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建筑結構加固的發展與前景

文字:[大][中][小] 手機頁面二維碼 2019-12-31     瀏覽次數:    

?一、前言

??世界城市的發展已有5千多年,在今天的發達國家中,城市化的程度大多在70%-80%以上。據聯合國人居中心預測, 到2050年,世界城市化水平將達到61%,21世紀將成為真正的城市化世紀。我國目前的城市化進程也已步入快速發展期,預計到2010年,我國的城市化水平將由現在的38.9%達到45%.  城市的蓬勃發展代表著人類文明取得的輝煌成就。然而隨著城市規模的擴大,人口的急劇增長,環境的破壞變得日益嚴   重,自然恩賜給人類的資源日益匱乏,人們的生活條件和質量不斷惡化。與此同時,建筑的過度集中和無序建設,使建筑與環境的矛盾日益突出??刂平ㄖ锏慕ㄔO數量與合理規劃成為現代建設者必須重視的問題,同時,提高現存建筑物的使用壽命及功能則成為當務之急的使命,完成這一使命的方法,便是對現存建筑物進行的修復與加固。 

??二、結構加固的現狀 

??在歐美發達國家中,目前用于建筑加固改造的投資已占國家建筑業總投資的1/2以上,美國勞工部門在20 世紀末的一項產業預測報告中曾經預言:建筑維修加固業將是21 世紀為熱門的行業之一。 

??我國自建國以來,特別是自上世紀70 年代末實行改革開放以后,各種房屋建筑以及城市設施數量急劇增加。據有關部門統計,目前我國現存的各種建(構)筑物的總面積至少在100 億m2以上,其中絕大多數是混凝土及砌體結構建國初期建造的大量的工業與民用建筑,服役期大都超過50年,存在各種安全隱患。一些新建成的工程項目中,由于勘察、設計和施工中的技術和管理問題,導致工程在建成初期就出現各種質量安全隱患。對于這些建筑物,如果不及時采取加固措施,就有可能導致重大的安全事故。為此,國家每年要投入大量資金用于建筑的加固修復,促進了建筑加固修復業的發展,形成了一個巨大的市場空間。 

??同時,一些現有建筑中,舊的結構設計在功能上不能滿足當前使用的需求,這也刺激了建筑加固修復專業的迅速發展。特別是隨著我國經濟發展和人民生活水平的不斷提高,近年來舊城改造幾乎成了各大、中城市的共同課題。這為建筑加固修復業帶來了空前的發展機遇。

??三、結構加固的傳統方法及特點 

??目前土建結構常用的幾種傳統加固方法主要是以下幾種: 

??1.預應力加固法  
??預應力加固法,即指在原結構上增加預應力構件來承擔原結構上所受的部分荷載,從而提高原結構的承載能力的方法。目前   使用較多的主要是體外預應力加固法。  
預應力法加固效果好,能較大幅度地提高結構整體承載力。但加固后對原結構外觀有一定影響;比較適用于大跨度或重型結   構的加固以及處于高應力﹑高應變狀態下的混凝土構件的加固。但不宜用于混凝土收縮徐變大的結構,另外加固后需要注意預應力鋼筋的防腐問題。 

??2.增大截面加固法 

??增大截面加固法,通常用于受彎構件,是指在原構件的上部或下部澆一層新的混凝土和補加相應的鋼筋,從而達到提高原構件承載能力的目的。   增大截面加固法是傳統的一種結構加固方法,具有成熟的設計和豐富的施工經驗;工程成本相對較低,可用于梁﹑板柱﹑墻和一般構造物等多種混凝土結構的加固。其主要缺陷是現場施工的濕作業時間長,而且會帶來建筑凈空的明顯減少。 

??3.改變受力體系加固法 

??改變受力體系加固法,通常包括在梁的中間部位增設支點(剛性支點或彈性支點),將多跨簡支梁變為連續梁等方法。改變結構的受力體系能大幅度降低計算彎矩,提高結構和構件的承載力,達到加強原結構的目的。 

??該法比較簡單,而且效果不錯。但加固工作量較大,易損害建筑物的原貌和使用功能,通常還會減小建筑的使用空間。由所增加的支撐構件一般需要將荷載傳遞到基礎上,這種方法比較適用于整個建筑的加固。 

