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工程结构加固
结构加固一体化服务
技术方案概述
既有混凝土/钢结构受自然环境、使用环境等各种因素的影响,可能出现不同程度的承载力不足、变性过大等缺陷,可采取结构加固补强等较为经济的方法,使结构满足承载力和使用功能要求。 本专项服务基于多年来与高校和大型设计院的协作,以及本公司从业人员丰富的结构设计和加固处理经验,对不同的结构需求场景,提出有针对性的加固技术方案,包括加大截面、增补钢筋、预应力、改变传力途径、改变受力体系、粘钢、包钢、粘贴碳纤维等,并付诸工程实施。
技术标准
《混凝土结构加固设计规范》(GB 50367-2006);
《公路桥梁加固设计规范》(JTG/T J22-2008);
《建筑结构加固工程施工质量验收规范》(GB 50550-2010);
《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》(GB 50728-2011)。
混凝土结构主要加固方案
增补钢筋
植筋技术又称钢筋生根技术,在原有混凝土结构上钻孔,注结构胶,把新的钢筋旋转插入孔洞中。此技术广泛用于设计变更,增加梁、柱、悬挑梁、板等加固和变更工程。
钢筋螺栓锚固法
施工准备
施工前应认真阅读设计施工图,必须要将结构面清理干净,按设计图纸,放线标明钢筋锚固点的钻孔位置,钻孔位置标明后由现场负责人验线。
钻孔
按设计图纸要求明确螺栓锚固位置、成孔直径及锚固深度。
清孔
钻孔完成后,将孔周围半径0.5米范围内灰尘清理干净,用气泵、毛刷清孔,此过程要作到三吹两刷,即吹孔三次、清刷两次,清刷完毕后,用棉丝沾丙酮,清刷孔洞内壁,使孔洞内最终达到清洁干燥;如遇较潮湿的情况,还须用加热棒,进行干燥处理;
若为水钻孔:用清水将孔内泥浆冲刷干净,用棉丝将孔擦净,等孔晾干后再进行下一道工序,如工期紧,可用加热棒进行干燥处理;
用干净棉丝将清洁过的孔洞严密封堵,以防有灰尘和异物落入;
现场负责人检查清孔工作,请总包及监理验收,做好隐检记录。
钢筋清理
在钢筋端部相应位置做上标记,标示好除锈清理的长度范围;要求此长度范围大于要求锚固深度50mm;
启动磨光机,用钢丝刷将除锈清理长度范围内的钢筋表面打磨出金属光泽为止;
将除锈清理好的钢筋放在干燥处整齐码放;
用棉丝蘸丙酮,将除锈清理长度范围内的钢筋表面擦拭干净;
将所有处理完的钢筋码放整齐,报请现场负责人检查。
钢筋埋植
钢筋锚固用胶的配制。(具体配比使用方法参见相应产品说明,或听从现场负责人要求)要求:按比例配制且搅拌均匀;
如为盲孔钢筋埋植:将锚固用胶注入孔洞内2/3 即可;将处理好的钢筋,除锈清理端朝向孔洞,一边向同一方向旋转,一边缓慢将钢筋插入洞内,直至到达孔洞底部为止。此时,如无锚固用胶从洞内溢出,说明注胶量不够,须将钢筋拔出,重新注胶,再次插入钢筋,直至能使胶溢出洞口;
如为通孔钢筋埋植:先将处理好的钢筋插入孔内,孔两端用环氧砂浆封堵,封堵时,须在一端留出注胶孔,另一端留出出气孔;待环氧砂浆凝固后方可进行高压注胶。将配制好的锚固用胶装入打胶筒内,安装打胶嘴;将锚固用胶通过注胶孔注入孔洞内,直至另一端出气孔溢出胶为止;而后,用环氧砂浆或其它材料将注胶孔及出气孔封堵死;
如是垂直通孔植筋,前期步骤同第3条,注胶时应从孔底部的注胶口向上注胶,以孔上部出气口出胶为宜;
对已埋植好的钢筋要做好保护工作,如挂明显标志牌等。以防锚固用胶在固化时间内,钢筋被摇摆动或碰撞,影响埋植效果;
用棉丝蘸少许丙酮,清理工作面遗留的胶及清理工作面的垃圾。注意:在清理遗留胶的时候,要小心轻缓,不得对钢筋进行摇摆或碰撞;
报请现场负责人检查。
成品保护
在锚固用胶固化前应对埋植好的钢筋进行必要的违挡,固定;做好标示、标牌
