关键字：钢筋混凝土结构；改造和加固；技术应用
前言
许多已完工或在建的建筑结构都受到以下因素的影响，例如建筑结构受到使用年限、使用功能的变化和自然灾害等，造成结构承载力不足或产生不同程度的损坏，为此必须进行结构拆改和加固。随着我国结构设计与施工的标准化、市场化和规范化，加固技术及其应用将越来越多地参与到城镇建设中。
1关于钢筋混凝土结构的加固机理的思考
加固技术起初用于修复因事故或自然灾害而严重损坏的结构或建筑缺陷或结构薄弱部分，尤其是长期腐蚀的钢筋混凝土结构。
随着加固技术的快速发展，20世纪中后期开发的外包粘钢法加固的钢筋混凝土梁就是其中的代表。通过外部粘结的钢板或聚合物来增强钢筋混凝土结构的技术已成功应用于土木工程中。近来，诸如碳纤维和玻璃纤维的高强度聚合物材料已经被开发并用作钢板的替代品。这些被称为纤维增强聚合物系列，具有许多优点，例如重量轻，耐腐蚀和易于使用。由于不需要重型机械，其重量轻可以减少施工时间和建造成本。为了加固受自然灾害破坏的结构，通常使用聚合物薄板可以快速实施并完成的加固施工。同时，该片材可以附着到结构的特定位置施工操作简便，以实现最大的加固效率。
纤维织物在施工及使用过程中可能会暴露于复杂环境中，如暴露于火中高温或承受较强紫外线等情况，都是会减弱材料的粘结质量，因此将这些纤维织物粘合到混凝土上的有机粘合剂成为薄弱环节。然而无机粘合剂耐高温性能优异、收缩率小、抗老化性好，是很有发展前途的一类粘合剂，无机粘结剂加固体系中，使用较厚的碳纤维片材将具有更好的加固效率。需要引起重视的是，应经常需要注意抗剪方面，有时需要注意抗弯和抗剪这两个方面。
研究表明，刚度随着梁两侧的板面积的增加而增加，但是这种增加是有限的。为了提高极限弯曲能力，在梁两侧的加固效果不明显。但梁两侧的片材在防止裂纹发展中起着重要作用。在无机粘合剂加固系统中，由于碳纤维的断裂，梁全部失效。相反，在有机粘合加固系统中，梁由于碳纤维的剥离损伤而失效。这种机制减少了混凝土界面处的拉伸变形。
2加固方法和技术
结合以上对混凝土结构的加固的理论研究和实践，混凝土结构加固补强的方法很多，常用为以下加固方法。
2.1加固方法
2.1.1加大截面加固法
横截面积加固的核心技术是在混凝土各个构件外侧涂上一层新的水泥加固层，使各个构件的横截面积比原构件大幅度提升，提高了构件间的承载力。这样做的目的是改善整个建筑结构的耐压性、抗弯曲性和斜面抗剪性。该技术的优点是构造方便、操作简单、实用性强、应用范围广。可应用于各种建筑物的加固实践中，加固效果明显。
2.1.2替换混凝土加固方法
替换混凝土工程的加固技术是原钢筋混凝土整体结构中的水泥混凝土部分，应先拆除，然后全部再次浇筑。使用新混凝土代替原始混凝土可以有效改善建筑物的整体稳定性。该技术现已在实际施工过程中得到广泛应用，施工过程相对简单。它主要用于建筑结构自身问题或钢筋混凝土建筑物的混凝土强度较弱的建筑部分。但是对卸载和支撑设备的要求相对较高，必须得到高度重视。
2.1.3有粘结外包型钢加固法
此方法也称为湿式钢筋加固方法，其作用力可靠、结构简单且现场工作量较小。但是钢的用量很大，因此不适合在没有保护的情况下用于温度高于60°C的高温场所。它适用于混凝土结构的加固，但不允许显著增加原始组件的横截面尺寸，但又需要大大增加其承载能力的加固。
2.1.4粘合纤维增强塑料方法
它具有耐腐蚀性、耐潮湿、几乎不增加结构重量、耐用和维护成本较低等优势，适用于各种受力性质的钢筋混凝土构建，但需要特殊的防火措施。
2.1.5绕丝法
该方法加固后自重增加较少，基本不改变结构的外形和使用空间，但是其工艺复杂限制条件较多，对构件形状及截面复杂难达到圈型封闭，横向约束难实施的构件加固效果较低。
2.1.6预应力加固方法
该方法具有加固、卸荷、改变结构内力三种效果，完全可以消除加固部分的应力滞后现象。因此可以大大提高结构整体承载能力，灵活运用预应力加固技术可以有效地改善钢筋混凝土结构的应力，大大缩短钢筋混凝土结构加固工程的工期，经济型较好。但该方法增加了施工工序及设备，施工工艺较复杂，且对锚固件要求较高。
2.2配套技术
2.2.1托换技术
它是一项综合技术，包括诸如加固相关结构，抬升和复位上层结构以及拆除废弃部件的技术。
2.2.2植筋技术
它是一种简单有效的混凝土结构连接和锚固技术。它可以植入普通的钢筋或螺栓锚筋。已广泛应用于结构加固改造工程。
2.2.3结构灌缝技术
它是一项高度针对性的技术，主要用于修复钢筋混凝土建筑结构中的裂缝。它可以充分填充裂缝和空隙，达到可以保持结构构件的完整性，抵御诱发钢筋锈蚀的介质侵入，恢复结构使用功能保证结构耐久性。但对受力性裂缝除修补外，尚应配合采用相应其他加固措施。
