钢筋混凝土结构构件受力裂缝与加固方法探讨

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　　摘要:目前钢筋混凝土结构的建筑在我国各类建设项目中占绝大多数。随着钢筋混凝土建筑物服役时间的增长,老旧建筑物日益增多,钢筋混凝土结构的安全可靠性己逐渐成为土木工程领域普遍关注的问题。如何采取有效的加固措施对受损建筑物进行处理以恢复其使用功能是工程技术人员面临的重要课题,也是本文研究的初衷。
　　关键词:受力裂缝 混凝土结构 加固
　　
　　一、钢筋混凝土结构裂缝的产生机理
　　裂缝是一种常见的建筑工程质量通病,它不仅影响建筑物的美观和使用功能要求,还会破坏墙体的整体性,影响结构安全,甚至会降低结构的耐久性。许多混凝土结构、砌体结构等建筑物在建设和使用的过程中出现了不同程度、不同形式的裂缝。混凝土的抗拉强度比抗压强度小得多,在不大的拉应力下就可能出现裂缝。过宽的裂缝会影响结构的正常使用功能,导致构件中钢筋的锈蚀,降低结构的耐久性;同时,过宽的裂缝影响结构的外观,引起人们心理上的不安。过去,使用荷载下钢筋的应力不高,一般构件的裂缝并不构成严重的问题。但是随着高强度钢筋的采用,钢筋工作应力的提高,以及日益突出的耐久性问题,裂缝控制越来越成为需要特别考虑的问题。对于钢筋混凝土结构,裂缝使大气中的二氧化碳很快渗透到混凝土中去,加快了裂缝处混凝土的碳化速度,从而缩短了结构从制作到钢筋开始锈蚀(即碳化历程)所经历的时间。而化学介质、气体、氧分子及水分子等也同时侵入裂缝,破坏钢筋的钝化膜,在钢筋表面发生电化学反应,引起起钢筋锈蚀,影响结构的使用寿命。
　　二、钢筋混凝士结构构件裂缝的常见形态
　　目前的建筑基本上都采用现浇钢筋混凝土楼面。现浇钢筋混凝土楼板对房屋的整体性、抗不均匀沉降性和结构安全性均有很大提高,但也伴随产生了一些裂缝的情况,大部分裂缝表现为:表面龟裂,纵向、横向裂缝以及斜向裂缝。虽然,这些裂缝一般被认为对使用无多大危害,但在实际设计与施工中仍有必要对其进行有效控制,特别是避免有害裂缝的产生。钢筋混凝土构件开裂的原因很多,但可归结成两大类:第一类:由外荷载引起的裂缝,也称为结构性裂缝、受力裂缝,其裂缝与荷载相应,预示结构承载力可能不足或存在严重问题。第二类:由变形引起的裂缝,也称非结构性裂缝,如温度变化、混凝土收缩、地基不均匀沉降等因素引起的变形,当此变形得不到满足,在结构构件内部产生自应力,当此自应力超过混凝土抗拉强度时,即会引起混凝土裂缝。对于现浇钢筋混凝士,由变形为主引起的裂缝所占的比例更大,几乎所有的现浇混凝土裂缝都是由变形为主引起的荷载所引起的,而在当前大量工程中都采用外墙有机聚合物外保温的情况下,温度裂缝有所减少,混凝土的收缩作用就成了引起裂缝的主要因素。按出现的位置划分,混凝土现浇裂缝的形态主要有以下6种类型:1)45度角斜裂缝:该类裂缝主要分布在房屋四角及内外墙交接角部,且大多数裂缝穿透楼板,裂缝形态一般呈中段宽,两端窄,端头消失在圈梁边,与外墙夹角约成45度,宽度不大于1mm。2)平行于楼板短边和长边的裂缝:这类裂缝常出现在楼板中部,多发生于楼板整体连续浇注的工程中,通常贯通楼板,宽度可达0.5一1.5~。3)穿线管位置裂缝:这类裂缝位于板内埋设线管的地方,裂缝分布沿线管走向。裂缝常常上下贯通,缝宽较大。4)异性板拐角处裂缝。5)板面顺钢筋方向的裂缝。6)板面分布的不规则裂缝,裂缝宽度较小,深度也较浅。
　　三、钢筋混凝土结构构件的加固方法
　　1.直接加固法
　　直接加固法是通过一些技术措施,直接提高构件截面的承载力刚度等,目前常用的直接加固法有以下几种。1)大截面加固法。加大截面加固法是一种传统的加固的方法, 是采用同种材料即混凝土和钢筋对水工程原结构进行加固补强的一种施工技术。其技术要点就在于用钢筋混凝土来增大原水工程混凝土结构截面面积以提高结构的承载力为目的的一种传统方法。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、墙和一般构造物的混凝土的加固;但现场施工的湿作业时间长,对生产和生活有一定的影响,且加固后的建筑物净空有一定的减小。鉴于此,该方法适用于水工程中病险的梁、板、柱、墙等钢筋混凝土结构的加固。在钢筋混凝土受弯构件受压区加混凝土现浇层,可增加截面有效高度,扩大截面面积,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。 