高性能復合砂漿鋼筋網(wǎng)(絲)加固某受火工程大樓

馬立華 郭世江

(山東電力工程咨詢院有限公司，山東濟南 250013)

通常情況下，火災會對鋼筋混凝土結構造成很大的損害，但考慮到經(jīng)濟原因，大多火災后的建筑結構可通過維修加固繼續(xù)使用，只有在結構產(chǎn)生嚴重熱變形、鋼筋屈曲才將結構拆除重建。通常火災后結構的損傷評級與修復加固大致分為三個階段:1)通過現(xiàn)場檢測獲取構件表面的最高溫度、構件損傷等級等信息;2)選用合理計算模型推算鋼筋混凝土構件火災后剩余承載能力;3)根據(jù)推算的剩余承載能力，對受火鋼筋混凝土構件制定出合理加固方案。

復合砂漿鋼筋網(wǎng)加固法是在受火構件表面鋪上鋼絲網(wǎng)或鋼筋網(wǎng)，用復合砂漿和抗剪銷釘作為保護和錨固，使其共同工作整體受力，從而提高結構承載力的一種加固方法［1］。該方法具有施工簡單，施工質量容易保證，經(jīng)濟效益好，價格便宜的優(yōu)點，并且具有較好的耐火性和耐久性，節(jié)省了大筆維修費用，可以廣泛應用于建筑物加固和修補當中［2］。本文結合湖南省長沙市某受火工程大樓加固工程實例，對火災后的現(xiàn)場檢測流程做了介紹，并運用高性能復合砂漿鋼筋網(wǎng)加固受火鋼筋混凝土構件簡化公式對某受火工程大樓主要受力構件進行了驗算。

1 工程概況

湖南省長沙市某工程大樓所在建筑始建于1990年年初，該房屋主體為框架結構，結構層共9層，局部10層，火災區(qū)域為結構第4層局部，該建筑于2010年8月26日凌晨發(fā)現(xiàn)起火，到當天凌晨6點火勢得到控制，起火原因不明。

2 現(xiàn)場檢測結果

2．1 火災后現(xiàn)場調查及構件現(xiàn)狀評定

由于過火區(qū)域內部分構件有損傷現(xiàn)象，見圖1，圖2，經(jīng)現(xiàn)場初步檢測，受火區(qū)域內的溫度分區(qū)如圖3所示，混凝土構件受到不同程度的損傷，情況見表1。

圖1 混凝土柱粉刷層脫落

根據(jù)現(xiàn)場調查及構件各部位取樣分析，參照表1所述的特征根據(jù)混凝土構件的燒傷深度、表面顏色、裂損剝落和錘擊反應來推定火災溫度。對于該受火區(qū)域中現(xiàn)場混凝土表面顏色灰白、淺黃且布滿裂紋、角部剝落且表面起鼓疏松、板底混凝土出現(xiàn)輕微爆裂，因此本次火災最高溫度推定為800℃［3］(見圖3)。

圖2 混凝土梁受損燒失

圖3 火災區(qū)域溫度分區(qū)平面示意圖

表1 各溫度區(qū)域混凝土構件火災后外觀特征

2．2 火災區(qū)域混凝土構件損傷情況

由現(xiàn)場檢測鋼筋混凝土構件的燒損特征，可將鋼筋混凝土構件火災后劃分為四級:Ⅱa表明為鋼筋混凝土構件燒損狀況較輕;Ⅱb表明鋼筋混凝土構件燒損狀況較輕中度損傷;Ⅲ級鋼筋混凝土構件燒損狀況較重;Ⅳ級為鋼筋混凝土構件燒損嚴重。鋼筋混凝土構件各級損傷程度劃分如表2所示［4］。

3 加固設計

3．1 加固計算模型

本文采用300℃和800℃等溫線的二臺階模型作為混凝土高溫強度的計算模型(見圖4)，用ANSYS對不同截面的鋼筋混凝土梁進行火災下非線性溫度場計算，并結合對鋼筋混凝土溫度場模擬的結果發(fā)現(xiàn)，等效截面可保留低于300℃的全部面積，對于300℃～800℃范圍取為原截面寬度的一半，對截面溫度高于800℃時面積忽略不計，最后整理出三面受火RC梁等效截面的計算公式，其簡圖見圖5。該等效方法適用于b≥200且h≤400的梁內部300℃和800℃等溫線位置，對于b≤200或h≤400的梁，其梁內部300℃和800℃等溫線位置按b≥200且h≤400等倍計算。其面積計算如下［5］:

