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混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)加固設(shè)計

2009-05-22 16:03    【  【打印】【我要糾錯】

  摘 要:結(jié)構(gòu)在長期的自然環(huán)境和使用環(huán)境的作用下,其功能必然逐漸減弱,我們結(jié)構(gòu)工程的任務(wù)不單要作好建筑物前期的設(shè)計工作,還要能科學的評估結(jié)構(gòu)損傷的客觀規(guī)律和程度,并采取有效的方法保證結(jié)構(gòu)的安全的使用,那么,結(jié)構(gòu)的加固將成為一項重要的工作?梢灶A見的是21世紀,人類建筑物還會以混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)等為主,現(xiàn)階段我認為我們在結(jié)構(gòu)的加固這方面的研究應該還以此為主要突破方向。

  關(guān)鍵詞:混凝土結(jié)構(gòu)的加固;砌體結(jié)構(gòu)的加固;鋼結(jié)構(gòu)加固

  混凝土結(jié)構(gòu)的加固分為直接加固與間接加固兩類,設(shè)計時可根據(jù)實際條件和使用要求選擇適宜的方法和配套的技術(shù)。

  混凝土結(jié)構(gòu)加固篇

  一、直接加固的一般方法有:

  1、加大截面加固法

  在鋼筋混凝土受彎構(gòu)件受壓區(qū)加混凝土現(xiàn)澆層,可增加截面有效高度,擴大截面面積,從而提高構(gòu)件正截面抗彎,斜截面抗剪能力和截面剛度,起到加固補強的作用。

  在適筋范圍內(nèi),混凝土彎變構(gòu)件正截面承載力隨鋼筋面積和強度的增大而提高。在原構(gòu)件正截面配筋率不太高的情況下,增大主筋面積可有效地提高原構(gòu)件正截面抗彎承載力。在截面的受拉區(qū)加現(xiàn)澆混凝土圍套增加構(gòu)件截面,通過新加部分和原構(gòu)件共同工作,可有效地提高構(gòu)件承載力,改善正常使用性能。

  加大截面加固法施工工藝簡單、適應性強,并具有成熟的設(shè)計和施工經(jīng)驗;適用于梁、板、柱、墻和一般構(gòu)造物的混凝土的加固;但現(xiàn)場施工的濕作業(yè)時間長,對生產(chǎn)和生活有一定的影響,且加固后的建筑物凈空有一定的減小。

  2、置換混凝土加固法

  該法的優(yōu)點與加大截面法相近,且加固后不影響建筑物的凈空,但同樣存在施工的濕作業(yè)時間長的缺點;適用于受壓區(qū)混凝土強度偏低或有嚴重缺陷的梁、柱等混凝土承重構(gòu)件的加固。

  3、有粘結(jié)外包型鋼加固法

  外包鋼加固是把型鋼或鋼板包在被加固構(gòu)件的外邊,外包鋼加固鋼筋混凝土梁一般應采用濕式外包法,即采用環(huán)氧樹脂化灌漿等方法把型鋼與被加固構(gòu)傭粘結(jié)成一整體,加固后的構(gòu)件,由于受拉和受壓鋼截面面積大幅度提高,因此正截面承載力和截面剛度大幅度提高。

  該法也稱濕式外包鋼加固法,受力可靠、施工簡便、現(xiàn)場工作量較小,但用鋼量較大,且不宜在無防護的情況下用于600C以上高溫場所;適用于使用上不允許顯著增大原構(gòu)件截面尺寸,但又要求大幅度提高其承載能力的混凝土結(jié)構(gòu)加固。

  4、粘鋼加固法

  鋼筋混凝土受彎構(gòu)件外部粘鋼加固是在構(gòu)件承載力不足區(qū)段(正截面受拉區(qū)、正截面受壓區(qū)或斜截面)表面粘貼鋼板,這樣可提高被加固構(gòu)件的承載力,且施工方便。

  該法施工快速、現(xiàn)場無濕作業(yè)或僅有抹灰等少量濕作業(yè),對生產(chǎn)和生活影響小,且加固后對原結(jié)構(gòu)外觀和原有凈空無顯著影響,但加固效果在很大程度上取決于膠粘工藝與操作水平;適用于承受靜力作用且處于正常濕度環(huán)境中的受彎或受拉構(gòu)件的加固。

  5、粘貼纖維增強塑料加固法

  外貼纖維加固是用膠結(jié)材料把纖維增強復合材料貼于被加固構(gòu)件的受拉區(qū)域,使它與被加固截面共同工作,達到提高構(gòu)件承載能力的目的。除具有粘貼鋼板相似的優(yōu)點外,還具有耐腐濁、耐潮濕、幾乎不增加結(jié)構(gòu)自重、耐用、維護費用較低等優(yōu)點,但需要專門的防火處理,適用于各種受力性質(zhì)的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件和一般構(gòu)筑物。

