混凝土結構加固技術淺析

王 鳳 劉秋玲

建國以來我國完成的各類建筑，相當多的建筑已經進入中老年期，必須進行維修和加固[1]。對已修建好的各類房屋建筑、橋梁進行維修、保護和加固，保持其正常使用功能，延長其使用壽命，對我國而言，不但可以節約投資，而且能夠減少土地的征用，對緩解日益緊張的城市用地矛盾有著重要的意義[2]。

1 混凝土加固結構的受力特征

加固時原混凝土結構已經受力，并產生一定的應力應變，加固屬于二次受力，而加固一般都是在未卸載或部分卸載的情況下進行的，原結構已經存在著一定的應力應變，所以加固的部分并不能馬上承受荷載，只有在荷載發生變化時，才能協助原結構共同分擔荷載。這樣新加結構部分的應力應變始終滯后于原結構，新、舊結構不能同時達到應力峰值。發生破壞時，新加部分可能并不能達到自身的承載能力極限。同時，如果原結構構件的應力和變形較大，則新加部分的應力將處于較低水平，潛力不能充分發揮，起不到應有的加固效果。加固結構屬于新、舊二次組合結構，加固部分能否達到預期效果，取決于新、舊部分能否成為整體，共同工作，即新、舊結構的結合面能否充分地傳遞剪力。但實際上，新、舊混凝土結合面的抗剪強度一般總是遠低于一次整澆混凝土的抗剪強度，因此，在整體承載能力上二次組合結構比一次整澆結構要低一些。加固結構的這些受力特征，決定了加固結構不同于新建混凝土結構，合理的處理好這些問題，是設計、施工的關鍵環節[3]。

2 建筑加固原則

1)盡可能使加固措施發揮綜合效應，提高加固效率。2)盡可能保留和利用原結構構件，發揮原結構的潛力，避免不必要的拆除和更換。3)盡可能減小對建筑物使用功能的影響。4)加固后結構的力學分析和校核除了應遵守結構設計的基本原則外，尚應考慮結構在加固時的工作應力，加固部分應變滯后的特點，新舊材料協同工作的程度，加固后構件截面形心和剛度的變化等。5)避免或盡可能減小設計方案的負面效應，充分考慮加固措施對結構體系、未加固構件、地基等可能造成的不利影響。6)應采取可靠措施保證新舊材料的共同工作，盡可能通過合理安排新舊構件的拆裝順序，通過臨時卸載、臨時支頂或采取預應力加固的方法等，減小應力滯后現象，充分發揮新增部分的作用。

3 幾種常見的混凝土結構加固方法

3.1 直接加固的一般方法

3.1.1 增大截面加固法

增大截面加固法也稱為外包混凝土加固法，它采用同種材料(混凝土和普通鋼筋)對原結構進行加固補強，通過增大混凝土和鋼筋截面的面積和一些構造措施，保證后加固部分與原構件可靠連接，共同工作，達到提高截面承載力和剛度的目的。

增大截面法的技術特點是，在設計構造方面必須注意解決好新加部分與原有部分的整體工作、共同受力問題。加固結構在受力過程中，結合面會出現拉壓彎剪等各種復雜應力，其中主要是拉力和剪力。該方法施工工藝簡單，適用面廣，可廣泛用于梁、板、柱、墻、基礎、屋架等混凝土構件的加固。但是該方法要求現場作業工作量大，養護時間較長，對生產和生活有一定影響，而且構件的截面增大后對結構的外觀和房屋凈空也有一定影響[4]。

3.1.2 置換混凝土加固法

置換混凝土加固法指對原有結構強度低、韌性差的構件材料用強度高、韌性好的混凝土材料置換的方法。該方法適用于承重構件受壓區混凝土強度偏低或有嚴重缺陷的局部加固。施工工藝簡單方便，工期短，占用空間小，不影響使用功能，而且造價比較低，經濟合理。置換部分應位于構件受壓區內，且應根據受力方向將有缺陷混凝土剔除，剔除位置應在沿構件整個寬度的一側或對稱的兩側，不得僅剔除截面的一隅[1]。

