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摘要：本文阐述了混凝土结构加固结构的力学特点，探讨了混凝土建筑结构加固技术应用。
关键词：混凝土；建筑结构；加固技术；应用
为了使建筑结构更加稳固,建筑结构的使用更加安全可靠,对存在问题的老旧混凝土建筑结构采用适当的加固技术进行加固是非常必要的。混凝土建筑是当今社会建筑领域最为普遍的建筑类型,在施工过程中受多种因素的制约与影响,很容易产生各种质量问题,例如建筑施工中所使用的混凝土标号不符合建筑设计要求,则可能使建筑结构的承载力下降。当建筑物的梁、柱以及楼板所放配筋达不到工程建筑质量标准时,会影响建筑结构的使用性能,随着使用时间的增加,建筑结构中便会出现裂缝,影响建筑结构的正常使用功能。当混凝土建筑出现上述问题时必须采取有效的加固技术,对建筑结构进行修补和维护,提高建筑物的承载能力与稳定性。
其中, 为结合面剪应力设计值; f v 为结合面混凝土抗剪强度设计值; sv为横贯结合面的剪切--摩擦筋配筋率; f y 为剪切--摩擦筋抗拉强度设计值。
这种基础的加固方式是通过计算对原基础采取同时加宽、加高的方法。首先是根据结构计算和构造要求确定加固后基础各部分的尺寸; 然后, 具体做法是将原基础表面通通凿毛, 每隔300~500 左右在基础上凿一深洞( 直径50 mm, 深度为L ) , 以便插入拉结筋和灌浆。为保证原结构的安全, 同时施工方便, 通常是采取保持底板配筋不变( 钢筋等级、直径和间距不变) , 对原基础同时加宽、加高, 以提高基础承载力。这样底板钢筋需要加长, 凿掉原基础底部局部混凝土, 露出钢筋端部, 根据计算结果确定是隔根加长或根根加长, 加长采用焊接, 同一截面处接头面积不宜超过该截面处钢筋总面积的25%。建议采用内光对焊, 这种方法效果较好, 同时对原基础底部破坏最小。然后将结合面冲洗干净, 采用比原基础混凝土标号高一级的混凝土浇筑, 拉结筋通常采用6~ 10@ 300~ 500, L a 为钢筋受压区的锚固长度。这种方法适用于钢筋混凝土柱下独立基础和墩式基础。
（2）钢筋混凝土梁式基础
由于该种加固方案常常要对原基础进行部分拆除, 即打掉梁上部部分混凝土, 露出梁中钢筋, 这样对基础和上部结构的正常工作产生了很大影响。因此在施工前必须对原有结构采取可靠的临时支撑措施, 以保证结构安全。为方便施工, 临时支撑一般采用钢结构或木结构, 不宜采用钢筋混凝土结构。临时支撑必须根据部分卸荷或全部卸荷的原则通过结构计算方能确定。这种基础加固的方法与钢筋混凝土独立基础加固方法类似,即通过计算决定基础的加宽、加高尺寸。基础底板加宽的同
（3）钢筋混凝土筏板基础
该种基础加固方法的原理基本同上。主要是采取增加板厚并在保持板底配筋不变的前提下重新配置上部钢筋网的方法, 这一切必须通过结构计算方可确定。原基础表面充分凿毛, 并在表面每隔500 mm 凿出坑洞露出原板上部钢筋网, 将拉结筋钩或焊在其上。将新的钢筋网配置在计算所定之处, 以拉结筋兼支撑钢筋固定, 而后浇筑比原基础混凝土标号高一级的混凝土, 拉结筋一般为8@ 500~ 10@ 500。
在钢筋混凝土受弯构件受压区加混凝土现浇层，可增加截面有效高度，扩大截面面积，从而提高构件正截面抗弯，斜截面抗剪能力和截面刚度，起到加固补强的作用。在适筋范围内，混凝土弯变构件正截面承载力随钢筋面积和强度的增大而提高。在原构件正截面配筋率不太高的情况下，增大主筋面积可有效地提高原构件正截面抗弯承载力。在截面的受拉区加现浇混凝土围套增加构件截面，通过新加部分和原构件共同工作，可有效地提高构件承载力，改善正常使用性能。加大截面加固法施工工艺较简单、适应性强，并具有成熟的设计和施工经验，适用于梁、板、柱、墙和一般构造物的混凝土的加固；但现场施工的作业时间较长，对生产和生活有一定的影响，且加固后的建筑物净空有一定的减小。
（2）外包钢加固
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，外包钢法可以显著增加构件的承载力，提高加固构
