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广东中青建筑科技有限公司

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您当前的位置 > > 梁结构加固的几种方法优缺点探讨

        摘要:结构设计人员经常会遇到梁需要加固的工程,梁出问题的的原因是比较复杂的,有设计、施工;材料因素等多种原因单一或者混合在一起。常见的有:梁表面的蜂窝麻面或者无规则表面浅裂缝;梁贯通裂缝;梁扰度过大;混凝土等级或者钢筋面积达到不设计要求等等。这几种梁加固方法都在加强梁承载力的有各自有的优缺点,有各自的适用范围。利用自身的专业知识分析梁出现问题的内因、外因,该梁为重要构件还是普通构件,并灵活合理运用各结构设计规范标准,综合考虑安全、耐久性、经济性后,做出合理的梁结构加固方案,是作为一个为业主负责的专业结构设计人员,这也是一个合格的结构设计人员应具备的基本素质。


        一、梁结构加固方法综述

        1、增大截面法法:

        增大截面法是用同种材料增大构件截面面积截面刚度的一种传统加固方法。它不仅可提高被加固构件的承载能力。而且还可以加大其,改变其自振频率。使正常使用要求的性能在某种程度上亦得到改善。增大截面法的加固效果与原结构在加固时的应力水平、材料特性、施工工艺、结合面构造处理、是否卸载加固等因素直接相关。此方法的优点是工艺简单,适用面广。

        2、包钢加固法:

        外包钢加固法是在结构构件或杆件四角或两角包以型钢的加固方法,也是一种使用面较广的传统加固方法。分为干式外包钢法和湿式外包钢法两种形式。它可在基本不增大构件截面尺寸的情况下较多地提高其承载能力,增大延性和刚度。

        3、预应力加固法:

        预应力法是在结构构件的侧面加预应力拉杆的加固方法,它可在受弯构件的侧面加水平预应力拉杆,也可在受弯构件的底部加下撑式预应力拉杆,同时它还可在受弯构件底部加下撑式预应力拉杆和水平预应力拉杆的组合拉杆。预应力加固法可单侧加固也可双侧加固。其施工方便不需模块,它可在不增大截面尺寸的情况下提高构件承载力,增加构件延性。

        4、改变传力途径加固法:

        改变传力途径加固法是在结构中增加承力构件或在建筑中增加相同的结构,或者改变原有结构体系,以减少原有构件的负荷或增加建筑的负荷能力,提高结构的安全性。

        5、粘钢板加固法:

        外部粘贴钢板加固法是一种混凝土或钢筋混凝土结构加固法,它是在混凝土或钢筋混凝土结构的外部粘贴钢板,以提高结构或构件的承载能力,提高结构或构件的刚度,减少外部变形。此方法简单,施工工期短。

        6、碳素纤维(CFRP)加固法:

        碳纤维是一种高性能材料,CFRP是纤维增强塑性材料的意思。碳纤维具有比钢材强度更高,比玻璃钢更具有耐腐蚀性的优点,且不增加构件的自重及体积。碳纤维材料是迄今为止应用于土木工程领域最早、技术最成熟,也是用量最大的一种高科技材料。随着碳纤维材料被应用与建筑业,碳纤维加固混凝土结构新技术随之出现。

        7、玻璃钢加固法:

        玻璃钢也是一种高性能材料,具体方法同粘钢法,但比钢板轻,从力学的角度看,玻璃钢的弹性模量与混凝土更匹配。

        以上介绍的几种混凝土结构加固方法中,粘贴钢板加固法、碳素纤维加固法及玻璃钢加固法都是在混凝土结构的表面粘贴加固,属表面粘贴加固法,表面粘贴加固方法除了粘钢板、碳纤维、玻璃钢外,还有粘贴帆伦布等韧性和抗拉性能较好的布的粘贴方法,是目前国内外混凝土结构加固使用最普遍的方法。

        二、优缺点分析

        首先谈下增大截面加固法在梁加固中的优缺点。这个加固方法是通过增加原梁的受力钢筋,同时在外侧新浇筑混凝土以增大梁截面。

    它的优点是对增大梁的强度和刚度和稳定性是效果明显的和有保障的;同时可以根据受力特点和加固目的灵活设计为单侧、双侧或三面包套,这为一些位置难以施工的梁提供了灵活的处理方式;规范没有同其他加固定方法一样限制只能提高40%的强度,对承载力相差较大的情况特别适用;该法施工工艺简单、适应性强,并具有成熟的设计和施工经验。正基于这些优点,此方法为我们大部分结构设计同行的首选。

        在实际工程中,也有它自身的缺点:涉及到施工工艺相对其他加固方法较多,现场湿作业大,周期长,造价相对较大,对现场生产和生活有一定影响;新、旧混凝土结合、新旧纵筋、箍筋的焊接等节点处理比较烦琐,完成质量跟施工队伍自身素质影响较大;增加了结构本身的自重和截面大小,也有可能改变了结构本身的刚度分配,造成相邻其他构件的连锁加固。

