钢筋混凝土结构加固方法及应用浅析

摘要：目前中国大量的老旧建筑已进入老龄化阶段，需要维修和加固，本文介绍了混凝土结构加固常用的方法及技术， 并结合工程实例，探讨了外粘型钢法在实际工程结构加固中的应用。

关键词：钢筋混凝土结构；加固方法；外粘型钢法

Abstract: at present, a large number of old China old building has entered the aging stage, the need to repair and strengthening, this paper introduces the concrete structure strengthening the commonly used method and technology, combined with engineering example, discusses the sticky steel method in the practical engineering structure reinforcement of application.

Keywords: reinforced concrete structure; Reinforcement method; Stuck outside steel method

中图分类号：TU375文献标识码：A 文章编号：

一、引言

我国是自然灾害多发的国家，有2/3 的大城市处于地震区，近年来，我国相继发生汶川地震，玉树地震，建筑结构遭受严重破坏。即使在正常情况下建筑物经过长期使用亦有老化问题，现在如果继续使用的话就需要进行加固改造， 在老建筑加固改造过程中需要采取合适的加固措施来满足既有的建筑新的功能和使用要求。本文重点对建筑结构加固的方案及应用技术展开分析讨论，以期从中找到可靠有效的加固技术方案及其应用管理经验，并以此和广大同行分享。

二、结构加固的基本原则

现有建筑的加固，应结合结构的受力特点、新的功能要求、周围环境等因素，从安全、适用、经济的角度出发，一般应遵循下列原则：

1.加固方案应根据建筑物可靠性和抗震能力的鉴定结果的确定，由有资质的专业技术人员进行设计。

2.结构加固必须考虑结构的整体性。新增构件与原结构之间应有可靠连接；加固或新增构件的布置，应消除或减少不利因素，防止局部加强导致结构刚度或强度突变。

3.加固方案应结合原结构的特点和技术经济指标，采用新技术、新材料，避免不必要的经济损失。

4.对高温、高湿、低温、冻融、化学腐蚀等自然环境因素引起的原结构损坏，应在加固设计中提出有效的防治措施，并按设计规定的顺序进行治理和加固。

5.加固方法应便于施工，质量易于保证。对可能出现的倾斜、失稳、过大变形或局部坍塌等现象，应预先采取安全措施，减少对生产、生活的影响。

6.加固施工过程中，发现设计图纸与原结构不符或发现结构其他隐患时，应及时与设计人员沟通，采取有效措施后方可继续施工

三、钢筋混凝土结构加固方法

当前，各种类型的钢筋混凝土结构，其构造是复杂多样的，在建筑工程中，钢筋混凝土结构的变更、追加、加固也成为很平常的问题，通过工程实践及设计经验，本文将一些加固方法进行总结比较。

1.碳纤维加固法

近年来，碳纤维材料以其轻质、高强、抗腐蚀、耐疲劳及其温度稳定性而受到土木工程界的日益关注，成为研究与应用的热点。工程实践和试验研究表明：采用碳纤维对钢筋混凝土柱进行抗震加固；可以有效约束混凝土的变形，增强耗能能力，从而使其承载能力及延性能力有很大的提高，可取得良好的抗震加固效果。碳纤维片材由于其强度高，弹性模量大，用于横向包裹钢筋混凝土柱时，可以有效提高柱的承载能力和延性性能，其作用机理体现在两个方面：一方面，碳纤维片材横向包裹，其作用类似受剪钢筋，协同钢筋承受剪力。由于碳纤维的抗拉强度远远大于钢筋的抗拉强度，相当于配筋率大大提高，使其抗剪承载力得以显著提高，斜裂缝出现以后构件的变形性能也得以明显改善;另一方面，横向包裹碳纤维，还会对其内部的混凝土起到有效的约束作用，当受压区混凝土达到峰值应力后，具横向膨胀变形急剧增大，碳纤维环向应变显著增大，环向约束力增大，这就使得混凝土应力―应变曲线的下降变得平缓，极限压应变得以提高，因而推迟了受压区混凝土的破坏过程，充分发挥了纵向钢筋的塑性变形性能，显著改善构件的延性。

2.粘钢加固法

用粘结剂(建筑结构胶)将钢板粘贴在已开裂构件需要加固的部位上，以提高结构承载力的一种方法。该方法的应用研究始于20世纪60年代。在国际上它是一种适用面较广的加固方法，不仅用于建筑，而且用于公路桥梁的加固补强。这项技术简称粘钢加固技术。与传统加固方法比较，它有以下特点：(1)工艺简便，只需对被加固构件的表面进行处理，用建筑结构胶将钢板与之牢固地粘结成一个整体，使钢板和原构件很好地共同工作。(2)加固施工所需的场地、空间都不很大，且钢板粘贴在已开裂构件上一般2d即可受力使用，对生产和生活影响很小，特别适用于应急的加固工程。(3)粘钢加固所用的钢板厚度，一般为2mm~6mm，所以，加固后不影响结构外观，重量增加也不多。(4)加固效果比较明显。

