論文刊發工業廠房改造中的混凝土結構加固

　　論文摘要：通過上海能源大屯選煤廠主廠房工程進行加固，通過對框架梁柱加大截面法、框架柱外包鋼加固法、框架梁底粘鋼、梁板貼碳纖維布、外部粘貼鋼板加固法以及外貼纖維復合材料加固法等各種混凝土結構加固技術特點及其適用場合的介紹,為實際工程合理地選擇加固方案提供參考。對鋼筋混凝土各種加固方法進行分析比較，從而選擇更適合本工程結構體系的加固改造方案，提高廠房的使用功能。

　　論文關鍵詞：論文刊發,混凝土結構,框架梁柱,截面,結構加固,包鋼,粘鋼

　　1工程概況

　　上海能源大屯選煤廠主廠房始建于1979年，為多層框架結構，南北四跨，柱距7米，東西18跨，柱距7米，層高4~9米不等，總建筑高度33.40米。設計混凝土為200號(早期的混凝土強度標號)，廠房由于年代久遠，期間經歷過多次工藝改造，導致內部結構荷載已經較原設計布置變化非常大，多處混凝土框架梁柱存在破壞跡象，經過中國建筑科學院上海分院進行結構鑒定，必須對該工程混凝土結構進行加固。

　　2該工程由于是工業廠房，內部生產設備早已就位，且廠方要求工程加固不能影響生產設備的正常運轉，故該工程根據廠房內部設備空間和部位，采取了不同的加固工藝。

　　2.1混凝土框架柱加大截面加固法

　　加大截面加固法即包混凝土加固法,是通過在原混凝土構件外疊澆新的鋼筋混凝土,增加構件的截面積和配筋,從而達到提高構件的承載力和剛度,降低柱子長細比,達到對原有構件進行加固的目的。采用加大截面法加固時,可根據原構件的受力性質、構造特點和加固要求不同,選用單面加厚、兩面加厚、三面加厚和四面加厚等構造形式。加大截面法是一種傳統的加固方法,工藝簡單,適用面廣,可廣泛用于梁、板、柱、墻等混凝士結構的加固,其優點是可以在提高構件承載力的同時增大其剛度和變形能力,部分情況下也可以加強連接的可靠性。但現場濕作業工作量較大,養護期較長,對生產和生活有一定影響。另外,截面增大,還存在施工時側向穩定等問題,且加固后對原結構外觀及房屋凈空也有一定影響。

　　在進行混凝土構件截面加大施工中有一關機工序就化學植筋技術，植筋新技術是運用高強度的化學粘合劑，使鋼筋、螺桿等與混凝土產生握固力，從而達到預期效果。施工后產生高負荷承載力，不易產生移位、拔出，并且密著性能良好，無需作任何防水處理。由于其通過化學粘合固定，不但對基材不會產生膨脹破壞，而且對結構有補強作用。施工簡便迅速，安全并符合環保要求，是建筑工程中鋼筋混凝土結構變更、追加、加固的最有效的方法。

　　2.2混凝土框架柱外包鋼加固法

　　外包鋼加固法是把型鋼或鋼板等材料包在被加固的鋼筋混凝土構件外側,通過外包鋼與原有構件的共同作用,提高構件的承載力和剛度,達到加固的目的。此方法主要是通過約束原構件來提高其承載力和變形能力,可以大幅度提高構件的承載力,多用于柱子加固,也可用于梁的加固。對于矩形截面柱,一般在其四腳外包角鋼,橫向用綴板焊接成整體;對于圓形截面柱,多用扁鋼加套箍;對于梁可僅在受拉邊外包角鋼加固。外包鋼加固法又分為干式和濕式兩種:干式外包法是角鋼直接外包于被加固構件四周;濕式外包法是在角鋼和被加固構件之間留有一定間距,中間澆筑混凝土,這實際上是一種外包鋼和外包混凝土相結合的復合加固方法。濕式外包鋼加固由于可大幅提高構件的承載能力,主要用來加固承受很大荷載的受壓構件。外包鋼加固法受力可靠、施工簡便、現場工作量較小,但用鋼量較大;適用于在使用上不允許顯著增大原構件截面尺寸,但又要求大幅度提高其承載能力的混凝土結構構件加固。

