混凝土结构及其构件的鉴定加固探讨.doc

混凝土结构及其构件的鉴定加固探讨摘要：随着建筑结构的广泛应用，其安全性成为人们普遍关注的问题。特别是随着服役时间的增长，结构受到使用条件变化及环境侵蚀等因素的影响，结构的性能将逐渐退化，功能将逐渐降低乃至丧失，混凝土结构及其构件安全性评定更引人注目。与此相应，结构的鉴定评估将逐步成为一项重要的工程实践活动。关键词：加固，1结构房屋安全鉴定的必要性及常用检查方法1.1结构房屋安全鉴定的必要性混凝土结构和砌体结构是我国房屋工程建设中主要的两种结构形式。当前很多城市都规定了房屋安全责任人委托鉴定的义务，有下列情形之一的，房屋所有人、使用人或者建设单位应当申请房屋安全鉴定：拆改房屋墙体、柱、梁、板等主体结构；因施工、生产可能影响周边房屋安全的；房屋超过规定位用年限继续使用的；出现危及使用安全迹象的房厦；超过设计标准或规范，明显加大荷载的房屋；改变使用性质、危及使用安全的房屋；兴建大型建筑或者有桩基、地下建筑物和构筑物等建设项目的，建设单位应当在开工前申请对施工区相邻房屋进行房屋安全跟踪监测。目前国内常用的安全鉴定标准主要有以下六种：危险房屋鉴定标准、民用建筑可靠性鉴定标准、工业建筑可靠性鉴定标准、建筑抗震鉴定标准、房屋完损等级评定标准农村危险房屋鉴定技术导则。1.2常用结构混凝土检测技术结构混凝土检测技术是上个世纪30年代发展起来的用于检测混凝土强度的方法。混凝土施工质量的好坏直接影响到混凝土结构工程乃至整个房屋建筑工程的安全、实用、经济。建筑工程质量事故呈逐年增加的趋势，已成为一个全球性的问题。因此，加强混凝土的质量监控和检测，保证混凝土质量，成为建筑工程管理中的重要环节，混凝土强度检测与加固成为当今建筑工程技术领域的重要课题。这是因为，一方面通过对现有结构的强度检测，可以评价结构的使用性；另一方面对那些还有可能使用的房屋，可以根据检测结果，对其采用相应的加固补强措施，从而节省大量的建设基金。1.1回弹法 回弹法是用以弹簧驱动的重锤，通过弹击杆，弹击混凝土表面，并测出重锤被反弹回来的距离，以回弹值作为与强度相关的指标来推定混凝土强度的一种方法。在各种检测方法中，回弹法操作简单、费用低廉、检测效率最高，因而现场应用性极强。由于商品混凝土原材料的巨大变化，使得影响结构混凝土强度及其增长规律的因素越来越复杂，从而不同配合比、不同外加剂组分、不同掺合料混凝土表面硬度与抗压强度的相关关系实际上差异很大，再加上回弹测强统一曲线仅考虑了正常情况下混凝土表面碳化引起表面回弹值的提高，而没有考虑实际工程中存在混凝土早期龄期破化将引起表面回弹值降低这一普遍现象，所以工程检测中采用单一的回弹法检测结构混凝土强度效果并不理想。1.2钻芯法钻芯法是利用专用钻机，在结构构件上用薄壁钻头钻取一圆柱体芯样，经切割、磨平后，在试脸机上压制破坏，并根据芯样的抗压强度推定结构混凝土立方体抗压强度的一种徽破损现场检测法。由于钻芯法的测定值就是圆柱体抗压强度，它与立方体抗压强度之间无需进行某种物理量与强度之间的换算。因此，普遍认为这是一种较为直观、可靠的方法。但由于钻芯法对结构具有一定的破损性，其取芯位置和数量受很大的限制；另外，钻芯机及芯样加工配套机具与无损检测仪相比，仪器笨重，移动不够方便，测试成本也比较高；同时，钻芯后的空洞需要修补，尤其钻断钥筋时，更增加了修补时的困难。2常用结构混凝土加固技术2.1粘钢加固法粘钢加固法是指用胶枯剂将钥板粘贴在构件外部的一种加固方法。