件的刚度和延性。对混凝土框架柱的加固，选用外包钢加固法比较适宜，它对加固构件的截面尺寸和外观影响很小，承载能力提高较大，对静力加固的结构必须考虑结构二次受力问题。外包钢加固法中一般选用低强钢材，这样可以减少加固构件的应力和应变滞后现象而充分发挥后加部分的潜力；为提高二次组合结构结合面的粘结性能，保证新旧两部分能整体工作共同受力，加固结构所用水泥及混凝土，要缩性小，最好微膨胀，与原构件的粘结性好，早期强度高。对加固结构新用的粘结剂，要求粘结强度、可灌性好、收缩性小、耐老化等。外包钢加固柱具有良好的塑性，延迟裂缝的出现和发展，加固柱两端的施工工艺质量对加固效果的影响较大，应注意处理好刚材在端部与原构件间的锚固处理。根据已有的大量试验和计算分析结果表明，外包角钢加固柱可以明显提高原构件的极限承载力，加固后的极限承载力随着应力历史的增大而减小，在加固结构设计中须考虑应力的影响。
（3）预应力加固法
预应力加固法采用外加预应力钢拉杆或型钢撑杆对结构构件或整体进行加固, 是卸荷、加固及改变结构受力三者合一的加固方法。该方法通过构件外预应力手段强迫改变原结构内力分布, 避免了一般加固结构中所特有的应力应变滞后现象, 使后加部分与原结构能较好地共同工作, 不仅加固效果好, 而且还能较大幅度地提高结构的刚度、抗裂性和整体承载力。外加预应力法加固后对原结构外观有一定影响, 较适用于大跨度( 如桥梁) 或重型结构的加固以及处于高应力、高应变状态下混凝土结构的加固, 不宜用于混凝土收缩徐变大的结构。
预应力加固法现场施工简单, 用X 射线或其他无损检测技术可在结构运行期间检验。但它不宜用于混凝土的检验标准, 这在一定程度上影响了这一新技术的推广普及。并且它位于结构的外部, 易于锈蚀, 防火性能差, 易于损坏外观, 并且结构中复杂节点的处理方法还有待改进。
关键词：混凝土；建筑结构；加固技术；应用
为了使建筑结构更加稳固,建筑结构的使用更加安全可靠,对存在问题的老旧混凝土建筑结构采用适当的加固技术进行加固是非常必要的。混凝土建筑是当今社会建筑领域最为普遍的建筑类型,在施工过程中受多种因素的制约与影响,很容易产生各种质量问题,例如建筑施工中所使用的混凝土标号不符合建筑设计要求,则可能使建筑结构的承载力下降。当建筑物的梁、柱以及楼板所放配筋达不到工程建筑质量标准时,会影响建筑结构的使用性能,随着使用时间的增加,建筑结构中便会出现裂缝,影响建筑结构的正常使用功能。当混凝土建筑出现上述问题时必须采取有效的加固技术,对建筑结构进行修补和维护,提高建筑物的承载能力与稳定性。
一、混凝土结构加固结构的力学特点
1、 应力、应变的滞后性
加固前结构有荷载作用, 已存在着一定的弯曲和压缩变形,新加部分必须在新增荷载时才开始受力, 导致新加部分的应力、应变滞后于原结构的应力、应变, 新旧结构难以同时达到应力峰值。因此, 对应力水平指标超过一定限值的结构进行加固时,必须采取有效的卸载措施, 否则达不到理想的加固效果。2、新旧部分的整体性
加固结构属于组合结构, 新旧两部分存在着整体工作问题,而整体工作的关键在于结合面能否有效地传递剪力[ 2] 。混凝土加固结构结合面受剪承载力, 根据中国建筑科学研究院的实验研究, 可按下式计算:其中, 为结合面剪应力设计值; f v 为结合面混凝土抗剪强度设计值; sv为横贯结合面的剪切--摩擦筋配筋率; f y 为剪切--摩擦筋抗拉强度设计值。
二、混凝土建筑结构加固技术应用
1、基础加固技术
（1）钢筋混凝土独立基础这种基础的加固方式是通过计算对原基础采取同时加宽、加高的方法。首先是根据结构计算和构造要求确定加固后基础各部分的尺寸; 然后, 具体做法是将原基础表面通通凿毛, 每隔300~500 左右在基础上凿一深洞( 直径50 mm, 深度为L ) , 以便插入拉结筋和灌浆。为保证原结构的安全, 同时施工方便, 通常是采取保持底板配筋不变( 钢筋等级、直径和间距不变) , 对原基础同时加宽、加高, 以提高基础承载力。这样底板钢筋需要加长, 凿掉原基础底部局部混凝土, 露出钢筋端部, 根据计算结果确定是隔根加长或根根加长, 加长采用焊接, 同一截面处接头面积不宜超过该截面处钢筋总面积的25%。建议采用内光对焊, 这种方法效果较好, 同时对原基础底部破坏最小。然后将结合面冲洗干净, 采用比原基础混凝土标号高一级的混凝土浇筑, 拉结筋通常采用6~ 10@ 300~ 500, L a 为钢筋受压区的锚固长度。这种方法适用于钢筋混凝土柱下独立基础和墩式基础。
