河北鋼結(jié)構(gòu)加固方法

  在我國社會(huì)主義建設(shè)中常遇到對(duì)原有舊河北鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理、加固的施工工程。但由于這些舊鋼結(jié)構(gòu)使用的年份比較長(zhǎng)，銹蝕損壞的程度比較嚴(yán)重，原有鋼材的化學(xué)成分及力學(xué)性能也不清楚，而且都是帶著荷載進(jìn)行施工的，所以其施工難度較大，技術(shù)要求較高、危險(xiǎn)性也大，因此必須要掌握一整套施工技術(shù)和必須確定實(shí)用可行的施工方案度施工措施。本人通過多年施工實(shí)踐，研究總結(jié)掌握了舊鋼結(jié)構(gòu)處理、加固、改造的施工技術(shù)和方法，通過本文介紹給人家，供有關(guān)人員參考借鑒。

  一、直接加固的一般方法有：
  1、加大截面加固法
  在鋼筋混凝土受彎構(gòu)件受壓區(qū)加混凝土現(xiàn)澆層，可增加截面有效高度，擴(kuò)大截面面積，從而提高構(gòu)件正截面抗彎，斜截面抗剪能力和截面剛度，起到加固補(bǔ)強(qiáng)的作用。
  在適筋范圍內(nèi)，混凝土彎變構(gòu)件正截面承載力隨鋼筋面積和強(qiáng)度的增大而提高。在原構(gòu)件正截面配筋率不太高的情況下，增大主筋面積可有效地提高原構(gòu)件正截面抗彎承載力。在截面的受拉區(qū)加現(xiàn)澆混凝土圍套增加構(gòu)件截面，通過新加部分和原構(gòu)件共同工作，可有效地提高構(gòu)件承載力，改善正常使用性能。
  加大截面加固法施工工藝簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)，并具有成熟的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)；適用于梁、板、柱、墻和一般構(gòu)造物的混凝土的加固；但現(xiàn)場(chǎng)施工的濕作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)生產(chǎn)和生活有一定的影響，且加固后的建筑物凈空有一定的減小。
  2、置換混凝土加固法
  該法的優(yōu)點(diǎn)與加大截面法相近，且加固后不影響建筑物的凈空，但同樣存在施工的濕作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)；適用于受壓區(qū)混凝土強(qiáng)度偏低或有嚴(yán)重缺陷的梁、柱等混凝土承重構(gòu)件的加固。
  3、有粘結(jié)外包型鋼加固法
  外包鋼加固是把型鋼或鋼板包在被加固構(gòu)件的外邊，外包鋼加固鋼筋混凝土梁一般應(yīng)采用濕式外包法，即采用環(huán)氧樹脂化灌漿等方法把型鋼與被加固構(gòu)傭粘結(jié)成一整體，加固后的構(gòu)件，由于受拉和受壓鋼截面面積大幅度提高，因此正截面承載力和截面剛度大幅度提高。
  該法也稱濕式外包鋼加固法，受力可靠、施工簡(jiǎn)便、現(xiàn)場(chǎng)工作量較小，但用鋼量較大，且不宜在無防護(hù)的情況下用于600C以上高溫場(chǎng)所；適用于使用上不允許顯著增大原構(gòu)件截面尺寸，但又要求大幅度提高其承載能力的混凝土結(jié)構(gòu)加固。
  4、粘鋼加固法
  鋼筋混凝土受彎構(gòu)件外部粘鋼加固是在構(gòu)件承載力不足區(qū)段（正截面受拉區(qū)、正截面受壓區(qū)或斜截面）表面粘貼鋼板，這樣可提高被加固構(gòu)件的承載力，且施工方便。
  該法施工快速、現(xiàn)場(chǎng)無濕作業(yè)或僅有抹灰等少量濕作業(yè)，對(duì)生產(chǎn)和生活影響小，且加固后對(duì)原結(jié)構(gòu)外觀和原有凈空無顯著影響，但加固效果在很大程度上取決于膠粘工藝與操作水平；適用于承受靜力作用且處于正常濕度環(huán)境中的受彎或受拉構(gòu)件的加固。
  5、粘貼纖維增強(qiáng)塑料加固法