该方法在房屋建筑、桥梁等工程的加固、补强、修复中的应用广泛。从发展趋势来看，使用结构胶粘剂对结构进行增强补强已成为一个重要的发展方向。粘钢加固法具有施工方法简单快捷、工期短、传力直接、灵活性强、经济性好、基本不增加结构的重量和不改变结构的外观等优点。因此在施工中漏放钢筋加固，混凝土标号未达到要求的结构强度加固，提高楼面荷载加固，断梁加固，截柱加固，减震加固，梁柱受化学腐蚀的粘钢加固，旧房改造综合加固.生命线工程建筑物抗震加固，剪力墙开洞加固，桥梁断裂加固，解决轴压比超标的提高柱承载力加固等。但加固效果在很大程度上取决于胶粘工艺和操作水平。2.2外包钢加固法外包钢加固法是指在原结构截面外全部或部分包裹钢结构或外加受拉钢筋，以提高结构承载能力的加固方法。对截面尺寸和外观有一定影响，结构的承载能力提高较大且受力可靠，施工简便，主要适用于大型梁、柱和桁架等结构使用上不允许显著增大原构件截面尺寸，但又要求大幅度提高其承载能力的混凝土结构加固，缺点是外观不美观，节点构造复杂，用钢量较大，且不宜在无防护的情况下用于600以上高温场所，受现场和结构形状等外部条件限制较多。常用的琳补钢筋连接方法有全焊接法、半焊接法和粘接法三种，外包钢法有外包法和干式外包法两种。2.3化学植筋加固法化学植筋加固法是通过化学植筋技术使钢筋、螺杆等与混凝土产生握裹力，从而达到承受荷载的加固方法.、化学植筋技术运用高强度的化学粘合剂，将钢筋、螺杆等金属杆植入混凝土中，固化后产生高负荷承载力。该方法抗拉、抗剪承载力高不易移位和拔出，密闭性能良好，不需作防水处理，施工简单，安全可靠，是钢筋混凝土结构变更设计、追加钢筋加固补强的有效方法。由于其通过化学粘合固定，不但对基材不会产生膨胀破坏，而且对结构有补强作用。2.4加大截面法以同种材料增大构件截面面积，达到提高结构承载能力的加固方法，广泛适用于混凝土梁、柱、板和墙体等结构的补强和增强，受力可靠，是工程中常用的一种加固方法。缺点是湿法作业，施工工期长，受现场条件限制多，加固后的建筑物净空减小。当增加的截面处在受拉区时，则增加了构件的有效高度，从而提高了构件的抗弯和抗剪承载能力，并增加了构件的刚度。2.5碳纤维加固法粘贴碳纤维加固法是利用树脂类胶结材料将碳纤维布粘贴于混凝土结构表面的一种加固方法。粘贴后形成复合材料体,通过纤维布与混凝土结构或构件的协同工作,达到对结构或构件补强加固和改善结构受力性能的目的。碳纤维加固法是近年来迅速发展起来的一种高科技含量的结构加固技术。具有轻质、高强、抗腐蚀、耐老化、耐久性好、物理性能稳定等诸多优点。其抗拉强度是同等截面钢材的 710 倍。用碳纤维材料修复补强混凝土结构是近来发展而成的新型方法, 与混凝士结构形成一体共同工作, 利用碳纤维材料卓越的抗拉强度达到的增强构件承载能力及刚度的目的。粘贴碳纤维加固法有施工简便快捷、安全可靠、耐久性好、能适应各种复杂的结构外形, 不影响原结构的外观等诸多优点。已日益在混凝土结构修复加固工程中得到广泛的应用。3钢筋混凝土结构构件加固分析3.1钢筋混凝土梁板是钢筋混凝土结构中主要的承重构件, 当其挠度偏大, 裂缝宽度过宽、过长,钢筋严重锈蚀, 受压区混凝土压碎等情况时, 必须进行补强加固, 才能保证构件的安全使用。而引起这些问题的情况有以下几种。3.1.1 设计、施工方面的原因。设计方面最主要的是计算简图与实际受力情况不符合, 或者荷载漏算、少算, 或计算错误使受力不够、截面尺寸过小。