摘要：通過上海能源大屯選煤廠主廠房工程進(jìn)行加固，對框架梁柱加大截面法、框架柱外包鋼加固法、框架梁底粘鋼、梁板貼碳纖維復(fù)合材料加固法等各種混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)特點(diǎn)及其適用場合的介紹,為實(shí)際工程合理地選擇加固方案提供參考。對鋼筋混凝土各種加固方法進(jìn)行分析，從而為更好完成類似工程結(jié)構(gòu)體系的加固改造方案提供經(jīng)驗(yàn)。
論文關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu),框架,加固
1 工程概況
上海能源大屯選煤廠主廠房始建于1979年，為多層框架結(jié)構(gòu)，南北四跨，柱距7米，東西18跨，柱距7米，層高4~9米不等，總建筑高度33.40米。設(shè)計(jì)混凝土為200號（早期的混凝土強(qiáng)度標(biāo)號），廠房由于年代久遠(yuǎn)，期間經(jīng)歷過多次工藝改造，導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)構(gòu)荷載已經(jīng)較原設(shè)計(jì)布置變化非常大，多處混凝土框架梁柱存在破壞跡象，經(jīng)過中國建筑科學(xué)院上海分院進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定，必須對該工程混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。
2 該工程由于是工業(yè)廠房，內(nèi)部生產(chǎn)設(shè)備早已就位，且廠方要求工程加固不能影響生產(chǎn)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，故該工程根據(jù)廠房內(nèi)部設(shè)備空間和部位，采取了不同的加固工藝。
2. 1 混凝土框架柱加大截面加固法
加大截面加固法即包混凝土加固法,是通過在原混凝土構(gòu)件外疊澆新的鋼筋混凝土,增加構(gòu)件的截面積和配筋,從而達(dá)到提高構(gòu)件的承載力和剛度,降低柱子長細(xì)比,達(dá)到對原有構(gòu)件進(jìn)行加固的目的。采用加大截面法加固時(shí),可根據(jù)原構(gòu)件的受力性質(zhì)、構(gòu)造特點(diǎn)和加固要求不同,采取了單面加大、兩面加大、三面加大和四面加大等構(gòu)造形式。加大截面法是一種傳統(tǒng)的加固方法,工藝簡單,適用面廣,可廣泛用于梁、板、柱、墻等混凝士結(jié)構(gòu)的加固,其優(yōu)點(diǎn)是可以在提高構(gòu)件承載力的同時(shí)增大其剛度和變形能力,部分情況下也可以加強(qiáng)連接的可靠性。但現(xiàn)場濕作業(yè)工作量較大,養(yǎng)護(hù)期較長,對生產(chǎn)和生活有一定影響。另外,截面增大,還存在施工時(shí)側(cè)向穩(wěn)定等問題,且加固后對原結(jié)構(gòu)外觀及房屋凈空也有一定影響。
在進(jìn)行混凝土構(gòu)件截面加大施工中有一關(guān)鍵工序就化學(xué)植筋技術(shù)，植筋新技術(shù)是運(yùn)用高強(qiáng)度的化學(xué)粘合劑，使鋼筋、螺桿等與混凝土產(chǎn)生握固力，從而達(dá)到預(yù)期效果。施工后產(chǎn)生高負(fù)荷承載力，不易產(chǎn)生移位、拔出，并且密著性能良好，無需作任何防水處理。由于其通過化學(xué)粘合固定，不但對基材不會產(chǎn)生膨脹破壞，而且對結(jié)構(gòu)有補(bǔ)強(qiáng)作用。施工簡便迅速，安全并符合環(huán)保要求，是建筑工程中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固的最有效的方法。
2. 2 混凝土框架柱外包鋼加固法
