(一)混凝土结构加固技术一、增大截面加固增大截面加固法,也称为外包混凝土加固法,它是增大构件截面面积并增配钢筋,用以提高构件的承载力和刚度的一种直接加固方法。
根据不同的加固要求,此法又可分为增大断面为主的加固和加配钢筋为主的加固,或者两者兼备的加固。
特点:采用增大截面法加固,结构可靠性好,结构承载力、刚度提高幅度大,增加了结构稳定性。
但该法施工周期长;湿作业,往往需要停产;结构尺寸的增大可能影响使用功能;加固后易引起地震力的增加和薄弱层的转移,要注意结构自振频率的改变;施工时要注意接合面的处理。
适用范围:增大截面加固法的加固效果显著,适用范围较广,可用于加固梁、板、柱、墙、屋架等。
二、粘贴钢板加固粘贴钢板法是在混凝土构件表面用建筑结构胶粘贴钢板,使其如同原构件受拉(受压)钢筋一样,参与混凝土构件共同工作,以提高构件承载力的一种加固方法。
特点:粘钢加固法施工简便、快速,增加原结构的重量较小,基本不改变结构外形,不影响建筑使用净空。
但打磨混凝土表面时,粉尘和噪声较大,为提高其耐久性,延缓胶层老化,防止钢板锈蚀,粘贴完工后,需在钢板及邻接混凝土表面进行防水防腐处理。
适用范围:粘贴钢板加固适用于承受静载作用的钢筋混凝土受弯、斜截面受剪、受拉及大偏心受压构件的加固。
不适用于素混凝土构件,包括纵向受力钢筋配筋率低于现行国家标准规定的最小配筋率的构件加固。
粘贴钢板加固一般用于长期使用的环境温度不超过60摄氏度、相对湿度不大于70%、无化学腐蚀且无放射性环境的地区。
处于特殊环境(如高温、高湿、介质侵蚀、发射环境等)的混凝土结构,采用粘钢加固时,应采取特殊防护措施。
三、粘贴纤维增强复合材料加固粘贴纤维增强复合材料加固混凝土技术是通过树脂胶结材料将纤维增强复合材料粘贴于混凝土表面,通过两者的共同作用达到加固补强、改善受力性能的一种结构外部加固技术。
用于建筑工程的纤维增强复合材料(简称FRP)主要是聚合物基复合材料,即由连续纤维和树脂基体复合而成。
常用纤维种类有碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维,常用树脂有环氧树脂、聚酯树脂和乙烯酯树脂。
根据纤维种类的不同可将FRP材料分为三类:碳纤维增强复合材料(CFRP)、玻璃纤维增强复合材料(GFRP)和芳纶纤维增强复合材料(AFRP)。
特点:首先,FRP最突出的有点是具有高比强度,即轻质高强,FRP加固基本不增加原结构重量、不影响结构外形。
其次,FRP具有良好的耐腐蚀性及耐久性,可以抵抗不同环境下的化学腐蚀,这是传统建筑结构材料难以比拟的。
同时,FRP具有可设计性即通过使用不同纤维种类,控制纤维的含量和不同铺层方向等方法可设计出不同强度、不同弹性模量和不同性能的FRP产品,且FRP产品成型方便,形状可灵活设计。
与传统的加固技术相比,粘贴FRP加固在施工方面也具有特色。
其一、施工过程很少湿作业,基本无需大型施工机具,占用场地小;其二、由于FRP材质轻,将其与混泥土粘贴时无需采取加压固结措施,施工方便、快捷,施工效率高。
且由于FRP片材的柔性很高,即使被加固的结构表面不是非常平整也基本能保证100%的有效粘贴率,较粘贴钢板加固更容易保证粘贴质量。
另外,粘贴FRP加固混凝土技术无需对原有的混凝土结构打孔穿洞,不会造成结构的加固损伤。
需要注意的是,与混凝土相比,一般FRP的防火性能较差,但通过改变树脂的组分,可以改善FRP的防火性能,如果在其表面进行防火处理,其效果可以与混凝土结构的抗火性能相当。