粘钢
用粘结剂粘贴钢板补强、加固的钢筋混凝土结构构件,能大大提高其原设计承载力和抗破坏能力。这是因为粘贴钢板后,提高了原结构构件的配筋量,相应就提高了结构构件的抗拉、抗弯、抗剪等方面的力学性能,而这些性能是靠结构胶粘剂的良好粘结性能,把钢板与混凝土牢固地粘结在一起,形成整体,有效地传递应力,共同工作来保证的。
外包型钢加固
基本概念
包钢加固亦称粘结外包型钢加固法,钢筋混凝土梁柱外包型钢加固称之为包钢加固。当以乳胶水泥粘贴或以环氧树脂化学灌浆等方法粘贴时,称之为湿式包钢加固。适用于使用上不允许显著增大原构件截面尺寸,但又要求大幅度提高其承载能力的混凝土结构加固。
技术特点
该法受力可靠、施工简便、现场工作量较小,但用钢量较大,且不宜在无防护的情况下用于600C以上高温场所;能不增大构件截面尺寸,大幅度地提高混凝土柱的承载力。
粘贴碳纤维
将抗拉强度极高的碳纤维用环氧树脂预浸成为复合增强材料(单向连续纤维);用环氧树脂粘结剂沿受拉方向或垂直于裂缝方向粘贴在要补强的结构上,形成一个新的复合体,使增强粘贴材料与原有钢筋混凝土共同受力增大结构的抗裂或抗剪能力,提高结构的强度、刚度、抗裂性和延伸性。
施工工艺:表面处理→涂刷底胶→修补找平→胶料配制→粘贴碳纤维→表面防护→检验
结构托换
结构托换技术是指对原有影响建筑使用功能的承重结构采用改变受力体系的方法进行的功能改造,目的是获得更大的理想使用空间。结构托换采用的方法一般为型钢托换、钢筋混凝土托换、桁架托换等。
地基基础托换技术是指因城市修建的地铁或地下隧道不可避免地从楼房底下穿过,为了避免拆除重建必须对地面上的楼房进行桩基托换。该技术主要是对地下隧道穿过需切断的楼房桩基,先在其承台附近采用梁式转换层将此部份桩基承受的上部荷载传递到隧道外侧的新建桩基础上,由托换梁-新加桩组成的托换结构体系代替。同时为了确保被托换楼房在断桩和隧道通过后不产生开裂、倾斜等破坏,采取了托换梁预应力张拉、千斤顶预顶、桩底注浆等技术,桩基托换可应用微型嵌岩钢管灌注桩、砼界面连接等多项技术。
加大截面
增大截面加固技术,也称为外包混凝土加固技术,它是增大构件的截面和配筋,用以提高构件的强度、刚度、稳定性和抗裂性,也可用来修补裂缝等,这种加固技术适用范围较广,可加固板、梁、柱、基础和屋架等。根据构件的受力特点和加固目的的要求、构件几何尺寸、施工方便等可设计为单侧、双侧或三侧的加固,四侧包套的加固。
根据不同的加固目的和要求,此技术又可分为加大断面为主的加固,和加配筋为主的加固,或者两者兼备的加固。加大截面为主的加固,为了保证补加混凝土正常工作,亦需适当配置构造钢筋。加配筋为主的加固,为了保证配筋的正常工作,需按钢筋的间距和保护层等构造要求适当增大截面尺寸。加固中应将钢筋加以焊接,作好新旧混凝土的结合。
钢结构主要加固方案--提高结构抗力法
提高结构抗力法是在局部或沿构件全长进行补强,主要方法有:加大截面法、连接的加固和加固件的连接、裂纹的修复与加固等。
加大截面法
加大截面法是通过加大构件的截面积来提高构件的刚度和承载能力。对于构件不同的受力特征,其加大截面的形式也不尽相同。
加大截面法时应考虑以下因素:
保证加固构件有合理的传力路径,使其与原构件能共同工作;
加固构件布置应适应原构件几何形状或已发生的变形,以利施工;
尽量减少加固施工工作量,如采用焊接或粘接的形式;
采用焊接时,应尽量减少焊接工作量,注意焊接顺序,降低焊接变形和应力,尽量避免仰焊。在负载状态焊接应采用较小焊接尺寸,并应首先加固对原有构件影响较小、构件最薄弱的部位等;
轻钢结构中的小角钢和圆钢杆件不宜在负载状态下进行焊接,必须焊接时应采取适当措施;
加大截面尺寸不能过多削弱原构件的承载力,尽量采用小螺栓和高强度螺栓,焊接时应尽量避免采用与原构件应力方向垂直的焊缝。否则应采取专门措施。
