在一些梁需要加固的工程中結構設計人員會(huì )發(fā)現,梁出現問(wèn)題的原因常見(jiàn)的有:梁表面的蜂窩麻面或者無(wú)規則表面淺裂縫;梁貫通裂縫;梁撓度過(guò)大;混凝土等級或者鋼筋面積達不到設計要求等等。還有一些看不見(jiàn)的原因,這些原因往往是比較復雜的,有設計、施工、材料因素等多種原因單一或者混合在一起。一般情況下通過(guò)以下方法來(lái)進(jìn)行加固,例如:增大截面加固、包鋼加固法、預應力加固法、改變傳力途徑加固法、粘鋼板加固法、碳素纖維加固法、玻璃鋼加固法。本文主要介紹一下這些加固方法的優(yōu)缺點(diǎn)。
首先談下增大截面加固法在梁加固中的優(yōu)缺點(diǎn)。這個(gè)加固方法是通過(guò)增加原梁的受力鋼筋,同時(shí)在外側新澆筑混凝土以增大梁截面。它的優(yōu)點(diǎn)是對增大梁的強度和剛度和穩定性是效果明顯的和有保障的;同時(shí)可以根據受力特點(diǎn)和加固目的靈活設計為單側、雙側或三面包套,這為一些位置難以施工的梁提供了靈活的處理方式;規范沒(méi)有同其他加固定方法一樣限制只能提高40%的強度,對承載力相差較大的情況特別適用;該法施工工藝簡(jiǎn)單、適應性強,并具有成熟的設計和施工經(jīng)驗。正基于這些優(yōu)點(diǎn),此方法為我們大部分結構設計同行的首選。在實(shí)際工程中,也有它自身的缺點(diǎn):涉及到施工工藝相對其他加固方法較多,現場(chǎng)濕作業(yè)大,周期長(cháng),造價(jià)相對較大,對現場(chǎng)生產(chǎn)和生活有一定影響;新、舊混凝土結合、新舊縱筋、箍筋的焊接等節點(diǎn)處理比較煩瑣,完成質(zhì)量跟施工隊伍自身素質(zhì)影響較大;增加了結構本身的自重和截面大小,也有可能改變了結構本身的剛度分配,造成相鄰其他構件的連鎖加固。
梁粘貼纖維復合材加固技術(shù)是利用碳素纖維布和專(zhuān)用結構膠對原粱進(jìn)行加固處理。這個(gè)方法在我們結構同行中應該說(shuō)用的不是很廣泛,主要原因我認為是對纖維材料的了解不多,規范既然對這樣的一種加固方法專(zhuān)門(mén)做了介紹,我個(gè)人認為這個(gè)方法有它本身的優(yōu)點(diǎn)。(1)纖維復合材的抗拉強度高,是同等截面鋼材的7-10倍;(2)重量輕,密度只有普通鋼材的1/4;(3)碳纖維復合材加固的耐久性好,可阻抗化學(xué)腐蝕和惡劣環(huán)境、氣候變化的破壞;(4)碳纖維加固的施工方便快捷、省力節時(shí)、施工質(zhì)量易于保證。(5)加固后對原結構外觀(guān)和原有凈空無(wú)顯著(zhù)影響,維護費用低。不足之處是完成質(zhì)量很大程度依賴(lài)碳素纖維布和專(zhuān)用結構膠的選取,而現在市場(chǎng)上纖維材料和結構膠質(zhì)量參差不齊,價(jià)格相差比較大,這樣也就有些自身要求不嚴格的施工單位沒(méi)有嚴格按照設計要求選擇材料,而材料是決定此加固方法效果的關(guān)鍵。還有就是本身方法的缺陷,兩種不同材料的共同工作問(wèn)題,規范雖然作了滯后效應的考慮,但實(shí)際當中加上施工的誤差,材料本身的差異,理論跟現實(shí)是有較大出入的。且加固規范要求此法在加固時(shí)不能超過(guò)原構件承載力的40%,這也是這一加固方法的一個(gè)比較缺點(diǎn)。另現場(chǎng)施工時(shí)還要注意防火問(wèn)題。