（2）钢筋混凝土梁式基础
由于该种加固方案常常要对原基础进行部分拆除, 即打掉梁上部部分混凝土, 露出梁中钢筋, 这样对基础和上部结构的正常工作产生了很大影响。因此在施工前必须对原有结构采取可靠的临时支撑措施, 以保证结构安全。为方便施工, 临时支撑一般采用钢结构或木结构, 不宜采用钢筋混凝土结构。临时支撑必须根据部分卸荷或全部卸荷的原则通过结构计算方能确定。这种基础加固的方法与钢筋混凝土独立基础加固方法类似,即通过计算决定基础的加宽、加高尺寸。基础底板加宽的同
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时还要加厚, 这样才能保证在原配筋不变的情况下提高翼缘板的承载能力, 施工方法和过程同独立基础加固方法。梁的加固是关键的, 为保证结构安全, 一般是增加梁高以提高承载力, 不宜同时对梁进行宽度方向的拆除性加固。（3）钢筋混凝土筏板基础
该种基础加固方法的原理基本同上。主要是采取增加板厚并在保持板底配筋不变的前提下重新配置上部钢筋网的方法, 这一切必须通过结构计算方可确定。原基础表面充分凿毛, 并在表面每隔500 mm 凿出坑洞露出原板上部钢筋网, 将拉结筋钩或焊在其上。将新的钢筋网配置在计算所定之处, 以拉结筋兼支撑钢筋固定, 而后浇筑比原基础混凝土标号高一级的混凝土, 拉结筋一般为8@ 500~ 10@ 500。
2、上部结构加固技术
（1）加大截面在钢筋混凝土受弯构件受压区加混凝土现浇层，可增加截面有效高度，扩大截面面积，从而提高构件正截面抗弯，斜截面抗剪能力和截面刚度，起到加固补强的作用。在适筋范围内，混凝土弯变构件正截面承载力随钢筋面积和强度的增大而提高。在原构件正截面配筋率不太高的情况下，增大主筋面积可有效地提高原构件正截面抗弯承载力。在截面的受拉区加现浇混凝土围套增加构件截面，通过新加部分和原构件共同工作，可有效地提高构件承载力，改善正常使用性能。加大截面加固法施工工艺较简单、适应性强，并具有成熟的设计和施工经验，适用于梁、板、柱、墙和一般构造物的混凝土的加固；但现场施工的作业时间较长，对生产和生活有一定的影响，且加固后的建筑物净空有一定的减小。
（2）外包钢加固
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，外包钢法可以显著增加构件的承载力，提高加固构
件的刚度和延性。对混凝土框架柱的加固，选用外包钢加固法比较适宜，它对加固构件的截面尺寸和外观影响很小，承载能力提高较大，对静力加固的结构必须考虑结构二次受力问题。外包钢加固法中一般选用低强钢材，这样可以减少加固构件的应力和应变滞后现象而充分发挥后加部分的潜力；为提高二次组合结构结合面的粘结性能，保证新旧两部分能整体工作共同受力，加固结构所用水泥及混凝土，要缩性小，最好微膨胀，与原构件的粘结性好，早期强度高。对加固结构新用的粘结剂，要求粘结强度、可灌性好、收缩性小、耐老化等。外包钢加固柱具有良好的塑性，延迟裂缝的出现和发展，加固柱两端的施工工艺质量对加固效果的影响较大，应注意处理好刚材在端部与原构件间的锚固处理。根据已有的大量试验和计算分析结果表明，外包角钢加固柱可以明显提高原构件的极限承载力，加固后的极限承载力随着应力历史的增大而减小，在加固结构设计中须考虑应力的影响。
（3）预应力加固法
预应力加固法采用外加预应力钢拉杆或型钢撑杆对结构构件或整体进行加固, 是卸荷、加固及改变结构受力三者合一的加固方法。该方法通过构件外预应力手段强迫改变原结构内力分布, 避免了一般加固结构中所特有的应力应变滞后现象, 使后加部分与原结构能较好地共同工作, 不仅加固效果好, 而且还能较大幅度地提高结构的刚度、抗裂性和整体承载力。外加预应力法加固后对原结构外观有一定影响, 较适用于大跨度( 如桥梁) 或重型结构的加固以及处于高应力、高应变状态下混凝土结构的加固, 不宜用于混凝土收缩徐变大的结构。
预应力加固法现场施工简单, 用X 射线或其他无损检测技术可在结构运行期间检验。但它不宜用于混凝土的检验标准, 这在一定程度上影响了这一新技术的推广普及。并且它位于结构的外部, 易于锈蚀, 防火性能差, 易于损坏外观, 并且结构中复杂节点的处理方法还有待改进。