南京愛牢加固公司是省內(nèi)較早一批專業(yè)從事建筑物加固改造施工的企業(yè)，愛牢南京加固公司以其15年的專業(yè)經(jīng)驗總結(jié)混凝土加固工程中的四種加固技術(shù)，以期為類似加固工程提供參。

  一、粘貼鋼板加固法

  粘鋼加固法是利用結(jié)構(gòu)膠將鋼材粘貼到構(gòu)件表面，形成混凝土~膠~鋼板這樣一種復(fù)合體系，以達到增強構(gòu)件抗剪、抗拉和抗彎方面的性能。粘鋼加固法主要用于加固梁、柱子以及框架節(jié)點等。

  1.粘鋼法加固框架節(jié)點

  采用粘鋼法加固梁柱節(jié)點，即在梁柱組合體節(jié)點區(qū)域的梁端、柱端或核心區(qū)粘貼有抗彎、抗剪的鋼板或角鋼，以提高節(jié)點區(qū)的抗剪承載力或改善節(jié)點核心區(qū)受力性能的一種加固方法，該法已經(jīng)在加固工程中得到了廣泛的應(yīng)用。

  根據(jù)已有試驗表明粘鋼法加固框架節(jié)點可以大幅度地提高節(jié)點的抗裂強度和抗震性能。鋼材粘貼于混凝土表面時，使得加固構(gòu)件的截面抗彎剛度、抗剪剛度均有不同程度的增加，加固構(gòu)件的抗裂強度提高，延緩了試件開裂，從而可以明顯改善混凝土的易開裂性，即使混凝土等級較低的構(gòu)件經(jīng)加固后，也能大大延緩構(gòu)件開裂,改善了混凝土的前期工作性能。

  粘鋼加固鋼筋混凝土框架中節(jié)點的受力基本符合斜壓桿機理，粘鋼加固對節(jié)點區(qū)混凝土約束作用是有限的。粘鋼加固節(jié)點核心區(qū)發(fā)生斜拉變形、剪切變形和斜壓變形，可以認為斜壓應(yīng)變和斜拉應(yīng)變相等，則節(jié)點試件的層間位移是柱端荷載引起的柱端位移與節(jié)點核心區(qū)剪切變形引起的柱端位移之和。

  2.粘鋼法加固鋼筋混凝土柱

  粘鋼加固軸心受壓混凝土短柱的試驗研究表明，粘鋼加固可以有效地提高被加固混凝土柱的極限承載力、明顯改善柱子的延性。同時從試驗結(jié)果可以得出：“一次受力構(gòu)件的極限承載力提高程度略高于二次受力構(gòu)件，而混凝土極限應(yīng)變對一次受力構(gòu)件要比二次受力構(gòu)件高許多”的結(jié)論，因此在加固設(shè)計過程中應(yīng)充分考慮柱上原荷載產(chǎn)生的初始應(yīng)力影響，以確保加固構(gòu)件的安全。從試驗結(jié)果還可以看出，混凝土上的應(yīng)變遠遠大于鋼材上的應(yīng)變，鋼材的應(yīng)變存在明顯的應(yīng)力滯后效應(yīng)，膠層過厚是造成鋼材應(yīng)力滯后的主要原因，因此在實際工程中應(yīng)注意控制膠層的厚度并加強鋼構(gòu)件端部的錨固。

  3.粘鋼法加固鋼筋混凝土梁

  為研究混凝土梁在不同卸荷情況下采用粘鋼加固時裂縫寬度的開展情況，根據(jù)粘鋼加固混凝土梁裂縫寬度驗算的試驗研究可以看出：

  (1)粘鋼加固時混凝土梁承受的最大荷載應(yīng)小于標(biāo)準(zhǔn)荷載;

  (2)混凝土梁粘鋼加固后，由于鋼板對梁拉區(qū)混凝土的約束作用以及對混凝土保護層的影響作用，可推遲裂縫的開展，加固梁的抗裂性能有所提高;

  (3)由于鋼板對粘鋼加固梁的加強作用，裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展與普通混凝土梁不同，特別是部分卸荷粘鋼加固混凝土梁，由于混凝土加固前已經(jīng)存在一定的初始損傷，其裂縫寬度的計算還需要進行進一步的研究和探討。

  通過對在混凝土受拉區(qū)粘貼鋼板的加固梁進行抗彎承載力試驗和理論分析，以研究不同受荷狀態(tài)以及粘貼鋼板的層數(shù)對加固梁抗彎性能的影響。試驗結(jié)果表明：

  (1)粘鋼加固可明顯提高加固梁的正截面承載力，當(dāng)設(shè)計計算結(jié)果中加固所需鋼板截面積較大時可采用梁底部粘貼二層鋼板，所粘鋼板同樣能起到受彎鋼筋的作用，粘鋼的計算面積應(yīng)為二層疊合鋼板的總面積;

