摘要：傳統(tǒng)的鋼絲網(wǎng)加固技術(shù)采用濕法施工，存在承載力小、加固效果差的問題，針對(duì)該問題，提出了房屋建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工與加固技術(shù)。分析混凝土受力特征，分解混凝土結(jié)構(gòu)層次，由此構(gòu)建可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。研究混凝土結(jié)構(gòu)施工流程，計(jì)算混凝土承載力及鋼筋應(yīng)力，為碳纖維布加固技術(shù)流程設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持。通過加固穩(wěn)定性鑒定，完成混凝土結(jié)構(gòu)加固穩(wěn)定性的識(shí)別鑒定。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，該技術(shù)最大承載力提高幅度為27.95%，具有良好加固效果。
關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土；結(jié)構(gòu)施工；加固技術(shù)；碳纖維布
近年來，對(duì)建筑物實(shí)行可靠度評(píng)估、鑒別以及維修加固工作是一個(gè)熱點(diǎn)關(guān)注問題，這對(duì)于解決建筑物蘊(yùn)含的安全隱患、延長(zhǎng)建筑物壽命、節(jié)省建筑投資的意義重大[1]。當(dāng)今，在我國(guó)的相關(guān)研究領(lǐng)域，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋進(jìn)行可靠度評(píng)估，同時(shí)進(jìn)行加固方案的對(duì)比研究方面，多采用工程驗(yàn)算的方法，尚未形成一套科學(xué)完善的評(píng)估體系。為此，本文提出了一套科學(xué)、完善的評(píng)估體系方案，可供我國(guó)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋可靠性評(píng)估工作參考[2]。傳統(tǒng)的鋼筋網(wǎng)加固混凝土構(gòu)件，采用小直徑鋼筋網(wǎng)砂裝和高強(qiáng)度鋼鉸接網(wǎng)組合加固。傳統(tǒng)加固方法的應(yīng)用形式主要是利用改變截面形式，增加截面面積的方式，改變傳力體系，增加結(jié)構(gòu)支承構(gòu)件等，以達(dá)到加固目的。該方法存在許多不足，主要表現(xiàn)為：采用濕法施工施工周期長(zhǎng)，建筑物內(nèi)部可利用空間縮小，外貼纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的經(jīng)濟(jì)效益不好。而采用碳纖維布加固鋼筋網(wǎng)砂，在一定程度上克服了網(wǎng)砂加固構(gòu)件承載能力不足的缺點(diǎn)，同時(shí)又具有網(wǎng)砂加固構(gòu)件多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。纖維素復(fù)合材料可粘附在需要加固的混凝土構(gòu)件表面，通過粘結(jié)劑將混凝土應(yīng)力轉(zhuǎn)移到纖維素復(fù)合材料上，兩者共同受力，共同作用，從而達(dá)到加固建筑物的目的
1混凝土結(jié)構(gòu)層次分解及可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建
在分析影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可靠性因素的基礎(chǔ)上，探尋核心系統(tǒng)變形、裂縫、腐蝕等非可靠性的來源，目的是借助針對(duì)非可靠性指標(biāo)的描繪測(cè)量，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋的整體可靠性進(jìn)行評(píng)估分析[3]。對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋的評(píng)價(jià)需要確�？煽啃�，需要將可靠性因素與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)層數(shù)之間的匹配關(guān)系納入考慮范圍內(nèi)。從核心體系角度看，將承載力、裂縫、變形、鋼筋腐蝕、混凝土碳化等結(jié)構(gòu)上的因素，針對(duì)性地進(jìn)行可靠性評(píng)價(jià)，能為建筑中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋的可靠性優(yōu)化提供方案指導(dǎo)[4-5]。
1.1受力特征分析
