混凝土結構常用加固技術及其特點探析

聶宏星

（容海川城鄉(xiāng)規(guī)劃設計有限公司 山西 太原030027）

0 引言

從經(jīng)濟角度來看，對老舊建筑進行結構加固改造，可以節(jié)約大量資源，減少投入資金[1]?；炷两Y構是以混凝土為主制作的結構，其具有整體性、可塑性強，耐久性、耐火性好以及工程造價和維護費用低等特點，目前被廣泛應用于各種建筑工程中。作為一門日漸成熟的技術，混凝土結構加固是一種保障一些建筑結構和功能穩(wěn)定性、增加使用壽命，保護人民群眾生命財產(chǎn)安全的手段，已逐漸成為我國房屋建筑業(yè)不可忽視的重要一環(huán)，因此對混凝土結構常用加固技術及其特點探析尤為必要。

1 截面加大加固法

1.1 原理及特點

加大截面法主要指通過增設現(xiàn)澆鋼筋混凝土外加層或鋼筋網(wǎng)砂漿層以增大構件的橫截面積，從而達到提供結構承載能力目的的一種加固方式。加大截面法是一種應用較廣的傳統(tǒng)加固方法，一般計算時可按加固后的整體截面計算，也可當做疊合式受彎構件進行設計。

截面加大加固法技術較為成熟、操作簡單，適用于鋼筋混凝土受彎和受壓構件的加固，提升結構承載能力和剛度的效果較強，但其濕法作業(yè)量大、養(yǎng)護時間長，容易影響生產(chǎn)及生活。

1.2 應用注意事項

加大截面法適用性強，能夠適用于各種普通墻體、柱體及梁體等混凝土構件的加固，加固處理后，結構所受應力的方向不變，與原先保持水平。然而，值得注意的是，加固結構在力的作用下，作為受力最為薄弱的環(huán)節(jié)，新老結構的對接面會產(chǎn)生拉力、剪力等眾多復雜的應力，一旦界面開裂，將造成對接面剝離而各自受力，以致會極大的損害加固效果。為此，研究結合面的粘性性能，改善結合面的施工工藝，對于截面加大加固法的應用較為重要。目前，隨著加固技術的不斷發(fā)展，施工工藝的不斷優(yōu)化，錨噴混凝土加固、鋼筋混凝土套箍加固就是最新產(chǎn)物之一。

2 外包鋼加固法

2.1 原理及特點

外包鋼加固法就是利用束縛原結構而增強整體的抗變形及承載實力的一種加固方法。在此方法中，原結構主要指鋼筋混凝土結構，外包其表面的主要有鋼板、型鋼等。根據(jù)二者粘結形式不同，可分為外粘型與無粘結外包型兩種。在中國，外包鋼加固法也是運用廣范的固有加固方法之一，一般具體應用時根據(jù)原結構不同的截面等采取不同的加固方法，如對于圓形截面柱，多用扁鋼加套箍，增強結構整體的剛度與承載實力；對于矩形截面柱，一般在其四角外包角鋼，同時為了利用它們和原先構件的協(xié)同工作，橫向用綴板焊接成整體，從而實現(xiàn)加固的目標；對于梁可僅在受拉邊給予角鋼外包加固，以大幅度提高構件承載力等。

外包鋼加固法操作簡單、現(xiàn)場作業(yè)量少、結構穩(wěn)定性強，適用于要求較大增強截面抗震及承載實力的原結構的加固，但鋼材的消耗量偏大，且此方法主要受力集中在節(jié)點位置，具有較大的處理難度。

2.2 應用注意事項

外包鋼加固法是一種復合加固方法，整體性更好。如前文所述，外包鋼法根據(jù)原結構與外包材料的粘結形式不同可分為兩類，現(xiàn)分別對其應用注意事項作簡要介紹。

第一種類型為外粘型鋼材加固法，通常也叫做濕式加固法，這種方法施工簡便、快捷，對被加固構件斷面尺寸和重量。值得注意的是，為了保證外包鋼和結構件之間可以形成一個整體而協(xié)同受力，從而能夠極大的增強結構件的承載實力，此方法通常使用環(huán)氧樹脂澆灌或是乳膠水泥粘結，且鋼板端部錨固非常重要，處理不當易出現(xiàn)撕脫現(xiàn)象，同時基層溫度在5℃以下時該法需輔以升溫措施，加快固化。濕式法常用于可以利用結構膠時加固負載較大的受壓結構。

第二種類型為無粘結外包型加固法，通常也叫做干式加固法，這種方法操作更加簡單，但承載實力的提升卻相對較小。顧名思義，此方法外包鋼和原結構件間沒有經(jīng)過黏結，二者之間無法形成一個整體，而僅僅是各自獨立受力，這也是其承載實力提升相對較小的原因。干式法常在當項目規(guī)定不得采用粘結劑的時候優(yōu)先采用。