外包鋼加固法是把型鋼或鋼板等材料包在被加固的鋼筋混凝土構(gòu)件外側(cè),通過外包鋼與原有構(gòu)件的共同作用,提高構(gòu)件的承載力和剛度,達(dá)到加固的目的。此方法主要是通過約束原構(gòu)件來提高其承載力和變形能力,可以大幅度提高構(gòu)件的承載力,多用于柱子加固,也可用于梁的加固。對于矩形截面柱,一般在其四腳外包角鋼,橫向用綴板焊接成整體;對于圓形截面柱,多用扁鋼加套箍;對于梁可僅在受拉邊外包角鋼加固。外包鋼加固法又分為干式和濕式兩種:干式外包法是角鋼直接外包于被加固構(gòu)件四周;濕式外包法是在角鋼和被加固構(gòu)件之間留有一定間距,中間澆筑混凝土,這實(shí)際上是一種外包鋼和外包混凝土相結(jié)合的復(fù)合加固方法。濕式外包鋼加固由于可大幅提高構(gòu)件的承載能力,主要用來加固承受很大荷載的受壓構(gòu)件。外包鋼加固法受力可靠、施工簡便、現(xiàn)場工作量較小,但用鋼量較大;適用于在使用上不允許顯著增大原構(gòu)件截面尺寸,但又要求大幅度提高其承載能力的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件加固。
2.3 混凝土框架梁粘鋼加固法
此法施工較為簡單。一要特別注意對混凝土和鋼板的表面處理。對于舊、臟嚴(yán)重的混凝土構(gòu)件的粘合面，先用硬毛刷沾高效洗滌劑清洗，刷除表面油垢污物后用水沖洗，再對粘合面進(jìn)行打磨，除去2～3mm厚表層，露出平整新面，將粉塵清除干凈，再用丙酮擦拭表面；對于混凝土表面較干凈的，則可直接對粘合面進(jìn)行打磨，去掉1～2mm 厚表層，使之平整，清去粉塵，再用丙酮擦試表面。鋼板表面處理應(yīng)根據(jù)其繡蝕情況，可用噴砂、砂布、砂輪機(jī)打磨，使鋼板出現(xiàn)金屬光澤，打磨紋路盡量與受力方向垂直，然后用丙酮擦拭干凈。二要注意對膠粘劑的選擇。目前國內(nèi)市場建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑魚龍混雜，對膠粘劑的選擇一定要慎重。三要注意在配膠、粘貼過程中的細(xì)節(jié)。膠粘劑要嚴(yán)格按照說明書要求的比例配制，尤其是要掌握好固化劑的用量，攪拌要均勻，同時(shí)在粘貼時(shí)要保證粘貼面的飽滿、密實(shí)。四要注意在固化階段不能對鋼板有任何擾動。
結(jié)構(gòu)粘鋼加固方法，與其他的加固方法比較，有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和先進(jìn)性，主要有：
1、堅(jiān)固耐用：經(jīng)過多年來的工程實(shí)踐，已經(jīng)證明完全能保證加固工程的質(zhì)量，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度都能滿足設(shè)計(jì)的要求。施工工藝精巧，質(zhì)量優(yōu)秀，工程合格率為100%。膠粘劑30年老化試驗(yàn)?zāi)途眯阅軡M足要求。粘鋼加固后的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)，也證明強(qiáng)度和剛度的設(shè)計(jì)方法是正確的和可靠的。
2、施工快速：在保證粘鋼加固結(jié)構(gòu)質(zhì)量的前提下，快速完成施工任務(wù)，并能根據(jù)業(yè)務(wù)要求，在不停產(chǎn)不影響使用的情況下完成施工，受到用戶的普遍贊揚(yáng)。
3、簡潔輕巧：與其它加固方法比較，粘鋼加固的施工，干凈利落，比較簡便，現(xiàn)場無濕作業(yè)。完成加固后的結(jié)構(gòu)外觀不改變，比較輕巧，鋼板薄，結(jié)構(gòu)自重增加極微，不會導(dǎo)致建筑物內(nèi)其他構(gòu)件的連鎖加固。
4、靈活多樣：粘鋼加固法的適應(yīng)性很強(qiáng)，能夠解決生產(chǎn)上和生活上各種有關(guān)問題。粘貼鋼板的方案多種多樣，靈活巧妙。還可粘貼型鋼、加固鋼結(jié)構(gòu)及磚砌體結(jié)構(gòu)等。
5、經(jīng)濟(jì)合理：由于施工快，避免或減少工廠停產(chǎn)時(shí)間，節(jié)約加固材料，與其它加固方法比較，粘鋼加固的費(fèi)用大為節(jié)省，經(jīng)濟(jì)效益很高。
2. 4 混凝土框架梁底碳纖維加固技術(shù)
碳纖維布加固技術(shù)是利用碳素纖維布和專用結(jié)構(gòu)膠對建筑構(gòu)件進(jìn)行加固處理，該技術(shù)采用的碳素纖維布強(qiáng)度是普通二級鋼的10倍左右。具有強(qiáng)度高、重量輕、耐腐蝕性和耐久性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。厚度僅為2mm左右，基本上不增加構(gòu)件截面，能保證碳素纖維布與原構(gòu)件共同工作。是近年來逐漸發(fā)展起來的混凝土結(jié)構(gòu)加固新技術(shù),與傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)越性。
