混凝土加固技术.doc

中国矿业大学建筑工程学院土木工程专业学科前沿讲座课程报告第页混凝土结构加固理论的提出建筑加固原则尽可能使加固措施发挥综合效应提高加固效率尽可能保留和利用原结构构件尽可能减小对建筑物使用功能的影响尽可能的考虑结构的受力特征避免或尽可能减小没计方案的负面效应混凝土结构加固技术中国矿业大学建筑工程学院工建班金东摘要结构加固是通过一些有效的措施使受损结构构件恢复原有的结构功能或者在原有结构的基础上提高其结构功能以满足新的使用条件下结构功能的要求本文介绍了建筑加固的原则分析了常用的加固方法并对新兴的加固技术作为简要介绍同时对目前混凝土结构加固亟待解决的问题进行了探讨关键词加固原则加固方法加固技术混凝土结构加固理论的提出国外许多发达国家已先后进入了以现代化改造和维修加固为重点的发展时期从建设部公布的资料可知当前我国的建设处于新区开发与旧城改造相结合的第二阶段并正向以旧房改造加固为主的第三发展阶段迈进在这一过程中相当多的房屋已陆续进入老年期出现工程质量问题越来越多建筑物的检测鉴定和加固显示出越来越重要的地位和作用现有建筑的改造与维修加固已成为建筑业的热点之一现有建筑需要加同的原因主要是结构的缺陷损伤以及使用要求的改变由于工程设计阶段可能发生的非正常设计勘察设计资料不全设计方案不合理设计荷载取错计算错误构造错误可施工性差各专业配合不协调影响结构质量以及设计规范的改版后旧建筑的结构不能满足新规范的要求工程建造阶段可能发生的非正常施工一不按图施工不遵守施工规范的规定施工方案和技术措施不当施工技术人员技术业务素质和理论水平不高建筑材料以次充好施工机械设备配置不齐全不合理正常使用阶段可能出现的非正常使用使用不合理使用条件的变更和使用环境的恶化如建筑功能的改变对已建成建筑的装修和加层自然灾害如地震泥石流酸雨等和人为因素如火灾战争及恶意损坏由于上述在不同阶段形成的种种原因可能导致结构在使用寿命期问承载能力下降耐久性降低产生各种风险建筑物不能满足或丧失某项或几项功能要求限于我国国情其中的大部分不可能推倒重建继续使用时必须及时进行加固处理恢复或部分恢复其原有功能为揭示工程结构的潜在危险避免事故发生延长使用寿命需对现存结构的作用效应结构抗力及相互关系进行检测鉴定与评价并在科学鉴定的基础上对结构进行补强加固中国矿业大学建筑工程学院土木工程专业学科前沿讲座课程报告第页或维修改造加固理论是一门研究使受损建筑物重新恢复使用即使失去部分抗力的结构重新获得原有的构件抗力甚至超过原有抗力的学科它包含了结构损伤检测加固技术设计方法加固施工以及方案选择与招资优化等实质上是一门研究结构服役期间的动态可靠度及维修理论的综合性学科建筑加固原则在现有结构的维修加固设计中首先应保证原有结构的性能得到有效的改善和提高满足可靠度要求同时还应考虑施工条件施工工期使用要求加固成本等因素设计步骤一般包括问题分析方案拟定可行性论证加固后结构的力学分析和校核详细设计等为了使结构的维修加固最终取得良好的综合效益设计中应遵守以下原则尽可能使加固措施发挥综合效应提高加固效率例如如果除承载力不足外钢筋混凝土校还存在刚度偏低的问题则可考虑外包混凝土的加固方案如果结构构件存在高温冻碰化学侵蚀等造成的损伤以及保护层厚度不足等缺陷在选择加固方案时也应同时考虑尽可能保留和利用原结构构件发挥原结构的潜力避免不必要的拆除和更换尽可能减小对建筑物使用功能的影响对十住宅商场等民用建筑应尽可能避免降低房屋的净高缩小使用空间影响房屋的采光通风保温隔热等功能对于工业建筑应尽可能避免对生产工艺生产流程物料运输等造成不利影响尽可能的考虑结构的受力特征加固后结构的力学分析和校核除了应遵守结构设计的基本原则外尚应考虑结构在加固时的工作应力加固部分应变滞后的持点新旧材料协同工作的程度加固后构件截面形心和刚度的变化等避免或尽可能减小没计方案的负面效应充分考虑加固措施对结构体系未加固构件地基等可能造成的不利影响应采取可靠措施保证新旧材料的共同工作中国矿业大学建筑工程学院土木工程专业学科前沿讲座课程报告第页尽可能通过合理安排新旧构件的