摘要：由于承載力不足和使用功能的改變等因素導(dǎo)致鋼筋混凝土柱需要進(jìn)行加固改造。介紹目前土木工程施工中常見的鋼筋混凝土柱加固方式,闡述各種加固方法的原理和優(yōu)缺點(diǎn),為工程應(yīng)用提供參考。
關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土柱; 加固技術(shù); 分析;
0 引言
在結(jié)構(gòu)柱中最為常見的就是鋼筋混凝土柱。在實(shí)際工程中常常因?yàn)樵O(shè)計(jì)不周、施工質(zhì)量差、施工現(xiàn)場管理不善等原因,導(dǎo)致RC柱的人為缺陷。在使用過程中,RC柱會(huì)由于侵蝕性介質(zhì)的腐蝕、鋼筋的銹蝕等出現(xiàn)耐久性問題,建筑物改變使用功能、荷載增加,民用建筑中房屋結(jié)構(gòu)加層改造、工業(yè)廠房中的設(shè)備增設(shè)及公路、鐵路橋梁因?yàn)樵O(shè)計(jì)荷載的增加需要帶來承載力不足,加上原有抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低,抗震性能與現(xiàn)行抗震規(guī)范要求相差較大,地震、火災(zāi)等偶然因素也會(huì)引起混凝土柱的抗震性能不良等諸多影響其安全和使用功能的問題非常普遍。同時(shí),雖然我國建筑物的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年,但限于我國國情,建國初期建成的大量建筑物己逐漸接近或超過50年,其中的大部分仍不可能推倒重建。這就迫切需要采取切實(shí)有效的加固改造方法來大幅提高結(jié)構(gòu)柱的承載力,同時(shí)又顯著改善其抗震性能。
隨著土木工程施工技術(shù)的發(fā)展和新材料的開發(fā)利用,鋼筋混凝土柱的加固方式也越來也多。常見的加固方法有增大截面加固法、外包鋼加固法、外粘FRP材料加固法、預(yù)應(yīng)力加固法和復(fù)合加固法等多種方法,下面對幾種常用的加固方法作簡要介紹。
1 增大截面加固法
增大截面加固法作為一種傳統(tǒng)的加固方法,是通過增大構(gòu)件或者建筑物的截面面積和配筋來提高其強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性以滿足構(gòu)件正常使用要求的一種加固方法。增大截面法有四周包裹、單面加固和雙面加固等不同形式。四周包裹是在柱四周澆筑混凝土,在主要承受軸向力的結(jié)構(gòu)應(yīng)用較多,單面或雙面主要針對同時(shí)又承受較大彎矩的柱結(jié)構(gòu),在主受力面進(jìn)行增大。特別在抗震設(shè)防地區(qū),這可使原來的強(qiáng)梁弱柱變?yōu)橛欣诳拐鸬膹?qiáng)柱弱梁結(jié)構(gòu)。
增大截面法加固柱與普通混凝土構(gòu)件在受力性能上有所不同,這是因?yàn)樵谠龃蠼孛婕庸虝r(shí),一般無法進(jìn)行完全卸載,被加固柱在加固前已經(jīng)承受荷載,截面內(nèi)已經(jīng)產(chǎn)生了一定的應(yīng)力和應(yīng)變。新加部分在加固后并不能立即分?jǐn)傇咽┘佑诒患庸讨系暮奢d,而只能是在新增荷載作用下才開始與被加固柱共同工作,承擔(dān)荷載。這樣加固后新加部分的應(yīng)變始終滯后于原柱。當(dāng)被加固柱達(dá)到極限狀態(tài)時(shí),新增加鋼筋和混凝土性能無法得到充分發(fā)揮,直接帶來后加固材料的利用率不高等問題,加固之前混凝土柱的應(yīng)力水平越高,加固效果就越差。
2 外包鋼加固法
外包鋼加固混凝土柱,就是在柱的四角包以型鋼的加固方法。其優(yōu)點(diǎn)是施工簡便,現(xiàn)場工作量較小,受力較為可靠。按照施工工藝的不同,外包鋼加固法可分為濕式和干式外包鋼兩種。其中干式外包鋼加固就是把型鋼直接外包于原構(gòu)件,或雖然填塞有水泥砂漿,但不能保證結(jié)合面有效地傳遞剪力。濕式外包鋼加固法,是在外包型鋼和原構(gòu)件之間留有一定的間隙,并在其間填灌乳膠水泥漿或細(xì)石混凝土,使二者粘結(jié)成整體,協(xié)同工作,工程中一般多采用濕式加固方法。
外包鋼加固構(gòu)件的截面尺寸一般擴(kuò)大不多,但其承載力提高幅度較大,且由于橫向外包鋼的約束作用,構(gòu)件的延性也有較大提高。該加固方法適用于原構(gòu)件截面尺寸不允許有較大增長,卻又要求大幅度地提高截面承載能力的混凝土結(jié)構(gòu)加固。
3 外粘FRP材料加固法
粘貼FRP(Fiber Reinforced Plastic)材料加固法是20世紀(jì)80、90年代在國外興起的一種新型加固技術(shù),它利用樹脂類膠結(jié)材料將碳纖維織物粘貼于混凝土表面來達(dá)到對結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固及改善結(jié)構(gòu)受力性能的目的�，F(xiàn)階段在土木工程中研究和應(yīng)用較廣的主要有碳纖維增強(qiáng)聚合物(CFRP)、玻璃纖維增強(qiáng)聚合物(GFRP)、芳綸纖維增強(qiáng)聚合物(AFRP)和玄武巖纖維增強(qiáng)聚合物(BFRP)等。