圖1 外粘型鋼加固法

3 粘貼鋼板加固法

3.1 原理及特點

粘貼鋼板加固技術指通過鋼板與補強結構的共同作用改善鋼筋及混凝土的應力狀態(tài)，從而增強加固對象整體結構的剛度以及承載實力。此方法一般鋼板通過建筑結構膠固定于預應力混凝土的薄弱位置或是其表面，主要適用于鋼筋混凝土受彎、受拉、大偏心受壓構件的加固。

粘貼鋼板加固法工藝、施工簡單，硬化時間短，占用空間較?。讳摪骞潭ㄓ陬A應力混凝土的薄弱位置或是其表面，不影響結構外形，同時還可以控制劣化的加深，使結構均衡受力，加固效果好；此外，此法還可以增強構件的抗彎剛度以及抗變性能，降低整體繞度，加固費用低。但是，此方法受粘結劑的質(zhì)量、耐久性以及施工質(zhì)量的影響顯著，且加固處理后的鋼板存在應力滯后的情況，不適用于異形結構梁、特殊造型的梁，隨型性較差。

1.2 應用注意事項

粘貼鋼板加固法不適合用來處理素混凝土結構，且待處理的混凝土構件強度必須至少達到C15以上。同時，在選擇這種方法進行加固的過程中，為了獲得良好的加固效果，從而增強構件的抗彎剛度以及抗變性能，應當保證結構后期所處的環(huán)境溫度及相對濕度不能過高，因為溫度過高及相對濕度過大會極大的影響改性環(huán)氧樹脂灌注膠等建筑結構膠性能，促進其老化，一般而言環(huán)境溫度不得超過60℃，相對濕度不得大于70%，否則需采取對應的預防措施并選擇具備相應性能的粘結劑。

4 貼碳纖維加固法

4.1 概述及特點

貼碳纖維加固法指運用膠黏劑將碳纖維增強聚合物粘附于構件的外層，實現(xiàn)整體結構及抗震性能增強的目標。碳纖維增強聚合物（CFRP)屬于高強度的新型復合材料之一，具有強度高、質(zhì)量輕以及耐腐蝕性強等優(yōu)勢，可以普遍適用于各個種類的構件與各個部位。

運用碳纖維材料加固法屬于新興的有效加固修復方法之一，由于碳纖維材料本身具有優(yōu)異的物理性能，因此較其他方法，其具有較多的優(yōu)秀特征[2]：第一，運用這種材料給予加固具有較好的耐腐蝕性及持久性，能夠適用于各類型建筑結構中，且能夠使結構外形保持不變；第二，運用碳纖維材料加固法強度高、效果好，可以大幅提升構件及結構的負載能力，改善受力特性；第三，對于運用傳統(tǒng)法效果不佳的某些大型殼體和隧道構造等項目，該方法可以高效的實現(xiàn)補強加固目標，且質(zhì)量可以獲得保障；第四，貼碳纖維加固法能夠提高框架結構塑性鉸的轉動能力，加固未受損的混凝土框架結構建筑時，還有助于改善結構延性，提高結構抗倒塌性及抗震性；第五，碳纖維加固在幾乎沒有增加梁體截面積大小和重量的基礎上，不僅能夠滿足建設方的需求，且能夠節(jié)省8倍的材料消耗，總體社會及經(jīng)濟效益均較強。但是，貼碳纖維加固法的費用較高，對施工人員素質(zhì)要求高，為了最大化的滿足加固要求，得到預期效果，必須尤為注意施工過程。

4.2 應用注意事項

在具體施工的過程中，要利用極限狀態(tài)法進行設計，并且將概率理論當做依據(jù)，確保在這一狀態(tài)下結構的穩(wěn)定性。首先，根據(jù)平時積累的檢測數(shù)據(jù)，測算出混凝土與鋼筋的現(xiàn)實強度，為運用碳纖維材料加固法做好充足的基礎資料準備；其次，按照相關標準規(guī)范，將相應材料的強度設定成指標，并明確采用這種加固法處理以后將給結構造成怎樣的影響，同時應采取相應的措施進行處理和預防；第三，對不同的結構或者黏貼方式加固應根據(jù)實際采取不同的方法，如對板與梁的受拉區(qū)實施加固及選擇封閉式進行抗震加固時，為了大幅提升構件及結構的負載能力，必須確保材料的排列方向與結構的軸方向保持垂直。此外，碳纖維材料建立極限狀態(tài)下的應變，在進行具體的設計施工過程中，應當利用線性應力應變關系加以明確。

4 結語

綜上所述，分析了4種主要的混凝土加固技術及其特點。對于適用性而言，截面加大加固法適用于室內(nèi)使用空間、凈空較為寬裕的加固，外包鋼加固法適合用在不準增加原結構截面大小的加固，粘貼鋼板加固法應用于不影響結構外形的加固，黏貼碳纖維加固法適用于混凝土梁、板的加固。對于綜合前景而言，黏貼碳纖維加固法施工工期短、材料耐久性好，綜合來說是具有廣闊前景的新興混凝土加固技術。