在進(jìn)行加固設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)進(jìn)行充分全面的了解。倘若無法對(duì)加固后結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確全面的了解與掌握，加固后與加固前進(jìn)行對(duì)比，會(huì)形成較大的效果差別，針對(duì)二次受力分析過程中，得到的結(jié)果和實(shí)際有很大的差別。加固結(jié)構(gòu)包括新、舊材料，其共同受力作用的關(guān)鍵在于組合面抗剪強(qiáng)度的大小。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)確保加固后的組合面抗剪強(qiáng)度高于原結(jié)構(gòu)[6-8]。對(duì)于不同的加固方法、加固材料及對(duì)應(yīng)要求，一般原則是與原結(jié)構(gòu)相比，各力學(xué)指標(biāo)更高，加固能力效果更好[9]。
1.2混凝土結(jié)構(gòu)層次分解
混凝土結(jié)構(gòu)層次分解如圖1所示。混凝土是指把水泥與骨料混合形成的產(chǎn)物。鋼筋混凝土泛指把鋼筋等材料加注到混凝土中，形成一種混合型物質(zhì)。鋼筋的作用是對(duì)于拉力的承擔(dān)，混凝土的作用是用于壓應(yīng)力的承擔(dān)。混凝土的結(jié)構(gòu)層次主要包括地基基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)的整體性、梁、板、柱結(jié)構(gòu)、維護(hù)系統(tǒng)[10-11]。
1.3評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建
基于建筑物的可靠性評(píng)價(jià)，設(shè)計(jì)了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可靠性分層評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，將其分解為子系統(tǒng)、要素、構(gòu)件三個(gè)層次，適用于基于要素層次的結(jié)構(gòu)可靠性評(píng)價(jià)方法。相互間進(jìn)行評(píng)價(jià)，形成了完整的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[12]。具體體系流程如圖2所示。由圖2可知，鋼筋混凝土評(píng)價(jià)體系的評(píng)價(jià)對(duì)象是其結(jié)構(gòu)。最開始針對(duì)地基結(jié)構(gòu)、上部結(jié)構(gòu)、以及維修系統(tǒng)，然后對(duì)地基基礎(chǔ)、斜坡和地基基礎(chǔ)進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)上部結(jié)構(gòu)、維修系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)件安全性、結(jié)構(gòu)整體性、側(cè)移等方面進(jìn)行有關(guān)評(píng)價(jià)[13]。
2混凝土結(jié)構(gòu)施工與加固技術(shù)研究
2.1混凝土結(jié)構(gòu)施工流程分析
混凝土結(jié)構(gòu)施工流程如圖3所示。由圖3可知，首先需要將表層的裝飾層鑿除掉，打磨混凝土層的基面，并保證平溝槽面打磨出新茬。之后將施工面等清洗干凈，達(dá)到無油除塵的效果。用建筑用粘合劑拌合水泥修補(bǔ)板縫隙，待凝固后將有凸起、段差部分打磨成光滑曲面，將底膠均勻刷涂于施工表面，確保無漏油現(xiàn)象[14]。等到底膠不粘手，再利用修補(bǔ)膠找平，將其鋪放在涂有浸漬膠的基面上，用滾輪滾動(dòng)，鏟刀擠壓排布。外粘角鋼過程中，需要先對(duì)角鋼執(zhí)行加工操作，包括打磨、鉆孔等一系列過程，以將角部的光澤度和紋飾進(jìn)行一定處理。然后將加強(qiáng)筋打磨處理，焊接到角鋼上。在粘貼前處理原混凝土表面，如有可能，先利用粘鋼膠對(duì)原混凝土的基面進(jìn)行處理，之后完成打磨過程后即可[15]。
2.2碳纖維布加固技術(shù)
