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混凝土结构的加固与改造

2018-06-27 14:36:04 

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近年来,为了满足市场需求、提高生产能力、降低生产成本、改善工作条件,需要对原有工业建筑物进行加固或改造。本文对如何通过加固技术利用原有结构的潜能而提高其承载力,如何保证新老构件的结合,针对钢筋混凝土构件的几种加固方案,在理论和构造上提出了一些看法。对旧有结构的加固设计大量的是前期工作,它包括对旧有建筑物的历史和现状的调查,调查原结构的设计年代,设计单位,查找图纸资料,以了解当时设计者的设计意图、使用规范、设计特点、采用的材料、现有结构状况和原设计的区别,使用过程中是否巳加固过,评价建筑物的自然寿命,结构现有的受荷条件,做到心中有数。

对钢筋混凝土构件加固设计以前首先要进行混凝土的可靠性鉴定。为了保障鉴定的可靠性,可以通过一定的检测手段对混凝土的现有强度,内部缺陷、碳化深度、钢筋状况、构件的变形等进行检测,为鉴定提供一定的依据。合理而真实的评价混凝土的可靠性是混凝土加固的关键。

1、破坏机理

加固后结构属二次受力结构,加固前已经载荷受力(即第一次受力)。当结构因承载力不足而进行加固时,结构的应力及应变比较高,新加部分在加固后,并不马上分担荷载,而是在新加荷载,即二次荷载作用下才受力。这样新加部分的应力和应变始终小于原结构的应力和应变,原结构达到极限状态时,新结构应力和应变还很低,潜力发挥不出来。如轴心受压构件,加固柱原混凝土达到极限压应变时,原柱首先破坏,同时退出作,由新加部分承担全部荷载,并随即破坏。

2、加固方法

目前加同的方法很多,如加大截面法、外包钢法、外部粘钢法、预应力法等。本地区主要采用加大截而法和外包钢法。

(1)不同的加同方式,其构造方式不同

加大截而法工艺简单,应用而广,但现场湿作业工作量大,养护期长,影响结构外观和房屋净空,对生产和生活也有影响。加大截面法在设计构造方面必须解决好新老结合,整体共同工作受力问颢。在各种复杂应力作用下关键的是剪力和拉力的影响。在弹性阶段,结合面的剪应力和法向拉应力主要靠结合面两边新旧混凝土的粘接强度承担开裂后及极限状态下,则主要是通过贯穿结合面的锚固钢筋或锚固螺栓所产生的被动剪切摩擦力传递。由于结合面混凝土的粘结抗剪强度及法向粘接抗拉强度远远低于混凝土本身强度,所以结合面是加固同结构受力时的薄弱环节。因此,从设计构造上配置足够的贯穿结合面的剪切摩擦筋或锚件将两部分连接起来,确保结合面有效的传力,保证新旧构件共同工作的关键。对不同加固方式,其具体构造方式为:

①单面或双面仅加配钢筋的梁,若新受力筋和原受力筋比较近,可用焊接短筋将新受力钢筋和原受力钢筋连接在一起。

②单面或双面混凝土加固梁,著新受力筋和原受力筋比较远时,可用焊接弯起短筋将新受力钢筋和原受力钢筋连接在一起,或采用与原构件箍筋焊接或与原构件锚固的U形箍筋进行连接。

③对外包混凝土加固柱,可通过封闭箍筋连接。对于框架柱中的新加受力钢筋,应通长设置,中间不得断开。下端应伸至基础顶面或浆锚于基础中,中间穿过各楼板,上端伸至加固层上楼面或屋面板表面,并环抱梁相互搭焊。楼层上下表面要各设置一道加强箍。施工时,原结构结合面风化酥松层、严重油污层及碳化锈裂层必须凿除,并打毛,然后用水冲洗干净,混凝土浇注前,结合面先刷一层高粘性的界面结合剂,边刷边浇,这样可使结合面混凝土粘接抗拉及抗剪强度接近或高于混凝土本身强度,避免结合面的过早破坏,如高强度水泥浆、乳胶水泥浆、环氧树脂胶等。混凝土浇捣方式最好采用喷射混凝土浇注工艺,施工简便,早期强度高,容易保证质量。

(2)外包钢加固法又分为干式外包钢法和湿式外包钢法

其区别在于外包钢材和原构件之间是否有粘接措施,其中湿式外包钢法的承载力提高比较有效,但施工相对麻烦一些。

外包钢加固结构,特别是框架结构,节点区受力非常复杂,构造上也比较别扭,为保证力的传递,在加固区框架柱的外包钢应通长设置,中问不要断开。下端应伸至基础顶面或锚固于基础中,中间应穿过各层楼板,上端可伸至加固层结构楼板的底面。对于框架梁或连系梁,外包钢材无法穿过梁柱节点,可在柱上设置加强型钢箍和附加受力钢筋,与梁外包钢材焊接来传力。

湿式外包钢法施工时应原结构结合面风化酥松层、严重油污层及碳化锈裂层必须凿除,并打磨平整,四角磨圆,用钢丝刷刷毛,压缩空气吹净。钢材须除锈,将钢材安装焊接完毕后,用环氧树脂胶泥将钢材和原结构结合面缝隙堵实,在较低的地方留灌浆孔,在合适位置留排气孔,通气试压,合格后在一定压力下将环氧树脂浆从灌浆口吹人直至排气孔冒浆为止,并用环氧胶泥堵孔,滞浆后不得再对钢材进行锤击、移动和焊接。

总而言之,混凝土加固设计的经验性比较强,尚无完善的计算理论依据。在设计时,结合原结构特点,依照当地施工条件及加固经验来确定加吲方案,以采取必要的构造措施。加固结构的新加部分和原结构相比,应力应变过于滞后,造成加固效果很不理想。若能在加固前进行卸荷,就可缓解应力应变滞后的现象,使新旧结构均能达到各自的极限状态,结构总的承载能力得到提高。卸荷可直接卸荷,也可施加反向作用力而间问接卸荷,以此来达到加固的目的。


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