摘要:隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展和社會的進(jìn)步，為了保障人民的生命財產(chǎn)安全，各種建筑結(jié)構(gòu)的加固技術(shù)日益被重視,亦顯得尤為重要。本人總結(jié)目前常用的建筑結(jié)構(gòu)增強、補強的常用加固方法進(jìn)行分析,指出了各自的適用范圍,以供同行設(shè)計施工參考。
　　關(guān)鍵詞:建筑結(jié)構(gòu),安全，加固技術(shù),鋼筋混凝土，纖維材料
　　目前,國內(nèi)外的很多科研機構(gòu)都進(jìn)行了大量的研究工作,且大都已經(jīng)用于實際工程中。然而,這些加固方法都有一定的缺陷,除去帶有共性的化學(xué)腐蝕問題外,象粘鋼加固法,還會增加構(gòu)件自重、結(jié)點不易處理、施工難度大等。因此,在實際加固時,應(yīng)尋求一種簡便易行的技術(shù)含量高的加固技術(shù)。FRP以其優(yōu)異的性能成為土木工程領(lǐng)域受寵的新型材料,尤其與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相結(jié)合更能發(fā)揮其突出的優(yōu)點。FRP具有很大的研究推廣價值和巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益,隨著研究工作的不斷深入,這種材料必將得到廣泛的應(yīng)用。我國擁有巨大的建筑市場,隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展,相信FRP在我國土木工程領(lǐng)域?qū)⒂忻篮脧V闊的發(fā)展前景。
　　1常用的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)
　　1.1增大截面加固法
　　對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而言,增大截面法是通過采用同種材料(鋼筋混凝土)來增大原混凝土結(jié)構(gòu)截面面積,從而達(dá)到提高結(jié)構(gòu)承載能力的目的。當(dāng)梁、柱構(gòu)件抗力不夠時,常采用增大截面法,
　　其優(yōu)點如下:
　　1)施工技術(shù)成熟,便于施工;
　　2)質(zhì)量好,可靠性強;
　　3)提高抗力及構(gòu)件剛度的幅度大,尤其對柱增加穩(wěn)定性較大。
　　增大截面、增加剛度,首先要考慮分析整體結(jié)構(gòu),不能僅為局部加大而加大,這樣會引起整體結(jié)構(gòu)的局部薄弱層發(fā)生重大事故。此外,加大截面法還有一些不利因素,使用時要予以考慮。
　　1)因構(gòu)件質(zhì)量和剛度變化較大,結(jié)構(gòu)固有頻率會發(fā)生變化,因此,應(yīng)避免使結(jié)構(gòu)加固后的固有頻率進(jìn)入地震或風(fēng)震的共振區(qū)域,造成新形式的破壞;
　　2)現(xiàn)場濕作業(yè)工作量大,養(yǎng)護(hù)時間較長,對生產(chǎn)和生活有一定的影響;
　　3)構(gòu)件的截面增大后對結(jié)構(gòu)的外觀以及房屋或橋梁凈空也有一定的影響。增大截面加固法主要使用于梁、板、柱、墻等一般結(jié)構(gòu)。
　　1.2外包鋼加固法
　　外包鋼加固法是一種以角鋼外包于構(gòu)件四角,角鋼之間用綴板連接的加固方法。外包鋼加固法分干式和濕式兩種情況。
　　1)濕式外包鋼法是在型鋼與原構(gòu)件之間用乳膠水泥或環(huán)氧樹脂等粘結(jié),使新舊材料之間有較好的協(xié)同工作能力,其整體性
　　好,但濕作業(yè)工作量大;
　　2)干式外包鋼法是型鋼與原構(gòu)件之間無任何粘結(jié),有時雖填以水泥砂漿,但并不能確保結(jié)合面剪力和拉力的有效傳遞,型鋼與原構(gòu)件不能整體工作,彼此只能單獨受力。與濕式外包鋼相比,干式外包鋼施工更為簡便,但承載力提高不如濕式外包鋼有效。該法能在基本上不改變原結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸的情況下,大幅度提高構(gòu)件承載力,增大延性和剛度,適用于混凝土柱、梁、屋架和磚窗間墻以及煙囪等結(jié)構(gòu)構(gòu)件和構(gòu)筑物的加固。外包鋼加固法特別適用于使用上不允許增大截面尺寸,而又需要大幅度地提高承載力的軸心和偏心受壓構(gòu)件的加固。該法施工速度快,現(xiàn)場工作量較小,加固效果好,但用鋼量大,加固費用較高。
　　1.3預(yù)應(yīng)力加固法