  6、繞絲法

  該法的優(yōu)缺點與加大截面法相近;適用于混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件斜截面承載力不足的加固,或需對受壓構(gòu)件施加橫向約束力的場合。

  7、錨栓錨固法

  該法適用于混凝土強度等級為C20~C60的混凝土承重結(jié)構(gòu)的改造、加固;不適用于已嚴重風化的上述結(jié)構(gòu)及輕質(zhì)結(jié)構(gòu)。

  二、間接加固的一般方法有:

  1、預應力加固法

 。ㄒ唬╊A應力水平拉桿固法

  預應力水平拉桿加固的混凝土受彎構(gòu)件,由于預應力和新增外部荷載的共同作用,拉桿內(nèi)產(chǎn)生軸向拉力,該力通過桿端錨固偏心地傳遞到構(gòu)件上(當拉桿與梁板底面緊密貼合時,拉桿會與構(gòu)件共同找曲,此時尚有一部分壓力直接傳遞給構(gòu)件底面),在構(gòu)件中產(chǎn)生偏心受壓作用,該作用克服了部分外荷載產(chǎn)生的彎矩,減少了外荷載效應,從而提高了構(gòu)件的抗彎能力。同時,由于拉桿傳給構(gòu)件的壓力作用,構(gòu)件裂縫發(fā)展得以緩解、控制、斜截面抗剪承載力也隨之提高。

  由于水平提桿的作用,原構(gòu)件的截面應力特征由受彎變成了偏心受壓,因此,加固后構(gòu)件的承載力主要取決于壓彎狀態(tài)下原構(gòu)件的承載力。

 。ǘ╊A應力下?lián)卫瓧U加固法

  鋼筋混凝土構(gòu)件采用預應力下?lián)问嚼瓧U加固定后,形成一個由被加固構(gòu)件和下?lián)问嚼瓧U組成的復合超靜定結(jié)構(gòu)體系,在外荷載和預應力共同作用下,拉桿中產(chǎn)生軸向力并通過與構(gòu)件的結(jié)合點(下?lián)吸c和桿端錨固點)傳遞給被加固構(gòu)件,抵消了部分外荷載,改變了原構(gòu)件截面內(nèi)力特征,從而提高了構(gòu)件的承載能力。

  該法能降低被加固構(gòu)件的應力水平,不僅使加固效果好,而且還能較大幅度地提高結(jié)構(gòu)整體承載力,但加固后對原結(jié)構(gòu)外觀有一定影響;適用于大跨度或重型結(jié)構(gòu)的加固以及處于高應力、高應變狀態(tài)下的混凝土構(gòu)件的加固,但在無防護的情況下,不能用于溫度在600C以上環(huán)境中,也不宜用于混凝土收縮徐變大的結(jié)構(gòu)。

  2、增加支承加固法

  增設(shè)支點加固法是通過減少受彎構(gòu)件的計算跨度,達到減少作用在被加固構(gòu)件上的載載效應,提高結(jié)構(gòu)承載水平的目的。該法簡單可靠,但易損害建筑物的原貌和使用功能,并可能減小使用空間;適用于具體條件許可的混凝土結(jié)構(gòu)加固。

  3、其它加固法

  輔助結(jié)構(gòu)加固法是采用另制的輔助構(gòu)件,如型鋼、鋼桁架或鋼筋混凝土梁,部分或全部分擔被加固梁的荷載。

  在支座附近加腋后,支座附近截面的有效高度提高了,因此,截面的抗彎和抗剪能力都得到提高。

  三、與混凝土結(jié)構(gòu)加固改造配套使用的技術(shù)一般有:

  1、托換技術(shù)

  系托梁(或桁架)拆柱(或墻)、托梁接柱和托梁換柱等技術(shù)的概稱;屬于一種綜合性技術(shù),由相關(guān)結(jié)構(gòu)加固、上部結(jié)構(gòu)頂升與復位以及廢棄構(gòu)件拆除等技術(shù)組、托換技術(shù)系托梁(或桁架)拆柱(或墻)、托梁接柱和托梁換柱等技術(shù)的概稱;屬于一種綜合性技術(shù),由相關(guān)結(jié)構(gòu)加固、上部結(jié)構(gòu)頂升與復位以及廢棄構(gòu)件拆除等技術(shù)組成;適用于已有建筑物的加固改造;與傳統(tǒng)做法相比,具有施工時間短、費用低、對生活和生產(chǎn)影響小等優(yōu)點,但對技術(shù)要求較高,需由熟練工人來完成,才能確保安全。