施工方面的原因有钢筋少配、误配, 混凝土的强度等级低于设计要求, 使用了劣质钢筋等。3.1.2严重超载或使用功能改变。当结构由于不当使用造成严重超载时, 容易造成结构的承载力不足; 其次, 房间改变用途后楼板的使用荷载增加。特别值得注意的是, 高档住宅面积较大的客厅, 楼板下面要进行吊顶, 上面要铺木地板或地面砖, 对楼板的刚度有较高的要求, 如设计施工不当, 楼板刚度不够, 不仅楼上使用时对楼下发生干扰, 严重的将出现吊顶开裂, 地面砖与混凝土楼板脱离。3.1.3 周围环境影响。在外部环境及使用条件下,结构材料时刻都受外部环境的侵蚀,致使材料性能恶化,达不到设计要求,这种侵蚀可分为三类:化学作用,如冶炼、化工等工厂的酸、碱或气体对钢筋砼或钢结构的侵蚀;物理作用,如高温、高湿、冻融循环、昼夜温差的变化使结构产生裂缝等。3,2钢筋混凝土结构加固的原则3.2.1 结构体系的总体效应。要对结构整体进行分析, 不应只对单个构件进行分析, 因为加固时改变了本构件的刚度, 引起内力分配有变化, 故应作为一个整体分析。2.2 先鉴定后加固。加固方案确定前, 必须对已有结构进行检查和可靠性鉴定分析, 全面了解已有结构的材料性能、结构构造和结构体系以及结构缺陷和损伤等结构信息, 分析结构的受力现状和持力水平, 为加固方案的确定奠定基础, 避免在加固工程中留下隐患甚至发生工程事故。3.2.2材料的选用。若原结构材料种类和性能与原设计一致, 按原设计值取用, 当原结构无材料强度材料时, 可通过实测评定材料强度等级按现行规范取值。加固用钢材一般选 II 级或 III 级钢; 加固用水泥宜选取普通硅酸盐水泥, 标号不应低于 42.5; 加固用混凝土的强度等级应比原结构的混凝土强度等级提高一级; 粘结材料的粘结强度, 应高于被粘结结构混凝土的抗拉强度和抗剪强度。3.2.3尽量利用及优化原则。在加固时应减少对原有建筑结构的损伤, 尽量利用原有结构的承载能力, 并应尽量减少对原有结构或构件的拆除。加固方案通常不是惟一的, 方案选择应根据优化的原则来确定。方案应技术可靠、经济合理、方便施工, 并充分考虑已有结构实际现状和加固后结构的受力特点、保证加固后结构体系传力线路明确, 结构可靠。应采取措施保证新旧结构或材料的可靠连接。另外, 还应尽量考虑综合经济指标。3.3钢筋混凝土楼板的加固方法为满足楼板的使用要求, 提高楼板的承载力、刚度和抗裂性, 可采用如下方法进行加固处理:3.3.1板下加固法。建筑物的楼面吊顶装饰尚未进行时, 可采用在板下进行加固的方案。a在板下沿四角设置型钢: 采用在板下四角设置型钢的加固方案, 可变四边支撑为八边支撑, 能较大地提高板的承载力, 所用型钢短, 跨度小, 型钢截面尺寸及每个支点的受力也较小, 对墙体局部受压有利。这种加固方案适用于二级吊顶高度较小, 且板接近于方形的情形;b在板下沿长跨方向设置型钢: 在板下四角设置型钢, 支点落在门洞上的可能性较大, 增加了验算和加固的麻烦。此时, 可采用仅沿长跨方向设置型钢的加固方案, 使主要受力方向的板跨减小, 也能较大地提高板承受荷载的能力, 但所用型钢长, 跨度大, 型钢截面尺寸及每个支点的受力也较大, 对墙体局部受压不利。这种加固方案适用于二级吊顶高度较大, 且板为长方形的情况;c在板下沿短跨方向设置型钢: 当沿长跨方向设置型钢, 如支点落在门洞上时, 可采用沿短跨方向设置承重型钢。此时为减少板主要受力方向的跨度, 沿长边方向仍可设置次型钢, 并让它支撑在短跨方向的主型钢上。