根據(jù)結(jié)構(gòu)鑒定情況，對廠房內(nèi)部分框架梁底和頂部進(jìn)行粘貼碳纖維布，部分樓面由于工藝改造增加荷載，需要在混凝土板底粘貼碳纖維布。
外貼碳纖維復(fù)合材料加固法除具有粘貼鋼板加固法的優(yōu)點(diǎn)外,還具有很高的抗化學(xué)腐蝕能力和對被加固結(jié)構(gòu)的保護(hù)能力,提高了結(jié)構(gòu)耐久性;材料強(qiáng)度高,外貼加固用量少(厚度小);荷載增加極少,幾乎不改變原有結(jié)構(gòu)的外形和尺寸;施工便捷、施工周期短;加固時(shí)噪音小、灰塵少,對結(jié)構(gòu)的使用環(huán)境影響較小。
僅僅依靠碳纖維片本身并不能充分發(fā)揮其強(qiáng)大的力學(xué)特性及優(yōu)越的耐久性能，只有通過環(huán)氧樹脂將碳纖維片粘附于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)表面并與之緊密地結(jié)合在一起形成整體共同工作，才能達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)的目的。因此，環(huán)氧樹脂的性能是重要的關(guān)鍵之一。環(huán)氧樹脂因類型不同而有不同的性能，適應(yīng)于各個(gè)部位的不同要求。例如底涂樹脂對混凝土具有良好的滲透作用，能滲入到混凝土內(nèi)一定深度；粘貼碳纖維片的環(huán)氧樹脂易于“透”過碳纖維片，有很強(qiáng)的粘結(jié)力。依使用溫度的不同，樹脂還分為夏用及冬用類樹脂。我公司使用的各類樹脂規(guī)格及性能（包括底層涂料的規(guī)格及性能、環(huán)氧膩?zhàn)拥囊?guī)格及性能、粘結(jié)樹脂的規(guī)格及性能等均有詳細(xì)表格資料、以備索�。�。
浸滲粘著樹脂除滲透到碳纖維片內(nèi)，還具有粘著劑的功能。與膩?zhàn)�、底涂同樣，必須具有把因載荷作用等在混凝土表面上發(fā)生的應(yīng)變確實(shí)傳遞到碳纖維片上的力學(xué)性能。
3 結(jié)束語
根據(jù)不同加固工藝要求，嚴(yán)格控制關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和工序，由于廠方生產(chǎn)設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)施工，施工難度較大，且時(shí)間緊迫，因此，各方案的選擇及優(yōu)化就顯得非常重要。在實(shí)際施工中，采用本文所述方案既滿足了工期要求，又降低了施工難度，改造后的廠房運(yùn)行至今，未發(fā)現(xiàn)任何異常現(xiàn)象，運(yùn)行良好，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
參考文獻(xiàn)：
1、《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》（CECS 25-1990）。
2、《碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS 146-2003）。
3、趙華瑋，《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)》（漯河職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)）2008年第5期。表4 120#墩—121#墩跨段主梁L/2截面對稱圖4 120#墩—121#墩跨段主梁L/2截面
布載正彎矩控制截面撓度數(shù)據(jù)結(jié)果表對稱布載正彎矩控制截面撓度分析圖
從以上各表和各圖可看出：
（1）在汽-20，掛-100標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下，該橋強(qiáng)度和剛度滿足設(shè)計(jì)要求；
（2）箱梁的實(shí)測橫向分布基本與理論計(jì)算吻合，說明橋梁的實(shí)際橫向剛度符合設(shè)計(jì)和使用要求；
（3）本次靜載試驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)箱梁與橋墩控制截面產(chǎn)生結(jié)構(gòu)受力裂縫，與該類預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的特性相吻合；
（4）高架橋墩柱應(yīng)力較小，符合使用和規(guī)范要求。