  2、植筋技術(shù)

  系一項對混凝土結(jié)構(gòu)較簡捷、有效的連接與錨固技術(shù);可植入普通鋼筋,也可植入螺栓式錨筋;已廣泛應用于已有建筑物的加固改造工程,如:施工中漏埋鋼筋或鋼筋偏離設(shè)計位置的補救,構(gòu)件加大截面加固的補筋,上部結(jié)構(gòu)擴跨、頂升對梁、柱的接長,房屋加層接柱和高層建筑增設(shè)剪力墻的植筋等。

  3、裂縫修補技術(shù)

  根據(jù)混凝土裂縫的起因、性狀和大小,采用不同封護方法進行修補,使結(jié)構(gòu)因開裂而降低的使用功能和耐久性得以恢復的一種專門技術(shù);適用于已有建筑物中各類裂縫的處理,但對受力性裂縫,除修補外,尚應采用相應的加固措施。內(nèi)部修補法。

  內(nèi)部修補法是用壓力泵把膠結(jié)材料壓力混凝土裂縫中,結(jié)硬后起到補縫作用,并通過其膠結(jié)性使原結(jié)構(gòu)恢復整體性,該方法適用于裂縫寬度較大,對結(jié)構(gòu)的整體性和安全性及耐久性等有影響,或有防水防滲等要求的裂縫的修補。

  4、碳化混凝土修復技術(shù)

  系指通過恢復混凝土的堿性(鈍化作用)或增加其阻抗而使碳化造成的鋼筋腐蝕得到遏制的技術(shù)。

  5、混凝土表面處理技術(shù)

  系指采用化學方法、機械方法、噴砂方法、真空吸塵方法、射水方法等清理混凝土表面污痕、油跡、殘渣以及其它附著物的專門技術(shù)。

  6、混凝土表層密封技術(shù)

  系指采用柔性密封劑充填、聚合物灌漿、涂膜等方法對混凝土進行防水、防潮和防裂處理的技術(shù)。

  7、其它技術(shù)

  如結(jié)構(gòu)、構(gòu)件移位技術(shù)、調(diào)整結(jié)構(gòu)自振頻率技術(shù)等。

  砌體結(jié)構(gòu)篇

  四、砌體結(jié)構(gòu)加固方法:

  砌體結(jié)構(gòu)的加固分為直接加固與間接加固兩類,設(shè)計時,可根據(jù)實際條件和使用要求選擇適宜的方法。

 。ㄒ唬┻m用于砌體結(jié)構(gòu)的直接加固方法一般為:

  1、鋼筋混凝土外加層加固法

  該法屬于復合截面加固法的一種。其優(yōu)點是施工工藝簡單、適應性強,砌體加固后承載力有較大提高,并具有成熟的設(shè)計和施工經(jīng)驗;適用于柱、帶壁墻的加固;其缺點是現(xiàn)場施工的濕作業(yè)時間長,對生產(chǎn)和生活有一定的影響,且加固后的建筑物凈空有一定的減小。

  2、鋼筋水泥砂漿外加層加固法

  該法屬于復合截面加固法的一種。其優(yōu)點與鋼筋混凝土外加層加固法相近,但提高承載力不如前者;適用于砌體墻的加固,有時也用于鋼筋混凝土外加層加固帶壁柱墻時兩側(cè)穿墻箍筋的封閉。

  3、增設(shè)扶壁柱加固法

  該法屬于加大截面加固法的一種。其優(yōu)點亦與鋼筋混凝土外加層加固法相近,但承載力提高有限,且較難滿足抗震要求,一般僅在非地震區(qū)應用。

 。ǘ┻m用于砌體結(jié)構(gòu)的間接加固方法一般為:

  1、無粘結(jié)外包型鋼加固法

  該法屬于傳統(tǒng)加固方法,其優(yōu)點是施工簡便、現(xiàn)場工作量和濕作業(yè)少,受力較為可靠;適用于不允許增大原構(gòu)件截面尺寸,卻又要求大幅度提高截面承載力的砌體柱的加固;其缺點為加固費用較高,并需采用類似鋼結(jié)構(gòu)的防護措施。

  2、預應力撐桿加固法

  該法能較大幅度地提高砌體柱的承載能力,且加固效果可靠;適用于加固處理高應力、高應變狀態(tài)的砌體結(jié)構(gòu)的加固;其缺點是不能用于溫度在600C以上的環(huán)境中。