梁粘貼鋼板加固法是用特制的結構膠粘劑,將鋼板粘貼在鋼筋混凝土梁的表面,能達到加固和增強原梁強度和剛度的目的。起優(yōu)點(diǎn)是:(1)堅固耐用,已經(jīng)證明完全能保證加固工程的質(zhì)量,梁的強度和剛度都能滿(mǎn)足設計的要求。膠粘劑30年老化試驗耐久性能滿(mǎn)足要求。粘鋼加固后的結構試驗,也證明強度和剛度的設計方法是正確的和可靠的;(2)施工快速,在保證粘鋼加固梁質(zhì)量的前提下,快速完成施工任務(wù),并能根據業(yè)務(wù)要求,在不停產(chǎn)不影響使用的情況下完成施工;(3)簡(jiǎn)潔輕巧,與其它加固方法比較,梁粘鋼加固的施工,干凈利落,比較簡(jiǎn)便,現場(chǎng)無(wú)濕作業(yè)。完成加固后的結構外觀(guān)不改變,比較輕巧,鋼板薄,梁自重增加極微,不會(huì )導致建筑物內其他構件的連鎖加固;(4)靈活多樣,適應性很強,能夠解決生產(chǎn)上和生活上各種有關(guān)問(wèn)題。梁粘貼鋼板的方案多種多樣,靈活巧妙;(5)經(jīng)濟合理,由于施工快,避免或減少工廠(chǎng)停產(chǎn)時(shí)間,節約加固材料,與其它加固方法比較,梁粘鋼加固的費用大為節省,經(jīng)濟效益很高。它的不足主要表現在:(1)適用范圍的局限,它不適用于素混凝土構件(包括縱向受力鋼筋配筋率低于現行設計規范GB50010規定的最小配筋率的構件)的梁加固,其長(cháng)期使用的環(huán)境溫度不應高于60℃;(2)被加固的混凝土梁,其現場(chǎng)實(shí)測混凝土強度等級不得低于C15,且混凝土表面的粘接正拉強度不得低于1.5N/mm2;(3)端部錨固長(cháng)度有要滿(mǎn)足規范要求,具體加固時(shí),因為梁兩端的支座的障礙,這就需要再花費一翻腦筋;(4)加固效果在很大程度上取決于膠粘工藝與操作水平,這就對施工隊伍素質(zhì)要求比較高。
碳纖維材料最早在航空航天、軍事和運動(dòng)器械等高科技和體育器材領(lǐng)域廣泛應用,由于具有良好的力學(xué)性能及耐久性,已經(jīng)逐漸被人們所認識并應用于土木建筑工程中。在土木工程中對碳纖維的應用主要采用兩種方式,一種是采用碳纖維制作成纖維筋,用來(lái)代替傳統的鋼筋,另一種是采用碳纖維片材對混凝土結構進(jìn)行加固。其中碳纖維增強塑料加固修補混凝土結構技術(shù),即是利用樹(shù)脂類(lèi)膠結材料將碳纖維布粘貼于混凝土表面,從而達到對結構構件補強加固及改善結構受力性能的目的。與傳統的加固方法相比,碳纖維加固技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢:
。1)碳纖維材料抗拉強度是普通鋼材的8-18倍左右,彈性模量與鋼材相近,且具有比鋼材更好的抗疲勞性能;
。2)具有優(yōu)良的抗化學(xué)腐蝕能力和耐久性能;
。3)施工便捷,工效高,不需要大型施工機具,施工占用場(chǎng)地少;
。4)具有較高的強度/重量比值,粘貼后增加原結構自重及構件尺寸很少;
。5)具有較強的變形性能,從而能在各種形狀的結構物上進(jìn)行修補,適用面廣;
。6)施工質(zhì)量易保證。由于碳纖維材料是柔性的,即使被加固的結構表面不是非常平整,也基本可以達到100%的有效粘貼率。
上面所分析的加固方法在應用在梁加固的優(yōu)缺點(diǎn),它們都在加強梁承載力的有各自的優(yōu)缺點(diǎn),有各自的適用范圍。在結構設計中設計人員應利用自己的專(zhuān)業(yè)知識分析梁出現問(wèn)題的內因、外因,該梁為重要構件還是普通構件,靈活合理云用各結構設計規范標準,綜合考慮安全、耐久性、經(jīng)濟性后,做出合理的梁結構加固方案。
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