拆装顺序通过临时卸载临时支顶或采取预应力加固的方法等减小应力滞后现象充分发挥新增部分的作用混凝土结构加固方法加固技术是加固理论在加固工程巾的具体应用加固技术根据因素和目的可分类如下按作用因素分为一般加固和灾后加固按功能因素可分为结构功能性加固和使用功能性加固按时问凶素可分为临时加固中期加固和长期加固按结构受力因素分为静力加固动力加固和抗震加固加固方法可分为直接加固间接加固和综合加固法直接加固法近年来直接加固法得到了极大的发展从传统的加大截面加固法外包型钢加固法和预应力加固法等到粘贴碳纤维加固法纤维增强塑料加固法锚栓钢板加固法等即使是传统的预应力加固法也在原有基础上得到了新的发展加大截面加固法加大截面加固法是采用钢筋混凝土或钢筋网砂浆层增大原混凝土结构截面面积达到提高构件承载力的目的加固时可根据构件的工作条件受力性质和构造特点采用单面和多面加固加大截面法的优点是工艺简单适用面广可广泛用于一般梁板柱和墙等混凝土结构的加固可以同时增大构件的刚度承载力和变形能力改变结构或结构构件的自振频率部分情况下也可以加强连接的可靠性缺点是现场湿作业工作量大养护期较长对生产和生活有一定影响截面增大对结构外观及房屋净空也有一定影响当在梁板上捣混凝土后浇层时还会增加结构自重加固效果与原结构在加固时的应力水平结合面构造处理施工工艺材料性能以及加固时是否卸载等有关混凝土构件因孔洞蜂窝或强度达不到设计等级需要加固时可用扩大断面增加配筋的方法扩大断面可用单面双面三面甚至四面包套的方法所需增加的断面一般应通过计算确定在保证新旧混凝土有良好黏结的情况下可按统一构件或迭合构件计算增加部分断面的厚度一般较小故常用细石混凝土或喷射混凝土等当厚度小于时要用砂浆增加的钢筋应与原构件钢筋能组成骨架与原钢筋的某些点焊接连好这种加固方法的优点是技术要求不太高易于掌握缺点是施工繁杂工序多现场时间长这种加固方法的技术关键是新旧混凝土必须黏结可靠新浇筑混凝土必须密实改变传力途径加固法改变传力途径加固法主要有增设支点法分为刚性支点和弹性支点和托梁拔柱法增设支点加固法是用增多支撑点来减小结构计算跨度达到减小结构内力和提高其承载能力的加固方法增设支点加固法简单可靠但是使用空间会受到一定影响适用于梁板桁架网架等水平结构的加固托梁拔柱法是在不拆或少拆上部结构的情况下拆除更换或接长柱子的一种处理方法适用于要求改变使用功能或增大空间的改造预应力加固法预应力加固方法是通过预应力筋对构件施加体外预应力以承担梁屋架和柱所承受的部分荷载改变原结构内力分布并降低原结构应力水平从而提高构件的承载力这种方法不仅可以提高构件承载能力减小构件挠度而且还能消除和减缓后加杆件的应力滞后现象使后加部分有效地参与工作预应力加固法广泛用于混凝土梁板等受弯构件以及混凝土柱的加固还用于钢梁和钢屋架的加固是一种加固效果好而且费用低的方法具有广阔的应用前景缺点是增加了施加预应力的工序和设备粘贴钢板加固法粘钢加固法的技术原理比较简单这种技术是利用结构胶将钢板中国矿业大学建筑工程学院土木工程专业学科前沿讲座课程报告第页粘贴到构件表面的受拉一侧形成混凝土一胶一钢板这样一种复合体系以达到增强构件抗弯抗拉目的的一种加固方法外粘钢板加固是对钢筋混凝土结构内部钢筋强度不足的一种补偿通过粘贴钢板减小钢筋应力使其达到允许强度值粘贴钢板加固技术已不是一种新的加固技术它之所以被广泛地利用是由于高质量树脂的发展使其具有简单而快捷的施工特性这种加固方法施工周期短粘钢所占空间小几乎不改变构件外形却能较大幅度地提高构件承载能力和正常使用阶段性能但是它要求环境温度不高于相对湿度不大于并要求无化学腐蚀粘贴钢板对施工工艺要求较高一般应由专业队伍施工外包钢加固法外包钢加固法是用乳胶水泥环氧树脂化学灌浆或焊接等方法在梁柱四周包型钢进行加固分干式外包钢和湿式外包钢两种形式这种方法可以基本在不增大构件截面尺寸的情况下增加构件承载力提高构件刚度和延性适用于混凝土结构砌体结构的加固但用钢量较大加固维修费用较高喷射混凝土技术加固法喷射混凝土是借助喷射机械利用压缩空气和动力将一定配合比例的拌合料通