外包粘鋼技術(shù)的特點(diǎn)及其在建筑結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用

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　　摘要：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是目前建筑中使用最廣泛的一種結(jié)構(gòu)，由于施工質(zhì)量、設(shè)計(jì)不當(dāng)、功能改變等多種原因，需要進(jìn)行加固來保證結(jié)構(gòu)安全性和可靠性。本文闡述了研究外包粘鋼加固技術(shù)的特點(diǎn)與應(yīng)用方式，結(jié)合工程實(shí)例，說明外包粘鋼加固方法在實(shí)際工程應(yīng)用中的操作要點(diǎn)和需要注意的問題。

　   建筑物結(jié)構(gòu)加固是研究使受損建筑重新恢復(fù)作用，即使失去部分抗力的結(jié)構(gòu)重新獲得原有的構(gòu)件抗力甚至超過原有抗力的學(xué)科。該學(xué)科包含了結(jié)構(gòu)損傷學(xué)、檢測學(xué)、加固理論和加固技術(shù)、設(shè)計(jì)方法、施工方法以及加固方案選擇與投資效益的優(yōu)化等等。但是加固技術(shù)的應(yīng)用涉及的問題很多，不僅要遵循現(xiàn)行的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，還牽涉到過去的工程做法、標(biāo)準(zhǔn)的材料。因此，合理、有效的開展鋼筋混凝土加固技術(shù)的工程應(yīng)用研究，具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會意義。

　　外包鋼加固技術(shù)的特點(diǎn)與應(yīng)用方式．外包鋼加固技術(shù)的特點(diǎn)外包鋼技術(shù)是一種使用較廣的傳統(tǒng)加固方法。分為干式外包鋼法和濕式外包鋼法兩種形式。它可以在基本不增大構(gòu)件截而尺寸的情況下較多地提高其承載力，增大延性和剛度。適用于使用上不允許增大混凝土截面尺寸，而又需要大幅度提高承載力的混凝土結(jié)構(gòu)。當(dāng)采用化學(xué)灌漿外包鋼加固時，型鋼表面溫度不應(yīng)高60℃，當(dāng)環(huán)境具有腐蝕介質(zhì)時，應(yīng)有可靠的防護(hù)措施。其中，以乳膠水泥粘貼或以環(huán)氧樹脂化學(xué)灌漿等方式粘貼型鋼來外包構(gòu)件，稱為濕式外包鋼加固法：而當(dāng)型鋼與原構(gòu)件之間無粘結(jié)材料，或雖然填塞有水泥砂漿，但仍不能確保結(jié)合面剪力有效傳遞，這種外包鋼法稱為干式外包鋼加固法。近年來外包鋼加固方法研究成果豐富，工程應(yīng)用廣泛。與其它幾種加固方相比較，外包鋼加固有一些特殊的優(yōu)點(diǎn)：（1）基本不增加構(gòu)件及結(jié)構(gòu)的荷載，不改變原設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)體系和受力形式；（2）膠粘劑硬化時間快，施工周期短，現(xiàn)場操作簡單；膠粘劑強(qiáng)度高于混凝土本體強(qiáng)度，可以使加固體與原構(gòu)件共同工作，受力均勻；包鋼加固一方面補(bǔ)充了原構(gòu)件鋼筋的不足，有效提高原構(gòu)件的承載力；另一方面還通過大面積的鋼板粘貼，有效地保護(hù)了原構(gòu)件的混凝土。限制裂縫的開展，提高了原構(gòu)件的剛度和抗裂能力。