　　2.3混凝土框架梁粘鋼加固法

　　此法施工較為簡單。一要特別注意對混凝土和鋼板的表面處理。對于舊、臟嚴重的混凝土構件的粘合面，先用硬毛刷沾高效洗滌劑清洗，刷除表面油垢污物后用水沖洗，再對粘合面進行打磨，除去2～3mm厚表層，露出平整新面，將粉塵清除干凈，再用丙酮擦拭表面;對于混凝土表面較干凈的，則可直接對粘合面進行打磨，去掉1～2mm厚表層，使之平整，清去粉塵，再用丙酮擦試表面。鋼板表面處理應根據其繡蝕情況，可用噴砂、砂布、砂輪機打磨，使鋼板出現金屬光澤，打磨紋路盡量與受力方向垂直，然后用丙酮擦拭干凈。二要注意對膠粘劑的選擇。目前國內市場建筑結構膠粘劑魚龍混雜，對膠粘劑的選擇一定要慎重。三要注意在配膠、粘貼過程中的細節。膠粘劑要嚴格按照說明書要求的比例配制，尤其是要掌握好固化劑的用量，攪拌要均勻，同時在粘貼時要保證粘貼面的飽滿、密實。四要注意在固化階段不能對鋼板有任何擾動。

　　結構粘鋼加固方法，與其他的加固方法比較，有許多獨特的優點和先進性，主要有：

　　1、堅固耐用：經過多年來的工程實踐，已經證明完全能保證加固工程的質量，結構的強度和剛度都能滿足設計的要求。施工工藝精巧，質量優秀，工程合格率為100%。膠粘劑30年老化試驗耐久性能滿足要求。粘鋼加固后的結構試驗，也證明強度和剛度的設計方法是正確的和可靠的。

　　2、施工快速：在保證粘鋼加固結構質量的前提下，快速完成施工任務，并能根據業務要求，在不停產不影響使用的情況下完成施工，受到用戶的普遍贊揚。

　　3、簡潔輕巧：與其它加固方法比較，粘鋼加固的施工，干凈利落，比較簡便，現場無濕作業。完成加固后的結構外觀不改變，比較輕巧，鋼板薄，結構自重增加極微，不會導致建筑物內其他構件的連鎖加固。

　　4、靈活多樣：粘鋼加固法的適應性很強，能夠解決生產上和生活上各種有關問題。粘貼鋼板的方案多種多樣，靈活巧妙。

　　還可粘貼型鋼、加固鋼結構及磚砌體結構等。

　　5、經濟合理：由于施工快，避免或減少工廠停產時間，節約加固材料，與其它加固方法比較，粘鋼加固的費用大為節省，經濟效益很高。

　　2.4混凝土框架梁底碳纖維加固技術

　　碳纖維布加固技術是利用碳素纖維布和專用結構膠對建筑構件進行加固處理，該技術采用的碳素纖維布強度是普通二級鋼的10倍左右。具有強度高、重量輕、耐腐蝕性和耐久性強等優點。厚度僅為2mm左右，基本上不增加構件截面，能保證碳素纖維布與原構件共同工作。是近年來逐漸發展起來的混凝土結構加固新技術,與傳統混凝土結構加固技術相比具有明顯的優越性。

　　根據結構鑒定情況，對廠房內部分框架梁底和頂部進行粘貼碳纖維布，部分樓面由于工藝改造增加荷載，需要在混凝土板底粘貼碳纖維布。

　　外貼纖維復合材料加固法除具有粘貼鋼板加固法的優點外,還具有很高的抗化學腐蝕能力和對被加固結構的保護能力,提高了結構耐久性;材料強度高,外貼加固用量少(厚度小);荷載增加極少,幾乎不改變原有結構的外形和尺寸;施工便捷、施工周期短;加固時噪音小、灰塵少,對結構的使用環境影響較小。

　　僅僅依靠碳纖維片本身并不能充分發揮其強大的力學特性及優越的耐久性能，只有通過環氧樹脂將碳纖維片粘附于鋼筋混凝土結構表面并與之緊密地結合在一起形成整體共同工作，才能達到補強的目的。因此，環氧樹脂的性能是重要的關鍵之一。環氧樹脂因類型不同而有不同的性能，適應于各個部位的不同要求。例如底涂樹脂對混凝土具有良好的滲透作用，能滲入到混凝土內一定深度;粘貼碳纖維片的環氧樹脂易于"透"過碳纖維片，有很強的粘結力。依使用溫度的不同，樹脂還分為夏用及冬用類樹脂。我公司使用的各類樹脂規格及性能(包括底層涂料的規格及性能、環氧膩子的規格及性能、粘結樹脂的規格及性能等均有詳細表格資料、以備索取)。

　　浸滲粘著樹脂除滲透到碳纖維片內、通過固化形成CFRP之外，還具有粘著劑的功能。與膩子、底涂同樣，必須具有把因載荷作用等在混凝土表面上發生的應變確實傳遞到碳纖維片上的力學性能。因此剪切強度及粘著強度便成為制定其物性標準的重要依據。

　　3結束語

　　根據不同加固工藝要求，嚴格控制關鍵節點和工序，由于廠方生產設備正常運轉施工，施工難度較大，且時間緊迫，因此，各方案的選擇及優化就顯得非常重要。在實際施工中，采用本文所述方案既滿足了工期要求，又降低了施工難度，改造后的廠房運行至今，未發現任何異常現象，運行良好，取得了明顯的經濟效益和社會效益。