浅谈结构检测及加固方法
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作者: 姜作君
摘要：系统分析和介绍了目前建筑结构常用的检测方法与加固方法，重点介绍了钢筋混凝土结构加固方法的主要特点、适用范围。建筑结构检测、加固的设备在日益发展，同时，结构的问题也经常表现出个性特征，因而检测、加固方法也必须不断发展和创新。灵活的运用检测、加固方法，可以取得事半功倍的效果。
关键词：建筑结构；检测；加固
在现代建筑结构设计和施工中，建筑结构的安全、可靠是建筑工程的头等大事。建筑物在规定的时间内，在规定的条件下，即正常设计、正常施工、正常使用和维护的条件下，应满足安全性，适用性和耐久性的要求。在需要对建筑物的施工质量进行评定时，或当建筑物由于某种原因不能满足某项功能的要求或对满足某项功能的要求产生怀疑时，就需要对建筑物的整体结构、结构的某一部分或某些构件进行检测。当判定被检结构存在安全隐患时，就应该对其进行加固处理，或者拆除。
建筑结构试验检测技术是以相应现行规范为根据、以实验为技术手段，测量能反映结构或构件实际工作性能的有关参数，为判断结构的承载能力和安全储备提供重要依据。建筑结构试验检测不仅对新建工程安全性能的评定起重要作用，而且对于危旧房屋的更新改造、古建筑和受损结构的加固修复等提供直接的技术参数。
1、常用检测方法
结构检测工作包括的内容比较多，一般有结构材料的力学性能检测、结构的构造措施检测、结构构件尺寸检测、钢筋位置及直径检测、结构及构件的开裂和变形情况检测及结构性能实荷检测等。我们按所检的结构种类把建筑结构检测方法分为：混凝土结构检测包括结构性能实荷检测、混凝土强度回弹法、超声波法、超声回弹综合法、取芯法、拉拨法；砌体结构检测包括轴压法、扁顶法、原位单剪法、原位单砖双剪法、推出法、筒压法、砂浆片剪切法，回弹法、点荷法、射钉法；钢结构检测包括结构性能实荷检测与动测、超声波无损检测、射线检测、涡流检测、磁粉检测、涂层厚度检测、钢材锈蚀检测和钢－混凝土组合结构检测包括钢管混凝土的强度与缺陷检测等。
对某些结构或构件为获得其结构承整体受力性能或构件承载力、刚度或抗裂性能，可进行结构或构件的整体性能的静力实荷检验。对某些重要建筑和大型的公共建筑还可进行结构的动力测试。其中静力实荷检验可分为使用性能检验、承载力检验和破坏性检验。使用性能的检验主要用于验证结构或构件在规定荷的作用下不出现过大的变形和损伤，结构或构件经过检测后还必须满足正常使用要求；承载力检验主要用于验证结构或构件的设计承载力；破坏性检验主要用于确定结构或模型的实际承载力。
对混凝土结构的混凝土材料强度目前广泛应用的检测方法是钻芯法和回弹法。钻芯法是在建筑构件上钻取混凝土芯样直接进行抗压强度检验，结果准确可靠，但会造成对结构物局部的损坏，尤其是对重要的结构部位，无法进行大量的检测。非破损法中的回弹法、超声法、超声一回弹综合法所测定的参数(回弹值、声速值)对混凝土强度来说并不很敏感，测试结果精度不高。拔出法是一种介于钻芯法和非破损检测方法之间的混凝土强度微破损检测方法，操作简便易行，对结构物损伤极小，又有足够检测精度，尤其是近20年才出现的后装拔出法无需预先在混凝土中埋置锚固件，而是在己硬化的混凝土上通过钻孔、扩槽、嵌入的方法将锚固件置入并固定其中，因此，在己硬化的新旧混凝土的各种构件上都可以使用，适应性很强，检测结果的可靠性也较高，特别是当现场结构缺少混凝土强度的有关试验资料时，是非常有价值的一种检验评定手段。但在我国，研究起步较晚，且受各种因素限制，其应用却不及回弹法和超声法那么广泛和普遍，仍有待于加强对拔出法的深入研究以及在工程实践中的推广与应用。对砌体结构的检测目前主要使用轴压法、扁顶法、原位单剪法、原位单砖双剪法、推出法、筒压法、砂浆片剪切法、回弹法、点荷法、射钉法。这些检测方法大致可分为两类：直接法和间接法，前者为检测砌体抗压强度和砌体抗剪强度的方法，后者为测试砂浆强度的方法。
由于钢结构的材质均匀，因此具有强度、塑性与韧性均能较方便地进行测试的优势。但其最大的缺点是：钢材易腐蚀，耐火性差，同时钢结构是一类缺陷敏感性结构，所以钢结构的检测主要是针对材料与连接缺陷以及锈蚀程度与涂层厚度的检测。通常所采用的方法有：超声波无损检测、渗透检测、射线检测、涡流检测、磁粉检测、钢材锈蚀检测及涂层厚度检测等。