  (2)對初始裂縫寬度達0.2mm左右的受彎構(gòu)件，不卸荷粘鋼也可提高構(gòu)件的正截面承載力;

  (3)對初始裂縫寬度達0.2mm左右的受彎構(gòu)件，完全卸荷粘鋼時在試驗中將會發(fā)生粘鋼破壞，因此在這種情況下不能采用完全卸荷或大量卸荷的粘鋼加固方法來提高加固梁的正截面承載力;

  (4)粘鋼加固鋼筋混凝土簡支梁時，應(yīng)采取可靠的措施來保證鋼板的端部與加固梁之間的錨固;

  影響粘鋼法加固混凝土梁加固效果的因素很多，通過已有的試驗研究可以看出：

  (1)應(yīng)采用合適的錨固長度來避免粘鋼加固梁在鋼板端部存在的應(yīng)力集中現(xiàn)象，錨固長度越長，應(yīng)力集中越小;

  (2)只要錨固長度合適，對有輕微初始損傷的鋼筋混凝土梁用粘鋼加固并不影響加固構(gòu)件的極限承載力，但是其初始剛度會降低，而且在荷載作用下加固構(gòu)件的撓度較大;

  (3)當(dāng)鋼板的錨固長度不足時，配筋率高的比配筋率低的加固梁更易發(fā)生破壞;

  (4)當(dāng)錨固長度不足時，鋼板端部采用螺栓加強并不能提高太多承載力，但是可以在一定程度上降低鋼板與混凝土之間的滑移，提高結(jié)構(gòu)的整體工作性能;

  (5)粘鋼加固梁有彎剪破壞與剪切破壞兩種破壞形態(tài);

  二、外包鋼加固方法(分為濕式和干式)

  外包鋼加固法是用乳膠水泥、環(huán)氧樹脂化學(xué)灌漿或焊接等方法在梁柱四周包型鋼進行加固，分干式外包鋼和濕式外包鋼兩種形式，外包鋼法可以顯著增加構(gòu)件的承載力，提高加固構(gòu) 件的剛度和延性。

  對混凝土框架柱的加固,選用外包鋼加固法比較適宜,它對加固構(gòu)件的截面尺寸和外觀影響很小,承載能力提高較大，對靜力加固的結(jié)構(gòu)必須考慮結(jié)構(gòu)二次受力問題。外包鋼加固法中一般選用低強鋼材，這樣可以減少加固構(gòu)件的應(yīng)力和應(yīng)變滯后現(xiàn)象而充分發(fā)揮后加部分的潛力;為提高二次組合結(jié)構(gòu)結(jié)合面的粘結(jié)性能,保證新舊兩部分能整體工作共同受力,加固結(jié)構(gòu)所用水泥及混凝土,要求收縮性小,最好微膨脹,與原構(gòu)件的粘結(jié)性好,早期強度高。對加固結(jié)構(gòu)新用的粘結(jié)劑,要求粘結(jié)強度高,可灌性好,收縮性小,耐老化等。

  通過已有的大量試驗和計算分析結(jié)果表明，外包角鋼加固柱可以明顯提高原構(gòu)件的極限承載力，加固后的極限承載力隨著應(yīng)力歷史的增大而減小,在加固結(jié)構(gòu)設(shè)計中須考慮應(yīng)力歷史的影響。外包鋼加固柱具有良好的塑性，延遲裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，加固柱兩端的施工工藝質(zhì)量對加固效果的影響較大，注意處理好剛材在端部與原構(gòu)件間的錨固處理。

  三、外包鋼與粘貼碳纖維復(fù)合加固

  粘貼碳纖維布(CFRP)加固和外包角鋼加固混凝土構(gòu)件在工程中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。CFRP加固混凝土結(jié)構(gòu)能明顯提高混凝土結(jié)構(gòu)的承載力和延性，尤其對構(gòu)件的延性提高較明顯，但由于CFRP材料對構(gòu)件的承載力提高有限，按照現(xiàn)行規(guī)范的要求最多不能超過40%。外包角鋼可以顯著提高構(gòu)件的承載力,但對混凝土構(gòu)件的延性提高有限。若采用粘貼CFRP和外包角鋼骨架來復(fù)合加固混凝土構(gòu)件，充分利用這兩種材料的優(yōu)勢，彌補單一加固方式的不足則可以明顯提高構(gòu)件的承載力和延性。

  面前對該種復(fù)合加固技術(shù)的研究還處于起步階段，武漢大學(xué)盧亦焱教授嘗試著做了一系列的研究工作。從由他們完成的外包鋼與碳纖維布復(fù)合加固鋼筋混凝土偏壓柱試驗研究結(jié)果可知,采用CFRP和角鋼復(fù)合加固混凝土偏心受壓柱對提高柱子的承載力和延性效果明顯。從試驗結(jié)果中可以看出:

  (1)單獨采用外包CFRP可以提高混凝土偏心受壓柱的極限承載力和延性,但碳纖維布的強度得不到充分發(fā)揮。在一定范圍內(nèi),CFRP滿包與間斷包裹對承載力影響不大,但滿包時延性較好。

  (2)單獨采用外包角鋼可以提高混凝土偏心受壓柱的極限承載力,但是外包角鋼的橫向約束發(fā)揮作用的持續(xù)時間短,對混凝土的約束效果不如CFRP好,對改善混凝土柱的延性作用不如CFRP。

  (3)采用角鋼與CFRP復(fù)合加固可以充分發(fā)揮兩種材料的優(yōu)勢,極大地提高了混凝土偏心受壓柱的極限承載力,并很好地改善了混凝土柱的延性和變形能力,各種力學(xué)性能均優(yōu)于單一形式加固時。

  (4)復(fù)合加固混凝土偏心受壓柱的極限承載力與構(gòu)件長細比、含CFRP率、含角鋼率以及偏心矩有關(guān)。構(gòu)件長細比與偏心矩越小、含CFRP率和含角鋼率越高,柱承載力越高,延性提高效果越好。

  通過外包鋼與碳纖維布復(fù)合加固鋼筋混凝土柱抗震性能試驗研究的結(jié)果可以看出：

  (1)碳纖維布與角鋼復(fù)合加固法對混凝土彎壓構(gòu)件的抗震加固效果較好，加固柱具有良好的延性和耗能性能。

  (2)復(fù)合加固構(gòu)件與單一材料加固構(gòu)件相比,約束區(qū)混凝土具有更大的極限應(yīng)變,構(gòu)件有更好的延性，能吸收更多的能量。

  (3)軸壓比、角鋼加固量、碳纖維布用量、混凝土強度是影響復(fù)合加固混凝土壓彎構(gòu)件的滯回性能的重要參數(shù)。

  這種復(fù)合加固方法充分利用了粘鋼加固和碳纖維加固的優(yōu)點，可以突破碳纖維加固承載力提高不得超過40%的限制，最大可以提高到65%，是一種很有發(fā)展前景的加固技術(shù)，但是由于其加固費用高，在目前的加固工程中還是受到一定的限制。

  四、高強鋼絞線網(wǎng)-聚合物砂漿復(fù)合面層加固

  高強鋼絞線網(wǎng)-聚合物砂漿復(fù)合面層加固技術(shù)是近幾年來在國外發(fā)展起來的新型技術(shù)。高強鋼絞線具有強度高、不銹蝕、柔軟性好、運輸及施工方便等優(yōu)點;聚合物砂漿為水性材料,無有害揮發(fā)性氣體,對環(huán)境和人無影響,與混凝土材料粘結(jié)性能良好,耐久、耐火性能好。因此,高強鋼絞線網(wǎng)-聚合物砂漿復(fù)合面層加固技術(shù)解決了加固后的耐久性、抗火、耐高溫性能等問題,具有技術(shù)先進、性能可靠、耐久抗火、無毒環(huán)保等優(yōu)點。目前關(guān)于該加固技術(shù)的主要研究文獻有:清華大學(xué)聶建國等采用高強鋼絞線網(wǎng)-聚合物砂漿對鋼筋混凝土梁分別進行了抗彎加固和抗剪加固的試驗研究,結(jié)果表明,加固后梁的承載力可以得到顯著提高,而且可以較好地約束裂縫的發(fā)展;

  然而這種加固改造技術(shù)在我國的研究還剛起步,目前大多數(shù)研究所用的加固材料需從國外進口,因此有必要在我國進行該加固技術(shù)的進一步研究。東南大學(xué)用我國研發(fā)的加固材料進行高強鋼絞線網(wǎng)-聚合物砂漿復(fù)合面層抗震加固鋼筋混凝土梁柱板節(jié)點的試驗研究，試驗結(jié)果表明：在鋼絞線網(wǎng)-聚合物砂漿加固鋼筋混凝土框架節(jié)點中,節(jié)點核心區(qū)的水平鋼絞線網(wǎng)的作用可以類似于箍筋,即可以直接分擔(dān)核心區(qū)所承受的剪力,也可以增強對核心區(qū)混凝土的約束作用,從而達到提高節(jié)點抗剪承載力和耗能能力的加固效果，梁柱端的鋼絞線網(wǎng)的作用是約束受壓混凝土,并約束縱向受壓鋼筋防止過早壓屈,滿足梁柱端箍筋加密的抗震構(gòu)造要求。