以上加固方案中, 当墙为砌体结构时, 可将型钢直接支撑在墙上, 并按计算或构造设置垫块; 当墙为混凝土结构时, 可通过膨胀螺丝和钢板将型钢支撑在墙上; 当墙体为轻质隔断时, 则应通过膨胀螺丝和钢板将型钢支撑在框架梁上。型钢可以用工字钢或背靠背的双槽钢。不论采用哪种加固方案, 应采用设临时支点顶紧的方法, 使型钢与楼板紧密接触。临时支点应待拧紧支座螺帽并加焊, 并待垫块混凝土强度达到设计要求后方可拆除。3.3.2 板上加固法。对已建建筑物, 或在建建筑物当楼面吊顶等装饰已完成时, 宜在板上进行加固。此时, 如地面已装修, 需将木地板或地面砖拆除, 采用在板面上现浇混凝土迭合层的方案进行加固。迭合层宜采用40mm厚的细石混凝土骨料, 最大粒径不宜大于20mm, 强度等级应比原楼板混凝土强度高一个等级。支座负钢筋按叠合板计算或构造要求确定, 其中的一 半 在 整 个 现 浇 层 内 配 置 , 且 不 小 于6250 的钢筋网;另一半可在离墙边 1/4 短跨处截断。为使细石混凝土现浇层与原楼板共同工作,在浇混凝土之前, 除要求原混凝土板面凿毛外, 宜沿板的四周边缘板带范围内, 设置不小于 6 双向间距为 500mm的膨胀螺丝, 并与钢筋网焊牢。混凝土应连续浇捣迷实, 不留施工缝。初凝后, 及时覆盖草袋, 浇水养护, 保持湿润。待混凝土强度达到设计要求时, 方可投入使用。4 钢筋混凝土梁的加固方法钢筋混凝土梁的加固方法有: 加大截面、外包钢、预应力、改变结构传力途径、外粘钢及外粘碳纤维布等加固方法。3.3.3 预应力加固法。预应力加固法是采用张拉外加的钢拉杆对梁进行加固的方法。钢拉杆分水平拉杆、下撑式拉杆和组合式拉杆三种。其特点是施工简便, 且在基本不增加梁截面高度和不影响结构使用空间的条件下, 可提高梁抗弯、抗剪承载力和改善其在使用阶段的性能。但该法不宜用于处在温度高于 60环境下的混凝土梁, 否则应进行防护处理; 也不适用于混凝土收缩徐变大的混凝土梁。4.2 改变受力体系加固法。改变受力体系加固法包括在梁的中间部位增设支柱、增设托梁(架)等, 将多跨简支梁变为连续梁的方法。改变结构的受力体系能大幅度地降低结构内力, 提高结构的承载力, 达到加强原结构的自的。支柱通常用钢筋混凝土柱、钢管柱或型钢柱, 托架、托梁常为钢筋混凝土结构或钢结构。按增设支点的支撑刚性的不同, 分刚性支点和弹性支点两种。刚性支点是指新增设的支撑件刚度极大, 以致被加固结构构件的新支点在外荷载作用下竖向位移很小的支点。弹性支点是指所增设的支杆或托架的相对刚度不大。当采用受弯构件作为支撑杆, 或支撑件的刚度较小, 轴向变形较大时, 支撑点的位移不能忽略, 应按弹性支点计算。4.3 增大截面加固法。增大截面加固法有梁上加高、梁下加高、梁侧加宽或同时加高加宽等方案。当使用上允许梁往上加高时,应优先采用梁上加高的方案。这样既可有效地提高粱的承载力, 施工又较方便。当使用上不允许往上加高时, 可采用往下加高的方案。此时, 为便于浇捣加固用混凝土, 梁两侧下部局部加宽, 并可加配受拉钢筋。当采用梁上加高法时, 梁的承载力、抗裂度、钢筋应力、裂缝宽度及变形计算和验算可按混凝土结构设计规范GB50010-2002 中关于叠合构件的规定进行。当采用梁下加高法( 加高截面并加配受拉钢筋) 时, 新增纵向受拉钢筋的抗拉强度设计值应乘以强度折减系数 0.9。4.4 粘结法。粘贴法主要有粘结外包型钢加固法、粘贴钢板加固法、粘贴碳纤维加固法等。