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        既有結(jié)構(gòu)加固方法探討

        2016-03-11 13:11:24王浩瀚崔劍奇廣東省建筑設(shè)計研究院
        廣東建材 2016年2期
        關(guān)鍵詞:粘貼受力預(yù)應(yīng)力

        王浩瀚 崔劍奇(廣東省建筑設(shè)計研究院)

        既有結(jié)構(gòu)加固方法探討

        王浩瀚崔劍奇
        (廣東省建筑設(shè)計研究院)

        既有結(jié)構(gòu)在工程改建擴建中拆除部分構(gòu)件,為保證結(jié)構(gòu)能滿足現(xiàn)有使用要求,需要采用合適、經(jīng)濟、有效的方式進行加固。本文介紹了混凝土上部結(jié)構(gòu)常用加固方法、加固計算的假定、加固中存在的問題,并針對該問題進行分析,提出解決該問題的方法,以期指導(dǎo)實踐,供同類加固工程參考。

        既有結(jié)構(gòu);加固;應(yīng)力滯后;頂升

        某天橋梯道為兩跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu),為新增一出入通道,需要將梯道其中一跨拆除。原連續(xù)梁結(jié)構(gòu)拆除一跨后,結(jié)構(gòu)體系由連續(xù)梁變?yōu)楹喼Я?,跨中截面?yīng)力顯著增大。另外,該結(jié)構(gòu)截面配筋率偏小,原鋼筋應(yīng)力富余較少。設(shè)計使用期內(nèi),為保證拆除后結(jié)構(gòu)能滿足現(xiàn)有規(guī)范的要求,需要采用合適的方式進行加固。

        1 上部結(jié)構(gòu)加固常用的方法

        1.1加大截面加固法

        該方法在既有結(jié)構(gòu)的構(gòu)件外澆筑新的鋼筋混凝土,增加受拉區(qū)的鋼筋和增大受壓區(qū)面積,以提高構(gòu)件的承載力和剛度。加固前須對加固的原構(gòu)件表面都進行清理、打毛。對原受彎構(gòu)件,增加抗彎剛度的效果好,但增加的尺寸有限。對原偏心受壓構(gòu)件,增加強度、剛度、穩(wěn)定性方面效果都較好。

        其優(yōu)點是工藝簡單、容易施工、適用范圍較廣。缺點是,新增混凝土?xí)黾釉瓨?gòu)件的負(fù)擔(dān),截面增大對結(jié)構(gòu)外觀及凈空也產(chǎn)生影響。相對其他加固方法,養(yǎng)護時間長、澆筑不便、工期相對長些。

        加大截面加固法主要適用于以下情況:

        ⑴原受彎構(gòu)件的抗彎或抗剪承載能力不足,或構(gòu)件剛度不足,采用增大截面法加固效果較好;

        ⑵受壓構(gòu)件承載力、剛度、穩(wěn)定性不滿足要求;

        ⑶墩柱的主筋外露、銹蝕,混凝土空洞或破碎,墩柱傾斜;

        ⑷拱圈因施工質(zhì)量造成主筋外露、混凝土空洞、破碎、強度不夠等缺陷。

        1.2粘貼纖維復(fù)合材料加固法

        該方法是將纖維復(fù)合材料粘貼于構(gòu)件受拉部位或者薄弱部位的面層,使其與結(jié)構(gòu)形成整體,共同承受荷載。采用粘貼纖維復(fù)合材料加固梁、板,可提高原構(gòu)件承載力,對剛度的提高效果相對較差;也可用于加固鋼筋混凝土受壓柱,以提高其承載力、延性、耐久性等。

        由于纖維復(fù)合材料具有高強度、高彈性模量、施工簡捷的特點,特別是碳纖維,可廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)加固修補,且不改變結(jié)構(gòu)形狀及不影響結(jié)構(gòu)外觀。

        纖維復(fù)合材料在有防火要求時,需做專門處理。粘貼劑的耐久性問題、以及粘貼劑通過采用固化劑硬化后材料脆性增大的問題、防火及脆性問題,限制了該加固方法的使用范圍。

        粘貼纖維復(fù)合材料加固法主要適用于以下情況:

        ⑴原構(gòu)件受拉主筋或腹筋配筋不足的梁和板,抗彎、抗剪加固效果較為顯著;

