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工程结构加固技术及其发展趋势

2012-08-15

山西建筑 2012年36期
关键词:碳纤维建筑物构件

侯 晋 杰

(1.太原理工大学,山西 太原 030024;2.山西省建筑科学研究院,山西 太原 030001)

随着经济的飞速发展,建筑业也经历了其发展的三个阶段:首先是大规模的新建阶段,其次是新建与修缮同步阶段,最后是已有建筑物的维修、改造以及加固为主的阶段。由于经济水平的提高,人们对建筑安全程度的要求也不断提高。这就使得我们国家目前存在大量的老、旧建筑物和构筑物已经不适用于现有的安全程度的要求,存在一定的安全隐患,需要进行鉴定以及有效的加固,以确保结构能够继续的安全使用。因此,建筑的结构加固技术迅速升温为国内建筑行业的新热点,其加固技术的研究成为学术研究的重点之一。从某种意义上讲,工程结构的加固、改造和维修工作对整个社会的发展起着举足轻重的作用。

由于在我们平时实际工作过程中遇到的建筑形式、体型以及建造年代各不相同,各类建筑在加固补强时的要求和目的也不相同,且在不同条件下,导致工程结构、构件的破损因素不同,最终破坏的程度和存在的隐患也不尽相同。因此我们首先要充分分析各类建筑的基本情况,以便选用最为适宜的加固方法,采取合理的加固补强措施,达到经济、有效的加固效果。在此,笔者分析了以下几种经常用到的加固技术的方法和各自的优缺点供大家参考。

1 加大截面法

该方法是用增大结构构件截面面积,以提高其承载力和满足正常使用的传统加固方法。其主要特点是:工艺简单,适用面广,加固效果明显,但现场作业量大,工期长,并且减少建筑物使用的空间,增加结构自重,主要适用范围为梁、板、柱以及墙的加固。

2 外包钢加固法

外包钢加固法是在待加固的结构构件角部,采用型钢包裹的一种加固方法。其主要特点是:施工时占用、使用空间小,操作简便,受力可靠,耐久性好,但钢材消耗量大,加固所需费用较高,节点处理较为困难。主要适用于:柱、梁、屋架以及大型构件或大跨结构。

3 预应力加固法

该法是采用外加预应力型钢撑杆或钢拉杆,对结构构件或结构整体进行加固的方法。此种方法的特点是通过预应力手段使拉杆或撑杆受力,改变原结构间的内力分布并降低原结构的应力水平,致使所加固结构中的应力、应变滞后现象得以消除,使其后加部分与原结构能较好地共同工作,结构的总体承载能力得以显著提高。预应力加固法具有加固补强、卸荷以及改变结构构件内力的三重效果,适用于大跨结构的加固,以及采用其他一般方法无法达到加固效果的较高应力、应变状态下的大型结构加固。

4 增设支点加固法

增设支点加固法是通过减小被加固结构的跨度或位移,来改变结构不利的状态,以提高其承载力。其主要特点是简单可靠,但通常会减小建筑物使用空间,影响建筑物使用的功能,其主要适用于梁、板及桁架等结构加固。

5 粘钢加固法

粘钢加固法是将钢板采用高性能的环氧类粘结剂粘结于混凝土构件的表面,使钢板与混凝土形成统一的整体,利用钢板良好的抗拉强度达到增强构件承载能力及刚度的目的。其主要特点是快速,不影响结构外形,但钢板自重及刚度较大,施工操作比较困难,主要适用于承受静力荷载、处于正常湿度和温度的受弯构件加固。

6 粘贴纤维复合材加固法

目前加固市场上主要采用碳纤维材料。该方法也是近些年最为常用的加固方法。其工艺原理是将抗拉强度极高的碳纤维用环氧树脂预浸成为复合增强材料(单向连续纤维);沿受拉方向或垂直于裂缝方向用环氧树脂粘结剂将其粘贴在要补强的结构上,使两者形成一个新的复合体,用以增强粘贴材料与原有钢筋混凝土,达到复合体共同受力,增大结构的抗剪或抗裂能力,提高结构的刚度、强度、抗裂性和延伸性。粘贴碳纤维材料与传统的加大混凝土受力截面或粘钢补强法相比,具有施工简便,节省空间,不需要现场固定设备,施工质量容易保证,不增加结构尺寸及自重,耐腐蚀、耐久性能好等诸多特点。此外,采用此种加固办法,从一定程度上可提高建筑物的使用寿命,降低加固成本。因此,碳纤维作为具有划时代意义的补强材料,备受国内外业内人士的青睐和关注。但使用中也存在其自身的缺点,主要表现为使用环境的温度有一定的限制,需要做专门的防护和处理。若防护不当,易遭受火灾和人为破坏。

除此以外还有焊接补筋加固法、植筋加固法、喷射混凝土补强法及化学灌浆修补法等,工程结构加固的方法很多,各有利弊,加固方法的选择应根据可靠性鉴定的结果并结合结构特点综合考虑加固效果、施工简便性及经济性等因素决定。

从目前我国建筑领域的现状来看,我们在管理中依然存在着一些认识上的问题,导致工程事故频发。而设计不周、施工质量低劣、使用或改造不当、使用环境恶化等问题也使得建筑物不能满足预定功能的要求,存在一定的安全隐患。现有的设计、施工单位加固旧建筑的经验较少,各方用于加固维修的资金投入薄弱。近年来我国提出低碳经济的概念是一种进步,而减少拆除老、旧建筑物必然要少建新建筑,必然少用钢材水泥,节约煤炭资源。所以,减少拆除老、旧建筑物是实行低碳经济的重要举措。从可持续发展的角度分析,对老、旧建筑物的加固、改造再利用是减少能耗、实现低碳发展的重要手段。作为工程技术人员,我们肩负着节约资源、保护环境的重任。因此,我们应该从材料、工艺等方面着手研究各种加固手段的技术特点和利弊,尽量使用绿色节能的材料和可持续发展的技术,最大可能的重复利用老、旧建筑,为造福子孙后代做出自己的贡献。

[1]袁海军,姜 红.建筑结构检测鉴定与加固手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2003.

[2]吴 刚,安 琳,吕志涛.碳纤维布加固钢筋混凝土梁抗弯加固试验研究[J].建筑结构,2000,30(7):3-6.

[3]卓尚木,季直仓,卓昌志.钢筋混凝土结构事故分析与加固[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.

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