鋼筋混凝土結構加固技術分析

麻曄 孟凌娟 李耐風

摘 要：鋼筋混凝土結構加固技術在舊房改造與改擴建工程中得到了重要應用，結構加固對于提高鋼筋混凝土強度，延長其使用壽命具有重要作用。本文對目前行業內常用的結構加固技術進行了詳細介紹，主要包括增大截面加固技術、置換混凝土加固技術、粘結外包鋼加固技術、碳纖維布加固技術、結構灌縫技術、結構植筋加固技術、體外預應力加固技術，探討與分析其優缺點與適用范圍，并結合實際工程分析如何針對工程特點選擇可靠、先進的加固方法，為設計提供參考。

關鍵詞：鋼筋混凝土;結構加固;技術分析

中圖分類號：TU375 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）01-0110-02

0 引言

隨著社會快速發展，舊房改造工程越來越多，不少工業與民用建筑由于技術更新或者抗震設防要求等原因，都需要對房屋主體結構進行加固與修復。此類建筑往往使用多年，存在許多隱蔽問題，改造起來難度很大。因此，鋼筋混凝土結構的加固方法與技術應引起結構設計人員的研究與重視。本文對加固技術的類別進行全面分析，闡明各類加固方法的施工特點，以便在實際應用中合理采用結構加固技術，為建筑結構穩定性與安全性提供有力的技術支持，并滿足施工需求，確保鋼筋混凝土結構加固技術在建筑工程中取得較大成果與積極作用。

1 鋼筋混凝土結構加固技術分析

1.1 增大截面加固技術

在鋼筋混凝土結構加固技術中，加固技術較為成熟，也是適用范圍較廣的結構加固方法。增大截面加固技術主要是通過增大原結構梁、板，柱等受力構件的截面尺寸并增加配筋，提高其承載能力與抗震性能。其優勢在于：該方面經驗豐富，施工操作較為簡便。從目前改造項目的鋼筋混凝土結構來看，有些特殊部位的受力構件在結構強度和結構承載力方面不滿足要求，或者處于偏弱的狀態。為了改變這一現況，提高鋼筋混凝土結構的整體強度，對特殊截面進行加固，并根據截面的特點采取外包裹混凝土的方式予以加固，這一方式優點突出，能夠有效提高混凝土構件外部的整體承載力，對于改善老舊房屋的結構性能具有重要作用。從當前鋼筋混凝土結構施工來看，截面加大加固技術應用難度低，應用效果較為理想，能夠滿足施工要求[1]。增大截面加固技術的缺點是施工周期較長，結構計算分析不夠準確。

1.2 置換混凝土加固技術

置換混凝土加固技術是一種重要的加固方式。所謂置換混凝土加固技術主要是指將待加工工作面中部分陳舊或有缺陷的混凝土予以剔除，將其置換成同品種高強度的混凝土原料，通過這一置換能夠將不達標的混凝土部位和已經存在質量問題的混凝土部位進行有效的替換，提升混凝土結構的整體強度。這一加固技術在應用過程中需要對鋼筋混凝土結構的類型和結構的整體強度進行驗算，重點驗算承載力不足的部位，通過置換混凝土并予以局部增強，使整個鋼筋混凝土的結構性能得以改善。目前置換混凝土加固技術能夠恢復結構的承載力，而且不影響原建筑的使用，整體施工成本較低，能夠基本滿足施工需要，對于提高鋼筋混凝土結構的施工效率和施工質量具有重要意義。置換混凝土加固技術的缺點在于：施工工期長，粘結性較差[2]。按照當前鋼筋混凝土結構的施工實際，在置換混凝土加固技術應用中，置換加固技術的選擇至關重要[2]。

1.3 粘接外包鋼加固技術

在鋼筋混凝土施工中，粘結外包鋼加工技術效果明顯，能夠滿足鋼筋混凝土結構強度的要求，其特點主要在于，將型鋼或鋼板外包在需要進行加固處理的鋼筋混凝土構件的外部，通過對包括錨栓及灌注結構粘鋼膠等在內連接技術的合理應用，構成受力整體。按照這一方式，使鋼筋混凝土構件所承受部分作用力能夠同步由外包鋼所承擔，形成一個復合截面，對混凝土結構的強度加強和承載力的提高具有重要作用。這一方式改變了傳統的混凝土結構形式。鋼筋混凝土結構與粘結外包鋼能夠相互支持，并由外包鋼承擔主要荷載，在提高鋼筋混凝土整體強度方面具有重要作用。因此，我們應當對粘結外包鋼加固技術的優勢及其具體應用引起足夠的重視，將其作為鋼筋混凝土結構加固的重要技術來看待，在實際實施中予以有效的應用[3]。該加固技術缺點在于鋼材的耐久性較差，需進行防火、防腐處理。