針對(duì)外觀良好、保護(hù)良好的、腐蝕度低的鋼筋、混凝土保護(hù)層無裂紋的，在對(duì)承載力進(jìn)行相關(guān)計(jì)算時(shí)，材料間的粘結(jié)力會(huì)明顯降低，所以如果利用碳纖維的方式進(jìn)行加固，只要進(jìn)行預(yù)防性防腐蝕加固，便可以達(dá)到基本保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，保證其在不利環(huán)境下的耐蝕性有所提高。此種加固方式為結(jié)構(gòu)加固，無需將碳纖維的含量參數(shù)計(jì)算出來。針對(duì)繡蝕度較高的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，若混凝土保護(hù)層出現(xiàn)開裂且程度較大，造成鋼筋銹蝕，將導(dǎo)致鋼筋出現(xiàn)截面積縮小、強(qiáng)度變?nèi)醯惹闆r。對(duì)于碳纖維布加固，需要根據(jù)結(jié)構(gòu)銹蝕程度，對(duì)縱向碳纖維布抗彎、橫向碳纖維布抗剪承載力進(jìn)行有關(guān)計(jì)算，計(jì)算完成后進(jìn)行相關(guān)比較。這種加固措施對(duì)于整體強(qiáng)度有恢復(fù)和提高的效果，但并不是對(duì)鋼筋損耗的補(bǔ)償2.2.1加固承載力分析在針對(duì)加固混凝土軸心受壓構(gòu)件的加固過程時(shí)，可以借助公式（1）針對(duì)它的正截面的加固承載力進(jìn)行相關(guān)分析：（1）公式（1）中：N代表加固后結(jié)構(gòu)的軸向力設(shè)值；fc'、fy'代表原來構(gòu)件的抗壓強(qiáng)度的設(shè)計(jì)數(shù)值；Ac、As'表示原構(gòu)件混凝土及縱向鋼筋的橫截面積；α表示新加縱向鋼筋及混凝土的強(qiáng)度利用系數(shù)，若加固構(gòu)件的應(yīng)力水平已確定，可以近似取α為0.8；fc1、fy1'代表新加混凝土和鋼筋的抗壓強(qiáng)度的設(shè)計(jì)參數(shù)；Ac1、As1'代表新加混凝土和鋼筋的截面面積；𝜑表示以構(gòu)件加固后截面尺寸為基礎(chǔ)的穩(wěn)定系數(shù)參數(shù)值。針對(duì)加固后構(gòu)件新加混凝土與鋼筋的強(qiáng)度，借助系數(shù)α進(jìn)行有關(guān)計(jì)算。對(duì)軸心受壓混凝土構(gòu)件實(shí)行加固后破壞，一般情況下指的是原構(gòu)件混凝土在達(dá)到其極限壓應(yīng)變后失效。此時(shí)將由新加部分的混凝土去承擔(dān)全部荷載，而新加部分混凝土一般承載力有限，再加部分混凝土就會(huì)受到破壞。當(dāng)加固后構(gòu)件的極限承載力超過極限承載范圍，新加構(gòu)件的鋼筋混凝土強(qiáng)度將無法充分利。若原構(gòu)件混凝土超過了極限承載力的參數(shù)值，則新加混凝土及鋼筋的應(yīng)力分別用σc1和σ's1表示，新加混凝土強(qiáng)度的利用系數(shù)計(jì)算如公式（2）和公式（3）所示。加固承載力的分析如圖4所示。新加鋼筋強(qiáng)度的利用系數(shù)由下式得出：2.2.2碳纖維布加固技術(shù)碳纖維布并不是建筑結(jié)構(gòu)的主要材料，而是傳統(tǒng)鋼筋混凝土的輔助材料之一，碳纖維布具有優(yōu)良的性能，抗拉強(qiáng)度很高。碳纖維布加固鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)遵循的受力原理，與混凝土和鋼筋的協(xié)同原理類似。在加入碳纖維布之后，鋼筋混凝土梁借助碳纖維布使其抗拉力明顯提高，鋼筋屈服后對(duì)梁有約束效果，用于承受拉力，進(jìn)而對(duì)鋼筋混凝土梁抗彎、抗剪承載力差等缺點(diǎn)進(jìn)行改善。碳纖維布加固主要借助粘結(jié)劑把碳纖維布與結(jié)構(gòu)進(jìn)行融合，達(dá)到碳纖維布與受鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)共同受力的效果，達(dá)到協(xié)調(diào)變形、共同工作的效果。所有拉應(yīng)力基本都由碳纖維布承受。碳纖維布加固技術(shù)流程如圖5所示。由圖5可知，具體流程如下：做好施工前的準(zhǔn)備，進(jìn)行清洗處理，同時(shí)進(jìn)行截面修補(bǔ)和裂縫注膠修補(bǔ)；在清洗處理后的混凝土表面上定位畫墨線，鑿平混凝土表面為底膠，粘貼碳纖維層，再進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。為確保加固材料不會(huì)到破壞，需要保證碳纖維布與混凝土結(jié)構(gòu)粘結(jié)可靠，同時(shí)保證能夠共同受力。在特殊環(huán)境條件下，如高濕度、腐蝕性大等環(huán)境條件下，針對(duì)需要執(zhí)行加固操作的建筑物，采用特殊施工工藝對(duì)其進(jìn)行加固，確保其符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。加固后的構(gòu)件倘若需要執(zhí)行防火處理操作，應(yīng)該按照相關(guān)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)與施工。