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建筑结构加固技术及发展趋势研究

 

新时期下,人们对建筑工程的实用性、美观性、安全性及耐久性等均提出较高要求,这对建筑行业发展增加很多挑战,其中对现存建筑进行鉴定评估、加固整改是典型问题之一。有资料记载,国内目前的60亿㎡房屋建筑中,超过40%的需要进行分期、分批次进行检定与加固处理。由此可见,对建筑工程结构进行加固逐渐演变成建筑行业的重要分支之一。在这样背景下,建筑行业急需对建筑结构加固技术做出研究,并尝试使用。

1建筑结构加固

对建筑结构进行加固实质上就是增强建筑体结构的安全性。建筑结构的施工是一项繁杂工作,在具体实践中需考虑多个因素,在选择加固方法技术过程中,一般需要遵照如下原则:

1)施工应减少或规避停产情况,这主要是因为停产带来的经济损失通常是加固费用的数倍有余,甚至数十倍。怎样实现不停产加固,和结构的应力应变状态密切相关。通常要求构件的内应力低于钢材设计强度的80%,并且在构件损坏、形变不是很明显时,均应可以负荷不停产加固方法。

2)加固方案便于制作、施工及检查。

3)结构制造组装操作最好在生产区域外部进行。

4)加固操作最好使用高强螺栓或焊接进行。

2常用的加固方法

2.1 砌体结构加固

1)直接加固法:①钢筋混凝土外加层加固技术,在应用过程中流程较繁杂、具有较强的适应能力,经加固处理后能明显提升建筑结构的承载能力,该种技术多被用于柱、带壁墙结构的加固领域,但其使用期间湿作业时间较漫长,可能会延长工程改造时间。②钢筋水泥砂浆外加层加固法,用于钢筋混凝土外加层加固带壁柱墙的加固领域,但柱、墙结构两端穿墙箍筋应处于封闭状态。③增设扶壁柱加固法,该种加固技术在使用过程中很难满足建筑结构的抗震要求,故而该加固方法多被应用在非地震区建筑结构加固领域中。

2)间接加固法:在砌体结构中的常用的间接加固法以预应力撑杆加固、无黏结外包型钢加固较为常见。前者通常被应用在对应力提出较高要求、应变强度较大的结构中,其能大幅度增强砌体柱的承载性能,但外界环境温度会影响该类技术的应用效果;后者加固技术的优点是施工工艺流程较简易、受力作业也较稳定,但在一定应力强度作用很难明显提升截面承载力。

2.2 混凝土结构

钢筋混凝土加固是建筑行业中使用最频繁的技术类型。在加固操作期间,其对施工方法、流程、设施条件等均提出较高要求,故而在实践中应予以其高度重视。加大截面面积是最常用的传统方法之一,其具有施工流程简单、成本较低廉的优势,但工期较长,故而推广受限。采用增加支撑的形式进行结构加固取得的效果也较好,其主要是把整个构件的受力转嫁至建筑体上,故而该技术多被应用于建筑体的整体加固、维修方面上。既往有大量的生产实践表明,混凝土加固中常用的技术类型是外包型钢加固技术,该加固法多适用于原构件不便于加大尺寸且承载强度较大的建筑体中。

2.3 预应力加固

该种加固方法等同于应用外加预应力钢拉杆或型钢撑杆实现对建筑结构的加固,技术原理是通过调整建筑结构初始应力分布状态,进而在很大程度上降低原始应力水平,实现预期的加固目的。预应力加固有加固、卸载与调整结构应力分布状态多重功能,并持续拓展结构加固范畴,具体体现在如下几个方面:

1)以體外配筋张拉预应力为支撑,实现有效提升主筋、正截面及斜截面强度、刚度的目标,也有助于延长其使用寿命;

2)预应力有益于减少或解除后加杆件的应力滞后现象,维持加杆件可以正常运作;

3)因为产生了负弯矩,故而能在很大上消除局部荷载弯矩,初始构件的挠度也会相应减小,裂缝宽度也受到一定挤压作用。

2.4 钢结构加固

建筑结构加固期间,常用的钢结构加固方法以减轻荷载、调整结构计算图形、增强原结构构件截面与衔接强度、抑制裂纹拓展进程等。

在结构加固实践中,若采用调整结构计算图形加固法进行,施工人员不仅要考虑结构的承载能力与正常运行期间的极限状态,还要分析加固操作期间对有关构件与使用功能形成的负面影响,进而从根本上保证构件构造的合理性。其在实践中还要保证结构加固方案与施工两者衔接的紧凑性,将偏差问题的发生率降至最低水平。

若应用加大截面加固钢构件,则应确保所选用的截面样式符合加固设计要求,并认真检查其是否存在结构破损情况,利用该方法加固时需考虑如下几点问题:

1)加固期间应考虑到的净空限制,进而保证新增设的加固构件不和他类构件相互冲突;

2)在设计过程中应维持原构件几何状态,进而促进加固施工作业进程。

3)立足于工程实况,选择焊接加固技术,这样有益于减轻加固作业量,减少加固后期构件形体改变情况的发生率。

4)加固期间应尽量维持构件截面形心轴位置恒定,以减少或规避弯矩情况。

3建筑结构加固技术的发展趋势

3.1 钢丝网复合砂浆(或水泥砂浆)加固法

采用钢丝网复合砂浆(或水泥砂浆)加固钢筋混凝土结构,尽管有20余年的研究流程,但在土木工程中依然处于开创性研究时段,国内在该方面的研究处于起步阶段。针对该种加固技术的应用和使用有机胶作黏结剂法相比较,其在相容性、协调性、渗透性等诸多方面占据优势,且和有机加固片材相比较,其在抗老化、耐火、耐久性方面更占据优势。

3.2 纤维复合材料加固法

纤维复合材料加固法在我国的应用历程较为短暂,但特色明显,效果优良,已成为科研院、大专院校研究的焦点,具有较高的实用性。特别是粘贴纤维加固法较成熟。结合既往研究结果,总结纤维加固法在现实应用过程中需处理的问题:

1)加大对纤维材料加固构件受力性能研究的深度;

2)分析纤维材料对节点加固性能形成的影响;

3)利用纤维加固的构件在高温条件下强度明显降低,此时怎样改善加固材料性能、提升材料的耐火性是后续研究中的重要课题;

4)加强与抗疲劳加固问题相关的理论研究;

5)简化施工流程,在保证结构加固质量的基础上,降低造价成本。

纤维嵌入式加固法在国外有较广泛的研究,在国内研究刚刚起步,且很多问题有待研究,常见的有加固法试验与理论研究、黏结材料对界面黏结性能形成影响的研究等。

4结束语

对现有建筑体进行加工是后续几年中建筑行业发展的重点,做好加固技术的研发与应用,是保证加固质量的关键。最近几年中,伴随科学技术的日新月异,新的加固材料与方法不断涌现出来,新技术具有很大优势,故而应用范畴不断拓展,但其不能完全将传统加固技术取代。这就要求技术人员做好各种加固方法的优势互补,进而为建筑结构加固提供更可靠的技术支撑。