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混凝土在工程補(bǔ)強(qiáng)加固中的技術(shù)分析
發(fā)布時間:2014-08-05

 由鋼筋混凝土材料建造的建筑物、構(gòu)筑物、橋梁、隧道等結(jié)構(gòu)在使用一段時間后,由于老化、地震、戰(zhàn)爭或設(shè)計施工質(zhì)量不滿足要求,或使用不合理缺少維護(hù)保養(yǎng),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(dāng)?shù)募夹g(shù)措施,進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)與加固處理。目前,工程上常用的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)和加固方法有:①加大截面加固法。通過增加原構(gòu)件的受力鋼筋,同時在外側(cè)重新澆筑混凝土以增大構(gòu)件的截面尺寸,來達(dá)到提高承載力的目的。其優(yōu)點是可以同時增大構(gòu)件的剛度承載力和變形能力,部分情況下也可加強(qiáng)連接的可靠性。②外包鋼加固法。用乳膠水泥、環(huán)氧樹脂化學(xué)灌漿或焊接等方法對梁柱外包型鋼進(jìn)行加固。該方法主要是通過約束原構(gòu)件來提高其承載力和變形能力。③體外預(yù)應(yīng)力加固。通過預(yù)應(yīng)力鋼筋對構(gòu)件施加體外預(yù)應(yīng)力,以承擔(dān)梁屋架和柱所承受的部分荷載,從而提高構(gòu)件的承載力。④粘鋼加固。在混凝土構(gòu)件表面用特制的建筑結(jié)構(gòu)膠黏貼鋼板,是提高結(jié)構(gòu)承載能力和變形能力的一種加固方法。其優(yōu)點是簡單、快速,施工時對生產(chǎn)活動和居民生活影響較小。缺點是會增加構(gòu)件自重、節(jié)點不易處理、施工難度大等。⑤噴射混凝土技術(shù)。借助噴射機(jī)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(jié)硬化而成的一種混凝土。噴射混凝土具有較高的力學(xué)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(jié)強(qiáng)度,可在結(jié)合面上傳遞拉應(yīng)力和剪應(yīng)力。⑥纖維復(fù)合材料加固。近年來,隨著纖維類材料研究的日益廣泛,應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)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(qiáng)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(jié)構(gòu)加固的方法同時使用。結(jié)構(gòu)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(yīng)用于工程最早、技術(shù)最成熟、用量也最大的一種高科技材料。由于碳纖維具有優(yōu)異的物理力學(xué)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(gòu)件的自重及體積,因而廣泛的適用于各種結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)形狀和結(jié)構(gòu)中的各種部位,且不會改變結(jié)構(gòu)形狀及不影響結(jié)構(gòu)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(xué)校原有三層框架結(jié)構(gòu)教學(xué)樓,總建筑面積約3100m2,各層混凝土強(qiáng)度等級分別為:梁柱均采用C30,板采用C25;基礎(chǔ)采用柱下獨立基礎(chǔ),基礎(chǔ)埋深2.2m,該教學(xué)樓于2002年建成后投入使用,現(xiàn)在由于使用功能的需要,擬對原結(jié)構(gòu)增加一層,作為學(xué)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(yīng)滿足以下幾方面的要求:一是必須滿足地基基礎(chǔ)強(qiáng)度及變形的要求;其次是上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件必須滿足承載能力及正常使用極限狀態(tài)的要求;其三,必須處理好新舊結(jié)合面的連接問題,使新舊結(jié)構(gòu)之間能夠協(xié)同工作。這幾方面的要求應(yīng)分別通過結(jié)構(gòu)計算分析、結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)計算軟件PKPM進(jìn)行計算,并在計算過程中做了以下假設(shè):①不考慮樓梯間對結(jié)構(gòu)整體剛度的貢獻(xiàn);②新舊結(jié)構(gòu)構(gòu)件按整體現(xiàn)澆考慮計算結(jié)果表明,加層后大部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力滿足要求,僅底層轉(zhuǎn)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(gòu)件進(jìn)行加固處理,通過對原結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)及主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測觀察,檢測結(jié)果表明:

  原結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度均達(dá)到C25~C30的設(shè)計強(qiáng)度;梁、柱、板等構(gòu)件的配筋數(shù)量及截面尺寸等均符合設(shè)計要求;且混凝土構(gòu)件外觀完好,地基無不均勻沉降問題,結(jié)合結(jié)構(gòu)計算分析,確定基礎(chǔ)可繼續(xù)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(jié)構(gòu)加固方法,對原結(jié)構(gòu)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(shù),直接將鋼筋從原柱的節(jié)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(gòu)件的受力鋼筋,同時在外側(cè)重新澆筑混凝土以增大構(gòu)件的截面尺寸,來達(dá)到提高承載力的目的;對原結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)第三層(即屋頂)上加建第四層,由于原結(jié)構(gòu)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(jìn)行接長,同時為了盡量減少對原結(jié)構(gòu)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(nèi)縱筋焊接施工時,應(yīng)對混凝土柱表面進(jìn)行處理,先鑿除混凝土表面疏松表層至堅實面層,將構(gòu)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(hù)液并抹HL聚合物砂漿進(jìn)行保護(hù)。

  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(shù),植入底層柱的基礎(chǔ)上,其植筋下部錨入基礎(chǔ)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(cè)面的植入深度為15d如圖3所示:

  1.6結(jié)構(gòu)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(shù)參數(shù)為:彈性模量Ecf=2.35×105MPa,允許拉應(yīng)變[εcf]≤0.01,達(dá)到受剪承載力極限狀態(tài)時碳纖維的應(yīng)變εc=2/3×(0.2+0.12λb)εcfu,碳纖維達(dá)到其允許拉應(yīng)變與混凝土壓壞同時發(fā)生時的界限相對受壓區(qū)高度ξctb=0.98,極限拉應(yīng)變εcfu≥0.015。XEC-300單層厚度t1=0.167mm;抗拉強(qiáng)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(yīng)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(zhì),直至完全露出結(jié)構(gòu)新面,轉(zhuǎn)角粘貼處要進(jìn)行倒角處理并打磨成圓弧狀(R≥20mm),同時應(yīng)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(xiàn)場氣溫而定,以指觸干燥為準(zhǔn))再進(jìn)行下一工序施工,一般固化時間為6~24h。

  (3)浸漬樹脂應(yīng)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(jié)樹脂厚度不小于2mm;碳纖維布沿纖維方向應(yīng)有不小于100mm的搭接長度。

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

  3、結(jié)束語

  在施工過程中,由于涉及到眾多專業(yè)技術(shù)性很強(qiáng)的工作,如植筋錨栓、黏貼碳纖維布等,必須要有嚴(yán)格的施工質(zhì)量過程控制,以達(dá)到設(shè)計意圖,獲得良好的加層加固效果。在加層改造的設(shè)計中,應(yīng)當(dāng)根據(jù)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(gòu)件的連接,使之能夠共同工作,同時應(yīng)盡量使施工方案簡單方便并且盡量減少對原結(jié)構(gòu)的損傷。加層改造前,必須對加層部分將對原結(jié)構(gòu)產(chǎn)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(yīng)對原結(jié)構(gòu)輔以必要的檢測,以確保加層改造的安全性和經(jīng)濟(jì)性。



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