2.2.3加固穩(wěn)定性鑒定鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固穩(wěn)定性鑒定主要是對(duì)建筑物現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查，包括建筑物平面與立面布置、裂縫、結(jié)構(gòu)側(cè)向位移、相關(guān)構(gòu)造和使用功能等。具體流程如圖6所示由圖6可知，加固穩(wěn)定性鑒定流程如下：進(jìn)行結(jié)構(gòu)布局和結(jié)構(gòu)形式等基本情況勘察，包括有關(guān)參數(shù)值的測(cè)量記錄與分析。針對(duì)結(jié)構(gòu)的使用狀況執(zhí)行調(diào)查、測(cè)試，并保證真實(shí)度，包括建筑物的內(nèi)外環(huán)境、地基基礎(chǔ)比、場(chǎng)地類別、地基穩(wěn)定性、地基承載力和材料力學(xué)性能測(cè)試等。鑒定地基是否變形，對(duì)基礎(chǔ)和樁的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)其是否出現(xiàn)裂縫、有無腐蝕以及其他損壞的情況。除此之外，結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性也需要鑒定，包括對(duì)使用功能的檢查與鑒定。上部結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的鑒定，主要通過對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的鑒定進(jìn)行反映，包括構(gòu)件的外觀質(zhì)量和缺陷檢驗(yàn)、混凝土強(qiáng)度鑒定、鋼筋配置鑒定、鋼筋力學(xué)性能鑒定等。
3實(shí)踐
3.1實(shí)驗(yàn)環(huán)境
如果混凝土的強(qiáng)度很高，碳纖維布可以充分其高強(qiáng)特性。依據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在加固過程中，加固構(gòu)件實(shí)際測(cè)量的混凝土強(qiáng)度等級(jí)需高于C15。該實(shí)驗(yàn)選取C20、C25、C30、C35等級(jí)的混凝土執(zhí)行有關(guān)的模擬計(jì)算，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀烧迟N一層碳纖維布的鋼筋混凝土梁充當(dāng)。針對(duì)高強(qiáng)鋼鉸線網(wǎng)合與碳纖維布加固下載混凝土，對(duì)鋼筋混凝土加固效果的影響進(jìn)行有關(guān)研究，通過應(yīng)變值與拉力值反映在加固效果。
3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果
不同方法承載力對(duì)比結(jié)果如表1所示。傳統(tǒng)方式高強(qiáng)鋼鉸線網(wǎng)合加固方式與碳纖維布加固方式在不同混凝土強(qiáng)度下的應(yīng)變與拉應(yīng)力的關(guān)系，如圖7、8所示。從表1及圖7、圖8可以看出，隨著混凝土強(qiáng)度的等級(jí)依次增高，粘貼一層碳纖維布加固梁的承載力，與混凝土強(qiáng)度的增加成正比。從曲線趨于平緩能夠看出，混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)但加固效果卻在降低�；炷翉�(qiáng)度等級(jí)為C20、C25、C30、C35時(shí)，傳統(tǒng)高強(qiáng)鋼鉸線網(wǎng)合加固方式的承載力提高幅度分別為18%、17.15%、16.76%、16.6%。碳纖維布加固方式的承載力提高幅度分別為27.1%、27.95%、19.16%、18.2%。從整個(gè)直觀顯示圖可以看出，與傳統(tǒng)方式高強(qiáng)鋼鉸線網(wǎng)合加固方式相比，碳纖維布加固方式的承載力強(qiáng)，加固效果更好。且混凝土強(qiáng)度越大，加固后的承載效果越好。
4結(jié)束語(yǔ)
碳纖維布加固結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究、理論分析覆蓋范圍很廣泛，并且再很多方面已經(jīng)取得了顯著效果。但是此種材料應(yīng)用時(shí)間較短，在諸多方面還存在著空白，有待進(jìn)一步深入研究。目前，碳纖維加固的研究大部分集中在靜力學(xué)領(lǐng)域，環(huán)境因素對(duì)加固效果的影響研究非常少，這也值得深入考慮。碳纖維布的加固作用可有效降低混凝土的最大壓應(yīng)變，降低梁的撓度，限制混凝土變形。粘結(jié)劑的作用機(jī)理還有待進(jìn)一步研究，如何有效將碳纖維布與混凝土粘結(jié)，也是今后研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
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