3钢筋混凝土结构加固设计方案的选择
经过多年经验对混凝土结构加固设计方案选择总结有以下几点：
（1）选择加固方案时，应综合考虑安全性、功能性、成本控制和施工条件等因素。在加固过程中，也应对整栋建筑物的施工过程安全有足够的考虑。因此必须坚持安全为第一原则。
（2）应高度重视新技术和新材料，相关建筑物在加固过程中，将涉及新技术和新材料的选择。在应用这些技术材料时，严格监管，全面控制主要材料质量水平，将新技术的应用与各类建筑的实际情况相结合，确保新的材料和技术达到工程规划和施工所要求的基本标准。
（3）在实际工程中，选择合适的施工方案是钢筋混凝土加固设计的关键，因此有必要充分了解其优缺点。在加固设计中，主要目的是根据实际情况，并根据建筑物所需的加固程度、工期和施工对建筑物的影响，对建筑物进行分析，并进行加固。
例如，当结构的原始构件需要加大尺寸，或者自重较大时，并且在大型设备不方便进入现场的时候。应选择粘贴碳纤维复合材料的方法。当施工环境可以满足较长的施工周期和较大的施工空间，并且要求加固的方案具有很强的耐腐蚀性时，可以根据需要选择粘贴钢板的方法或增加截面的方法。
4加固设计需注意的问题
加固设计应注意以下几点：
（1）结构加固设计应确定加固设计的内容。同时，应根据结构损坏后果的严重性和重要性，加固设计的时间以及业主的具体要求，确定加固后的建筑结构的安全等级。
（2）原始结构和组件应尽可能保留和利用。保留部分应保证安全耐用。拆卸部分应考虑回收再利用的可能性。
（3）由于自然环境造成的结构破坏和地基沉降不均匀，必须同时考虑消除和减少这些不利因素的有效措施和预防措施，并在处理后予以加强以避免二次破坏。
（4）结构加固设计应满足抗震设计要求，并提高结构的延性和完整性。
（5）在有荷载的情况下进行加固施工，必须采取有效的措施，例如设置临时支撑和卸载处理。
（6）在加固前应对原始结构进行检测鉴定，掌握加固施工工艺的过程，掌握相关施工技术。同时，应严格按照加固施工技术的要求，精心准备施工计划，并加强监测，及时解决问题，必要时科学修改加固计划。
另一方面，在建筑结构的加固中，有必要充分利用原始建筑结构的承载力，尽可能不改变原始建筑的承重结构，进行相应的测量，制定合理的加固方案，以保证加固效果。
5钢筋混凝土结构加固设计示例
对于广东某大学教学楼的钢筋混凝土框架加固设计。根据现场检测发现第二层和第三层局部位置次梁的跨中混凝土存在贯穿竖向裂缝，裂缝宽度由梁底向上逐渐变窄。检测混凝土强度等级满足原设计强度等级C30要求。
根据实际情况及检测结果，确认是由于功能变化部分区域楼面增加设备活荷载5.0 KN/m2，超过原设计荷载2.0KN/m2增加幅度过大导致破坏，通过对混凝土破坏机理分析，是由于梁跨中弯矩过大混凝土受拉开裂。经计算分析得知，梁正截面抗弯能力需提高30%左右，综合考虑加
固的工期及施工条件等因素，对设计方案的比较如表1所示。
笔者通过加固设计方案综合比较及优化，选择在梁底通长粘贴碳纤维布，在端部和纤维布截断处设置碳纤维布条U形箍方法进行加固。如图1所示。
计算时，根据公式：
Asefy=φ·Acfs·fcfs(1)
式中：
Acfs为碳纤维布的面积。
fcfs为抗拉强度。
Ase为等效的钢筋面积。
fy为钢筋的抗拉强度。
φ为碳纤维布的强度折减系数。
在本工程中取φ=2/3。
Acfs取其净面积，即：
Acfs=tcfsBcfsnβ(2)
式中：
tcfs为计算厚度(mm)。
Bcfs为幅宽(mm)。
nβ为加固梁中碳纤维布的粘贴层数。
β为粘贴层数的折减系数。
仅粘贴一层时取β=1。
根据规范计算出所需增加的抗拉钢筋的面积，最后根据公式（1）和（2）设计碳纤维布的布置参数。在施工过程中，通过压力注入低粘度灌浆材料来密封梁的裂缝，结果表明方案均在设计许可范围内。
结论
在对钢筋混凝土结构进行改造和加固之前，工程师应采取针对性的加固措施。特别要强调的是，要根据项目实际情况，有必要去除不适合修复和加固的结构主要部件，以防止结构转变为机构伴随着结构的脆性破坏，产生灾难性的后果。在设计中，应选择适合的加固方法。
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论文作者:韩朋
论文发表刊物:《城镇建设》2019年2卷21期
论文发表时间:2019/11/29
标签：结构论文; 钢筋论文; 混凝土结构论文; 方法论文; 碳纤维论文; 技术论文; 混凝土论文; 《城镇建设》2019年2卷21期论文;