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      混凝土在工程補強加固中的技術分析
      發布時間:2014-08-05

       由鋼筋混凝土材料建造的建筑物、構筑物、橋梁、隧道等結構在使用一段時間后,由于老化、地震、戰爭或設計施工質量不滿足要求,或使用不合理缺少維護保養,以及改變用途等原因,其安全性、適用性和耐久性都有一定程度的降低,這就需要采取適當的技術措施,進行補強與加固處理。目前,工程上常用的鋼筋混凝土結構的補強和加固方法有:①加大截面加固法。通過增加原構件的受力鋼筋,同時在外側重新澆筑混凝土以增大構件的截面尺寸,來達到提高承載力的目的。其優點是可以同時增大構件的剛度承載力和變形能力,部分情況下也可加強連接的可靠性。②外包鋼加固法。用乳膠水泥、環氧樹脂化學灌漿或焊接等方法對梁柱外包型鋼進行加固。該方法主要是通過約束原構件來提高其承載力和變形能力。③體外預應力加固。通過預應力鋼筋對構件施加體外預應力,以承擔梁屋架和柱所承受的部分荷載,從而提高構件的承載力。④粘鋼加固。在混凝土構件表面用特制的建筑結構膠黏貼鋼板,是提高結構承載能力和變形能力的一種加固方法。其優點是簡單、快速,施工時對生產活動和居民生活影響較小。缺點是會增加構件自重、節點不易處理、施工難度大等。⑤噴射混凝土技術。借助噴射機械,利用壓縮空氣或其它動力,將一定比例配合的拌合料通過管道輸送并以高速噴射到受噴面上,凝結硬化而成的一種混凝土。噴射混凝土具有較高的力學性能和良好的耐久性,特別是與混凝土、磚石、鋼材有很高的黏結強度,可在結合面上傳遞拉應力和剪應力。⑥纖維復合材料加固。近年來,隨著纖維類材料研究的日益廣泛,應用于混凝土結構加固的高科技纖維材料(簡稱ERP)也日益增多,ERP材料具有極好的比強度、比剛度,幾乎無腐蝕性和磁性較好的耐熱性,并可以與其它結構加固的方法同時使用。結構加固工程中常用的纖維品種有:玻璃纖維(GFRP)、碳纖維(CFRP)及芳綸纖維(AFRP)其中碳纖維材料是迄今為止,應用于工程最早、技術最成熟、用量也最大的一種高科技材料。由于碳纖維具有優異的物理力學性能,良好的黏合性、耐熱性及抗腐蝕性等特點,并且不會增加構件的自重及體積,因而廣泛的適用于各種結構類型、結構形狀和結構中的各種部位,且不會改變結構形狀及不影響結構外觀,同時施工方便,工效很高。

        1、加固工程實例

        1.1工程背景

        某學校原有三層框架結構教學樓,總建筑面積約3100m2,各層混凝土強度等級分別為:梁柱均采用C30,板采用C25;基礎采用柱下獨立基礎,基礎埋深2.2m,該教學樓于2002年建成后投入使用,現在由于使用功能的需要,擬對原結構增加一層,作為學生及教師的閱覽室。

        1.2加層改建可行性

        論證對既有建筑物加層主要應滿足以下幾方面的要求:一是必須滿足地基基礎強度及變形的要求;其次是上部結構構件必須滿足承載能力及正常使用極限狀態的要求;其三,必須處理好新舊結合面的連接問題,使新舊結構之間能夠協同工作。這幾方面的要求應分別通過結構計算分析、結構檢測以及使用新型建筑材料、施工工藝的方法來綜合解決。使用結構計算軟件PKPM進行計算,并在計算過程中做了以下假設:①不考慮樓梯間對結構整體剛度的貢獻;②新舊結構構件按整體現澆考慮計算結果表明,加層后大部分結構構件承載力滿足要求,僅底層轉角位置柱(Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6,如圖1所示)的承載能力不能滿足要求;③同時,由于新增層的使用功能要求(閱覽室),部分樓面的荷載較大,原三層肋梁樓板中部分梁的承載力也不能滿足要求,故在加層的同時必須對上述構件進行加固處理,通過對原結構基礎及主體結構進行檢測觀察,檢測結果表明:

