工程結(jié)構(gòu)加固技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)

侯 晉 杰

(1.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024;2.山西省建筑科學(xué)研究院，山西 太原 030001)

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，建筑業(yè)也經(jīng)歷了其發(fā)展的三個(gè)階段:首先是大規(guī)模的新建階段，其次是新建與修繕同步階段，最后是已有建筑物的維修、改造以及加固為主的階段。由于經(jīng)濟(jì)水平的提高，人們對(duì)建筑安全程度的要求也不斷提高。這就使得我們國(guó)家目前存在大量的老、舊建筑物和構(gòu)筑物已經(jīng)不適用于現(xiàn)有的安全程度的要求，存在一定的安全隱患，需要進(jìn)行鑒定以及有效的加固，以確保結(jié)構(gòu)能夠繼續(xù)的安全使用。因此，建筑的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)迅速升溫為國(guó)內(nèi)建筑行業(yè)的新熱點(diǎn)，其加固技術(shù)的研究成為學(xué)術(shù)研究的重點(diǎn)之一。從某種意義上講，工程結(jié)構(gòu)的加固、改造和維修工作對(duì)整個(gè)社會(huì)的發(fā)展起著舉足輕重的作用。

由于在我們平時(shí)實(shí)際工作過程中遇到的建筑形式、體型以及建造年代各不相同，各類建筑在加固補(bǔ)強(qiáng)時(shí)的要求和目的也不相同，且在不同條件下，導(dǎo)致工程結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的破損因素不同，最終破壞的程度和存在的隱患也不盡相同。因此我們首先要充分分析各類建筑的基本情況，以便選用最為適宜的加固方法，采取合理的加固補(bǔ)強(qiáng)措施，達(dá)到經(jīng)濟(jì)、有效的加固效果。在此，筆者分析了以下幾種經(jīng)常用到的加固技術(shù)的方法和各自的優(yōu)缺點(diǎn)供大家參考。

1 加大截面法

該方法是用增大結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面面積，以提高其承載力和滿足正常使用的傳統(tǒng)加固方法。其主要特點(diǎn)是:工藝簡(jiǎn)單，適用面廣，加固效果明顯，但現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)量大，工期長(zhǎng)，并且減少建筑物使用的空間，增加結(jié)構(gòu)自重，主要適用范圍為梁、板、柱以及墻的加固。

2 外包鋼加固法

外包鋼加固法是在待加固的結(jié)構(gòu)構(gòu)件角部，采用型鋼包裹的一種加固方法。其主要特點(diǎn)是:施工時(shí)占用、使用空間小，操作簡(jiǎn)便，受力可靠，耐久性好，但鋼材消耗量大，加固所需費(fèi)用較高，節(jié)點(diǎn)處理較為困難。主要適用于:柱、梁、屋架以及大型構(gòu)件或大跨結(jié)構(gòu)。

3 預(yù)應(yīng)力加固法

該法是采用外加預(yù)應(yīng)力型鋼撐桿或鋼拉桿，對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件或結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行加固的方法。此種方法的特點(diǎn)是通過預(yù)應(yīng)力手段使拉桿或撐桿受力，改變?cè)Y(jié)構(gòu)間的內(nèi)力分布并降低原結(jié)構(gòu)的應(yīng)力水平，致使所加固結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力、應(yīng)變滯后現(xiàn)象得以消除，使其后加部分與原結(jié)構(gòu)能較好地共同工作，結(jié)構(gòu)的總體承載能力得以顯著提高。預(yù)應(yīng)力加固法具有加固補(bǔ)強(qiáng)、卸荷以及改變結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力的三重效果，適用于大跨結(jié)構(gòu)的加固，以及采用其他一般方法無法達(dá)到加固效果的較高應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)下的大型結(jié)構(gòu)加固。

4 增設(shè)支點(diǎn)加固法

增設(shè)支點(diǎn)加固法是通過減小被加固結(jié)構(gòu)的跨度或位移，來改變結(jié)構(gòu)不利的狀態(tài)，以提高其承載力。其主要特點(diǎn)是簡(jiǎn)單可靠，但通常會(huì)減小建筑物使用空間，影響建筑物使用的功能，其主要適用于梁、板及桁架等結(jié)構(gòu)加固。

