,应采用支顶等措施进行卸荷。

(三)外粘型钢加固法:主要适用于需要大幅度提高截面承载能力和抗震能力的钢筋混凝土梁、柱结构。

(四)外粘型钢板加固法:主要适用于对钢筋混凝土受弯、大偏心受压和受拉构件。但该法不适用于素混凝土构件,包括纵向受力钢筋率低于现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010规定的最小配筋率的构件。被加固的混凝土结构构件,其现场实测混凝土强度等级不得低于C15,且混凝土表面的正拉粘结强度不得低于1.5MPa。加固施工时,应采取措施卸除或大部分卸除作用在结构上的活荷载。

1、优点:

该法施工快速,不减小建筑净空,不影响建筑外立面,不影响上层楼盖结构或屋面的防水构造,无现场浇筑混凝土的湿作业,施工设备简单,可有效提高梁的抗弯刚度,而且粘钢加固后几乎不增加结构自重。适用于承受静力作用且处于正常湿度环境中的受弯或受拉构件的加固。

2、缺点:

加固效果在很大程度上取决于胶粘工艺与操作水平。这是由于钢板刚度较大,施工时的误差等原因使得结构胶使用中容易在粘结面上发生剥离脱空,特别是钢板端部更易发生剥离破坏。另外,研究发现黏贴钢板结构在承受长期动载下的抗疲劳性能不甚理想。对高强度混凝土试件进行粘贴钢板加固时疲劳强度好一些;在疲劳荷载的作用下,黏贴钢板加固梁的端部锚固问题复杂,有待于进一步研究。

(五)粘贴纤维复合材加固法:主要适用于对钢筋混凝土受弯、轴心受压、大偏心受压和受拉构件。但该法不适用于素混凝土构件:包括纵向受力钢筋率低于现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010规定的最小配筋率的构件。被加固的混凝土结构构件,其现场实测混凝土强度等级不得低于C15,且混凝土表面的正拉粘结强度不得低于1.5MPa。加固施工时,应采取措施卸除或大部分卸除作用在结构上的活荷载。

1、碳纤维加固的适用性:

碳纤维可成功地用于混凝土结构的抗震、抗剪和抗弯加固。但应该指出,由于碳纤维加固结构固有的一些受力特点,许多混凝土结构问题不适于用碳纤维进行加固,因此有必要对其适用性作出分析。

1)刚度问题

当混凝土、屋盖结构由于刚度不足,导致变形过大、开裂严重而影响使用时,不适合用粘贴碳纤维布的方法加固。研究表明,对于梁、板等横向受力构件,当用碳纤维进行加固时,在正常使用极限状态,碳纤维对结构刚度的提高作用小于10%,或基本没有提高。

2)碳纤维抗弯加固的适用范围

当混凝土结构由于抗弯承载力不够,采用碳纤维布进行加固时,加固结构的破坏形态一方面取决于原结构的配筋情况,另一方面取决于碳纤维的用量。现假设原结构为适筋构件,则加固结构的破坏形态可分为如下三种情况。

(1)碳纤维用量较少。破坏时受压区边缘混凝土压碎,受拉钢筋屈服,碳纤维可以达到较高的拉应变。

(2)碳纤维用量适中。破坏时受压区边缘混凝土压碎,受拉钢筋屈服,碳纤维可达到某一中等拉应变。

(3)碳纤维用量较多。破坏时受压区边缘混凝土压碎,受拉钢筋屈服,碳纤维应变很低。

上述三种情况,第三种情况由于碳纤维用量大且利用率低,不宜采用。第一种加固方法适用于截面高度较大的梁,第二种加固方法适用于截面高度较小的板或扁梁。这主要是由于对板或扁梁而言,在碳纤维未达到很高的拉应变时,结构就可能由于变形过大而破坏。具体界限取决于碳纤维极限拉应变和加载方式。

2、加固工程维护及使用年限

1)相当多使用单位认为加固是一劳永逸的事情,既然加固完成了就无需再去关注。这是极端错误也是极其危险的想法。事实上,加固作业是一项特殊的施工技术,加固效果受用途、适用环境等因素的综合影响,经常性的维护是延长加固工程适用寿命必不可少的举措。

加固工程竣工验收合格后,相关参建,特别是设计及施工单位,应编制加固工程适用要求,并对使用过程中的维护工作提出具体措施。工程移交后,使用单位应指派专人负责管理工作,建立定期检查、维护、保养制度,并将检查中发现的问题及检查记录归档。

2)使用年限

加固工程的使用年限,应由业主和设计单位共同商定。一般情况下,混凝土结构加固工程宜按30年考虑;到期后,若重新进行的可靠性鉴定认为该结构工作正常,仍可继续延长其使用年限。

对于使用胶粘方法或掺有聚合物加固的结构、构件,尚应定期检查其工作状态。检查的时间间隔可有设计单位确定,但第一次检查时间不应迟于10年。

未经技术鉴定或设计许可,加固改造工程不得改变用途和使用环境。

(六)绕丝加固法:主要适用于提高钢筋混凝土柱的位移延性的加固。采用该法时,原构件现场检测结果推定混凝土强度等级不应低于C10,但也不得高于C50。此外,若柱的截面外方形,其长边尺寸h与短边尺寸b之比,应不大于1.5。

高强度钢丝绳网片-聚合物砂浆外加层加固法:主要适用于对钢筋混凝土受弯和大偏心受压构件。但该法不适用于素混凝土构件,包括纵向受力钢筋率低于现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010规定的最小配筋率的构件。被加固的混凝土结构构件,其现场实测混凝土强度等级不得低于C15,且混凝土表面的正拉粘结强度不得低于1.5MPa。加固施工时,应采取措施卸除或大部分卸除作用在结构上的活荷载。

(七)外加预应力加固法:主要适用于下来场合的梁、板、柱和桁架加固,即:原构件截面偏小或需要增加其使用荷载;原构件需要改善使用性能;原构件处于高应力、应变状态,且难以直接卸除其结构上荷载。

(八)增设支点加固法:适用于梁、板、桁架、网架等结构的加固。