轴心受力构件加固后,应考虑构件截面形心偏移的影响。
连接的加固与加固件的连接
连接加固是钢结构加固中较为复杂的环节,钢结构加固连接方法应根据结构的受力状态、施工条件,并结合原有连接方法来确定。在同一受力部位连接的加固中,不宜采用刚度相差过大的加固措施。
焊缝连接的加固
当使用焊接施工较方便时,且加固处允许采用焊缝连接时,可考虑采用焊缝进行加固。焊缝加固应首先考虑增加焊缝长度来实现,其次考虑增加焊脚尺寸、同时增加焊缝长度和焊脚尺寸、增加独立的新焊缝等方式。
焊接连接加固时,应严格控制垂直于受力方向的横向焊缝,以确保焊接时的受力安全。
螺栓连接的加固
原有螺栓松动、损害失效或连接强度不足需要更换或新增时,应首先考虑采用相同直径的高强度螺栓连接,也可采用焊接。
在《钢结构高强度螺栓连接技术规程》JGJ 82-2011中,提出了考虑摩擦型高强度螺栓连接和贴角焊缝共同承担同一剪力进行设计的栓焊并用连接形式和在梁、柱、支撑构件的拼接及相互间的连接节点中,翼缘采用熔透焊缝连接,腹板采用摩擦型高强度螺栓连接的栓焊混用连接形式。
加固件的连接
加固件与被加固结构间的连接,应根据设计受力要求经计算并考虑构造和施工条件确定。
裂纹的修复与加固
在结构构件上发现裂纹时,作为应急措施,可在板件裂纹的端外钻孔,以防止其进一步急剧扩展(该孔称为止裂孔),并及时根据裂纹性质及扩展倾向再采取恰当措施修复加固。
修复裂纹应优先采用堵焊的方式,堵焊的施工顺序一般为:清洗裂纹两边80mm以上范围内板面油污至露出洁净的金属面;用气刨、风铲或砂轮将裂纹边缘加工成坡口,直达纹端的止裂孔;将裂纹两侧及端部金属预热至100~150℃,并在焊接过程中保持此温度;用与钢材相匹配的低氢或超低氢型焊条施焊,并尽可能用小直径焊条流分段分层逆向施焊,每一道焊完后宜立即进行锤击;对承受动力荷载的构件,堵焊后其表面应磨光,使之与原构件表面齐平。
钢结构主要加固方案--减小作用效应法
减小作用效应法的思路是采用改变荷载分布状况(如将集中荷载改为多个集中荷载)、传力途径、节点性质、边界条件、增设附加杆件和支撑、减小杆件自由长度、施加预应力、考虑空间协同工作等措施,改变构件的受力特征,降低其应力水平。对超静定结构支座还可以进行强迫位移。
受弯构件的加固
虑减小作用效应时,受弯构件加固的方法主要有:
调整结构支座位置,改变结构跨度;
改变端部支撑情况,如该铰接和钢接;
增加中间支座,将简支改为连续;
将构件改为支撑式结构。
桁架杆件的加固
改变桁架杆件内力的方法主要有:
增加撑杆,变桁架为撑杆式构架;
加设预应力拉杆。
改善构件受力状况
在结构中可以采用以下方法改善构件的受力状况:
加强节点和增加支撑,如:采取相应措施,使钢屋架和天窗架共同工作;
排架和框架中,为减小加固工作量和加固施工影响,集中加强某一柱列刚度,其他柱列可不加固或少加固。
增加支撑或辅助构件
增加屋盖支撑及结构空间刚度使排架柱可以按空间结构进行验算,挖掘结构的潜力;
增设支撑以调整结构的自振频率,改善结构的动力性能;
增设支撑以减小构件长细比,提高稳定性;
在塔架等结构中设置拉杆或适度张紧拉索,加强结构的刚度。
改变结构计算图形的加固过程(包括施工过程)中,除应对被加固结构承能力和正常使用极限状态进行计算外,尚应注意对相关结构构件承载能力和使用功能的影响,考虑在结构、构件、节点以及支座中的内力重分布,对结构(包括基础)进行必要的补充验算,并采取切实可行的合理构造措施。采用改变结构计算图形的加固方法,设计与施工应紧密配合,未经设计允许,不得擅自修改设计规定的施工方法和程序。采用调整内力的方法加固结构时,应在加固设计中规定调整内力或规定位移的数值和允许偏差,及其检测位置和检验方法。