建筑結(jié)構(gòu)檢測、鑒定與加固的原因及建筑結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的發(fā)展概況

1 建筑結(jié)構(gòu)需要檢測、鑒定,加固和改造的原因很多,歸納起來主要有:

1.1 由于錯誤的設(shè)計、低劣的施工、不適當(dāng)?shù)氖褂玫仍蚴菇ㄖ锊荒軡M足正常的使用,甚至瀕臨破壞。

常見的設(shè)計錯誤有設(shè)計概念錯誤和設(shè)計計算錯誤兩類,前者如在拱結(jié)構(gòu)的兩端未設(shè)計抵抗水平推力的構(gòu)件;按桁架設(shè)計計算的構(gòu)件,荷載沒有作用在節(jié)點而作用在節(jié)間。后者如計算時漏掉了主要荷載;計算公式的運用中不符合該公式的條件,或者計算參數(shù)的選用有誤等。

常見的施工質(zhì)量事故有懸挑板的負筋位置不對或施工過程中被踩下;使用了過期的水泥或混凝土配合比不對導(dǎo)致混凝土的強度等級大大低于設(shè)計要求;使用了劣質(zhì)鋼筋;混凝土灌注樁在施工中發(fā)生了夾砂或頸縮等。

常見的使用不當(dāng)有任意變更使用用途導(dǎo)致使用荷載大大超載;工業(yè)建筑的屋面積灰荷載長期沒有清理等。

上述原因引起的工程事故只要尚未引起建筑的倒塌,均可以通過結(jié)構(gòu)加固使建筑物能安全、正常使用。

1.2 在愿劣環(huán)境下長期使用,使材料的性能惡化

在長期的外部環(huán)境及使用環(huán)境條件下,結(jié)構(gòu)材料每時每刻都受到外部介質(zhì)的侵蝕,導(dǎo)致材料狀況的惡化,外部環(huán)境對工程結(jié)構(gòu)材料的侵蝕主要有以下三類:

(1)化學(xué)作用:例如化工車間的酸、堿氣體或液體對鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)的侵蝕。

(2)物理作用:如高溫、高濕、凍融循環(huán)、晝夜溫差的變化等,使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫等。

(3)生物作用:如微生物、細菌使木材逐漸腐朽等。

在上述自然因素的長期作用下,結(jié)構(gòu)的功能將逐漸下降,當(dāng)達到一定期限以后,就有必要對結(jié)構(gòu)加固。

1.3 結(jié)構(gòu)使用要求的變化

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,我國的工業(yè)在大規(guī)模地進行結(jié)構(gòu)調(diào)整和技術(shù)改造,生產(chǎn)工藝的變化,涉及到要提高建筑結(jié)構(gòu)的功能。例如已有30t的吊車可能要改成100的吊車,廠房的局部可能要增層,原有設(shè)備可能要更換,相應(yīng)對設(shè)備的基礎(chǔ)提出了新的更高的要求等,這些都必須經(jīng)過結(jié)構(gòu)的檢測,簽定與加固才能保證安全使用。

2 建筑結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的發(fā)展概況

自人類有建筑以來,就伴隨出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)加固與改造。但是在過去,人們習(xí)慣于把加固和維等同,把加固為修修補補,“頭痛醫(yī)頭,腳痛醫(yī)腳”,缺少系統(tǒng)的分析和理論探討,因而技術(shù)水平提高不快,并沒有形成一門科學(xué),近十余年來,結(jié)構(gòu)鑒定與加固改造技術(shù)在我國得以迅速發(fā)展并且初具規(guī)模,作為一門新的學(xué)料正在逐漸形成。

已有建筑的加固方法很多,在上部結(jié)構(gòu)中,有加大截面加固法,體外預(yù)應(yīng)力加固法和改變結(jié)構(gòu)傳力體系加固法等,在地基基礎(chǔ)中,有樁托換、地基處理和加大基礎(chǔ)面積加固法等,這些方法在我國已經(jīng)長期大量使用,取得了很多成熟的經(jīng)驗。

在傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)加固方法中,加大截面方法和體外后張預(yù)應(yīng)力方法是常用的方法,已在實際工程中得到成功的應(yīng)用,但是這兩種加固方法存在很多不足之處,預(yù)應(yīng)力方法錨固構(gòu)造困難,施工技術(shù)要求高、難度大,存在施工時的側(cè)向穩(wěn)定問題以及耐久性問題。

加大截面加固法施工周期長,對環(huán)境影響大,而且增大了截面尺寸,減少了使用空間等,因此其應(yīng)用有定的局限性。

20世紀60年代 開始,隨看環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑的問世,一種新的加固方法一外部粘貼(鋼板)加固法開始出現(xiàn),這種加固法是用環(huán)氧樹脂等粘結(jié)劑把鋼板等高強度材料牢固地粘貼于被加固構(gòu)件的表面,使其與被加固構(gòu)件共同工作,達到補強和加固的目的。