2、常用结构加固方法
2.1 加大截面加固法：加大截面加固法是在钢筋混凝土构件外部外包混凝土(通常是在钢筋混凝土受弯构件受压区增加混凝土现浇层，受拉区增加配筋量)，增大构件截面积和配筋量，增加截面有效高度，从而提高构件正截面抗弯、斜截面抗剪能力和截面刚度，起到加固补强的作用。在适筋范围内，由于混凝土受弯构件正截面承载力随着钢筋截面积和强度的增大而提高。在原构件正截面配筋率不太高的情况下，增大主筋截面积或强度，增加现浇钢筋混凝土围套增大构件截面，通过新加部分和原构件共同工作，可有效地提高原构件正截面抗弯、斜截面抗剪承载力和截面刚度，改善正常使用性能。
优点：加大截面加固法施工工艺简单、适应性强，并具有成熟的设计和施工经验；适用于梁、板、柱、墙等构件和一般构造物的钢筋混凝土加固。
缺点：现场施工的湿作业工作量大，养护时间较长，对生产和生活有一定的影响，而且加固后构件的截面增大，对建筑物的净空和外观有不小影响。更为重要的是增加的外包混凝土与原有构件的混凝土材龄相差较大，要解决好新加部分与原有部分混凝土的整体工作共同受力，是一个很复杂的问题，并且受制的因素较多，现阶段只能增加有利的构造措施。
2.2 置换混凝土加固法：该法是剔除部分陈旧的混凝土，置换成新的混凝土，新混凝土的强度等级应比原结构、构件提高一级，且不得低于C20级。比较适用于钢筋混凝土构件的局部加强处理，有时也用于受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的梁、柱等钢筋混凝土结构构件的加固。
优点：与加大截面加固法相近，而且构件加固后不影响结构原先的净空，能恢复结构原先的外观。缺点：同样存在施工的湿作业时间长、养护时间较长的缺点，而且剔除陈旧混凝土的工作量大，容易伤及原构件的钢筋，所以在施工过程中对原构件可能造成的屈服、疲劳、失稳等破坏状态要进行全面严密的评估。
2.3 粘结外包钢加固法：粘结外包型钢加固法是把型钢(钢板)包在被加固构件的外边，即采用环氧树脂化灌浆等方法把型钢与被加固钢筋混凝土构件粘结成一整体，使钢材与原构件整体工作共同受力。加固后的构件，由于受拉、受压区钢材截面积增大，从而正截面承载力和截面刚度都有大幅度提高。该方法常用干柱、桁架、梁和一般钢筋混凝土结构物的加固，特别是构件加固后不允许显著增大原构件截面尺寸，但又要求大幅度提高构件承载能力的钢筋混凝土构件。
优点：受力可靠，施工简便，现场工作量较小，能显著提高结
构、构件的承载能力而且对结构使用空间的影响小，施工简便且湿作业量较少。
缺点：用钢量较大，加固费用较高，对使用环境的温度有限制，不宜在无防护的情况下用于600℃以上的高温场所。
2.4 粘钢加固法：外部粘钢加固法是在钢筋混凝土受弯构件承载力不足区段(正截面受拉区、正截面受压区或斜截面)表面用特制的建筑结构胶粘贴钢板，使其整体工作共同受力，以提高结构构件承载力的一种加固方法。该方法的实质是一科体外配筋，提高原构件的配筋量，从而相应提高构件的刚度、抗拉、抗压、抗弯和抗剪等方面的性能，适用于承受静力作用且处于正常湿度环境中的受弯或受拉构件的加固。
优点：该方法施工方便快捷，现场无湿作业或仅有抹灰等少量湿作业，对结构的外形、净空等影响较小，在施工过程中刘生产和生活无显著影响。因此在房屋建筑领域和公路桥梁领域中都得到了普遍采用。
缺点：该法加固对结构胶的要求较高，结构胶必须是强度高、粘结力强、耐老化、弹性模量高、线膨胀系数小、具有一定弹性，其加固效果在很大程度上取决于胶粘工艺与操作水平，所以在设计施工过程中必须要非常慎重。
2.5 粘贴纤维增强塑料加固法：外贴纤维加固是用特制胶结材料把纤维增强复合材料贴于被加固构件的相应区域，使它与被加固构件截面共同工作，达到提高构件承载能力的目的。目前常用粘贴碳纤维复合材料的方法来加固。此法可用于各种受力性质的钢筋混凝土构件和一般构筑物构件。
优点：除具有粘贴钢板相似的优点外，还具有轻质高强(几乎不增加结构自重)、耐腐浊、耐潮湿、持久耐用、维护费用较低、施工方便快捷等优点，而且一般无需搭接，能适应曲面形状混凝土的粘贴要求。