过管道输送并以高速喷射到受喷面上凝结硬化而成的一种混凝土喷射混凝土具有较高的力学性能和良好的耐久性特别是与混凝土砖石钢材有很高的粘结强度可以在结合面上传递拉应力和剪应力纤维增强塑料加固法碳纤维增强塑料玻璃纤维芳纶纤维固修补混凝土结构技术是以树脂类胶结材料为基体将纤维单向布织物粘贴固化于混凝土表面从而达到对结构构件补强加固及改善结构受力性能的目的该方法是近年发展的新技术具有显著的优点即高强高效施工便捷工效高几乎没有湿作业具有极强的耐腐蚀性能和耐久性加固后不增加结构的自重等锚栓钢板加固法近年来随着锚栓质量不断提高锚栓相关设计方法及产品检验标准不断完善锚栓的使用面越来越广泛一种新的加固方法锚栓钢板加固法也开始应用于工程实践其原理是用锚栓将钢板固定于混凝土构件表面以提高构件的承载能力它具有适用范围广施工方便工期较短质量可靠和造价较低等优点尤其适用于中小型受弯构件的加固对抗剪加固也具有很好的效果间接加固法间接加固法指的是通过各种途径减少外界作用从而提高结构的安全可靠度间接加固法主要有种改变用途法在工业与民用建筑中如原来为学校的中心机房楼面使用荷载后发现结构损伤或其他原因导致可靠度较低为此将此楼更改为办公楼楼面使用荷载可降低到从而保证了大楼使用的可靠度隔振法在抗震工程或其他动力工程中常常采用隔振技术来阻止或减少对结构的作用从而保证结构的可靠度隔振是常用的广义加固方法该法在建筑物上部结构与它的基础之间设置一个隔振层当地面运动速度超过了规定值上部结构与基础之间产生滑移即地面运动不能传递或不能全部传递至上部结构减少了下部结构的运动也就是减少了地震作用从而确保了建筑物在强烈地震作用下的可靠性也就间接起到了加固的目的结构主动控制和被动控制主动控制是将结构的位移速度等物理量反馈于特定的控制机构当位移速度超过某一规定的允许值时控制机构释放控制力以阻止振动反应的中国矿业大学建筑工程学院土木工程专业学科前沿讲座课程报告第页扩大为了释放控制力就必须从外界人为输入能量在理论上虽然推导出了线性最优控制法有界状态控制法和瞬时最优控制法等输入方法但目前应用难度较大被动控制法包括控制法调谐质量阻尼控制器其工作原理是当结构强烈振动时导致放在建筑物顶部的质量块和结构之间发生相对运动即形成的反向惯性力作用在结构上以大致控制结构振动的目的该技术由于工程技术的应用难度较大目前较少采用综合加固法综合利用直接加固法和间接加固法达到加固结构或结构构件的目的混凝土结构加固设计和施工建筑结构的加固技术是一种综合性较强的技术在面对一栋需要进行加固补强或改造的建筑时首先应采用适当的现场检测评定方法确定加固或改造的局部结构及结构构件的现状然后根据工程特点现场条件使用环境等选用可靠的加固方法并按照国家现行有关设计规范标准进行分析计算直至制定出具有可操作性的加固补强设计方案从耐久性和耐高温性的角度考虑在选用加固方法时应尽可能采用机械连接和焊接工艺技术当采用粘贴工艺技术时必须充分注意对主要加固部件的附加锚固措施工程加固补强的施工质量是实现加固设计方案的最终技术保证因此执行加固补强的施工单位应具有较一般普通土建施工单位更强的技术力量并应在实施加固补强前制定严谨的施工工艺设计方案及相应的技术保证措施工程的加固补强材料必须选择合格的优质材料施工过程应进行严格的过程质量控制需要加固的结构是已建成的受到客观条件的制约加固方案只能针对具体现存条件进行选择不同的结构形式和损坏程度要求采用的补强加固方法也不同在选择加固方案时要根据对需要加固的建筑物的可靠性鉴定结果建筑物所处的场地条件加同的原因通过综合分析比较才能确定加固方法的确定要遵循安全经济快捷施工方便的原则只有这样加固过程才能收到良好的社会效益和经济效益与混凝土结构加固改造配套使用的一般技术托换技术托换技术系托梁或桁架拆柱或墙托梁接柱和托梁换柱等技术的概称属于一种综合性技术由相关结构加固上部结构顶升与复位以及废弃构件拆除等技术组成适用于已有建筑物的加固改造与传统做法相比具有施工时间短费用低对生活和生产影响小等优点但对技术要求较高需由熟练工人来完成才能确保安全植筋技术植筋