  (三)砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)造性加固與修補

  1、增設(shè)圈梁加固

  當圈梁設(shè)置不符合現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范要求,或縱橫墻交接處咬搓有明顯缺陷,或房屋的整體性較差時,應增設(shè)圈梁進行加固

  2、增設(shè)梁墊加固

  當大梁下磚砌體被局部壓碎或大梁下墻體出現(xiàn)局部豎直裂縫時,應增設(shè)梁墊進行加固。

  3、砌體局部拆砌

  當房屋局部破裂但在查清其破裂原因后尚未影響承重及安全時,可將破裂墻體局部拆除,并按提高砂漿強度一級用整磚填砌。

  4、砌體裂縫修補

  在進行裂縫修補前,應根據(jù)砌體構(gòu)件的受力狀態(tài)和裂縫的特征等因素,確定造成砌體裂縫的原因,以便有針對性地進行裂縫修補或采用相應的加固措施。

  五、鋼結(jié)構(gòu)加固方法:

  鋼結(jié)構(gòu)加固的主要方法有:減輕荷載、改變結(jié)構(gòu)計算圖形、加大原結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面和連接強度、阻止裂紋擴展等。當有成熟經(jīng)驗時,亦可采用其它加固方法。

  1、改變結(jié)構(gòu)計算圖形

  改變結(jié)構(gòu)計算圖形的加固方法是指采用改變荷載分布狀況、傳力途徑、節(jié)點性質(zhì)和邊界條件,增設(shè)附加桿件和支撐、施加預應力、考慮空間協(xié)同工作等措施對結(jié)構(gòu)進行加固的方法;

  改變結(jié)構(gòu)計算圖形的一般加固方法:

 。1)對結(jié)構(gòu)可采用下列增加結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的剛度的方法進行加固:

  A、增加支撐形成空間結(jié)構(gòu)并按空間結(jié)構(gòu)驗算;

  B、加設(shè)支撐增加結(jié)構(gòu)剛度,或者調(diào)整結(jié)構(gòu)的自振頻率等以提高結(jié)構(gòu)承載力和改善結(jié)構(gòu)動力特性;

  C、增設(shè)支撐或輔助桿件使結(jié)構(gòu)的長細比減少以提高其穩(wěn)定性;

  D、在排架結(jié)構(gòu)中重點加強某一列柱的剛度,使之承受大部分水平力,以減輕其它柱列負荷;

  E、在塔架等結(jié)構(gòu)中設(shè)置拉桿或適度張緊的拉索以加強結(jié)構(gòu)的剛度。

 。2)對受彎桿件可采用下列改變其截面內(nèi)力的方法進行加固:

  A、改變荷載的分布,例如將一個集中荷載轉(zhuǎn)化為多個集中荷載;

  B、改變端部支承情況,例如變鉸接為剛結(jié);

  C、增加中間支座或?qū)⒑喼ЫY(jié)構(gòu)端部連接成為連續(xù)結(jié)構(gòu);

  D、調(diào)整連續(xù)結(jié)構(gòu)的支座位置;

  E、將結(jié)構(gòu)變?yōu)閾螚U式結(jié)構(gòu);

  F、施加預應力。

 。3) 對桁架可采取下列改變其桿件內(nèi)力的方法進行加固:

  A、增設(shè)撐桿變桁架為撐桿式結(jié)構(gòu);

  B、加設(shè)預應力拉桿。

  2、加大構(gòu)件截面的加固

  采用加大截面加固鋼構(gòu)件時,所選截面形式應有利于加固技術(shù)要求并考慮已有缺陷和損傷的狀況。

  3、連接的加固與加固件的連接

  鋼結(jié)構(gòu)連接方法,即焊縫、鉚釘、普通螺栓和高強度螺栓連接方法的選擇,應根據(jù)結(jié)構(gòu)需要加固的原因、目的、受力狀況、構(gòu)造及施工條件,并考慮結(jié)構(gòu)原有的連接方法確定。

  鋼結(jié)構(gòu)加固一般宜采用焊縫連接、摩擦型高強度螺栓連接,有依據(jù)時亦可采用焊縫和摩擦型高強度螺栓的混合連接。當采用焊縫連接時,應采用經(jīng)評定認可的焊接工藝及連接材料。

  4、裂紋的修復與加固

  結(jié)構(gòu)因荷載反復作用及材料選擇、構(gòu)造、制造、施工安裝不當?shù)犬a(chǎn)生具有擴展性或脆斷傾向性裂紋損傷時,應設(shè)法修復。在修復前,必須分析產(chǎn)生裂紋的原因及其影響的嚴重性,有針對性地采取改善結(jié)構(gòu)實際工作或進行加固的措施,對不宜采用修復加固的構(gòu)件,應予拆除更換。

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