        ⑵原構(gòu)件受拉鋼筋嚴(yán)重腐蝕或受損,以致承載力無法滿足安全及使用要求;

        ⑶提高構(gòu)件的抗裂性,可制約裂縫的發(fā)展;

        ⑷以延長結(jié)構(gòu)使用年限為主要目的的耐久性加固;

        ⑸混凝土墩柱的抗剪、抗壓補強以及抗震延性補強。

        1.3體外預(yù)應(yīng)力加固法

        該方法是通過增設(shè)體外預(yù)應(yīng)力鋼材(包括鋼絞線、高強鋼絲束和精軋螺紋鋼筋)對構(gòu)件主動施加外力,以改善既有結(jié)構(gòu)的受力狀況。技術(shù)關(guān)鍵,是體外預(yù)應(yīng)力筋的錨固、轉(zhuǎn)向和防腐保護問題。

        這種方法不僅可以提高構(gòu)件承載能力,減小構(gòu)件撓度,而且還能對控制截面進行“卸載”,使后加部分有效地參與工作。此法不適用于混凝土收縮徐變大的混凝土結(jié)構(gòu),而且預(yù)應(yīng)力拉桿端部錨固處和預(yù)應(yīng)力拉桿支撐點在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的集中力不利于結(jié)構(gòu)的受力。

        體外預(yù)應(yīng)力加固法適用于以下情況:

        ⑴正截面抗彎承載力不足或正截面受拉區(qū)鋼筋銹蝕;

        ⑵梁抗彎剛度不足導(dǎo)致原截面超過規(guī)范規(guī)定或由于剛度太小導(dǎo)致梁的受拉區(qū)裂縫寬度超過規(guī)范規(guī)定;

        ⑶梁斜截面抗剪承載力不足。

        1.4改變結(jié)構(gòu)體系加固法

        該方法采用一定技術(shù)措施改變原結(jié)構(gòu)受力體系,降低控制截面內(nèi)力,提高結(jié)構(gòu)整體承載能力的加固方式。常有加固方式有增設(shè)支承結(jié)構(gòu)加固和簡支變連續(xù)加固。

        增設(shè)支承結(jié)構(gòu)加固法在既有結(jié)構(gòu)下方增設(shè)支承結(jié)構(gòu),將結(jié)構(gòu)分成幾部分,減小計算跨度,降低構(gòu)件應(yīng)力值,增加結(jié)構(gòu)剛度,適用于結(jié)構(gòu)下方仍有可利用空間(不侵占凈空的前提下)或凈空不受限制的既有結(jié)構(gòu)加固。簡支變連續(xù)加固法是通過施工工藝,將墩頂兩側(cè)簡支梁連接形成連續(xù)梁,有效減小梁控制截面彎矩,從而提高橋梁承載能力。簡支變連續(xù)體系加固法無需在橋下增設(shè)支承結(jié)構(gòu),不影響橋梁通航和排洪能力。

        1.5粘貼鋼板、鋼筋加固法

        用膠粘劑把鋼板或鋼筋粘貼在原構(gòu)件受拉區(qū)表面,使新增的鋼板或鋼筋與構(gòu)件形成整體,協(xié)同工作。其中,粘貼鋼板加固可封閉粘貼部位的裂縫和缺陷,約束混凝土變形,從而有效提高被加固構(gòu)件的剛度和抗裂性。粘貼鋼板加固法適用于鋼筋混凝土受彎、受拉和受壓構(gòu)件的加固。設(shè)計時可根據(jù)需要,在不同部位粘貼鋼板,有效發(fā)揮鋼板的抗彎、抗剪、抗壓性能。

        采用這種加固方法簡單、快速,基本不改變既有結(jié)構(gòu)的截面尺寸,卻能提高構(gòu)件承載能力和正常使用階段性能。該加固方法適用于環(huán)境溫度不超過60℃及相對濕度較小的地區(qū)。對于常年相對濕度大于70%的環(huán)境,須有可靠防護措施。鋼板、鋼筋容易銹蝕,特別是在潮濕環(huán)境下,需對鋼板、鋼筋采取防銹處理和維護工作。