        原結構混凝土強度均達到C25~C30的設計強度;梁、柱、板等構件的配筋數量及截面尺寸等均符合設計要求;且混凝土構件外觀完好,地基無不均勻沉降問題,結合結構計算分析,確定基礎可繼續直接使用,不需加固。

        1.3加層加固方案

        鑒于目前常用的加層改造和結構加固方法,對原結構采取了下述加層加固方案:新加層的柱鋼筋采用鉆孔植筋技術,直接將鋼筋從原柱的節點位置引出;對底層柱采用截面增大的方法,即通過增加原構件的受力鋼筋,同時在外側重新澆筑混凝土以增大構件的截面尺寸,來達到提高承載力的目的;對原結構的三層梁則采取黏貼碳纖維布加固的方法處理。

        1.4加層處理

        本工程是在原結構第三層(即屋頂)上加建第四層,由于原結構屋頂做了女兒墻,頂層的框架柱均做了高出屋面600mm左右的柱頭,這就為框架柱的接長提供了有利條件。由于只需要對周邊女兒墻中的柱進行接長,同時為了盡量減少對原結構的拆除,故保留女兒墻。具體做法如圖2。植筋植入長度15d與原柱頭內縱筋焊接施工時,應對混凝土柱表面進行處理,先鑿除混凝土表面疏松表層至堅實面層,將構件表面鑿毛,同時除去浮渣塵土,并清洗干凈,再刷混凝土保護液并抹HL聚合物砂漿進行保護。

        1.5底層柱加固

        采用增大截面法加固底層柱,將柱從原截面400mm×400mm增大到500mm×500mm,如圖3所示,其中縱向受力鋼筋仍采用植筋技術,植入底層柱的基礎上,其植筋下部錨入基礎長度≥20d,外露長度≥40d和1000mm,并分兩批焊接縱筋,同時,為了保證增加截面部分與原柱子間的共同工作,沿柱高度方向四面布置錨拉筋(φ10@600),在柱側面的植入深度為15d如圖3所示:

        1.6結構第3層梁的加固

        對梁的加固采用了碳纖維加固的方案。選用XEC系列碳纖維片材,其技術參數為:彈性模量Ecf=2.35×105MPa,允許拉應變[εcf]≤0.01,達到受剪承載力極限狀態時碳纖維的應變εc=2/3×(0.2+0.12λb)εcfu,碳纖維達到其允許拉應變與混凝土壓壞同時發生時的界限相對受壓區高度ξctb=0.98,極限拉應變εcfu≥0.015。XEC-300單層厚度t1=0.167mm;抗拉強度2500~3550MPa,彈性模量2.35×105~5.0×105MPa;梁上碳纖維加固的典型位置如圖4所示:

        2、施工過程應注意以下要點

       。1)混凝土表面打磨平整,除去表面浮沉(漿)油污等雜質,直至完全露出結構新面,轉角粘貼處要進行倒角處理并打磨成圓弧狀(R≥20mm),同時應保持干燥。

       。2)按主劑與固化劑以3:1比例配置底膠,將底膠均勻涂刷于混凝土表面,待膠固化后(固化時間視現場氣溫而定,以指觸干燥為準)再進行下一工序施工,一般固化時間為6~24h。

       。3)浸漬樹脂應充分浸透碳纖維布,并且粘貼密實,保證平整無氣泡,在碳纖維布上涂刷黏結樹脂厚度不小于2mm;碳纖維布沿纖維方向應有不小于100mm的搭接長度。

       。4)碳纖維布粘貼完工后,應在表面粉刷20mm厚水泥砂漿或防火材料予以保護。

        3、結束語

        在施工過程中,由于涉及到眾多專業技術性很強的工作,如植筋錨栓、黏貼碳纖維布等,必須要有嚴格的施工質量過程控制,以達到設計意圖,獲得良好的加層加固效果。在加層改造的設計中,應當根據實際情況合理選擇加層及加固的施工方案,必須采取可靠措施,保證新舊構件的連接,使之能夠共同工作,同時應盡量使施工方案簡單方便并且盡量減少對原結構的損傷。加層改造前,必須對加層部分將對原結構產生的影響做正確的估計與計算,即必須采取整體計算的方法,同時還應對原結構輔以必要的檢測,以確保加層改造的安全性和經濟性。



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