1.4 碳纖維布加固技術

碳纖維布加工技術主要是利用碳纖維布的強度高和彈性模量大的特點，將其包裹在鋼筋混凝土結構的外層，進而提高鋼筋混凝土結構的整體強度和延性。通過碳纖維布加工技術的應用，改變了鋼筋混凝土結構脆性大、承載力低和彈性模量小的問題，利用碳纖維布加固技術，能夠實現對現有鋼筋混凝土結構的全面包裹，并提高鋼筋混凝土結構的延性和彈性模量。目前碳纖維布加工技術整體應用成本相對較低，能夠與箍筋共同發揮作用，而且不增加原結構構件重量，不影響建筑的使用空間。因此，在鋼筋混凝土結構加固過程中，可靈活運用碳纖維布加固技術。我們應當認識到的特點及其在應用過程中取得的積極效果，在鋼筋混凝土加固過程中，根據實際需要合理選擇碳纖維布加工技術，確保鋼筋混凝土彈性模量得到提升[4]。該加固技術的缺點在于結構膠粘劑的耐久性與耐火性較差，且粘貼技術對混凝土結構加固效果有差異。

1.5 結構灌縫技術

鋼筋混凝土結構建成之后，經過一段時間的使用難免會出現裂縫、孔洞以及結構表面和結構內部的質量缺陷，為了提高鋼筋混凝土結構的使用壽命，對于已經出現的孔洞裂縫向其中灌注低黏度高抗拉強度的灌漿材料，能夠使整個孔洞和裂縫得到有效的填充，并且在強度方面滿足實際要求。這一方式對于解決鋼筋混凝土的結構強度問題具有重要作用，在結構灌縫技術應用中，需要進行壓力灌漿并配置低粘度高抗拉強度的灌漿材料，在灌漿過程中需要將混凝土構件的裂縫孔洞灌滿灌漿材料，達到擴散膠凝固化的作用，提高凝結的整體質量。通過結構灌縫技術的應用，鋼筋混凝土構件加固要求使鋼筋混凝土構整體強度和承載力方面得到提高，同時消除了鋼筋混凝土結構自身的質量缺陷和存在的質量問題，對于裂縫和孔洞進行了有效的彌補，使整個鋼筋混凝土的強度系數更高。結構灌縫技術的缺點在于：與瀝青混合料的親和性差，易出現瀝青混凝土缺陷[5]。

1.6 結構植筋技術

在鋼筋混凝土結構加固技術中，除了上述加固技術之外，化學植筋法也是一種重要的加固方法。在實際應用中化學植筋法主要是以混凝土為基礎材料，在混凝土構件上按照結構受力分析，確定鋼筋的數量、規格和位置，在結構上經過鉆孔清孔，注入高強化學膠粘劑，然后植入所需的鋼筋。這種方式主要是根據鋼筋混凝土結構的受力需要植入鋼筋，使鋼筋與原混凝土粘接為一體，從而提高受力性能，在結構加固中較為常見。在鋼筋的數量、鋼筋的位置和鋼筋的具體植入部位上能夠滿足混凝土結構的實際需要，使植入的鋼筋能夠在承載力和強度方面發揮重要作用。基于這一特點，鋼筋混凝土結構利用結構植筋技術能夠設置預埋鋼板，荷載可以通過預埋件傳遞給鋼筋，該方法在工業廠房加固中由于其靈活性與便利性而極具優勢。整體結構在鋼筋的布置方面更加合理，提高鋼筋的布置效果，從而滿足需要。因此，我們應當認識到結構植筋技術的特點和結構植筋技術的優勢，在實際應用過程中積極利用化學植筋技術，實現對鋼筋混凝土結構的有效加固[6]。該方法的缺點是新植入鋼筋由于需要在原構件上鉆孔，從而使原受力構件在強度上有所削弱。植筋膠的配比、清孔、注膠方法、植筋深度及拉拔試驗等施工過程對植筋加固效果影響較大。