缺点：对使用环境的温度有限制，且需作专门的防护处理，特别是防火。若防护不当，易遭受火灾和人为损坏。
我国从1997年开始对碳纤维复合材料加固钢筋混凝土结构的技术进行研究，如今被用于房建、桥梁等多种钢筋混凝土结构构件的加固，未来这种粘碳纤维复合材料的加固方法将会被更加普遍的采用。
优点：高强高效，施工方便快捷，施工工期短，不需要大型施工机械，操作简单，具有极佳的耐腐蚀性和耐久性，适用面广，施工质量容易保证，对结构的净空、外观等影响小。
缺点：弹性模量小，对于需要加固刚度的构件来说不太适用；耐火性与耐高温性能差，一般的环氧树脂在100摄氏度时力学性能会受到较大影响，只有特殊的环氧树脂可以在200摄氏度的高温下正常工作；延性不足，构件变形过大时会引起碳纤维的脆性断裂，导致结构的脆性破坏，对于需要较大变形或对抗震要求比较高的结构来说，这一点是十分不利的。
2.6 绕丝加固法：直接在构件外饶上高强钢丝(钢绞线)，该方法的优缺点与加大截面法相近。适用于混凝土结构构件斜截面承载力不足的加固，或需要对受压构件施加横向约束力的场合。在加固防腐要求较高的构件时，利用镀锌钢绞线和防腐砂浆组成的复合材料对混凝土构件进行加固补强，两种材料在加固中起着不同的作用，防腐高强钢丝起到抱箍的作用，防腐砂浆起到锚固钢丝和保护层作用，使其共同工作整体受力，以提高构件的承载力。这种方法实际是一种体外配筋，通过提高构件的配筋率，从而相应提高构件的承载能力，所以被广泛地应用在钢筋混凝土建筑物的加固处理及水中钢筋混凝土结构的防渗漏、防腐蚀加固处理。
2.7 增设支承加固法：增设支承加固法是在需要加固的结构构件中增设支承，减少受弯构件的计算跨度，从而减少作用在被加固构件上的荷载效应，达到提高结构构件承载力水平的目的。常用于对使用条件和外观要求不高的场所。该法简单可靠，受力明确，易拆卸，易恢复原貌。但是，严重损害原建筑物的原貌和使用空间，所以要用在具体条件许可的钢筋混凝土结构加固。
2.8 预应力加固法：该法是一种采用外加预应力钢拉杆(分水平拉杆、下撑式拉杆和组合式拉杆)或撑杆，对结构进行加固的方法。预应力加固法广泛用于混凝土梁、板等受弯构件以及混凝土柱(用预应力顶撑加固)的加固，具有广泛的应用前景。该法加固效果好而且费用低，但增加了施加预应力的工序和设备。
对于混凝土结构，在选择加固方法的同时还需选择相应的配套技术。其中施工技术一般有：托换技术。该技术系托梁(或桁架，以下同)拆柱(或墙，以下同)、托梁接柱和托梁换柱等技术的概称。托换技术属于一种综合性技术，由相关结构加固、上部结构顶升与复位以及废弃构件拆除等技术组成，适用于已有建筑物的加固改造。与传统做法相比，具有施工时间短、费用低、对生活和生产影响小等优点。但对技术要求比较高。需要由熟练工人来完成，才能确保安全。
植筋技术。该技术系一项对混凝土结构较简捷、有效的连接与锚固技术，可植入普通钢筋，也可植入螺栓式锚筋，已广泛应用于已有建筑物的加固改造工程。如：施工中漏埋钢筋或钢筋偏离设计位置的补救，构件加大截面加固的补筋，上部结构扩跨、顶升对梁、柱的接长，房屋加层接柱和高层建筑增设剪力墙的植筋等。
裂缝修补技术。该技术根据混凝土裂缝的起因、性状和大小，采用不同封护方法进行修补，使结构因开裂而降低的使用功能和耐久性得以恢复；主要适用于已有建筑物中各类裂缝的处理，但对受力性裂缝，除修补外，尚应采用相应的加固措施。碳化混凝土修复技术。该技术系指通过恢复混凝土的碱性(钝化作用)或增加其阻抗而使碳化造成的钢筋腐蚀得到遏制的技术，目前这一技术还不够成熟。混凝土表面处理技术。该技术是指采用化学方法、机械方法、喷砂方法、真空吸尘方法、射水方法等清理混凝土表面污痕、油迹、残渣以及其它附着物的专门技术。
3、结语
结构在长期的自然环境和使用环境的作用下，其功能必然逐渐减弱，我们结构工程的任务不单要做好建筑物前期的设计工作，还要能科学的评估结构损伤的客观规律和程度，并采取有效的方法保证结构的安全使用，那么，结构的加固将成为一项重要的工作。可以预见的是21世纪，人类建筑物还会以混凝土结构、钢结构、砌体结构等为主，现阶段我认为我们在结构加固这方面的研究还应该以此为主要突破方向。
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