建筑结构加固修复新技术探讨

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  摘要:建筑工程中,建筑结构工程往往存在无法满足设计规范要求的现象,导致结构老化造成结构强度降低。针对建筑结构进行加固修复,有利于提高建筑结构稳定性,从而提升整体建筑结构安全性。本文对建筑结构的加固修复新技术进行简单探讨。
  关键词:建筑结构;结构加固;加固修复;修复技术;建筑加固
  中图分类号:TU3文献标识码: A
  一.引言
  建筑工程结构由于受到外界环境或自然灾害影响,导致建筑结构稳定性降低。为确保建筑结构具有足够的安全性,必须要对建筑结构进行加固修复。
  二.建筑结构加固方法的发展
  使用性能的检验是验证结构或构件有没有过度的变形和损坏,结构或构件在检测后仍要符合标准水平;承载力检验是验证结构或构件的设计承载力;破坏性检验只需肯定结构的实际承载力。现今生活中,很多重要的建筑和大型的公共建筑除了要进行静力实荷检验外,还会进行结构动力的测验。
  近20年出现的后装拔出法更是受到广大业内人士的欢迎,这是由于它没有复杂的操作过程,只需要在已经硬化的混凝内进行一些简便的操作,把锚固件放进混凝土中即可。这种方法对要检测的混凝土结构件的新旧程度也没有要求,操作简单,准确度高。另外,这种方法的评判性也非常高,即使现场没有混凝土强度的资料也同样适用。但是由于我国在这方面的研究起步较晚,同时又受到很多因素的限制,所以这种方法还没有被完全接受。
  随着相关研究的推进,至今已经发现了很多种检测砌体结构的方法,例如轴压法、扁顶法、原位单剪法、原位单砖双剪法、推出法、筒压法、砂浆片剪切法、回弹法、点荷法、射钉法等,所有这些方法大致分为直接法和间接法。直接法主要是用来测量砌体强度和砌体抗剪强度的,其优点是可以直接测量出这些参数来反应材料和施工的质量,但是它存在一定的缺点,即操作量大且会对砌体造成一定的损伤。间接法是用来测定砂浆强度相关的物理参数的,当测定出来这些参数以后,需要根据这些参数推定其强度,而它的缺点就是在推定的过程之中会有很大的误差,而且无法反映出材料和工程的质量。这两种方法都有其相应的优点和缺点,在实际的操作过程中,需要将直接法和间接法结合起来使用,使施工更加完善。
  三.建筑结构加固修复新技术
  1.粘贴纤维复合材料加固法
  八十年代末到九十年代初,在发达国家兴起的纤维材料(FRP)加固修补土建结构技术,因优点多,效果显著,已成为广泛使用的一项技术,并彻底产业化。根据纤维材料的差异,分为玻璃纤维材料、碳纤维材料和阿拉米德材料。其中,又以碳纤维材料CFRP最具代表性,其性能特点主要有以下几个方面:
   (1)性能优良的物理力学:其抗拉强度为普通钢材的10 倍以上,弹性模量相当于普通钢材的1.1~2.4 倍;而且纤维片材重量轻,比重仅为钢材的1/ 4 ;厚度小,一般片材增强层厚度在0.1mm~0.2mm 之间,因此基本上不增加结构截面尺寸和自重。
   (2)现场施工方便:没有湿作业和明火施工,占用场地小,也无需大型施工机具,因此施工方便、工效高、施工质量容易得到保障。
   (3)使用范围广:可用于梁、板、柱及桥梁、隧道、烟囱等多种结构的加固补强。特别是在曲面壳体和复杂节点的加固中,具有其它加固方式无法比拟的优势,与混凝土的有效接触面积可达100 %。
   (4)良好的耐久性和耐腐蚀、抗磁性等性能特点。该材料技术始于上世纪80 年代中期的土建结构加固。1991年欧洲首先用CFRP完成了国际第一座桥梁加固后,该项技术在世界上迅速推广,特别是在上世纪90 年代中期日本阪神大地震后的重建过程中,该项技术得到大量的应用。