1.7 體外預應力加固技術

在鋼筋混凝土結構加固中，體外預應力加工技術得到了有效的應用，體外預應力技術主要是與體內預應力技術相對比產生的。在體外預應力技術的應用過程中，預應力直接布置在主體結構以外，通過對主體結構以外的預應力鋼筋的布置，使整個預應力加固技術能夠對結構外部的強度和結構外部的承載力予以有效的提高，使鋼筋混凝土結構的整體強度得到提升。體外預應力加固技術對鋼筋混凝土的結構不造成損傷，能夠保證鋼筋混凝土結構的強度和結構的整體性，在實際應用過程當中，只需要對鋼筋混凝土結構外部布置預應力即可實現。這種布置方式能夠滿足鋼筋混凝土結構的加固要求，提高構件的極限承載能力。在實際實施過程中，能夠解決實施當中存在的強度與穩定問題。因此，合理利用體外預應力加工技術，對于提高鋼筋混凝土的結構強度具有重要作用[7]。該方法的缺點是施工難度大，工藝繁復，造價高，且新增的預應力桿件、綴板、錨固與緊固件都需要做可靠防腐措施。

2 鋼筋混凝土結構加固技術的具體應用

2.1 工程概況

某改建工程的熱源廠鍋爐房，總高度27.6米，框排架結構，基礎采用靜壓預應力管樁，抗震設防類別為乙類。鍋爐房運行后，由于熱負荷增大，需要增容，將其中2臺功率為58MW鍋爐改造為2臺116MW鍋爐，荷載增加近一倍，要求對原鍋爐房結構進行加固。該工程的難點在于需利用原鍋爐框架及基礎，在空間受限條件下對原框架梁、板、柱、基礎及樓板孔洞進行加固，并且不能影響另外幾臺鍋爐的正常運行。鍋爐房一樓有許多設備基礎，鍋爐梁下增設混凝土柱在空間上不滿足，故增設支點的加固方法不可行。為了提高結構的整體強度，并且最大程度上實現結構優化，滿足工藝要求，需要對鋼筋混凝土結構的加固技術有全面了解，在各方面條件制約的情況下靈活運用加固技術。綜合以上情況，考慮到結構安全性、造價以及施工難度等方面，綜合采用增大截面加固技術、外粘型鋼加固技術與結構植筋技術。

2.2 加固技術方案

原鍋爐框架結構采用增大截面法進行加固，新截面尺寸與配筋應滿足擴容后鍋爐的荷載要求，新舊混凝土界面通過膠粘劑與鋼筋植筋可靠連接。對于增大截面有難度的局部受力位置，采用外粘型鋼加固技術或鋼筋混凝土梁下設置一道熱熱H型鋼梁，增加其安全冗余度。由于鍋爐本體加長，在加長位置下方設置鋼筋混凝土梁與柱，兩部分結構采用化學植筋法連接。保證新增構件與原結構連接可靠，形成整體共同工作，并利用相關軟件建立模型，進行抗震設防要求下的結構計算分析。除對房屋上部結構加固外，基礎的加固也是很重要的方面。基礎加固采用擴大承臺，增加預應力管樁的方法，保證鋼筋混凝土框架柱荷載有效傳遞給基礎。

3 結論

通過對鋼筋混凝土結構各類加固技術的優缺點分析以及在設計工程中的應用發現，靈活并合理運用結構加固技術對房屋的安全性能與施工的順利實施具有重要意義。我們應當認識到加固技術的重要性，了解加固技術的特點，對加固技術的種類進行全面探討，為擴建與改建工程提供有效的加固技術支持。與此同時，我們還應當認識到加固設計中，概念設計很關鍵，應把握加固技術的差異以及每一種加固技術的局限性，做到根據工程的實際情況與特點合理選擇加固技術，并保證加固技術在應用過程中滿足施工要求和質量要求，避免加固后結構受力不合理。隨著科學技術的發展，建筑結構加固技術也在不斷更新與提高，掌握好結構加固方法對于結構設計而言十分必要。

參考文獻

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[2] 李玉.鋼筋混凝土框架結構基于IDA方法的易損性分析[D].西安：西安建筑科技大學，2015.

[3] 文晶晶.現澆樓板對鋼筋混凝土框架結構抗震性能的影響[D].西安：西安建筑科技大學，2015.

[4] 王初翀.基于機械鉸理論的鋼筋混凝土框架結構倒塌分析[D].成都：西南交通大學，2015.

[5] 陳雪華.濕式外包角鋼加固鍋爐框架結構性能研究[D].鄭州：鄭州大學，2015.

[6] 潘天久.鋼框架—桁架新型結構抗震性能與協同分析[D].西安：長安大學，2015.

[7] 閆玲玲.在役混凝土框架結構的抗震性能研究[D].西安：長安大學，2015.