3.1.3 外包鋼加固法

外包鋼加固是把型鋼(一般為角鋼或槽鋼)或鋼板包于構件的四角或兩角的加固方法，采用該方法加固混凝土結構構件時，應采用環氧樹脂膠粘劑進行灌注，把型鋼與被加固構件粘結成一整體，以保證型鋼架和原構件形成一個整體共同受力。該加固法技術先進、受力可靠、加固性能好、占用空間小、施工簡便、施工周期短、現場工作量小，安全并能減輕勞動強度。但用鋼量較大，外包材料表面溫度不宜高于60℃，還要有可靠的防腐蝕措施，適用于使用上不允許顯著增大原構件截面尺寸，但又要求大幅度提高其承載能力的混凝土結構加固。

3.1.4 粘貼鋼板加固法

粘貼鋼板加固法主要原理是依靠膠粘劑來使新增薄鋼板與混凝土形成一個整體來共同受力。加固用的鋼板，最好選用Q235鋼或16Mn鋼。粘結用的膠粘劑稱為結構膠，常由環氧樹脂加入適量的增韌劑、固化劑、增塑劑配制而成。相比其他的幾種加固方法，粘貼鋼板加固法有自己獨特的優點。粘貼鋼板加固法施工速度快，從清理、修補加固構件表面，到將鋼板粘貼并加壓固化，僅需1 d～2 d時間，相比其他加固方法能節省大量施工時間。此外，粘貼鋼板加固法鋼材的利用率高、用量少，可按計算的需要量下料，并將鋼材粘貼于加固部位，原構件整體協同工作，用少量鋼材就能大幅度提高構件的抗裂性，抑制裂縫的發展，提高承載力。該加固法主要應用于正常環境下承受靜載的受彎和受拉構件，對于承受動載的結構構件，應慎重采用。

3.1.5 粘貼纖維材料加固法

纖維復合材料作為一種新型的混凝土結構補強加固材料在我國逐漸興起，纖維增強復合材料是利用樹脂類膠結材料將纖維布粘貼于混凝土表面，從而達到對結構構件補強加固及改善結構受力性能的目的。結構加固中常用的FRP(纖維增強復合材料)有:CFRP(碳纖維增強塑料)、GFRP(玻璃纖維增強塑料)和AFRP(芳綸纖維增強復合材料)。與傳統混凝土結構加固技術相比具有明顯的優越性。

3.2 間接加固法

1)預應力加固法。采用異型材料(高強鋼筋或型鋼)，通過施加預應力迫使新材料與原材料共同受力，達到對結構加固的一種方法。該方法具有能夠克服被加固構件截面超載，減少原構件裂縫寬度和撓度等優點。適用于要求提高構件承載力、剛度和抗裂度以及加固后占用空間小的混凝土受彎構件或變壓構件，此方法不適用于溫度高于60℃環境的混凝土結構，也不適用于混凝土收縮徐變大的結構。2)增加構件法。在原結構的構件與構件間增設一個新的構件，以減少作用在原構件上的荷載，達到加固結構的作用。適用于單層工業廠房或增設新構件后不影響使用要求的多層房屋的樓面梁、柱的加固，施工時不破損原結構，施工安全。3)增設支點加固法。通過增設支承點來減小結構計算跨度，達到減小結構內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、網架等水平結構的加固。按照增設的支承結構的變形性能，增設支點法可分為剛性支點和彈性支點兩種情況。相對而言，剛性支點加固對結構承載能力提高幅度較大，彈性支點加固對結構使用空間的影響程度較低。4)增加結構整體性加固法。通過增設支撐使多個構件形成空間整體共同工作，整體破壞的概率小于單個構件破壞的概率，在不加固其中任何一個構件的情況下提高了結構的可靠度。

4 結語

對于建筑結構的加固應當根據實際情況，分別采取不同的加固方法以取得最佳效果，來滿足不同的使用要求。上述混凝土結構加固技術還有待于在實踐中進一步探索，隨著建筑科學技術的不斷進步，新型建筑材料不斷出現，更好的加固施工方法將會有更大拓展。因此，加固施工方案的選擇范圍也將具有廣泛的空間。

[1] 卓尚木，季直昌，卓昌志.鋼筋混凝土結構事故分析與加固[M].北京:中國建筑工業出版社，1997:53-85.

[2] 王濟川.房屋常見事故分析、鑒定與處理[M].長沙:湖南科技出版社，1996:64-107.

[3] 陳文彬.混凝土結構加固技術的探討[J].建筑施工，2010，3(27):66-68.

[4] 周希茂.增大截面法加固鋼筋混凝土框支架的非線性有限元分析[D].西安:西安科技大學，2006.