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建筑結構加固的發(fā)展與前景 |
作者：jinyijiagu 來源：本站 發(fā)表時間：2013-10-29 8:48:52
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一、前言
世界城市的發(fā)展已有5千多年，在今天的發(fā)達國家中，城市化的程度大多在70%-80%以上。據(jù)聯(lián)合國人居中心預測， 到2050年，世界城市化水平將達到61%，21世紀將成為真正的城市化世紀。我國目前的城市化進程也已步入快速發(fā)展期，預計到2010年，我國的城市化水平將由現(xiàn)在的38.9%達到45%. 城市的蓬勃發(fā)展代表著人類文明取得的輝煌成就。然而隨著城市規(guī)模的擴大，人口的急劇增長，環(huán)境的破壞變得日益嚴 重，自然恩賜給人類的資源日益匱乏，人們的生活條件和質量不斷惡化。與此同時，建筑的過度集中和無序建設，使建筑與環(huán)境的矛盾日益突出�？刂平ㄖ锏慕ㄔO數(shù)量與合理規(guī)劃成為現(xiàn)代建設者必須重視的問題，同時，提高現(xiàn)存建筑物的使用壽命及功能則成為當務之急的使命，完成這一使命的方法，便是對現(xiàn)存建筑物進行的修復與加固。
二、結構加固的現(xiàn)狀
在歐美發(fā)達國家中，目前用于建筑加固改造的投資已占國家建筑業(yè)總投資的1/2以上，美國勞工部門在20 世紀末的一項產(chǎn)業(yè)預測報告中曾經(jīng)預言：建筑維修加固業(yè)將是21 世紀最為熱門的行業(yè)之一。
我國自建國以來，特別是自上世紀70 年代末實行改革開放以后，各種房屋建筑以及城市設施數(shù)量急劇增加。據(jù)有關部門統(tǒng)計，目前我國現(xiàn)存的各種建（構）筑物的總面積至少在100 億m2以上，其中絕大多數(shù)是混凝土及砌體結構建國初期建造的大量的工業(yè)與民用建筑，服役期大都超過50年，存在各種安全隱患。一些新建成的工程項目中，由于勘察、設計和施工中的技術和管理問題，導致工程在建成初期就出現(xiàn)各種質量安全隱患。對于這些建筑物，如果不及時采取加固措施，就有可能導致重大的安全事故。為此，國家每年要投入大量資金用于建筑的加固修復，促進了建筑加固修復業(yè)的發(fā)展，形成了一個巨大的市場空間。
同時，一些現(xiàn)有建筑中，舊的結構設計在功能上不能滿足當前使用的需求，這也刺激了建筑加固修復專業(yè)的迅速發(fā)展。特別是隨著我國經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，近年來舊城改造幾乎成了各大、中城市的共同課題。這為建筑加固修復業(yè)帶來了空前的發(fā)展機遇。
三、結構加固的傳統(tǒng)方法及特點
目前土建結構常用的幾種傳統(tǒng)加固方法主要是以下幾種：
1．預應力加固法
預應力加固法，即指在原結構上增加預應力構件來承擔原結構上所受的部分荷載，從而提高原結構的承載能力的方法。目前 使用較多的主要是體外預應力加固法。
預應力法加固效果好，能較大幅度地提高結構整體承載力。但加固后對原結構外觀有一定影響；比較適用于大跨度或重型結 構的加固以及處于高應力﹑高應變狀態(tài)下的混凝土構件的加固。但不宜用于混凝土收縮徐變大的結構，另外加固后需要注意預應力鋼筋的防腐問題。
2．增大截面加固法
增大截面加固法，通常用于受彎構件，是指在原構件的上部或下部澆一層新的混凝土和補加相應的鋼筋，從而達到提高原構件承載能力的目的。 增大截面加固法是最為傳統(tǒng)的一種結構加固方法，具有成熟的設計和豐富的施工經(jīng)驗；工程成本相對較低，可用于梁﹑板柱﹑墻和一般構造物等多種混凝土結構的加固。其主要缺陷是現(xiàn)場施工的濕作業(yè)時間長，而且會帶來建筑凈空的明顯減少。
3．改變受力體系加固法
改變受力體系加固法，通常包括在梁的中間部位增設支點（剛性支點或彈性支點），將多跨簡支梁變?yōu)檫B續(xù)梁等方法。改變結構的受力體系能大幅度降低計算彎矩，提高結構和構件的承載力，達到加強原結構的目的。
該法比較簡單，而且效果可靠。但加固工作量較大，易損害建筑物的原貌和使用功能，通常還會減小建筑的使用空間。由所增加的支撐構件一般需要將荷載傳遞到基礎上，這種方法比較適用于整個建筑的加固。