　　預(yù)應(yīng)力加固法是一種采用外加預(yù)應(yīng)力鋼拉桿(分水平拉桿和組合式拉桿)或型鋼撐桿對結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固的方法。通過施加預(yù)應(yīng)力強迫鋼拉桿或型鋼撐桿受力,影響并改變原結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布,并降低結(jié)構(gòu)原有應(yīng)力水平,致使一般加固方法中普遍存在的應(yīng)力應(yīng)變滯后現(xiàn)象的影響能較好的消除。因此,后加部分與原結(jié)構(gòu)能較好地共同工作,結(jié)構(gòu)的總體承載能力可顯著提高。預(yù)應(yīng)力加固法具有加固、卸載和改變結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布的三重效果,適用于大跨度結(jié)構(gòu)加固,以及采用其他方法無法加固或加固效果很不理想的較高應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)下的大型結(jié)構(gòu)加固。預(yù)應(yīng)力加固法的主要優(yōu)點如下:
　　1)體外配筋張拉預(yù)應(yīng)力可以起到增加主筋、提高正截面及斜截面的強度,同時也提高了剛度,有效地改善了使用性能且效果好。
　　2)預(yù)應(yīng)力能消除或減緩后加桿件的應(yīng)力滯后現(xiàn)象,使后加桿件有效地工作。
　　3)預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的負(fù)彎矩可以抵消部分荷載彎矩,減小原構(gòu)件的撓度,縮小原構(gòu)件的裂縫寬度甚至使原裂縫完全閉合。因此,預(yù)應(yīng)力加固法是一種加固效果好而且費用低的加固方法,具有廣闊的應(yīng)用前景。該法的缺點是增加了施加預(yù)應(yīng)力的工序和設(shè)備。
　　1.4外部粘鋼加固法
　　外部粘鋼加固法是將鋼板通過粘結(jié)劑,按加固設(shè)計要求,粘貼于混凝土或鋼結(jié)構(gòu)表面,使之共同工作。這種加固法的優(yōu)點是取材容易,施工方便、快捷,能在幾乎不改變構(gòu)件的外觀和使用空間的條件下,大大提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力和正常使用階段的性能。采用外部粘鋼加固時,通常是將鋼板粘于梁底受拉區(qū),以提高梁的承載力,當(dāng)在梁側(cè)貼鋼板時還可以提高梁斜截面承載力。目前,外部粘鋼加固法主要用于承受靜力作用的一般受彎構(gòu)件及受拉構(gòu)件的補強加固,要求環(huán)境溫度不宜超過60℃,相對濕度不宜大于70%,并要求無化學(xué)腐蝕。當(dāng)工作條件不滿足上述要求時,應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)的處理措施。粘貼鋼板對施工工藝要求較高,一般需要專業(yè)施工隊伍才能保證施工質(zhì)量。
　　1.5增設(shè)支點加固法
　　增設(shè)支點加固法是通過增設(shè)支承點來減小結(jié)構(gòu)計算跨度,達(dá)到減小結(jié)構(gòu)內(nèi)力和提高其承載能力的加固方法。該法簡單可靠,但對于使用空間有一定影響,適用于梁、板、桁架、網(wǎng)架等水平結(jié)構(gòu)的加固。按照增設(shè)的支承結(jié)構(gòu)的變形性能,增設(shè)支點法可分為剛性支點和彈性支點兩種情況。剛性支點法通過支承結(jié)構(gòu)的軸心受壓或軸心受拉將荷載直接傳給基礎(chǔ)或柱子等構(gòu)件,由于支承結(jié)構(gòu)的軸向變形遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于被加固結(jié)構(gòu)的撓曲變形,對被加固結(jié)構(gòu)而言,支承結(jié)構(gòu)可簡化按不動支點考慮,結(jié)構(gòu)受力較為明確,內(nèi)力計算大為簡化;彈性支點法通過支承結(jié)構(gòu)的受彎或桁架作用間接地傳遞荷載的一種加固方法,由于支承結(jié)構(gòu)的變形和被加固結(jié)構(gòu)的變形屬同一數(shù)量級,支承結(jié)構(gòu)只能按彈性支點考慮,內(nèi)力分析較為復(fù)雜。相對而言,剛性支點加固對結(jié)構(gòu)承載能力提高幅度較大,彈性支點加固對結(jié)構(gòu)使用空間的影響程度較低。
　　1.6化學(xué)灌漿補強法