适用范围:FRP加固技术适用于修复房屋和一般构筑物的混凝土结构因设计失误、施工错误、材料不符合要求及结构使用功能的改变引起载荷的增加,或因遭受火灾、水灾、风灾及地震灾害使结构和构件遭到损坏等各种结构病害情况。
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的加固。
不适用于素混凝土构件,包括纵向受力钢筋配筋率低于现行国家标准规定的最小配筋率的构件加固。
国内外研究和工程经验表明:对砌体结构、钢结构、木结构等也可采用FRP进行加固。
不推荐该加固方法用于小偏心受压构件的加固,由于纤维复合材料仅适用于承受拉应力作用,而小偏心受压构件的纵向受拉钢筋达不到屈服强度,采用粘贴纤维将造成材料的极大浪费。
粘贴CFRP与粘贴钢板补强加固的优缺点四、预应力碳纤维材料加固预应力碳纤维布加固混凝土结构是借鉴预应力钢筋混凝土结构的概念提出的一种加固效果显著的方法。
其工作原理是将碳纤维布张拉至设计值,用粘贴材料将其粘贴到混凝土梁的受拉面,使其与混凝土结构共同受力。
它具有普通碳纤维布加固技术无法比拟的优势,如可以充分利用碳纤维布轻质高强的特点,能极大提高构件的开裂载荷、屈服载荷;可以缓解碳纤维布的应力滞后问题,限制钢筋应力的增长;可以有效延迟构件的开裂,限制裂缝的形成、发展,减少裂缝的宽度和挠度变形;显著改善结构的工作性能等。
同时,预应力碳纤维布加固混凝土梁在疲劳荷载作用下的效果也经实验验证,令人满意。
五、纤维复合材料嵌入式加固所谓嵌入式加固法是将加固材料放入结构表面预先开好的槽中,并向槽中注入粘结材料使之形成整体。
与传统加固方法(增大截面法、粘贴钢板法、植筋法等)相比,嵌入式加固方法耐腐蚀,轻质高强,施工方便,省时省力,加固后维修费用低等。
六、外包钢加固外包钢加固法是采用横向缀板或套箍为连接件,将型钢或钢板包在原构件表面、四角或两侧,以减轻或取代原构件受力的一种间接加固方法。
对于矩形构件,大多在构件四角包角钢,横向用箍板连接,对于圆柱形或烟囱等圆形构件,多用扁钢加套箍的办法加固。
特点:外包钢加固法的优点是:构件截面尺寸增加不大,但其承载能力和抗震能力可大幅度提高,加固后原构件上的混凝土因受外包钢缀板的约束变成三向受力的约束混凝土,构件的延性得到提高;施工不需要模板,施工速度较快。
外包钢加固法受使用环境限制,费用较高,有时需要特制的夹具,同时外包钢需要进行防腐处理,以提高耐久性。
适应范围:外包钢加固法适用于需要大幅度提高承载能力和抗震能力的钢筋混凝土梁、柱的加固,筒体承载力不足的加固,以及排危抢险工程的加固等。
外包钢加固一般用于环境温度不超过60℃、相对湿度不大于70%且无化学腐蚀的地区。
七、置换混凝土加固置换混凝土加固法是剔除原构件低强度或有缺陷区段的混凝土至一定的深度,重新浇筑同品种但强度等级较高的混凝土进行局部增强,以使原构件的承载了得到恢复的一种直接加固法。
特点:该方法施工简便,在一般情况下对周边影响小,直接加固费用不高。
为保证置换效果,施工前多数情况下应对构件进行卸载,新旧混凝土结合面粘结必须可靠。
置换混凝土加固法与增大截面加固法相近,加固后不影响建筑物的净空,但同样存在湿作业时间长的缺点。
适应范围:适用于受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的梁、柱等混凝土承重构件的加固,使用中受损伤、高温、冻害、侵蚀的构件加固,或由于施工差错引起局部混凝土强度不能满足设计要求的构件加固。
八、体外预应力加固体外预应力加固是后张预应力体系的一个分支,这种加固法是沿结构构件表面铺设预应力筋,通过合适的预应力值,改善原结构的应力变形状态,以提高结构的承载能力,从而达到加固的目的。