  外貼纖維加固是用膠結(jié)材料把纖維增強(qiáng)復(fù)合材料貼于被加固構(gòu)件的受拉區(qū)域，使它與被加固截面共同工作，達(dá)到提高構(gòu)件承載能力的目的。除具有粘貼鋼板相似的優(yōu)點(diǎn)外，還具有耐腐濁、耐潮濕、幾乎不增加結(jié)構(gòu)自重、耐用、維護(hù)費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)，但需要專門的防火處理，適用于各種受力性質(zhì)的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件和一般構(gòu)筑物。
  6、繞絲法
  該法的優(yōu)缺點(diǎn)與加大截面法相近；適用于混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件斜截面承載力不足的加固，或需對(duì)受壓構(gòu)件施加橫向約束力的場(chǎng)合。
  7、錨栓錨固法
  該法適用于混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20~C60的混凝土承重結(jié)構(gòu)的改造、加固；不適用于已嚴(yán)重風(fēng)化的上述結(jié)構(gòu)及輕質(zhì)結(jié)構(gòu)。
  二、間接加固的一般方法有：
  1、預(yù)應(yīng)力加固法
  （一）預(yù)應(yīng)力水平拉桿固法
  預(yù)應(yīng)力水平拉桿加固的混凝土受彎構(gòu)件，由于預(yù)應(yīng)力和新增外部荷載的共同作用，拉桿內(nèi)產(chǎn)生軸向拉力，該力通過桿端錨固偏心地傳遞到構(gòu)件上（當(dāng)拉桿與梁板底面緊密貼合時(shí)，拉桿會(huì)與構(gòu)件共同找曲，此時(shí)尚有一部分壓力直接傳遞給構(gòu)件底面），在構(gòu)件中產(chǎn)生偏心受壓作用，該作用克服了部分外荷載產(chǎn)生的彎矩，減少了外荷載效應(yīng)，從而提高了構(gòu)件的抗彎能力。同時(shí)，由于拉桿傳給構(gòu)件的壓力作用，構(gòu)件裂縫發(fā)展得以緩解、控制、斜截面抗剪承載力也隨之提高。
  由于水平提桿的作用，原構(gòu)件的截面應(yīng)力特征由受彎變成了偏心受壓，因此，加固后構(gòu)件的承載力主要取決于壓彎狀態(tài)下原構(gòu)件的承載力。
  （二）預(yù)應(yīng)力下?lián)卫瓧U加固法
  鋼筋混凝土構(gòu)件采用預(yù)應(yīng)力下?lián)问嚼瓧U加固定后，形成一個(gè)由被加固構(gòu)件和下?lián)问嚼瓧U組成的復(fù)合超靜定結(jié)構(gòu)體系，在外荷載和預(yù)應(yīng)力共同作用下，拉桿中產(chǎn)生軸向力并通過與構(gòu)件的結(jié)合點(diǎn)（下?lián)吸c(diǎn)和桿端錨固點(diǎn)）傳遞給被加固構(gòu)件，抵消了部分外荷載，改變了原構(gòu)件截面內(nèi)力特征，從而提高了構(gòu)件的承載能力。
  該法能降低被加固構(gòu)件的應(yīng)力水平，不僅使加固效果好，而且還能較大幅度地提高結(jié)構(gòu)整體承載力，但加固后對(duì)原結(jié)構(gòu)外觀有一定影響；適用于大跨度或重型結(jié)構(gòu)的加固以及處于高應(yīng)力、高應(yīng)變狀態(tài)下的混凝土構(gòu)件的加固，但在無防護(hù)的情況下，不能用于溫度在600C以上環(huán)境中，也不宜用于混凝土收縮徐變大的結(jié)構(gòu)。
  2、增加支承加固法
  增設(shè)支點(diǎn)加固法是通過減少受彎構(gòu)件的計(jì)算跨度，達(dá)到減少作用在被加固構(gòu)件上的載載效應(yīng)，提高結(jié)構(gòu)承載水平的目的。該法簡(jiǎn)單可靠，但易損害建筑物的原貌和使用功能，并可能減小使用空間；適用于具體條件許可的混凝土結(jié)構(gòu)加固。
  3、其它加固法
  輔助結(jié)構(gòu)加固法是采用另制的輔助構(gòu)件，如型鋼、鋼桁架或鋼筋混凝土梁，部分或全部分擔(dān)被加固梁的荷載。
  在支座附近加腋后，支座附近截面的有效高度提高了，因此，截面的抗彎和抗剪能力都得到提高。
  三、與混凝土結(jié)構(gòu)加固改造配套使用的技術(shù)一般有：
  1、托換技術(shù)