將FRP材料水平包裹或纏繞于混凝土構(gòu)件的外圍,當(dāng)構(gòu)件承受豎向荷載時(shí)而發(fā)生橫向變形時(shí),FRP可為混凝土被動(dòng)提供約束力,從而提高核心混凝土的極限抗壓強(qiáng)度和極限應(yīng)變,從而改善混凝土柱的受力性能。FRP加固能有效改變混凝土柱的破壞模式,避免發(fā)生延性較差的剪切破壞,顯著改善混凝土變形能力,同時(shí)這與其他傳統(tǒng)加固方法相比,外粘纖維增強(qiáng)塑料加固法雖然具有耐腐蝕、量輕(幾乎不增加結(jié)構(gòu)自重)、強(qiáng)度高、維護(hù)費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn),適用于各種受力性質(zhì)的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件和一般構(gòu)筑物,但其加固后結(jié)構(gòu)延性較差,變形能力不足;另外,由于粘貼纖維材料底部樹脂為環(huán)氧類結(jié)構(gòu)膠,對溫度要求較高,易老化,需要專門的防火處理等問題存在。同時(shí),由于單一FRP無法滿足結(jié)構(gòu)加固的需要,近年來國內(nèi)外對混雜纖維復(fù)合加固也進(jìn)行了研究與應(yīng)用。為了提高FRP材料的利用率,對FRP材料在加固前施加一定的預(yù)應(yīng)力也逐漸成為研究的一個(gè)熱點(diǎn)。
4 預(yù)應(yīng)力加固法
采用預(yù)應(yīng)力加固法的主要思想就是施加一部分預(yù)先設(shè)想的力或變形,來減小或抵消不希望出現(xiàn)的力和變形,預(yù)應(yīng)力法加固按加固對象的不同,分為預(yù)應(yīng)力拉桿加固和預(yù)應(yīng)力撐桿加固。預(yù)應(yīng)力拉桿加固法適用于大偏心受壓構(gòu)件的加固,鋼拉桿布置在受壓構(gòu)件的受拉側(cè),施加預(yù)應(yīng)力后,能降低構(gòu)件的內(nèi)力,提高構(gòu)件的承載力。軸心受壓柱應(yīng)在加固柱兩側(cè)設(shè)置壓桿肢;對于小偏心受壓柱,壓桿肢設(shè)置在壓力較大側(cè)。此法主要適用于要求提高承載力、剛度和抗裂性及加固后占空間小的混凝土承重結(jié)構(gòu),尤其是高應(yīng)力狀態(tài)下的大跨結(jié)構(gòu),如鋼筋嚴(yán)重銹蝕柱等。但這種方法的缺點(diǎn)是在施工時(shí)需要有專門的預(yù)應(yīng)力設(shè)備,施工工序較為復(fù)雜。
由于橋梁結(jié)構(gòu)自重較大,且跨度一般較大,預(yù)應(yīng)力加固方法因其內(nèi)在的優(yōu)勢致使其在橋梁加固工程中應(yīng)用較多,關(guān)于預(yù)應(yīng)力加固方法的相關(guān)研究國內(nèi)外也開展較多。
5 結(jié)語
鋼筋混凝土柱的加固方式隨著施工工藝和新材料的開發(fā)不斷發(fā)展,通過對常用鋼筋混凝土柱加固方法的分析發(fā)現(xiàn),增大截面加固法工藝簡單,施工方便,應(yīng)用較為普遍。但是,用于加固鋼筋混凝土橋墩柱時(shí)會(huì)由于加固柱剛度的增加導(dǎo)致柱子分擔(dān)的荷載增大,需要進(jìn)行優(yōu)化分析;外包鋼加固法施工簡便,受力較為可靠,但是外包型鋼利用率不高;粘貼FRP加固法能改變混凝土的受力狀態(tài),提高其承載力和變形能力,但是加固柱的延性提高程度不顯著;預(yù)應(yīng)力加固法受力機(jī)理明確,但是施工工序較為復(fù)雜。各種加固方式都有相應(yīng)的優(yōu)缺點(diǎn),實(shí)際工程應(yīng)用中應(yīng)結(jié)合具體情況采用合適的加固方式。
參考文獻(xiàn)
[1] 胡波,時(shí)旭東.加大截面法單面加固鋼筋混凝土柱受力性能研究[J].特種結(jié)構(gòu),2005,22(1):79-82.
[2] 季強(qiáng),蘇三慶,張心斌.用外包鋼筋混凝土法加固RC柱性能的試驗(yàn)研究[J].工業(yè)建筑(增刊),2005(35):945-947.
[3] 謝立棟,劉寒冰.擴(kuò)大截面加固軸心受壓圓截面短柱承載力計(jì)算[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào),2009,28(1):8-10.
[4] 孫耀東,陳剛.粘鋼加固鋼筋砼柱軸心受壓受力機(jī)理的試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu),1999,32(5):35-39.
[5] 彭宣常.鋼筋混凝土柱外包角鋼加固法的研究[J].工業(yè)建筑,1993(1):45-59.
[6] 蔣文,劉瑛,趙金山,等.濕式外包鋼加固鋼筋混凝土柱抗震性能試驗(yàn)研究[J].世界地震工程,2004,20(1):205-111.
[7] 盧亦焱,黃銀燊,張?zhí)栜?等.FRP加固技術(shù)研究新進(jìn)展[J].中國鐵道科學(xué),2006,27(3):34-42.
[8] 蔣華,程超.預(yù)應(yīng)力撐桿加固鋼筋混凝土柱的試驗(yàn)研究[J].中國鐵道科學(xué),2004,25(1):146-149.