粘结外包型钢加固法是一种用胶粘剂把角钢粘贴在原梁下边角部, 并用 U形螺栓套箍加强, 再喷射水泥砂浆保护的加固方法。当被加固梁为楼面梁时, 应在楼板的 U形螺栓相应位置处凿一方形凹坑, 以使垫板和螺帽不致露出板面。当被加固梁为屋面梁时, 可直接将垫板和螺帽置于防水层上, 这样不仅不影响防水层, 而且施工亦较方便。粘贴钢板加固法是在构件外部粘贴钢板, 以提高梁承载力和满足正常使用要求的一种加固方法。适用于承受静力作用的一般受弯构件、受拉构件, 且温度不大于 60, 相对湿度不大于 70%, 以及无化学腐蚀影响的环境条件, 否则应采取防护措施。当构件混凝土强度等级低于 C15 时, 不宜采用本法进行加固。4加固工程的施工工艺4.1钢筋混凝土加大截面法加固的技术要求材料1） 混凝土宜采用商品混凝土或自流平衡混凝土，商品混凝土掺加粉煤灰必须为级，强度等级符合设计要求。2） 钢材必须按规定进场报验，按程序及时报审和取样送检，经法定检测机构检验合格后使用。工艺、方法表面处理1） 墙、柱的表面处理宜采用满剔除表层混凝土，剔除厚度 4 8mm；采用 墙、柱表面剔凿确认单 并做样板确认。2） 梁的表面处理。对原构件混凝土表面凿毛或打成沟槽，沟槽深度不小于4 mm；间距为箍筋间距或 200 mm 并打磨除去碳化层。墙、柱、梁植筋1） 承重结构植筋的锚固深度、钻孔孔径应严格按施工图要求确定； 2） 构造植筋长度为 10d，且大于100mm，钻孔直径应符合表2 的要求。墙、柱、梁钢筋制作安装1） 墙、柱、梁的纵向钢筋采用对接接头，其构造应满足03G101- 1 中墙、柱、梁抗震的构造要求。其连接接头应按规定取样送检。2） 柱纵筋应按设计要求布置，尽量绕过梁。无法绕过时同一立面只能有一根纵筋穿梁。3） 柱箍筋采用开口 U 型箍沿柱子长向交错布置，其同一箍筋搭接长度不小于250 mm，搭接长度范围内绑扎不少于 2 道，然后按 10d长度将开口U 型箍进行焊接。模板模板应有足够的强度、刚度和稳定性，满足梁、柱混凝土成型质量和截面几何尺寸符合设计要求。混凝土施工1） 混凝土界面处理和浇筑质量应满足设计及相关验收规范、标准要求。2） 混凝土垂直运输采用施工电梯，水平运输采用人力手推车。加固工艺流程1） 施工准备；2） 脚手架搭设；3） 表面及界面处理；4） 植筋 5）钢筋安装；6） 模板；7） 混凝土浇筑；8） 拆架、折模；9） 养护。4.2碳纤维布加固技术要求材料碳纤维布的采用满足设计要求。必须是聚丙烯腈基（PAN基） 12K以下小丝束连续纤维。单位面积质量 300g/m工艺、方法1） 基层处理。a.混凝土表面处理应平整、清新、干净、无杂物、油污并打磨除去碳化层，用丙酮擦拭保持混凝土表面清洁、干燥。b.对混凝土表面的裂缝、凹陷应采用修补胶修补填充找平，进行糙化处理。碳纤维布转角粘贴时，对梁、柱、板的棱角应用机械打磨成圆弧角，进行圆化处理。2） 碳纤维布粘贴。a.碳纤维布粘贴应采用湿法铺层和常温固化。b.应采用滚筒将树脂均匀涂抹于混凝土表面，指触干燥后进行找平，找平层指触干燥后尽快进行碳纤维布粘贴。c.粘贴碳纤维布用手轻压贴于需粘贴位置，采用专用的滚筒顺纤维方向多次滚压，挤出气泡，使浸渍树脂充分浸透纤维布，密实结合;滚压时不得损坏碳纤维布。3） 碳纤维布粘贴的工艺流程。a.施工准备；b.脚手架搭设；c.混凝土表面处理（基层处理）；d.刷粘浸渍胶；e.粘贴碳纤维布；f.刷粘浸渍胶；i.静置固化；g.