5 粘鋼加固法

粘鋼加固法是將鋼板采用高性能的環(huán)氧類粘結(jié)劑粘結(jié)于混凝土構(gòu)件的表面，使鋼板與混凝土形成統(tǒng)一的整體，利用鋼板良好的抗拉強(qiáng)度達(dá)到增強(qiáng)構(gòu)件承載能力及剛度的目的。其主要特點(diǎn)是快速，不影響結(jié)構(gòu)外形，但鋼板自重及剛度較大，施工操作比較困難，主要適用于承受靜力荷載、處于正常濕度和溫度的受彎構(gòu)件加固。

6 粘貼纖維復(fù)合材加固法

目前加固市場(chǎng)上主要采用碳纖維材料。該方法也是近些年最為常用的加固方法。其工藝原理是將抗拉強(qiáng)度極高的碳纖維用環(huán)氧樹脂預(yù)浸成為復(fù)合增強(qiáng)材料(單向連續(xù)纖維);沿受拉方向或垂直于裂縫方向用環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑將其粘貼在要補(bǔ)強(qiáng)的結(jié)構(gòu)上，使兩者形成一個(gè)新的復(fù)合體，用以增強(qiáng)粘貼材料與原有鋼筋混凝土，達(dá)到復(fù)合體共同受力，增大結(jié)構(gòu)的抗剪或抗裂能力，提高結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度、抗裂性和延伸性。粘貼碳纖維材料與傳統(tǒng)的加大混凝土受力截面或粘鋼補(bǔ)強(qiáng)法相比，具有施工簡(jiǎn)便，節(jié)省空間，不需要現(xiàn)場(chǎng)固定設(shè)備，施工質(zhì)量容易保證，不增加結(jié)構(gòu)尺寸及自重，耐腐蝕、耐久性能好等諸多特點(diǎn)。此外，采用此種加固辦法，從一定程度上可提高建筑物的使用壽命，降低加固成本。因此，碳纖維作為具有劃時(shí)代意義的補(bǔ)強(qiáng)材料，備受國(guó)內(nèi)外業(yè)內(nèi)人士的青睞和關(guān)注。但使用中也存在其自身的缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)為使用環(huán)境的溫度有一定的限制，需要做專門的防護(hù)和處理。若防護(hù)不當(dāng)，易遭受火災(zāi)和人為破壞。

除此以外還有焊接補(bǔ)筋加固法、植筋加固法、噴射混凝土補(bǔ)強(qiáng)法及化學(xué)灌漿修補(bǔ)法等，工程結(jié)構(gòu)加固的方法很多，各有利弊，加固方法的選擇應(yīng)根據(jù)可靠性鑒定的結(jié)果并結(jié)合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)綜合考慮加固效果、施工簡(jiǎn)便性及經(jīng)濟(jì)性等因素決定。

從目前我國(guó)建筑領(lǐng)域的現(xiàn)狀來看，我們?cè)诠芾碇幸廊淮嬖谥恍┱J(rèn)識(shí)上的問題，導(dǎo)致工程事故頻發(fā)。而設(shè)計(jì)不周、施工質(zhì)量低劣、使用或改造不當(dāng)、使用環(huán)境惡化等問題也使得建筑物不能滿足預(yù)定功能的要求，存在一定的安全隱患。現(xiàn)有的設(shè)計(jì)、施工單位加固舊建筑的經(jīng)驗(yàn)較少，各方用于加固維修的資金投入薄弱。近年來我國(guó)提出低碳經(jīng)濟(jì)的概念是一種進(jìn)步，而減少拆除老、舊建筑物必然要少建新建筑，必然少用鋼材水泥，節(jié)約煤炭資源。所以，減少拆除老、舊建筑物是實(shí)行低碳經(jīng)濟(jì)的重要舉措。從可持續(xù)發(fā)展的角度分析，對(duì)老、舊建筑物的加固、改造再利用是減少能耗、實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展的重要手段。作為工程技術(shù)人員，我們肩負(fù)著節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的重任。因此，我們應(yīng)該從材料、工藝等方面著手研究各種加固手段的技術(shù)特點(diǎn)和利弊，盡量使用綠色節(jié)能的材料和可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)，最大可能的重復(fù)利用老、舊建筑，為造福子孫后代做出自己的貢獻(xiàn)。

[1]袁海軍，姜 紅.建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)鑒定與加固手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.

[2]吳 剛，安 琳，呂志濤.碳纖維布加固鋼筋混凝土梁抗彎加固試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)，2000，30(7):3-6.

[3]卓尚木，季直倉，卓昌志.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)事故分析與加固[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997.