　　外包鋼加固技術(shù)的應(yīng)用方式濕式外包鋼法同干式相比，在受力機(jī)理上更為合理，它能使原結(jié)構(gòu)與加固結(jié)構(gòu)共同工作，協(xié)同變形，從而做到無需單純靠增大原構(gòu)件尺寸來提高截面承載力、在使用功能上及投資預(yù)算有明顯的優(yōu)點(diǎn)。濕式外包鋼加固法，是以型鋼外包于構(gòu)件的四角，外包型鋼與構(gòu)件間用乳膠水泥粘貼或環(huán)氧樹脂化學(xué)灌漿等方法粘結(jié)，使型鋼架與原構(gòu)件能整體工作共同受力、它在受力上既注重發(fā)揮新加型鋼架的承載力，并能通過結(jié)合面與原構(gòu)件共同受力協(xié)同變形，使原結(jié)構(gòu)混凝土形成三向受壓應(yīng)力的核心混凝士，從而大大提高了原結(jié)構(gòu)混凝土的抗壓強(qiáng)度。干式外包法不能保證外包結(jié)構(gòu)與原混凝土結(jié)構(gòu)之間的剪切應(yīng)力的有效傳遞，因此二者的協(xié)調(diào)工作性能較差；濕式外包鋼法是在外包鋼與原混凝土之間加入粘結(jié)材料，提高了二者的共同工作性能。在建筑結(jié)構(gòu)工程加固應(yīng)用中一般有兩種情況，一是因?yàn)橛捎谠O(shè)計(jì)時計(jì)算錯誤、施工缺陷及改變原使用目的，在原混凝土未承受外力情況下需要對其加固處理，或完全卸載的加固處理，即無應(yīng)力下的加固處理；另一種情況是在混凝土承受外力后，由于承載力不足而需要對之加固，加固時由于各種原因不能卸載或卸載不完全，在混凝土有應(yīng)力的狀態(tài)下加固，即有應(yīng)力的情況下加固。鋼筋混凝土柱經(jīng)外包鋼加固后，使得加固構(gòu)件由原來的單一截面變?yōu)榻M合截面，形成組合受力構(gòu)件，其受力性能與加固前的結(jié)構(gòu)有較大差異，從而完成對建筑結(jié)構(gòu)的加固。

　　外包粘鋼技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用一案例分析．工程概況該建筑為lO層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，總建筑面積為17700㎡，該項(xiàng)目的建設(shè)單位為北京××房屋開發(fā)有限公司，設(shè)計(jì)單位為北京市××規(guī)劃設(shè)計(jì)院，施工單位為北京++建筑有限公司，監(jiān)理單位為北京++監(jiān)理有限責(zé)任公司，混凝土施工采用現(xiàn)場攪拌、非泵送的方式。工程于2008年月開工，2009年2月完成主體施工。工程主體結(jié)構(gòu)竣工后。北京建筑科學(xué)研究院工程質(zhì)量監(jiān)督站在主體結(jié)構(gòu)檢測抽檢過程中，發(fā)現(xiàn)該該工程的，2層框架柱的混凝土抗壓強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。后由施工單位委托建筑工程測試中心對該樓1，2層框架梁柱的混凝土抗壓強(qiáng)度進(jìn)行專項(xiàng)檢測。

　　問題分析通過××大學(xué)工程測試中心檢測，該工程1，2層梁柱混凝土強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，經(jīng)過設(shè)計(jì)單位核算，不能滿足結(jié)構(gòu)安全和使用功能，依據(jù)《建筑工程施工質(zhì)量驗(yàn)收統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50300—2001）有關(guān)規(guī)定，需要進(jìn)行加固處理。

　　加固方案的選擇通過試驗(yàn)分析，采用圓形加固受力性能較好，但增加面積較大，且一、二層為網(wǎng)點(diǎn)用房，已經(jīng)預(yù)售，另外減少使用面積，不滿足用戶要求；方形加固方案對柱的承載能力提高不及圓形加固，但考慮到該項(xiàng)目為新建項(xiàng)目，為盡量減少結(jié)構(gòu)尺寸變化，綜合來看應(yīng)該選擇方形加固方案。鋼筋混凝土柱外包鋼加固法，用CGM水泥基灌漿料少量增大柱子截面，并外包鋼板套筒，在新增加截面的部分提高柱子承載力的同時，還因新增鋼板箍的橫向約束作用，使原混凝土柱產(chǎn)生良好的三向應(yīng)力狀態(tài)，因而可以大幅度提高柱子的承載力，另因粘結(jié)效果還使外包鋼套、灌漿料與原柱之間可靠地聯(lián)結(jié)成整體。外包鋼加固方法不僅能滿足項(xiàng)目提出的在柱子加固時既要大幅度提供其承載力，又要使柱子的橫截面積增大不多的要求，而且具有整體性強(qiáng)，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

　　加固材料選擇高強(qiáng)無收縮灌漿料，是中冶集團(tuán)建筑研究總院研制的一種水泥基灌料，以高強(qiáng)度材料為骨料，以水泥作為結(jié)合劑，具有高流態(tài)、微膨脹、防離析、強(qiáng)度高、使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，膨脹率大于0.02％，28天抗壓強(qiáng)度超過C55混凝土，在一100～600℃度環(huán)境下，均能保持良好性能。它施工工效高。操作簡單，加水即可使用，能確保工程質(zhì)量。