糙化隐蔽；h.抹水泥砂浆保护层。4） 质量验收。碳纤维布粘贴完成养护7 d 后，由具有检测资质的检测单位现场检测。出具的检验合格报告为验收依据。验收合格后采用13 水泥砂浆抹灰，厚度为15 20 mm。4.3外粘钢板加固技术要求材料1） 加固用钢板或型钢应采用 Q235 和 Q345 结构钢所用钢材不得使用无出厂合格证、无标志或未经进场检验的钢材。2） 焊条的型号应与被焊接钢材的强度相适应；并且满足设计要求。3） 结构加固用胶粘剂同上述碳纤维布加固技术要求。工艺、方法1） 基层处理。a.原构件截面的棱角打磨成 R=7 mm （半径） 的圆角。b.清洗、清洁表面油污、杂物后，除去23mm 表层碳化混凝土层，清除粉尘，干燥后丙酮擦拭表面。c.钢板粘贴面，必须进行除锈和粗糙处理。粗糙纹路应与钢板受力方向垂直，用丙酮擦拭干净。d.对混凝土表面的裂缝、凹陷应采用修补胶修补填充找平，进行糙化处理。2）钢板的粘贴。a.视粘贴的钢板厚度应分别采用手工涂胶粘贴和压力注胶粘贴。其外粘型钢加固的焊接接点应满足设计及相关规范要求。b.结构胶粘剂应经检验合格后，按产品说明书规定配制。c.用抹刀将胶粘剂涂抹于处理好的混凝土表面和钢板上时，厚度为35mm，局部允许长度L300 mm，厚度不大于 8 mm 的胶缝;但是，不得出现在端部 600mm 范围内。3） 粘钢板工艺流程。a.施工准备；b.脚手架搭设；c.混凝土及钢表面处理；d.密封边缘；e.配胶；f.注胶（或涂胶）；g.检验；h.静置养护；i.质量检测；j.粘贴钢丝网；k.抹水泥砂浆保护层。4） 质量验收。粘钢板完成后，由有资质的检测单位现场检测。出具的检验合格报告为验收依据。验收合格后按设计要求抹灰隐蔽。4.4植筋技术要求材料1） 植筋用的胶粘剂采用同上述柱梁钢筋混凝土加固技术要求，且种植锚固件的胶粘剂，其填料必须在工厂制胶时添加，不得在施工现场加入。2） 植筋用的胶的粘剂必须采用改性环氧类或改性乙烯基脂类的胶粘剂；植筋的钢筋直径大于22mm 时，必须采用A级胶。工艺、方法1） 植筋的品种、规格型号、孔径、孔深和植筋深度均应满足设计及相关规范标准并符合表1 和表 2 的要求。2） 构造植筋的锚入长度L10d，且不小于 100 mm。3） 成孔后应采用专用设备清洁孔内粉末、泥灰、水分，并用丙酮擦洗孔壁至清洁。若清洗的植筋孔不能立即植筋时，应采用清洁的塞子堵塞孔口。质量检测与验收由具有工程质量检测资质的检测单位根据相关规范、标准现场抽样检测。出具的检验报告作为验收的依据。验收合格后方可连接钢筋。参 考 文 献1 吕西林. 建筑结构加固设计.北京: 科学出版社，20012 江见鲸.高等混凝土结构理论.北京:中国建筑工业出版社，20073 丁大钧.混凝土结构发展. 北京:中国建筑工业出版社，19944 赵国落.钢筋混撰土结构发展的展望.水工混凝土与钢筋混凝土通讯.1994年，第1、 3、 4期5 滕智明，朱金铨.混凝土结构及砌体结构(上册).北京:中国建筑工业出版社，19956 天津大学，同济大学，东南大学主编. 混凝土结构，北京:中国建筑工业出版社，19947 庄崖屏、江见鲸、荆树英. 钢筋混凝土基本构件(第二版).北京:地震出版社，19928 项海帆主编.中国桥梁,上海,香港:同济大学出版社,建筑与城市出版有限公司，19939 Arthur H. 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