T形截面上翼緣寬度:

T形截面翼緣厚度為:

T形截面腹板寬度為:

T形截面腹板的高度:

圖4 混凝土高溫強度的計算二臺階模型

表2 RC構件各級損傷程度的劃分

3．2 加固計算

根據(jù)檢測結果可知，受損嚴重的火災溫度區(qū)域的Ⅲ級損傷梁采用高性能復合砂漿鋼筋網(wǎng)進行加固，兩側及底部各增加35 mm厚M35高性能復合砂漿，加固采用8鋼筋，如圖6所示。選2～4交D主梁作為加固示例。混凝土的強度等級為C30，受拉區(qū)配置了HRB335級鋼筋3φ25，受壓區(qū)配置了HRB335級鋼筋2φ18。

圖5 三面受火RC梁等效截面簡圖

先根據(jù)現(xiàn)場檢測推定過火溫度為800℃，得當量升溫時間為55 min，為保守計算，按當量升溫時間為60 min。

當量時間為60 min時，當量時間為30 min，根據(jù)前文等效截面原則可得:

b3=b-90=210 mm，h3=h-50=500 mm，b8=b-10=290 mm，h8=h-10=540 mm，bT1=(b3+b8)/2=250 mm，hT1=h3=500 mm，bT2=b8/2=145 mm，hT2=h8-h3=40 mm。

圖6 火災區(qū)加固梁平面示意圖

按照過火溫度800℃，由鋼筋折減系數(shù)可知鋼筋抗拉強度和抗壓強度分別為258 MPa和273 MPa。

故受火鋼筋混凝土梁的剩余承載能力可按下式計算:

M=α1fcbT1x(h0-0．5x)+fyT'As'(h0-as')=14．3 × 250 ×67．4×(250-0．5×67．4)+273×509×(250-35)=82 kN·m。

對于2～4交D主梁在受火之前正截面抗彎能力為M原=214．3 kN·m;由于=38．3% ＞20%，為安全性考慮，所以該梁選用二次加固設計計算。

求得底部加固鋼筋網(wǎng)的滯后應變:

故相對界限受壓區(qū)高度:

由 α1fcbx+2α1fcmt1x=fyAs+fymAsm+fym1Asm1fy'As'算得:

由M=fyAs(h0-259．3 kN·m ＞M=214．3 kN·m。

加固后受火梁正截面承載能力259．3 kN·m，相比受火前承載能力214．3 kN·m大大提高。

按照此方案進行加固的湖南省長沙市某工程大樓四樓受火區(qū)已于2010年11月重新投入使用，后期使用狀況良好，達到預期加固效果。

4 結語

本文結合湖南省長沙市某受火工程大樓加固工程實例，對火災后的現(xiàn)場檢測流程做了詳細介紹，并運用高性能復合砂漿鋼筋網(wǎng)加固受火鋼筋混凝土構件簡化公式對受火工程大樓主要受力構件進行了加固處理。總之，本文為工程技術人員在火災后對鋼筋混凝土梁加固修復提供了一種行之有效的方法，也為高性能復合砂漿鋼筋網(wǎng)加固方法在建筑火災修復領域的推廣做了一定工作。

［1］ACICommittee．A guide for the design，construction and repair of ferrocement［J］．ACI Structural Journal，1988，85(3):323-351．

［2］MOTHANA Ahmed Al-Kubaisy，MOHD Zamin Jumaat．Ferrocement laminate strengthens RC beams［J］．Concrete International，2000，22(6):37-43．

［3］尚守平，曾令宏，彭 暉，等．復合砂漿鋼絲網(wǎng)加固RC受彎構件的試驗研究［J］．建筑結構學報，2003，24(6):87-91．

［4］曾令宏，郭世江，陳大川．高性能復合砂漿鋼筋網(wǎng)加固受火RC梁二次受力正截面承載力計算［D］．長沙:湖南大學土木工程學院，2012:1-5．

［5］郭世江，曾令宏，張友亮．高性能復合砂漿鋼筋網(wǎng)受火混凝土梁正截面承載力研究［D］．長沙:湖南大學土木工程學院，2012．