混凝土结构中常用的加固方法

2022-10-20

我国的建筑物以混凝土结构为主, 因此, 对建筑物进行改造加固处理日趋普遍。为了恢复建筑物结构的安全性和使用功能, 延长寿命, 对混凝土结构的加固补强比较成熟的方法有加大截面法、外包钢法、外加预应力法、构件外部粘钢法、外加钢法、外加预应力法、构件外部粘钢法、外粘碳纤维加固修补法以及改变传力途径法。

1 加大截面法

在我国, 加大截面法是一种应用较广的传统加固方法。该方法是在原有构件表面新作钢筋混凝土或钢筋网砂浆层, 用以增大原构件的截面面积, 达到提供结构承载能力的目的。其优点是工艺简单, 适用面宽, 可用于一般梁、板、柱、墙、基础、桥梁及路面等混凝土结构的加固。加大截面法的一个主要问题是在设计和施工方面必须解决好新加部分与原有部分的整体工作问题或称共同工作问题。现有研究表明, 加固结构在受力过程中, 新旧混凝土的结合面会出现拉、压、弯、剪等各种复杂应力, 其中关键是剪力和拉力。新旧结构的结合面为受力的薄弱环节, 一旦界面开裂, 将导致新旧两部分过早分离而单独受力, 降低结构的整体刚度和承载能力, 直接影响加固补强的效果。研究新旧混凝土界面的粘结性能, 建立新的计算理论和方法, 改进新旧混凝土界面的粘结工艺做法, 对推动既有建筑加固改造业的发展具有很大的现实意义及工程应用价值。

1.1 植筋技术在加大截面法中的应用

化学植筋, 是我国工程界广泛应用的一种后锚固连接技术, 它是在已有混凝土构件或构件上, 以适当的孔径和深度钻孔, 然后用化学胶粘剂—锚固较, 将带肋钢筋或长螺杆植入混凝土中, 以达到与原结构构件可靠连接的目的。化学植筋是利用化学胶粘剂的粘结力和锁键作用使植筋与混凝土牢固粘结, 使作用在植筋上的力通过化学胶粘剂传递到已有的结构上。化学植筋工艺简单、锚固快捷、安全可靠, 因而广泛应用于结构加固、补强、新旧构件连接、补埋钢筋、后埋钢构件等方面。

1.2 植筋的设计与施工

(1) 植筋的材料:锚固较、锚筋、混凝土基材。

(2) 植筋的四种破坏模式:在较大的边距和中距情况下的植筋周围混凝土锥体破坏;植筋与混凝土连接部位的粘结破坏;植筋拉断或者剪断;在较小的边距情况下植筋周围混凝土劈裂破坏。

(3) 植筋的工艺作法:工艺流程:钻孔→→清孔→注入植筋料→插筋→养护→现场拔拉试验

钻孔:孔位应按设计图要求准确布置, 并依据原结构竣工图, 注意避开原有钢筋。

2 直接粘贴碳纤维布加固

2.1 CFRP加固材料

FRP材料相具有抗拉强度高、自重小等优点, 过去一直应用于运载火箭、宇宙飞船、飞机等航空航天设备。将FRP材料应用于结构加固工程是近年来的新举措。FRP材料的弹性模量与建筑钢材很接近, 但抗拉强度却比钢材高很多, 将这种材料应用于结构加固工程意味着, 达到相同的总拉力, 所需要的材料截面积及自重会大大小于钢材。通常所用的FRP材料指碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维等。碳纤维的强度和弹性模量最高, 在实际工程中应用得最广。与碳纤维相关的加固产品市场最成熟, 生产工艺也最完善。

2.2 CFRP加固的特点

(1) 质量轻, 不给加固结构带来多余负担。目前用于混凝土结构加固的碳纤维布, 单位面积的质量 (g/m2) 为300左右, 其厚度在0.15mm左右。这样算来, 相同体积的钢材与碳纤维布的质量的比值为3.9∶1。

(2) 强度高, 弹性模量高。普通碳纤维布的弹性模量为2.3×105, 与钢材相当, 但极限抗拉强度为3 5 0 0 M P a, 是普通钢筋HRB335屈服强度的10倍。

(3) 抗腐蚀能力强, 耐久性好。碳纤维布的化学性质稳定, 不与酸碱盐等化学物质发生反应, 因而加固后的钢筋混凝土结构具有良好的耐腐蚀性及耐久性, 解决了其他加固方法所遇到的化学腐蚀问题。

(4) 使用面广, 施工简单。碳纤维布质地柔软, 可以任意剪裁, 因而可以满足各种部位, 各种几何尺寸的加固需求;粘贴碳纤维布不需要大型机械, 占用施工场地小, 没有湿作业, 因而工效很高。当然FRP材料也有缺点, 与普通高碳钢类似, 碳纤维布的应力应变曲线几乎为直线, 断裂为脆性, 因而我们用于加固不能取用碳纤维布的极限抗拉强度, 需要乘一个系数进行折减。剥离破坏的存在使得纤维布的强度不能完全发挥出来。提高粘贴质量可以在一定范围延缓剥离破坏的发生, 但不能完全消除。剥离破坏产生时, 碳纤维布的应力很低, 一般只有极限应力的1/8, 这就使得CFRP加固效果大打折扣。如何更大程度的利用纤维强度, 是目前CFRP加固研究的重点。粘钢和CFRP加固广泛的使用在梁板受弯加固中。它们都是使用结构胶将加固材料粘贴于构件表面, 使加固材料与构件共同工作, 从而提高构件的各方面性能。二者具有施工简单、快速, 环境污染小, 不影响生产活动和居民生活等优点。

摘要：建筑的加固改造涉及大量混凝土结构的加固补强, 其中混凝土界面的粘结方法和粘结受力性能直接影响结构的共同工作效果。因此, 研究混凝土界面的粘结方法和工作性能至关重要。

关键词：碳纤维布加固,粘钢,加大截面法