        2 加固中存在的問題

        不同于新建結(jié)構(gòu),既有結(jié)構(gòu)加固有其自身的特點:

        ⑴應(yīng)根據(jù)客觀條件提出合乎實際的技術(shù)方案。

        加固前,對既有結(jié)構(gòu)進行評定,并根據(jù)評估報告進行現(xiàn)場核對,掌握既有結(jié)構(gòu)的體系、建設(shè)材料、凈空和截面尺寸等客觀條件。加固設(shè)計應(yīng)考慮材料劣化及材料差異。施工過程中,需考慮對相鄰結(jié)構(gòu)的影響。現(xiàn)場空間狹窄時,大型施工機械難以進行施工作業(yè)。

        ⑵經(jīng)加固后混凝土結(jié)構(gòu)的受力特征與新建結(jié)構(gòu)有差異。

        加固前,既有結(jié)構(gòu)已經(jīng)承受荷載(即一次受力),原鋼筋和混凝土的應(yīng)力、應(yīng)變已有一定的儲備;若加固時未對原構(gòu)件進行處理,加固后新增材料一般在構(gòu)件新增荷載(即二次受力)時才開始受力。二次受力中,新增部分的應(yīng)力始終滯后于原構(gòu)件累積的應(yīng)力。

        原構(gòu)件達到極限狀態(tài)時,尤其是既有結(jié)構(gòu)的應(yīng)力較高,新增部分尚未達到極限狀態(tài),材料抗力一般不能得到充分發(fā)揮利用,致使加固效果不理想或不起作用,這在加大截面加固法、粘貼纖維復(fù)合材料加固法和粘貼鋼板、鋼筋加固法中要特別注意。

        3 存在問題的處理

        加固前若卸去部分荷載,情況則有所不同。由于加固前卸去部分荷載,既有結(jié)構(gòu)中原鋼筋和混凝土應(yīng)力降低,加固后新增部分應(yīng)力滯后現(xiàn)象得以降低,原鋼筋和混凝土、新增部分就可同時進入各自的極限狀態(tài),結(jié)構(gòu)整體承載力可顯著提高,充分發(fā)揮了新增部分的材料性能。

        既有結(jié)構(gòu)卸去荷載有多種方式。可將既有結(jié)構(gòu)上的部分構(gòu)件(如橋面鋪裝、欄桿、防撞欄等)拆除,以降低原有作用效應(yīng),直接卸載。拆除構(gòu)件期間需要中斷交通。另外,可在連續(xù)梁結(jié)構(gòu)的另外一跨上增加荷載,以減少當(dāng)前跨中截面的應(yīng)力;但加載的一跨須控制其加載量,避免其出現(xiàn)破壞。以上兩種方式雖然可行,但加固前原結(jié)構(gòu)的截面應(yīng)力降低均有限。采用頂升方式進行卸載,頂升控制方式可以采用變形控制,也可以采用力控制,較為準(zhǔn)確。

        鑒于既有結(jié)構(gòu)為折線形連續(xù)梁結(jié)構(gòu),且原構(gòu)件的截面配筋率偏小,加固后為充分發(fā)揮新增部分的材料性能,對既有結(jié)構(gòu)實行以下加固措施:先進行頂升卸荷,再采用現(xiàn)有的加固方法中的一種或多種方法進行加固,如采用粘貼鋼板、鋼筋加固法和改變結(jié)構(gòu)體系加固法進行綜合加固。

        4 結(jié)語

        加固既有結(jié)構(gòu)的方法雖然很多,但每種方法都有其特點,加固前應(yīng)對既有結(jié)構(gòu)及加固結(jié)構(gòu)的二次受力進行計算分析,對多種方法比較分析后采取有效的處理措施。

        對既有結(jié)構(gòu)加固,當(dāng)構(gòu)件形狀不便采用體外預(yù)應(yīng)力加固時,先進行頂升卸荷,再采用現(xiàn)有的其他加固方法中的一種或多種方法進行綜合加固。這種綜合加固方式,使結(jié)構(gòu)在加固后二次受力,降低了原構(gòu)件中鋼筋和混凝土的累積應(yīng)力,新增部分的應(yīng)力滯后得以減緩,充分發(fā)揮了新增材料的性能,合理可靠,經(jīng)濟實惠?!?/p>

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