??4.粘鋼加固法 

??該加固法是通過在構件外側粘貼鋼板,鋼板通過膠粘劑與原構件共同作用,以增強結構的抗彎和抗剪能力,提高結構安全度。一般適用于承受靜力作用且處于正常濕度環境中的受彎構件的加固,是近年來發展快的一種加固方法。   該加固法的特點是施工便捷,只需卸荷和按要求除銹后即可施工?,F場濕作業量少,加固后24h即可投入使用,且加固后對   原結構自重、外觀尺寸和原有凈空無明顯影響,能顯著提高構件的剛度和承載能力,并且價格低廉;但加固質量很大程度上取決于膠粘劑質量和施工的水平,特別是粘鋼后一旦發現空鼓,進行補救比較困難。 

??5.外包鋼加固法 

??外包鋼加固法,即以角鋼外包于原構件四角,角鋼間用扁鋼焊接形成整體鋼構套的加固方法,以提高構件的承載能力和延性.一般是在要求不顯著增大構件截面,同時又可以大幅度提高結構承載能力的情況下采用,特別是結構柱周圍裹鋼,結構受力比較好,同時現場的工作量也較小,結構截面增加也不大。主要缺點是鋼材用量較大,相應加大了工程成本;在節點處理上也有一定的難度。 

??四、結構加固的新方法及發展 

??上述常規方法在工程實踐中被大量采用,但某些情況下,這些方法自身所存在的某些局限性,使得它們不能滿足一些耐久性和美觀方面的需求,或是受到施工條件的制約而無法實施。近年來出現的一些新加固技術,如粘貼纖維復合材料加固法、鋼網水泥砂漿加固法、纖維材料的嵌入式加固法等,這些技術從一開始引進和出現在國內,就以它們優異的性能、特點和加固效果得到了工程界的關注和青睞.下面著重介紹粘貼纖維復合材料加固法:

??纖維材料(FRP)加固修補土建結構技術是為了突破傳統方法的局限性而產生的一項新技術。它興起于八十年代末到九十年代初的發達國家,由于其優點多,在日美韓歐洲等國家和地區得到了大量的推廣,目前在加固修補技術領域已成廣泛使用的一項技術,并已產業化。 

??按纖維材料的不同,可分為玻璃纖維材料﹑碳纖維材料和阿拉米德材料。其中又以碳纖維材料CFRP具代表性,其性能特點主要有以下幾個方面: 

??(1)具有良好的物理力學性能:其抗拉強度為普通鋼材的10 倍以上,彈性模量相當于普通鋼材的1.1~2.4 倍;而且纖維片 材重量輕,比重僅為鋼材的1/ 4 ;厚度小,一般片材增強層厚度在0.1mm~0.2mm 之間,因此基本上不增加結構截面尺寸和自重。 

??(2)現場施工方便:沒有濕作業和明火施工,占用場地小,也不需要大型施工機具,因此施工方便、工效高、施工質量容易得到保障。

??(3)使用范圍廣:可用于梁、板、柱及橋梁、隧道、煙囪等多種結構的加固補強。特別是在曲面殼體和復雜節點的加固中,具有其它加固方式無法比擬的優勢,與混凝土的有效接觸面積可達100 %。 

??(4)具有良好的耐久性和耐腐蝕、抗磁性等性能特點。

??該材料技術用于土建結構加固始于上世紀80 年代中期。1991年歐洲首先用CFRP完成了國際上首座橋梁加固后,該項技術 便在世界上迅速推廣,特別是在上世紀90 年代中期日本阪神大地震后的重建過程中,該項技術得到了大量的應用。 

??我國在該領域的研發工作從1997 年開始起步, 98年才開始實際的工程應用。至目前為止,國內已有近十個科研院所、十余所高校對其技術性能進行研究,取得了大量的科研成果。由國家冶金建筑研究總院、清華大學等單位所承擔的國家“九五”重點科技攻關項目《碳纖維材料加固修復混凝土結構技術研究開發與應用》的系列科技成果已于2001 年通過國家鑒定,并編制了中國工程建設標準化協會標準《碳纖維片材加固修復混凝土結構技術規程》。 

??五、結語 

??我國建筑市場巨大,當前土建結構的加固改造是我們面臨的一項意義重大的任務。隨著建筑業的蓬勃發展,建筑物的加固、維修、改造的應用領域和范圍也將越來越廣,各種新的加固技術必將不斷地涌現,結構的加固技術也必將取得更長足的發展。

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