另外,需要指出的是该法最大的施工问题,就是必须保证新、旧两部分钢筋混凝土共同受力并整体工作的问题,而新、旧混凝土的结合面却是加固结构受力时的薄弱环节。如在原有钢筋混凝土柱的周边,浇筑一层钢筋混凝土围套,通过采取一些有效技术措施保证新旧钢筋混凝土形成整体,这样就可以提高柱的承载力和刚度。2)外包钢加固法。包钢加固法是把型钢或钢板等材料包在被加固构件的外侧,采用四角包裹角钢,角钢间用扁钢相连。然后灌注结构胶与原结构粘结、键合。使后加型钢与原结构共同工作,特别适用于需大幅度提高构件承载力的结构。外包钢加固法分湿式与干式两种情况。两者相比,干式外包钢施工较为简便,湿式外包钢加固施工较为复杂。但承载力提高量、整体工作性能及受力特点干式外包钢不如湿式外包钢有效。如在钢筋混凝土柱的四角,设置角钢,并用缀板将角钢连成一体,采取一些技术措施保证角钢参与工作,这样就起到了对柱子的加固作用。外包钢加固混凝土构件时,型钢表面必须进行防护处理。可以在外包钢的表面点焊一层钢丝,然后用1:3水泥砂浆抹25mm厚的保护层,亦可采用聚合物砂浆或其他饰面材料加以保护。3)预应力加固法。预应力加固法是采用外加预应力的钢拉杆对结构进行加固的方法 ,适用于要求提高承载力、刚度和抗裂性及加固后所占用空间小的桥梁。可分为预应力拉杆加固和预应力撑杆加固 ,其中预应力拉杆加固主要用于受弯构件 ,以梁身为锚固体 , 通过预应力张拉对梁的受拉区域施加外力 ,以抵消结构本身的自重 ,减少车辆荷载作用下的应力 , 能够减少梁体出现过多的裂缝 ,以及减小裂缝宽度。预应力撑杆加固主要用于桥梁下部结构的轴心受压墩柱 ,但在实践中桥梁墩柱加固也很少采用这种方法。根据预应力筋的工作情况,一种是在原构件的体外,通过锚固端与支撑点传递力,另一种是张拉后再浇混凝土,通过新旧混凝土之间的粘结传递力。4)外部粘贴加固法。粘贴钢板加固法是混凝土构件和桥梁加固中采用较多的一种方法。目前外部粘贴加固法主要有粘钢加固法和纤维加固法两种。粘钢加固法是在构件表面用特制的建筑结构胶粘贴钢板,以提高结构件承载力的一种加固方法。这种加固方法具有施工方便、周期短、占用空间不大、对环境影响小,以及加固后不影响结构的外观等优点,因此是一种适用面广的先进加固方法,不仅建筑,而且公路桥梁也普遍采用。纤维增强复合材料加固法是把高性能的纤维织物,如玻璃纤维、碳纤维和阿拉米德纤维等,放置在环氧树脂等基材上,经胶合凝固后形成的。纤维是用纱结合成不同的几何形状,可以是单一方向的也可以是不同方向的,它决定复合材料的结构特性。树脂则是作为粘结介质,传递分布纤维间的应力,保证其形成整体均匀受力。
　　2、间接加固法
　　目前常用的间接加固法有以下几种。l)增设构件加固法。设构件加固法是在原有构件之间增加新的构件,如两棍屋架间加设一副新屋架,在两根梁之间增加一道新梁,在两根柱子之间增加一个新柱等,以减少原有构件的受荷面积,减少荷载效应,达到结构加固的目的。该方法对原有建筑的建筑功能可能会有影响。所以该方法一般适合于增加构件后不影响使用要求的民用建筑梁柱等的加固。2)增设支点加固法。设支点加固法是在梁、板等构件上增设支点,在柱子、屋架之间增设支撑构件,减少结构构件的计算跨度(长度),减少荷载效应,发挥构件潜力,增加结构的稳定性,达到结构加固的目的。按照支撑结构的受力性能,增设支点加固法分为刚性支点加固法和弹性支点加固法。在刚性支点加固法中,新增设支点的变形相对被加固构件的变形而非常小,可以近似视为不动支点,例如在梁的中间设置一个支撑柱,该柱通过受压把荷载传递给基础,由于支撑构件受压,所以变形非常小。在弹性支点加固法中,新增设支点的变形较大,不能忽略不计。 3)增加结构整体性加固法。增加结构整体性加固是通过增设支撑等一些构造措施使多个结构构件形成整体共同工作。由于整体结构破坏的概率明显小于单位构件,因此在不加固原有构件中任一构件的情况下,整体结构可靠度提高了,达到了结构加固的目的。4)改变结构刚度比加固法。改变结构刚度比加固法是对采取一些局部措施,改变原有结构的刚度比,调整结构在荷载作用下的内力分布,改善结构受力状况,达到加固的目的。该方法一般多用于提高结构抗水平作用的能力。5)卸载加固法。采用新型轻质材料置换原有建筑分隔和装饰材料,如用轻质墙板置换原有砖隔墙等,通过减少荷载提高结构的可靠性,达到结构加固的目的。
　　
　　参考文献:
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