　　施工方法．卸載本工程新加部分在加固后并不立即分擔(dān)荷載，而是在新增荷載下，即第二次加載情況下，才開始受力。這樣，整個加固結(jié)構(gòu)在其后的第二次荷載受力過程中，新加部分的應(yīng)力、應(yīng)變始終滯后于原結(jié)構(gòu)的累計(jì)應(yīng)力、應(yīng)變，原結(jié)構(gòu)的累計(jì)應(yīng)力、應(yīng)變值始終高于新加部分的應(yīng)力、應(yīng)變值，原結(jié)構(gòu)達(dá)到極限狀態(tài)時，新加部分的應(yīng)力、應(yīng)變值可能還很低，破壞時，新加部分可能達(dá)不到自身的極限狀態(tài)，其潛力可能得不到充分發(fā)揮。因此，在加固結(jié)構(gòu)中應(yīng)卸荷和加強(qiáng)細(xì)部處理。在可能的情況下應(yīng)該將所有活荷載全部去掉，如果不能去掉，則應(yīng)該采用施加反力的方法，將原構(gòu)件的應(yīng)力應(yīng)變水平降低一些，最理想的狀態(tài)是將原構(gòu)件的應(yīng)力應(yīng)變降低為零。

　　本工程的卸荷方法為：將原設(shè)計(jì)中180厚空心磚墻改為6O厚三拓板輕體隔墻，240厚空心磚墻改為1／4磚并60厚三拓板組合墻。

　　施工操作基層處理：將柱邊墻體及裝飾拆除干凈，用角磨機(jī)除去柱表混凝土風(fēng)化層，并將表面鑿毛或打成溝槽，深度不宜小于6mm，柱面虧損處應(yīng)剔鑿到堅(jiān)實(shí)的混凝土面。（2）斷面控制：測出基層處理合格后的柱斷面尺寸，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙計(jì)算出柱周加大斷面的厚度。為節(jié)約材料，更好地保證工程質(zhì)量，均按平均值計(jì)算。選定一柱角，按計(jì)算出的柱加大斷面厚度，兩測吊垂線，分別在距樓板上皮600、1500ram處，測出此點(diǎn)位柱加大斷面的實(shí)際尺寸，并在柱面上做好準(zhǔn)備標(biāo)志。鋼板粘貼面要進(jìn)行除銹和粗糙處理，打磨紋路要與鋼板套筒受力方向垂直。（3）模板支設(shè)：柱鋼板拼焊驗(yàn)收合格后，支設(shè)模板。柱支模必須自上向下進(jìn)行，以避免灰塵顆粒落到下部模板上，影響加固質(zhì)量。柱支模采用外包鋼板內(nèi)框法，用的方木，按外包鋼板之間的實(shí)測尺寸支內(nèi)模，方木與柱相接的面要刨平。方木可多次周轉(zhuǎn)使用。（4）CGM的配制：CGM灌漿料拌和時，加水量應(yīng)按隨貨提供的產(chǎn)品合格證上的推薦用水量加入，攪拌均與即可使用。對地腳螺栓錨固和載埋鋼筋，用水量可根據(jù)工程實(shí)際情況適當(dāng)減少。

　　拌和用水應(yīng)采用飲水，使用其它水源時，應(yīng)符合現(xiàn)行《混凝土拌和用水標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ63）的規(guī)定。CGM灌漿料的拌和可采用機(jī)械攪拌或人工攪拌。推薦采用機(jī)械攪拌方式，攪拌時間一般為1.2分鐘（嚴(yán)禁使用手電式攪拌器）。采用人工攪拌時，應(yīng)先加入2／3的用水量拌和分鐘，其后加入剩余水量攪拌至均勻。（5）攪拌地點(diǎn)應(yīng)盡量靠近灌漿施工地點(diǎn)，距離不宜過長。（6）每次攪拌量應(yīng)視使用量多少而定，以保證40分鐘以內(nèi)將料用完。（7）CGM澆注：澆注CGM應(yīng)自下而上進(jìn)行，沿柱高每隔l|2m，當(dāng)CGM在出氣孑L一側(cè)溢滿鋼板套筒時，表明下部CGM可隨用隨拌制，也可連續(xù)進(jìn)行澆注，直至全部完成。（8）節(jié)點(diǎn)處理：鋼板穿樓板遇混凝土梁時，須按圖紙單肢切除鋼板并與梁頭加強(qiáng)鋼板焊接，而另一肢與上層鋼板對接時，需將板上鋼板局部切除，不僅工序復(fù)雜，也很難保證施工質(zhì)量。根據(jù)設(shè)計(jì)等強(qiáng)焊接要求，經(jīng)過計(jì)算進(jìn)行施工。

　　本工程經(jīng)過加固后，已經(jīng)被驗(yàn)收通過，即將再次投入使用。