　　化學(xué)灌漿補強就是將一定化學(xué)材料配制成漿液,用壓送設(shè)備將其灌入混凝土結(jié)構(gòu)裂縫內(nèi),使其擴散、膠凝或固化,達(dá)到補強的目的。化學(xué)灌漿材料主要有兩種:一種是以環(huán)氧樹脂為主劑配制成的環(huán)氧樹脂灌漿材料,它具有化學(xué)穩(wěn)定性好、可以室溫固化、收縮小、強度高、粘結(jié)力強等一系列優(yōu)點,而且因為環(huán)氧樹脂灌漿材料的粘結(jié)力和內(nèi)聚力均大于混凝土的內(nèi)聚力,能有效地修補混凝土的裂縫,恢復(fù)結(jié)構(gòu)的整體性,目前是一種較好的補強固結(jié)化學(xué)灌漿材料,一般用于修補寬度為0.2mm～0.5mm的裂縫;另一種是以甲基丙烯酸甲酯為主劑配制的甲基丙烯酸酯類灌漿材料,它具有可灌性好的特點,能灌入0.05mm寬的細(xì)微裂縫中,一般用來修補縫寬在0.2mm以下的裂縫。化學(xué)灌漿補強法主要用來修補因出現(xiàn)裂縫而影響使用功能的結(jié)構(gòu),如水池、水塔、水壩等,也可用來修補混凝土梁、板、柱等構(gòu)件及因鋼筋銹蝕而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)耐久性降低的構(gòu)件。
　　1.7水泥壓漿補強法
　　水泥壓漿補強法是一種用壓力設(shè)備將水泥漿液壓入結(jié)構(gòu)構(gòu)件的蜂窩、孔洞或裂縫中,充填并固結(jié)這些缺陷,以達(dá)到補強加固的目的。水泥灌漿具有強度高、材料來源廣、價格低,運輸、儲存方便及灌漿工藝比較簡單等優(yōu)點,至今仍是應(yīng)用最廣泛的灌漿材料。該法的缺點是需要專門的設(shè)備,主要用于因地震、溫度、沉降等原因引起的磚墻裂縫的修補。
　　1.8噴射混凝土補強法
　　噴射混凝土補強法是一種用混凝土噴射機將混凝土拌合料和水(干噴機)或混凝土濕料(濕噴機)以高速噴射到混凝土結(jié)構(gòu)上,并快速凝固成型的加固方法。噴射混凝土不需要振搗,它借助水泥與骨料之間的連續(xù)沖擊實現(xiàn)密實化,也不需要支模或只需部分支模,施工方便、速度快、工期短、噴射凝固層與原結(jié)構(gòu)粘結(jié)__力強,所以在大范圍加固工程中具有獨特優(yōu)勢,其缺點是需要專門的設(shè)備,對混凝土的配合比設(shè)計要求較高。這種方法常用于:病弱混凝土的局部或全部更換;在梁、板等構(gòu)件的下面增補混凝土;填補混凝土和磚石結(jié)構(gòu)中的孔洞、縫隙及混凝土墻的麻面。
　　1.9粘貼纖維材料加固法
　　纖維復(fù)合材料作為一種新型的混凝土結(jié)構(gòu)補強加固材料在我國逐漸興起,纖維增強復(fù)合材料是利用樹脂類膠結(jié)材料將纖維布粘貼于混凝土表面,從而達(dá)到對結(jié)構(gòu)構(gòu)件補強加固及改善結(jié)構(gòu)受力性能的目的。結(jié)構(gòu)加固中常用的FRP(纖維增強復(fù)合材料)有:CFRP(碳纖維增強塑料)、GFRP(玻璃纖維增強塑料)和AFRP(芳綸纖維增強復(fù)合材料),與傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)越性。
　　1)高強高效。在加固修補混凝土結(jié)構(gòu)中可以充分利用其高強度的特點來提高混凝土結(jié)構(gòu)的承載力和延性,改善其受力性能,達(dá)到高效加固修補的目的,對于柱的抗震加固尤其具有重要意義。
　　2)施工便捷。施工工效高,沒有濕作業(yè),不需要大型施工機具,無需現(xiàn)場固定設(shè)施,施工占用場地少。
　　3)具有極佳的耐腐蝕性能及耐久性能。4)施工質(zhì)量易保證。5)FRP材料質(zhì)量輕且薄,粘貼后每平方米重量不到1.0kg(包括樹脂重量),一層粘貼后厚度僅1.0mm左右,加固修補后,基本不增加原結(jié)構(gòu)自重及原構(gòu)件尺寸。6)適用面廣。
　　2結(jié)語
　　隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和生活水平的不斷提高,人們對建筑的數(shù)量、質(zhì)量和使用功能提出了越來越多的要求,科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步也促使各種新型結(jié)構(gòu)、新型材料以及新的施工工藝不斷出現(xiàn)。為保證建筑工程的質(zhì)量,促使建筑業(yè)健康發(fā)展,我國于1997年通過了《中華人民共和國建筑法》[1],明確規(guī)定:“建筑物在合理使用壽命內(nèi),必須確保地基基礎(chǔ)工程和主體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量,對已發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量缺陷,建筑施工企業(yè)應(yīng)當(dāng)修復(fù)。”除此之外,對我國而言,將原有的建筑進(jìn)行改造以充分利用,不但可以節(jié)約投資,而且能夠減少對土地的征用,對緩解日益緊張的城市用地矛盾有著重要的意義。