4．粘鋼加固法
該加固法是通過在構件外側粘貼鋼板，鋼板通過膠粘劑與原構件共同作用，以增強結構的抗彎和抗剪能力，提高結構安全度。一般適用于承受靜力作用且處于正常濕度環(huán)境中的受彎構件的加固，是近年來發(fā)展最快的一種加固方法。 該加固法的特點是施工便捷，只需卸荷和按要求除銹后即可施工�，F(xiàn)場濕作業(yè)量少，加固后24ｈ即可投入使用，且加固后對 原結構自重、外觀尺寸和原有凈空無明顯影響，能顯著提高構件的剛度和承載能力，并且價格低廉；但加固質量很大程度上取決于膠粘劑質量和施工的水平，特別是粘鋼后一旦發(fā)現(xiàn)空鼓，進行補救比較困難。
5．外包鋼加固法
外包鋼加固法，即以角鋼外包于原構件四角，角鋼間用扁鋼焊接形成整體鋼構套的加固方法，以提高構件的承載能力和延性.一般是在要求不顯著增大構件截面，同時又可以大幅度提高結構承載能力的情況下采用，特別是結構柱周圍裹鋼，結構受力比 較可靠，同時現(xiàn)場的工作量也較小，結構截面增加也不大。主要缺點是鋼材用量較大，相應加大了工程成本；在節(jié)點處理上也有一定的難度。
四、結構加固的新方法及發(fā)展
上述常規(guī)方法在工程實踐中被大量采用，但某些情況下，這些方法自身所存在的某些局限性，使得它們不能滿足一些耐久性和美觀方面的需求，或是受到施工條件的制約而無法實施。近年來出現(xiàn)的一些新加固技術，如粘貼纖維復合材料加固法、鋼網(wǎng)水泥砂漿加固法、纖維材料的嵌入式加固法等，這些技術從一開始引進和出現(xiàn)在國內，就以它們優(yōu)異的性能、特點和加固效果得到了工程界的關注和青睞．下面著重介紹粘貼纖維復合材料加固法：
纖維材料（FRP）加固修補土建結構技術是為了突破傳統(tǒng)方法的局限性而產(chǎn)生的一項新技術。它興起于八十年代末到九十年代初的發(fā)達國家，由于其優(yōu)點多，效果明顯，在日美韓歐洲等國家和地區(qū)得到了大量的推廣，目前在加固修補技術領域已成最廣泛使用的一項技術，并已完全產(chǎn)業(yè)化。
按纖維材料的不同，可分為玻璃纖維材料﹑碳纖維材料和阿拉米德材料。其中又以碳纖維材料CFRP最具代表性，其性能特點主要有以下幾個方面：
（1）具有良好的物理力學性能：其抗拉強度為普通鋼材的10 倍以上，彈性模量相當于普通鋼材的1.1～2.4 倍；而且纖維片 材重量輕，比重僅為鋼材的1/ 4 ；厚度小，一般片材增強層厚度在0.1mm～0.2mm 之間，因此基本上不增加結構截面尺寸和自重。
（2）現(xiàn)場施工方便：沒有濕作業(yè)和明火施工，占用場地小，也不需要大型施工機具，因此施工方便、工效高、施工質量容易得到保障。
（3）使用范圍廣：可用于梁、板、柱及橋梁、隧道、煙囪等多種結構的加固補強。特別是在曲面殼體和復雜節(jié)點的加固中，具有其它加固方式無法比擬的優(yōu)勢，與混凝土的有效接觸面積可達100 %。
（4）具有良好的耐久性和耐腐蝕、抗磁性等性能特點。
該材料技術用于土建結構加固始于上世紀80 年代中期。1991年歐洲首先用CFRP完成了國際上第一座橋梁加固后，該項技術 便在世界上迅速推廣，特別是在上世紀90 年代中期日本阪神大地震后的重建過程中，該項技術得到了大量的應用。
我國在該領域的研發(fā)工作從1997 年開始起步， 98年才開始實際的工程應用。至目前為止，國內已有近十個科研院所、十余所高校對其技術性能進行研究，取得了大量的科研成果。由國家冶金建筑研究總院、清華大學等單位所承擔的國家“九五”重點科技攻關項目《碳纖維材料加固修復混凝土結構技術研究開發(fā)與應用》的系列科技成果已于2001 年通過國家鑒定，并編制了中國工程建設標準化協(xié)會標準《碳纖維片材加固修復混凝土結構技術規(guī)程》。
五、結語
我國建筑市場巨大，當前土建結構的加固改造是我們面臨的一項意義重大的任務。隨著建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展，建筑物的加固、維修、改造的應用領域和范圍也將越來越廣，各種新的加固技術必將不斷地涌現(xiàn)，結構的加固技術也必將取得更長足的發(fā)展。 |
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