        梁粘贴纤维复合材加固技术是利用碳素纤维布和专用结构胶对原粱进行加固处理。这个方法在我们结构同行中应该说用的不是很广泛,主要原因我认为是对纤维材料的了解不多,规范既然对这样的一种加固方法专门做了介绍,我个人认为这个方法有它本身的优点。 

        (1)纤维复合材的抗拉强度高,是同等截面钢材的7~10倍;

        (2)重量轻,密度只有普通钢材的1/4

        (3)碳纤维复合材加固的耐久性好,可阻抗化学腐蚀和恶劣环境、气候变化的破坏

        (4)碳纤维加固的施工方便快捷、省力节时、施工质量易于保证。

        (5)加固后对原结构外观和原有净空无显著影响,维护费用低。

        不足之处是完成质量很大程度依赖碳素纤维布和专用结构胶的选取,而现在市场上纤维材料和结构胶质量参差不齐,价格相差比较大,这样也就有些自身要求不严格的施工单位没有严格按照设计要求选择材料,而材料是决定此加固方法效果的关键。还有就是本身方法的缺陷,两种不同材料的共同工作问题,规范虽然作了滞后效应的考虑,但实际当中加上施工的误差,材料本身的差异,理论跟现实是有较大出入的。且加固规范要求此法在加固时不能超过原构件承载力的40%,这也是这一加固方法的一个比较缺点。另现场施工时还要注意防火问题。

        梁粘贴钢板加固法是用特制的结构胶粘剂,将钢板粘贴在钢筋混凝土梁的表面,能达到加固和增强原梁强度和刚度的目的, 

        其优点是: 

        1)坚固耐用,已经证明完全能保证加固工程的质量,梁的强度和刚度都能满足设计的要求。胶粘剂30年老化试验耐久性能满足要求。粘钢加固后的结构试验,也证明强度和刚度的设计方法是正确的和可靠的;
        2)施工快速,在保证粘钢加固梁质量的前提下,快速完成施工任务,并能根据业务要求,在不停产不影响使用的情况下完成施工;
        3)简洁轻巧,与其它加固方法比较,梁粘钢加固的施工,干净利落,比较简便,现场无湿作业。完成加固后的结构外观不改变,比较轻巧,钢板薄,梁自重增加极微,不会导致建筑物内其他构件的连锁加固;
        4)灵活多样,适应性很强,能够解决生产上和生活上各种有关问题。梁粘贴钢板的方案多种多样,灵活巧妙;
        5)经济合理,由于施工快,避免或减少工厂停产时间,节约加固材料,与其它加固方法比较,梁粘钢加固的费用大为节省,经济效益很高。

        它的不足主要表现在:
        1)适用范围的局限,它不适用于素混凝土构件(包括纵向受力钢筋配筋率低于现行设计规范GB50010规定的最小配筋率的构件)的梁加固,其长期使用的环境温度不应高于60℃;
        2)被加固的混凝土梁,其现场实测混凝土强度等级不得低于C15,且混凝土表面的粘接正拉强度不得低于1.5N/mm2
        3)端部锚固长度有要满足规范要求,具体加固时,因为梁两端的支座的障碍,这就需要再花费一翻脑筋;
        4)加固效果在很大程度上取决于胶粘工艺与操作水平,这就对施工队伍素质要求比较高。

         碳纤维材料最早在航空航天、军事和运动器械等高科技和体育器材领域广泛应用,由于具有良好的力学性能及耐久性,已经逐渐被人们所认识并应用于土木建筑工程中。在土木工程中对碳纤维的应用主要采用两种方式,一种是采用碳纤维制作成纤维筋,用来代替传统的钢筋,另一种是采用碳纤维片材对混凝土结构进行加固。其中碳纤维增强塑料加固修补混凝土结构技术,即是利用树脂类胶结材料将碳纤维布粘贴于混凝土表面,从而达到对结构构件补强加固及改善结构受力性能的目的。与传统的加固方法相比,碳纤维加固技术具有明显的优势:

        1)碳纤维材料抗拉强度是普通钢材的8~18倍左右,弹性模量与钢材相近,且具有比钢材更好的抗疲劳性能;
        2)具有优良的抗化学腐蚀能力和耐久性能;
        3)施工便捷,工效高,不需要大型施工机具,施工占用场地少;
        4)具有较高的强度/重量比值,粘贴后增加原结构自重及构件尺寸很少;
        5)具有较强的变形性能,从而能在各种形状的结构物上进行修补,适用面广;
        6)施工质量易保证。由于碳纤维材料是柔性的,即使被加固的结构表面不是非常平整,也基本可以达到100%的有效粘贴率。




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