特点:体外预应力加固法没有应力滞后的缺陷,施工简便,造价低;在基本不增加梁、板截面高度和不影响结构使用空间的条件下,可提高梁、板的受弯、受剪承载力和改善其在使用阶段的性能;便于在结构试用期内检测、维护和更换。
由于预应力束布置在结构体外,因此需要考虑材料的耐久性及防火防锈措施。
此外,预应力筋材料外露,有时会影响观瞻和使用功能。
适应范围:体外预应力加固法适用于下列场合的梁、板、柱和桁架的加固:1、原构件截面偏小或需要增加其使用荷载;2、原构件需要改善其使用性能;3、原构件处于高应力、应变状态,且难以直接卸除其构件上的荷载。
九、钢丝绳网片-聚合物砂浆外加层加固钢丝绳网片-聚合物砂浆外加层加固技术是通过渗透性聚合物砂浆将钢丝绳网片与原本的混凝土粘合成一体共同工作整体受力,以提高结构承载力的一种加固方法。
加固原理与高性能复合砂浆钢筋网加固法相似。
实际工程中,经常根据需要对钢丝绳施加预应力。
特点:加固后对结构自重影响很小,同时基本不增加构件截面尺寸,不影响建筑物原有使用空间;加固不仅显著提高构件承载力,而且可以增加构件刚度,对控制构件的变形、裂缝有一定的作用;结构加固过程中不影响建筑的使用,对被加固的母体表面没有平整要求节点处理方便,可以加固有缺陷或承载力低的混凝土结构;聚合物砂浆是一种既具有高分子材料粘结性,又具有无机材料耐久性的新型混凝土修补材料,其抗压强度高,固化迅速,有很好的保水性,抗裂性和耐碱性;相对于碳纤维、粘钢加固方法,具有更好的防火耐火性;是一种可靠的绿色环保加固技术,避免了通常的粘钢、碳纤维加固方法中胶体对环境造成的污染。
适应范围:适用于钢筋混凝土受弯、受拉和大偏心受压构件的加固,该方法不适用于素混凝土构件,包括纵向受力钢筋配筋率低于现行国家标准规定的最小配筋率的构件加固。
十、高性能复合砂浆钢筋网(HPFL)加固该加固方法是在混凝土结构表面绑扎钢筋网,用高性能复合砂浆作为保护和锚固材料,使其与原构件共同工作整体受力,以提高结构承载力的一种加固方法。
它实质上是一种利用体外配筋,提高原构件的配筋量,从而相应提高结构构件的刚度、抗拉、抗压、抗弯和抗剪等方面性能的方法。
特点:与传统的加固修补方法及粘钢、喷射混凝土加固技术相比,利用高性能复合砂浆钢筋网加固修补混凝土结构具有明显的技术优势,主要表现在以下几个方面:1、延性相对较好;2、防火、耐高温性能较好;3、与原混凝土材料相容性较好;4、无污染,抗老化,具有极佳的耐腐蚀性能及耐久性;5、对结构形状和外观影响较小;6、施工便捷,功效高,施工质量易保证;7、经济效益好,价格便宜。
适应范围:高性能复合砂浆钢筋网加固混凝土结构可广泛适用于各种结构类型(如建筑物、构筑物、桥梁、隧道、涵洞等)、各种结构形状(如矩形、圆形、曲面结构等)、各种结构部位(如梁、板、柱、节点、拱、壳)的加固修补。
十一、绕丝加固绕丝法是在结构外表按一定间距缠绕经退火后的钢丝,使混凝土受到约束作用,从而提高构件承载力和延性的一种直接加固法。
特点:该方法施工简便,利用了混凝土三向受力可以提高其单轴抗压强度的原理,改善了构件的抗震性能。
梁用绕丝法加固后,具有良好的约束斜裂缝和变形的能力,承载力也有一定的提高。
十二、喷射混凝土加固喷射混凝土加固是借助喷射机械、利用压缩空气,将一定比例配合的混凝土拌合料,高速喷射到需要加固(结构)构件表面进行加固补强的一种方法。
喷射的高速高压作用,提高和改善了被加固结构二次组合界面的粘结性能及整体共同工作性能。
混凝土拌合料在喷枪中喷出前加水的为干喷法;混凝土拌合料加水拌合后,再从泵中输送喷射的为湿喷法。