3.化学植筋技术

植筋技术是运用高强度的化学粘合剂，使钢筋、螺杆等与混凝土产生握裹力，从而达到预期效果。施工后产生高负荷承载力，不易产生移位、拔出，并且密实性能良好，无需做任何防水处理。由于其通过化学粘合固定不但对基材不会产生膨胀破坏，而且对结构有补强作用，施工简便迅速安全并符合环保要求，是建筑工程中钢筋混凝土结构变更，加固的最有效的方法。它可以应用在各类建筑结构增建、变更等预留钢筋锚定中，还可以用于横梁、柱头、楼板、剪力墙等加固预留钢筋锚定中，也可用于各类钢结构、机械设备等的螺杆锚定中。它主要的技术特点就是：(1)具有高的承载力(剪力、拉力)。(2)对固定的基材不产生膨胀力，适宜边距、间距小的部位。(3)施工简便，时间短

4.注浆加固法

注浆加固法主要是针对钢筋混凝土结构物由于各种原因产生的各种裂缝，采用环氧树脂类粘合剂及密封剂灌浆加固修补，在不影响生产运营的情况下可以达到预期的强度，延长结构的使用寿命，施工快捷，加固效果安全可靠。它的特点是：(1)采用慢速，附压延续灌浆，可以确保树脂注入裂缝细微部位。(2)可以控制注入量，必要时可以补充灌浆料。(3)可根据裂缝大小，注入状况的需要，调整压力。(4)注入量和注入情形可以目视观察。这种技术主要应用范围：混凝土建筑物裂缝的修补，各种构筑物的修补以及桥梁、铁路的附属构件如桥墩、桥台、桥面、隧道等的修补。

5.增大加固法

增大加固法是指在原受弯构件的上面或下面浇一层新的混凝土并补加相应的钢筋，以提高原构件承载力的方法，是工程中常用的一种加固方法。补浇的混凝土处在变拉区时，对补加的钢筋起到粘结和保护作用，当补浇层混凝土在受拉区时，增加了构件的有效高度，从而提高了构件的抗弯、抗剪承载力，并增加了构件的刚度，因此其加固效果也是很显著的。实际工程中，在受拉区补浇混凝土层的情况较多，原配筋率较低，其混凝土变压区高度较小，因此在受拉区补加纵向钢筋并浇混凝土是提高该梁抗弯承载力的有效方法。

四、外粘型钢法在实际工程中的应用

1.加固原因

某市某综合办公大楼由于外立面改造和部分房间改造，经检测单位检测和设计单位校核，部分梁柱需加固改造。经现场察看情况，柱子决定采用外粘型钢法进行加固。

2.加固设计

采用外粘型钢加固发时，优先采用型钢，角钢的厚度不应小于5mm，沿梁、柱轴线方向隔一定距离用扁钢制作的箍板或缀板与角钢焊接，箍板或缀板截面不应小于10mmX40mm，其间距不应大于20r（r为单根角钢截面的最小回转半径），且不应大于500mm，在节点区，其间距应适当加密。角钢下端应锚固于基础中；中间应穿过各层楼板，上端应伸至加固层的上一层楼板底或屋面板底。

本工程，根据实际情况，分别采用L160X14.L100X10和L90X8作为柱子加固角钢，缀板采用80X5与60X5的扁钢，具体施工图如下图所示：

3.施工工艺与质量控制：

采用外粘型钢法加固梁、柱时，应先将混凝土表面打磨平整，四周磨出小圆角，并用钢丝刷刷毛，用压缩空气吹净后，刷环氧树脂浆一薄层；然后将已除锈并用二甲苯擦净的型钢骨架贴附于梁柱表面，用卡具卡紧，焊牢，用环氧胶泥将型钢周围封闭，流出排气孔，用在有利灌浆处贴灌浆嘴，（一般在较低处设置），间距2~3m，待灌浆嘴贴牢后，通气施压，即以0.2~0.4MPa的压力将环氧树脂浆从灌浆嘴压入；当排气孔出现浆液后，停止加压，以环氧胶泥堵孔，再以较低压力维持10min以上方可停止灌浆。灌浆后不应再对型钢进行锤击、移动、焊接。型钢表面（包括混凝土表面）应抹厚度不小于25mm高强度等级水泥砂浆（应加钢丝网防裂）做防护层，也可采用其他具有防腐蚀和防火性能的饰面材料加以保护。

五、展望

由于我国加固技术出现的历史不是很长, 在各种各样的加固方法中, 对于实际的工程修复与加固混凝土结构的实际经验很有限, 很多加固方法特别是较新型的加固技术缺乏必要的试验数据和监测检测数据, 及设计施工标准及试验标准也不是很健全。目前, 对于实际的工程各种加固方法的受力特性及施工要点的研究还需要进一步深入。

参考文献

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[2]李全旺，赵树红.碳纤维加固钢筋混凝土梁受剪承载力试验分析.清华大学土木工程系.

[3]GB 50367-2006,混凝土结构加固技术规范[ S ]. 北京：中国建筑工业出版社，2006.

[4]GB 50010-2010,混凝土结构设计规范[ S] . 北京：中国建筑工业出版社，2010.

[5]卜良桃，施楚贤.建筑结构加固工程设计与施工质量验收手册[M]. 北京:中国建筑工业出版社.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。