混凝土結構的加固與改造

田  倩

中國鋁業河南分公司設計院

    近年來，為了滿足市場需求、提高生產能力、降低生產成本、改善工作條件，需要對原有工業建筑物進行加固或改造。本文對如何通過加固技術利用原有結構的潛能而提高其承載力，如何保證新老構件的結合，針對鋼筋混凝土構件的幾種加固方案，在理論和構造上提出了一些看法。對舊有結構的加固設計大量的是前期工作，它包括對舊有建筑物的歷史和現狀的調查，調查原結構的設計年代，設計單位，查找圖紙資料，以了解當時設計者的設計意圖、使用規范、設計特點、采用的材料、現有結構狀況和原設計的區別，使用過程中是否巳加固過，評價建筑物的自然壽命，結構現有的受荷條件，做到心中有數。

    對鋼筋混凝土構件加固設計以前首先要進行混凝土的可靠性鑒定。為了保障鑒定的可靠性，可以通過一定的檢測手段對混凝土的現有強度，內部缺陷、碳化深度、鋼筋狀況、構件的變形等進行檢測，為鑒定提供一定的依據。合理而真實的評價混凝土的可靠性是混凝土加固的關鍵。

1、破壞機理

    加固后結構屬二次受力結構，加固前已經載荷受力(即第一次受力)。當結構因承載力不足而進行加固時，結構的應力及應變比較高，新加部分在加固后，并不立即分擔荷載，而是在新加荷載，即二次荷載作用下才受力。這樣新加部分的應力和應變始終小于原結構的應力和應變，原結構達到極限狀態時，新結構應力和應變還很低，潛力發揮不出來。如軸心受壓構件，加固柱原混凝土達到極限壓應變時，原柱首先破壞，同時退出作，由新加部分承擔全部荷載，并隨即破壞。

2、加固方法

    目前加同的方法很多，如加大截面法、外包鋼法、外部粘鋼法、預應力法等。本地區主要采用加大截而法和外包鋼法。

    (1)不同的加同方式，其構造方式不同

    加大截而法工藝簡單，應用而廣，但現場濕作業工作量大，養護期長，影響結構外觀和房屋凈空，對生產和生活也有影響。加大截面法在設計構造方面必須解決好新老結合，整體共同工作受力問顥。在各種復雜應力作用下關鍵的是剪力和拉力的影響。在彈性階段，結合面的剪應力和法向拉應力主要靠結合面兩邊新舊混凝土的粘接強度承擔開裂后及極限狀態下，則主要是通過貫穿結合面的錨固鋼筋或錨固螺栓所產生的被動剪切摩擦力傳遞。由于結合面混凝土的粘結抗剪強度及法向粘接抗拉強度遠遠低于混凝土本身強度，所以結合面是加固同結構受力時的薄弱環節。因此，從設計構造上配置足夠的貫穿結合面的剪切摩擦筋或錨件將兩部分連接起來，確保結合面有效的傳力，保證新舊構件共同工作的關鍵。對不同加固方式，其具體構造方式為：

    ①單面或雙面僅加配鋼筋的梁，若新受力筋和原受力筋比較近，可用焊接短筋將新受力鋼筋和原受力鋼筋連接在一起。

    ②單面或雙面混凝土加固梁，著新受力筋和原受力筋比較遠時，可用焊接彎起短筋將新受力鋼筋和原受力鋼筋連接在一起，或采用與原構件箍筋焊接或與原構件錨固的U形箍筋進行連接。

    ③對外包混凝土加固柱，可通過封閉箍筋連接。對于框架柱中的新加受力鋼筋，應通長設置，中間不得斷開。下端應伸至基礎頂面或漿錨于基礎中，中間穿過各樓板，上端伸至加固層上樓面或屋面板表面，并環抱梁相互搭焊。樓層上下表面要各設置一道加強箍。施工時，原結構結合面風化酥松層、嚴重油污層及碳化銹裂層必須鑿除，并打毛，然后用水沖洗干凈，混凝土澆注前，結合面先刷一層高粘性的界面結合劑，邊刷邊澆，這樣可使結合面混凝土粘接抗拉及抗剪強度接近或高于混凝土本身強度，避免結合面的過早破壞，如高強度水泥漿、乳膠水泥漿、環氧樹脂膠等。混凝土澆搗方式最好采用噴射混凝土澆注工藝，施工簡便，早期強度高，容易保證質量。

    (2)外包鋼加固法又分為干式外包鋼法和濕式外包鋼法

    其區別在于外包鋼材和原構件之間是否有粘接措施，其中濕式外包鋼法的承載力提高比較有效，但施工相對麻煩一些。

    外包鋼加固結構，特別是框架結構，節點區受力非常復雜，構造上也比較別扭，為保證力的傳遞，在加固區框架柱的外包鋼應通長設置，中問不要斷開。下端應伸至基礎頂面或錨固于基礎中，中間應穿過各層樓板，上端可伸至加固層結構樓板的底面。對于框架梁或連系梁，外包鋼材無法穿過梁柱節點，可在柱上設置加強型鋼箍和附加受力鋼筋，與梁外包鋼材焊接來傳力。

    濕式外包鋼法施工時應原結構結合面風化酥松層、嚴重油污層及碳化銹裂層必須鑿除，并打磨平整，四角磨圓，用鋼絲刷刷毛，壓縮空氣吹凈。鋼材須除銹，將鋼材安裝焊接完畢后，用環氧樹脂膠泥將鋼材和原結構結合面縫隙堵實，在較低的地方留灌漿孔，在合適位置留排氣孔，通氣試壓，合格后在一定壓力下將環氧樹脂漿從灌漿口吹人直至排氣孔冒漿為止，并用環氧膠泥堵孔，滯漿后不得再對鋼材進行錘擊、移動和焊接。

    總而言之，混凝土加固設計的經驗性比較強，尚無完善的計算理論依據。在設計時，結合原結構特點，依照當地施工條件及加固經驗來確定加吲方案，以采取必要的構造措施。加固結構的新加部分和原結構相比，應力應變過于滯后，造成加固效果很不理想。若能在加固前進行卸荷，就可緩解應力應變滯后的現象，使新舊結構均能達到各自的極限狀態，結構總的承載能力得到提高。卸荷可直接卸荷，也可施加反向作用力而間問接卸荷，以此來達到加固的目的。

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：溫紅娟  尚雯瀟  尹維維 編輯 文徑 審核)