  系托梁（或桁架）拆柱（或墻）、托梁接柱和托梁換柱等技術(shù)的概稱；屬于一種綜合性技術(shù)，由相關(guān)結(jié)構(gòu)加固、上部結(jié)構(gòu)頂升與復(fù)位以及廢棄構(gòu)件拆除等技術(shù)組成；適用于已有建筑物的加固改造；與傳統(tǒng)做法相比，具有施工時(shí)間短、費(fèi)用低、對(duì)生活和生產(chǎn)影響小等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)技術(shù)要求較高，需由熟練工人來完成，才能確保安全。
  2、植筋技術(shù)
  系一項(xiàng)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)捷、有效的連接與錨固技術(shù)；可植入普通鋼筋，也可植入螺栓式錨筋；已廣泛應(yīng)用于已有建筑物的加固改造工程，如：施工中漏埋鋼筋或鋼筋偏離設(shè)計(jì)位置的補(bǔ)救，構(gòu)件加大截面加固的補(bǔ)筋，上部結(jié)構(gòu)擴(kuò)跨、頂升對(duì)梁、柱的接長(zhǎng)，房屋加層接柱和高層建筑增設(shè)剪力墻的植筋等。
  3、裂縫修補(bǔ)技術(shù)
  根據(jù)混凝土裂縫的起因、性狀和大小，采用不同封護(hù)方法進(jìn)行修補(bǔ)，使結(jié)構(gòu)因開裂而降低的使用功能和耐久性得以恢復(fù)的一種專門技術(shù)；適用于已有建筑物中各類裂縫的處理，但對(duì)受力性裂縫，除修補(bǔ)外，尚應(yīng)采用相應(yīng)的加固措施。內(nèi)部修補(bǔ)法。
  內(nèi)部修補(bǔ)法是用壓力泵把膠結(jié)材料壓力混凝土裂縫中，結(jié)硬后起到補(bǔ)縫作用，并通過其膠結(jié)性使原結(jié)構(gòu)恢復(fù)整體性，該方法適用于裂縫寬度較大，對(duì)結(jié)構(gòu)的整體性和安全性及耐久性等有影響，或有防水防滲等要求的裂縫的修補(bǔ)。
  4、碳化混凝土修復(fù)技術(shù)
  系指通過恢復(fù)混凝土的堿性（鈍化作用）或增加其阻抗而使碳化造成的鋼筋腐蝕得到遏制的技術(shù)。
  5、混凝土表面處理技術(shù)
  系指采用化學(xué)方法、機(jī)械方法、噴砂方法、真空吸塵方法、射水方法等清理混凝土表面污痕、油跡、殘?jiān)约捌渌街锏膶ｉT技術(shù)。
  6、混凝土表層密封技術(shù)
  系指采用柔性密封劑充填、聚合物灌漿、涂膜等方法對(duì)混凝土進(jìn)行防水、防潮和防裂處理的技術(shù)。
  7、其它技術(shù)
  如結(jié)構(gòu)、構(gòu)件移位技術(shù)、調(diào)整結(jié)構(gòu)自振頻率技術(shù)等。
  (一) 實(shí)施程序
  首先對(duì)原有二手鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)考察、取樣、實(shí)驗(yàn)、評(píng)定確定處理、加同、改造方案施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)施工準(zhǔn)備施T實(shí)施作業(yè)檢查驗(yàn)收、評(píng)定、交付使用。
  (二)一般的施工步驟和程序
【1】施工前期準(zhǔn)備(新舊鋼材取樣實(shí)驗(yàn)，確定采購新鋼材材質(zhì)和焊條、連接螺栓型號(hào))——確定施工方案和技術(shù)交底 一一施工準(zhǔn)備(圖紙確認(rèn)；核查來現(xiàn)場(chǎng)的鋼材、焊條、連接螺栓等；確定工藝規(guī)程；確定預(yù)制生產(chǎn)場(chǎng)地；確定生產(chǎn)組織方式；確定生產(chǎn)計(jì)劃；備齊施工設(shè)備、機(jī)具、防護(hù)器具等) 加固件、增加的新桿件和節(jié)點(diǎn)板、零部件等的預(yù)制加丁——增加的新桿件與節(jié)點(diǎn)拼裝一搭設(shè)作業(yè)腳手架——噴砂除銹、消除舊鋼結(jié)構(gòu)表面覆蓋的所有腐蝕的氧化層及渣物 測(cè)量舊鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀的各種尺寸數(shù)據(jù)和矯正變形 搭設(shè)卸荷支撐鋼架設(shè)施和卸除作業(yè)面處鋼結(jié)構(gòu)上的荷載 加固件和新增加的桿件與原有舊鋼結(jié)構(gòu)高空焊接(或螺栓連接)連接作業(yè) 連接后的桿件矯正——拆除卸荷支撐鋼架設(shè)施——檢查驗(yàn)收和測(cè)量有關(guān)數(shù)據(jù) 修整和油漆涂裝作業(yè) 全面檢查驗(yàn)收、專家評(píng)定——拆除作業(yè)腳手架。