  2.植筋技术在加大截面法中的应用
  化学植筋,是我国工程界广泛应用的一种后锚固连接技术,它是在已有混凝土构件或构件上,以适当的孔径和深度钻孔,然后用化学胶粘剂一锚固较,将带肋钢筋或长螺杆植入混凝土中,以达到与原结构构件可靠连接的目的。化学植筋是利用化学胶粘剂的粘结力和锁键作用使植筋与混凝土牢固粘结,使作用在植筋上的力通过化学胶粘剂传递到已有的结构上。化学植筋工艺简单、锚固快捷、安全可靠,因而广泛应用于结构加固、补强、新旧构件连接、补埋钢筋、后埋钢构件等方面。
  3.碳纤维加固法
  纤维复合材料是一种由基体材料(即环氧树脂)和增强材料(即纤维)两者组成的复合材料。此复合材料不仅可保持原有材料的特性,亦可发挥组合后的新特性,依据不同需要进行加固设计,得到最合理地性能要求。碳纤维加固法在用于钢筋混凝土受弯、受压构件加固时,优点是轻质高强,无需搭接就能适应曲面形状结构混凝土粘贴要求,其特点是耐腐蚀、耐潮湿、施工便捷;缺点是受使用环境温度的限制,还需有专门的防护处理。其作用机理主要体现在两个方面:一方面是碳纤维片材横向包裹,作用类似于受剪钢筋,协同钢筋承受剪力;另一方面是横向包裹碳纤维对其内部混凝土还会起有效的约束作用。
  4.纤维复合材料嵌入式加固法
  嵌入式加固法是一种通过粘结材料将加固材料嵌入加固构件表面预先凿好的槽中,使之与加固构件形成整体,从而改善结构性能的加固方法。与传统的结构加固方法相比,嵌入式加固法除具有粘贴FRP材料加固法具有的优点外,还具有FRP材料与原结构粘贴性能较好、可防止火灾对FRP材料的破坏,可有效地进行負弯矩加固、可以充分利用FRP材料的强度,能有效地提高结构构件的极限承载能力等优点。由于加固技术出现的历史并不长久,在各种不同的加固方法中,我们对修复与加固技术的实质经验有限,很多加固方法特别是较新型的加固技术缺少必要的实验数据,设计施工标准及试验标准。对各种方法的受力特性及施工要点还需要进一步的深入研究。如加固结构的二次受力工作机理及计算方法研究;各种加固材料及外包和粘贴形式对原有结构的抗弯、抗剪、抗疲劳、延展性、耐久性等试验研究,结构胶的力学性质,是保证钢筋混凝土结构与各种加固板材料能否形成一个整体联合工作的关键,但对结构胶本身的力学特性如其本身与结构的关系、抗拉性能、抗剪性能、流变性能有待进一步研究。
  5.裂缝修补技术
  混凝土结构裂缝按其形式分三类:(1)静止裂缝:宽度,形态,数量均已稳定的裂缝;(2)活动裂缝:宽度在现有环境和工作条件下始终不能保持稳定,时开时闭。修补时,尚先消除其成因,并观察一段时间,确定已稳定再按静止裂缝修补,可用弹性材料封闭;(3)尚在发展中的裂缝,对此类裂缝应待其停止发展后,再进行修补。
  裂缝修补方法:(1)表面封闭法:利用低稠度且具有良好渗透性的修补胶液封闭裂缝通道。(2)以一定的压力将低黏度高强度的裂缝修补胶液注入裂缝腔内,此法适用于0.1mm≦w≦1.5mm的静止裂缝,适用于数量不多的裂缝;(3)压力注浆法:在一定时间以较高压力将修补裂缝用的注浆料压入裂缝腔内,适用于大型贯穿性的裂缝,大体积混凝土的裂缝(窝状严重缺陷),以及深而蜿蜒的裂缝。(4)填充密封法:在构件表面沿裂缝走向凿出深和宽分别不小于20mm和15mm的U性沟槽,然后用改性环氧树脂或弹性填充材料充填,并粘贴纤维复合材料以封闭其表面。
  四.结束语
  随着我国建筑工程的逐步发展,对老化建筑结构加固修复工程将越来越多。随着加固技术的逐渐更新,加固工艺及加固材料也发生变化,建筑结构加固修复技术也将逐渐迎合未来发展要求,从而为建筑业发展提供硬件支撑。
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