混凝土結構加固技術現狀與展望

王小靜 喬雪垠 聶 斌

混凝土結構一般在使用30年～50年以后會產生明顯的劣化或損傷，對已有建筑物的鑒定、改造加固已經成為國家的建設重點之一，由此也產生并推動了加固技術的不斷發展。

1 大力發展結構加固技術的重要性

我國是個多自然災害的國家，且在二十世紀五六十年代修建的大批工業廠房、公用建筑和民用建筑，已經進入中老年期，加固改造任務已大量的提到日程上來。大量的橋梁工程由于交通量和荷載的增加、修建時間較長或原設計標準較低，已經出現嚴重的損壞，急需加固改造處理。1972年鐵道部對全國30年代～70年代修建的94座隧洞進行調查，結果有93.2%的隧道混凝土襯砌開裂，裂縫長度占隧道總長度的19.2%。據統計，我國現有建筑面積50億m2，其中約23億m2需分期分批進行鑒定加固，近10億m2急需維修加固才能使用。總之，大規模建設之后，結構加固將成為建設的主角，無論從歷史文化保護角度還是對居住安全耐久性等角度，結構加固將變得尤為重要。

2 建筑結構加固的目的

建筑物維修加固的目的主要是提高結構構件的強度、剛度、穩定性和耐久性，恢復結構的使用功能和安全性，減少事故隱患，延長結構使用壽命。結構的加固作為工程結構的一個重要分支，正方興未艾，近年來取得了長足的發展。過去，人們把加固視為修修補補，“頭痛醫頭，腳痛醫腳”，缺少系統的分析和理論探討，也沒有太多的技術含量，更沒有把其看成是一門科學。近十余年來，改造技術發展迅速，已逐漸發展成為一門新的學科。

3 結構加固技術的現狀

目前，國內傳統的結構加固技術有很多種，如加大截面加固法、外包鋼加固法、預應力加固法、增設支點加固法、托梁拔柱技術法及碳纖維加固等，這些方法各有其特點。

1)加大截面加固法。加大截面加固法是采用同種材料即鋼筋混凝土來增大原混凝土結構截面面積，達到提高結構承載能力的目的。在我國，加大截面法是一種傳統的加固方法，優點是工藝簡單，適用面廣，可廣泛用于一般梁、板、柱、墻等混凝土結構的加固，缺點是現場濕作業工作量大，養護期較長，對生產和生活有一定影響，截面增大對結構外觀及房屋凈空也有一定影響。加大截面法的加固效果與原結構在加固時的應力水平、結合面構造處理、施工工藝、材料性能以及加固時是否卸荷等因素直接相關。

2)外包鋼加固法。外包鋼加固法是以型鋼(一般為角鋼)外包于構件四角(或兩角)的加固方法。在我國，外包鋼加固法也是一種使用面較廣的傳統加固方法，優點是施工簡便，現場工作量較小，受力較為可靠。適用于使用上不允許增大原構件截面尺寸，卻又要求大幅度地提高截面承載能力的混凝土結構加固。外包鋼加固分濕式和干式兩種情況，濕式外包鋼加固，外包型鋼與構件之間是采用乳膠水泥粘貼或環氧樹脂化學灌漿等方法粘結，以使型鋼架與原構件能整體工作共同受力。干式外包鋼加固，型鋼與原構件之間無任何粘結，有時雖填有水泥砂漿，但并不能確保結合面剪力和拉力的有效傳遞，外包鋼架與原構件不能整體工作，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，但承載能力提高不如濕式外包鋼有效。

3)預應力加固法。預應力加固法是采用外加預應力鋼拉桿或型鋼撐桿對結構構件或整體進行加固的方法，特點是通過預應力手段強迫后加部分受力，改變原結構內力分布并降低原結構應力水平，致使一般加固結構中所特有的應力應變滯后現象得以完全消除，因此，后加部分與原結構能較好地共同工作，結構的總體承載能力可顯著提高。預應力加固法具有加固、卸荷、改變結構內力的效果，適用于大跨度結構加固，以及采用一般方法無法加固或加固效果很不理想的較高應力應變狀態下的大型結構加固。

4)增設支點加固法。增設支點加固法是用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，優點是簡單可靠，缺點是使用空間會受到一定影響，適用于梁、板、桁架、網架等水平結構的加固。該法按支承結構的變形性能，又分為剛性支點和彈性支點兩種情況。

5)托梁拔柱技術法。托梁拔柱是托屋架拔柱、托梁拆墻及托梁拔柱的總稱，是在不拆或少拆上部結構的情況下實施拆除、更換、接長柱子的一門綜合性技術，包括相關結構加固技術、上部結構頂升技術及斷柱技術等，適用于因使用功能改變及生產工藝更新，要求改變平面布局、增大使用空間的舊房改造及老廠改造。與傳統的大掀蓋改造相比，托梁拔柱法具有對生產及生活影響較小、改造時間短、費用低等優點，其缺點是技術要求較高，安全措施必須周密。托梁拔柱按施工方法的不同分為有支撐托梁拔柱與無支撐托梁拔柱。

6)碳纖維布加固技術。碳纖維布加固技術是利用碳素纖維布和專用結構膠對建筑構件進行加固處理，該技術采用的碳素纖維布強度是普通二級鋼的10倍左右。具有強度高、重量輕、耐腐蝕性和耐久性強等優點。厚度僅為2mm左右，基本上不增加構件截面，能保證碳素纖維布與原構件共同工作。

在梁、板構件的受拉區粘貼碳纖維片材進行受彎加固，纖維方向與加固處的受拉方向一致;采用封閉式粘貼、U形粘貼或側面粘貼對梁、柱構件進行受剪加固，纖維方向宜與構件軸向垂直;采用封閉式粘貼對柱進行抗震加固，纖維方向與柱軸向垂直;當有可靠依據時，碳纖維片材也可用其他形式和其他受力狀況的混凝土結構構件的加固。

4 結構加固技術的發展與展望

由于加固技術出現的歷史并不長久，在各種不同的加固方法中，我們對修復與加固混凝土結構的實質經驗有限，很多加固方法特別是較新型的加固技術缺少必要的試驗數據，設計施工標準及試驗標準。對各種加固方法的受力特性及施工要點的研究還需要進一步深入。如加固結構的二次受力工作機理及計算方法研究;各種加固材料及外包和粘貼形式對原有結構的抗彎、抗剪、抗疲勞、延性、耐久性等試驗研究。結構膠的力學性質是保證鋼筋混凝土結構與各種加固板材能否形成一個整體聯合工作的關鍵，但對結構膠本身的力學特性如其本身與結構關系、抗拉性能、抗剪性能、流變性能有待進一步研究。

［1］ 張立人.建筑結構檢測、鑒定與加固［M］.武漢:武漢理工大學出版社，2003.

［2］ 盧 木.混凝土耐久性研究現狀和研究方向［J］.工業建筑，1997，29(5):1-7.

［3］ 邸小壇，周 燕.舊建筑物的檢測加固與維護［M］.北京:地震出版社，1991.

［4］ 紀衛紅.碳纖維布加固鋼筋混凝土結構技術研究［D］.大連:大連理工大學碩士學位論文，2000.

［5］ 唐業清，萬墨林.建筑物改造與病害處理［M］.北京:中國建筑工業出版社，2000.