  (二)施工實(shí)施中要掌握的技術(shù)要點(diǎn)和施工方法
  1)對(duì)原有舊鋼結(jié)構(gòu)考察、取樣．實(shí)驗(yàn)、評(píng)定T作一定要做好做細(xì)，必須要有權(quán)威的專業(yè)實(shí)驗(yàn)事對(duì)原舊鋼結(jié)構(gòu)和加固用的新鋼材進(jìn)行取樣實(shí)驗(yàn)，并出具評(píng)定報(bào)告，確定需要采購新鋼材的材質(zhì)和焊條規(guī)格型號(hào)(或螺栓)、焊接連接工藝的技術(shù)要求(或螺栓)。
  2)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)原有舊鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行噴砂除銹、清除表面覆蓋的所有腐蝕的氧化層及渣物后的現(xiàn)狀，與設(shè)計(jì)一起討論確定實(shí)用可靠的處理、加固、改造的方案。
  3)檢查運(yùn)至工地現(xiàn)場(chǎng)新鋼材的材質(zhì)和焊條規(guī)格型號(hào)(或螺栓)，一定要同實(shí)驗(yàn)室出具的評(píng)定報(bào)告要求一致，絕對(duì)不得任意改換；確實(shí)需要改換時(shí)，一定要實(shí)驗(yàn)室重新出具新的評(píng)定報(bào)告。技術(shù)管理人員和操作專業(yè)工人一定要細(xì)心核對(duì)用于具體施工部位上的新鋼材材質(zhì)和焊條規(guī)格型號(hào)(或螺栓)是否與評(píng)定報(bào)告上要求一致，一定要絕對(duì)準(zhǔn)確，杜絕一切不符合要求的行為，任何的失誤將導(dǎo)致無法預(yù)見的后果。
  4)原有舊鋼結(jié)構(gòu)的除銹、清除表面覆蓋的腐蝕氧化層及渣物要徹底，必須用空壓機(jī)連接專用的噴砂除銹機(jī)進(jìn)行，個(gè)別腐蝕嚴(yán)重的部位要人工用鋼鑿、榔頭、砂輪機(jī)鑿或磨。噴砂除銹的砂子采用中細(xì)黃砂，需曬干，因高空作業(yè)污染很大，一定要搭設(shè)周圍環(huán)境防護(hù)設(shè)施和做好操作人員的防護(hù)。
  5)測(cè)量原有舊鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀的各種尺寸數(shù)據(jù)和矯正變形工作是不可缺少的，矯正方法宜采用物理辦法，不得用加熱烘烤辦法。
  6)搭設(shè)卸荷支撐鋼架設(shè)施和卸除作業(yè)面處鋼結(jié)構(gòu)上的荷載是非常重要的工作，必須做好。卸荷支撐鋼架和卸除作業(yè)面處鈉結(jié)構(gòu) 的荷載方案一定要可靠實(shí)用，必須重視，任何的失誤將導(dǎo)致不堪設(shè)想的后果。
  7)施工步驟和作業(yè)順序不能隨意顛倒，確實(shí)需要顛倒時(shí)，必須要由主管技術(shù)人員確認(rèn)安全、施工質(zhì)量不受影響，并經(jīng)總工程師同意后才能進(jìn)行，不然將導(dǎo)致不堪設(shè)想的后果。
  8)必須做好樣板的施工，經(jīng)有關(guān)方面的技術(shù)人員和專家評(píng)定后，才能推廣到整個(gè)工程的施工作業(yè)。
  9)必須重視高空焊接連接作業(yè)的安全和施工質(zhì)量。在保證高空作業(yè)安全情況下，要選擇技術(shù)水平高、有經(jīng)驗(yàn)的高級(jí)專業(yè)焊工進(jìn)行操作作業(yè)，· 定要保證焊縫的質(zhì)量，沒有缺陷。操作人員必須要系安全帶，電焊機(jī)具要綁牢在高空安全處。
  1 0)油漆涂裝作業(yè)一定要滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。原有舊鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)使用多年，經(jīng)過噴砂除銹后，很容易再腐蝕生銹，因此必須滿足油漆厚度的要求(一定要超過100微米以卜)，尤其是要保證最里面的那幾度防銹漆(一般三度以上)的施工質(zhì)量。