技术系一项对混凝土结构较简捷有效的连接与锚固技术可植入普通钢筋也可植入螺栓式锚筋已广泛应用于已有建筑物的加固改造工程如施工中漏埋钢筋或钢筋偏离设计位置的补救构件加大截面加固的补筋上部结构扩跨顶升对梁柱的接长房屋加层接柱和高层建筑增设剪力墙的植筋等裂缝修补技术裂缝修补技术是根据混凝土裂缝的起因性状和大小采用不同封护方法进行修补使结构因开裂而降低的使用功能和耐久性得以恢复的一种专门技术适用于已有建筑物中各类裂缝的处理但对受力性裂缝除修补外尚应采用相应的加固措施内部修补法内部修中国矿业大学建筑工程学院土木工程专业学科前沿讲座课程报告第页补法是用压力泵把胶结材料压力混凝土裂缝中结硬后起到补缝作用并通过其胶结性使原结构恢复整体性该方法适用于裂缝宽度较大对结构的整体性和安全性及耐久性等有影响或有防水防渗等要求的裂缝的修补碳化混凝土修复技术碳化混凝土修复技术系指通过恢复混凝土的碱性钝化作用或增加其阻抗而使碳化造成的钢筋腐蚀得到遏制的技术新型加固方法聚合物浸渍混凝土此方法是一项纯粹的化学加固技术是指以普通混凝土为基材以有机单位为浸渍液渗入混凝土内部并且聚合而成的一种有机一无机复合材料此方法主要用于提高混凝土强度及耐久性极大地改善混凝土的微观力学结构提高原混凝土基材的力学强度施工过程完全不损伤原混凝土构件不削弱原构件承载力安全可靠加固材料渗入混凝土内部不存在应力滞后问题不影响原构件外形尺寸玻璃钢加固法玻璃钢是由玻璃纤维加环氧树脂形成轻质高强度的新材料具有自重轻强度高耐腐蚀与混凝土线膨胀系数接近使得二者能共同工作施工方便周期短抗渗性好等优点玻璃钢具有耐腐蚀的优良特性但对其在高温和动力荷载以及在长期荷载作用下的老化问题仍然需要进行研究碳纤维加固碳纤维增强塑料加固修补混凝土结构所用材料主要是碳纤维材料和粘贴用树脂此方法高强高效能大幅度提高混凝土构件的承载力和延性施工便捷工效高没有湿作业具有极佳的耐腐蚀性和耐久性可抗拒常温的酸碱盐适用面广不改变结构尺寸及外观施工质量易保证质量轻且薄自重增加少但缺乏施工规范及设计标准需要施工人员擅长于聚合物的技艺目前混凝土结构加固亟待解决的问题加强对加固基础理论的研究深入研究后续使用期和原结构设计使用期的关系及其对结构耐久使用寿命的影响解决卸载和不卸载情况下新旧结构或构件的共同作用问题确立加固设计准则加固荷载取值及加固材料的选用规则和加固计算方法以期达到加固规范和新设计规范的统一建立和完善混凝土结构加固的技术标准基于建筑结构加固修复技术发展现状要从结构检测鉴定和评估到加固设计施工工程质量评价各个环节建立起相应的行业标准形成包括应用技术规程质量评价标准和专业工法等完整标准体系重视加固技术的研究和交流深入研究各种加固方法对整体结构及构件的强度延性破坏形式耐久性的影响依据可靠度理论确立各种加固方法的计算公式加强科研成果和加固技术的交流并进一步完善加固施工技术加强对新型加固材料和产品的技术研究与开发中国矿业大学建筑工程学院土木工程专业学科前沿讲座课程报告第页目前国产的碳纤维不但在数量上远远不能满足加固业的需要而且在质量上与国外相比还有差距同时还应积极发展用于各种加固修复工程的专用粘结材料当前最常用的粘结材料是环氧类复合材料由于现场配置的影响因素多质量控制得不到保障因此要积极开发引进和生产高质量的特别是适应潮湿基底的专用结构胶和配套辅助材料参考文献中华人民共和国国家标准建筑工程施工量验收统一标准北京中国建筑工业出版社中华人民共和国建设部建筑结构抗震设计规范北京中国建筑工业出版社中华人民共和国建设部混凝土结构设计规范北京中国建筑工业出版社李秉南混凝土结构加固技术研究与软件编制硕士学位论文东南大学砌体结构抗震加固技术的应用研究天津天津大学侯发亮建筑结构粘结加固的理论与实践武汉武汉大学出版赵华玮碳纤维布加固铜筋混凝土粱受力性能的试验研究郑州郑州大学赵华玮刘立新碳纤维布加固钢筋混凝土粱受弯性能试验研究建筑结构学报崔京浩主编建筑工程事故分析与处理北京中国建筑工业出版社良奎混凝土加固技术现状与发展土木工程学报王文栋混凝土结构构造手册北京中国建筑工业出版社