早在20世紀50年代,美國新澤西州就采用環(huán)氧樹脂對公路的路面進行修復(fù),到60年代,這一修復(fù)技術(shù)已經(jīng)被發(fā)達國家廣泛應(yīng)用于公路、鐵路、機場跑道的維護以及水利工程和軍事設(shè)施的加固。粘鋼加固技術(shù)的應(yīng)用研究最早源于60年代,1967年,南非的 Fleming和King完成了素混凝土果外貼鋼板的試驗,70年代后,粘鋼加固的理論研究廣泛開展,各國學(xué)者對粘鋼加固的各種受力構(gòu)件的承載力進行了較系統(tǒng)研究,奠定了粘鋼加固技術(shù)的理論基礎(chǔ),在解決實際工程應(yīng)用問題上起到了重要作用,日本、美國以及歐洲的一些發(fā)達國家都制定了有關(guān)的技術(shù)標(biāo)準。同時,各種性能優(yōu)良的建筑結(jié)構(gòu)膠相繼問世,開始被應(yīng)用于各類建筑工程構(gòu)件的加固。

1971年美國在圣弗南多大地震的震后修復(fù)過程中,廣泛采用了建筑結(jié)構(gòu)膠,如一座10層的醫(yī)院大樓和一幢高于137m的市府大廈,僅用于修補3萬余米的梁,柱,墻裂紋就用膠7t多,1983年英國塞菲爾特的專家們應(yīng)用FD808結(jié)構(gòu)膠,將6.3mm厚的鋼板粘貼加固了一座公路橋,使得這座原限載量110t的橋梁成功地通過了重達500t的載重卡車。

我國使用建筑結(jié)構(gòu)膠是從20世紀60年代 開始的,1965年,福州大學(xué)配制了一種環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠對某水庫溢洪道混凝土閘墩斷裂及20m跨屋架和9m跨渡槽工字梁的裂縫進行了修復(fù),鞍山修建公司也在同期研制了一種CJ1建筑結(jié)構(gòu)膠,用于梁柱的加固補強,1978年,法國斯貝西姆公司用該國 SIKADUR31建筑結(jié)構(gòu)膠對遼陽石油化纖公司引進項目的一些構(gòu)件進行了粘鋼加固補強,1981年,中科院大連物理化學(xué)研究所研制出我國第一代JGN-I,JGNⅡ建筑結(jié)構(gòu)膠。JGN型建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑的問世,對我國粘鋼技術(shù)的發(fā)展起到了極大的推動作用,我國對這項技術(shù)的研究始于20世紀80年代,1984年,遼寧省物理化學(xué)研究所發(fā)表了關(guān)于粘鋼受彎構(gòu)件的試驗研究報告,并制定了有關(guān)的技術(shù)標(biāo)準。1989年,由湖北省物理化學(xué)研究所牽頭，聯(lián)合了清華大學(xué)、廣西物理化學(xué)研究所湖南物理化學(xué)研究所、河南物理化學(xué)研究所、武漢制漆二廠等6家單位,組成了中南地區(qū)粘鋼加固技術(shù)課題研究協(xié)作組,對粘鋼加固技術(shù)進行了較為全面的研究,在這些研究成果的基礎(chǔ)上,編寫了《中南地區(qū)鋼筋混凝土構(gòu)件粘鋼加固設(shè)計與施工暫行規(guī)定》,這個規(guī)定所涉及的內(nèi)容比較全面,對粘鋼技術(shù)在這一地區(qū)的推廣應(yīng)用起到了推動作用。同期,北京、上海,四川、江蘇、甘肅等地的一些科研院所也做了大量的研究工作,取得了可喜成績,1991年頒布的《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》將受彎構(gòu)件粘鋼加固方面的內(nèi)容納入了規(guī)程的附錄中。

20世紀末,隨著國際市場纖維材料價格的大幅度降低,一種類似于粘鋼加固方法的外貼纖維復(fù)合材料加固法逐漸引起工程技術(shù)人員的關(guān)注,1984年,瑞士國家實驗室首先開始了外貼纖維復(fù)合材料加固的實驗 研究。隨后,各國學(xué)者開始在該領(lǐng)域開展了廣泛的研究和應(yīng)用推廣工作,美國、日本等國家已經(jīng)制定了外貼纖維復(fù)合材料加固的有關(guān)技術(shù)標(biāo)準,我國碳纖維加固的技術(shù)標(biāo)準正在編寫之中。

由于外貼加固方法具有施工周期短、對原結(jié)構(gòu)影響小等優(yōu)點,備受設(shè)計者和使用者歡迎。但是,在外貼加固中,外貼材料與構(gòu)件的結(jié)合性能是保證加固效果的關(guān)鍵,粘結(jié)劑性能的好壞決定了外貼加固的成功與否,由于受到粘結(jié)劑性能等的限制,目前外部粘貼加固還大多局限于環(huán)境溫度、濕度較低的承受靜力作用的構(gòu)件。另外,外貼材料與被加固構(gòu)件之間的粘結(jié)錨固性能和錨固破壞機理、加固構(gòu)件的耐久性及耐高溫性能、加固構(gòu)件的可靠性以及材料強度取值等理論問題仍需要在進一步研究中不斷探討。