  一、改變結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形
   改變結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形的加固方法是指采用改變荷載分布狀況、傳力途徑、節(jié)點(diǎn)性質(zhì)和邊界條件，增設(shè)附加桿件和支撐、施加預(yù)應(yīng)力、考慮空間協(xié)同工作等措施對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固的方法；
   改變結(jié)構(gòu)計(jì)算圖形的一般加固方法：
   （1）對(duì)結(jié)構(gòu)可采用下列增加結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的剛度的方法進(jìn)行加固：
   A、增加支撐形成空間結(jié)構(gòu)并按空間結(jié)構(gòu)驗(yàn)算；
   B、加設(shè)支撐增加結(jié)構(gòu)剛度，或者調(diào)整結(jié)構(gòu)的自振頻率等以提高結(jié)構(gòu)承載力和改善結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性；
   C、增設(shè)支撐或輔助桿件使結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)細(xì)比減少以提高其穩(wěn)定性；
  D、在排架結(jié)構(gòu)中重點(diǎn)加強(qiáng)某一列柱的剛度，使之承受大部分水平力，以減輕其 它柱列負(fù)荷；
  E、在塔架等結(jié)構(gòu)中設(shè)置拉桿或適度張緊的拉索以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度。  （2）對(duì)受彎桿件可采用下列改變其截面內(nèi)力的方法進(jìn)行加固：
  A、改變荷載的分布，例如將一個(gè)集中荷載轉(zhuǎn)化為多個(gè)集中荷載；
  B、改變端部支承情況，例如變鉸接為剛結(jié)；
  C、增加中間支座或?qū)⒑?jiǎn)支結(jié)構(gòu)端部連接成為連續(xù)結(jié)構(gòu)；
  D、調(diào)整連續(xù)結(jié)構(gòu)的支座位置；
  E、將結(jié)構(gòu)變?yōu)閾螚U式結(jié)構(gòu)；
  F、施加預(yù)應(yīng)力。
  （3） 對(duì)桁架可采取下列改變其桿件內(nèi)力的方法進(jìn)行加固：
  A、增設(shè)撐桿變桁架為撐桿式結(jié)構(gòu)；
  B、加設(shè)預(yù)應(yīng)力拉桿。
  二、加大構(gòu)件截面的加固
    采用加大截面加固鋼構(gòu)件時(shí)，所選截面形式應(yīng)有利于加固技術(shù)要求并考慮已有缺陷和損傷的狀況。
  三、連接的加固與加固件的連接
    鋼結(jié)構(gòu)連接方法，即焊縫、鉚釘、普通螺栓和高強(qiáng)度螺栓連接方法的選擇，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)需要加固的原因、目的、受力狀況、構(gòu)造及施工條件，并考慮結(jié)構(gòu)原有的連接方法確定。鋼結(jié)構(gòu)加固一般宜采用焊縫連接、摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接，有依據(jù)時(shí)亦可采用焊縫和摩擦型高強(qiáng)度螺栓的混合連接。當(dāng)采用焊縫連接時(shí)，應(yīng)采用經(jīng)評(píng)定認(rèn)可的焊接工藝及連接材料。
  四、裂紋的修復(fù)與加固
    結(jié)構(gòu)因荷載反復(fù)作用及材料選擇、構(gòu)造、制造、施工安裝不當(dāng)?shù)犬a(chǎn)生具有擴(kuò)展性或脆斷傾向性裂紋損傷時(shí)，應(yīng)設(shè)法修復(fù)。在修復(fù)前，必須分析產(chǎn)生裂紋的原因及其影響的嚴(yán)重性，有針對(duì)性地采取改善結(jié)構(gòu)實(shí)際工作或進(jìn)行加固的措施，對(duì)不宜采用修復(fù)加固的構(gòu)件，應(yīng)予拆除更換。