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建筑结构设计中的加固技术方案

建筑结构设计中常用的加固技术

一般所需加固的结构大都存在由于结构自身的承载能力因灾害(如火灾、腐蚀、冻害)或施工质量不到位或功能改变等因素的影响而导致结构承载能力不足的现象,所采用的加固方法多是从提高结构的有效受力面积出发(如加大载面法等)减小截面的应力,或者直接改变结构的受力体系,改变其传力途径(如增加支撑法等)从而降低结构构件的受力,最终达到加固的目的。

2.1、混凝土结构加固方法[2]

混凝土结构加固方法包括直接加固和间接加固两大类,设计和施工时可根据环境、实际条件以及使用要求选择合适的加固方法。

直接加固方法:直接加固的一般方法有:加大截面加固法,该方法具有已经成熟的设计方案和足够的施工经验可循,并且施工工艺适应性强,操作简单易行,适用于板、梁、墙、柱以及一般构筑物混凝土加固,但不适用于已严重风化的上述结构及轻质结构。钢筋混凝土外加层加固法:该方法是一种复合截面的加固法,加固改造之后可以提高建筑载力;钢筋水泥砂浆外加层加固法:也是属于复合截面加固法的一种,施工简单,并且技术成熟,但是建筑加固之后,在提高承载力方面不如钢筋混凝土外加层加固法;增设扶壁柱加固法,是加大截面加固的一种方法,其优缺点与钢筋水泥砂浆外加层加固相差很小,但是此种加固法难以满足建筑抗震的要求,所以一般仅应用于非地震区[3]。

间接加固的方法有:预应力加固法,使用该加固方法降低加固构件的应力水平,增强了加固改造的效果,并且大大提高了建筑结构的承载力,但这种方法影响建筑结构的外观,一般加固于跨度较大或是大型结构;增加支撑加固法。该法简单可靠,但易损害建筑物的原貌和使用功能,并可能减少使用空间;适用于具体条件许可的混凝土结构加固;结构体系加固法,建筑结构设计存在缺陷时,这种加固方式能够改善建筑整体设计缺陷,提高建筑结构的刚度。承载能力甚至是满足抗震要求。

2.2、砌体结构间接加固方法

砌体结构简洁加固法分为:无粘结外包型钢加固法、预应力撑杆加固法、Helifix无应力加固修复系统。

无粘结外包型钢加固法属于传统加固方法的一种,其便于现场施工,相比于其他的施工方法,更适合于在建筑结构不允许增大原构件截面的情况,施工作业少,同时又能提高截面承载力的砌体柱的加固,需要指出的是,采用这种加固方式必须采用钢结构的防护措施,所以导致加固成本高。

预应力撑杆加固法[4]

该法在提供砌体柱的承载能力方面大大提高,加固效果明显,但是不能在高于60摄氏度的环境中施工,更多的适用于高应变以及高应力的加固结构。

Helifix无应力加固修复系统

Helifix无应力加固修复系统是一种新型的结构加固修复系统,在自然中地震等恶劣的自然环境或是荷载引起的应力突然增加,导致建筑结构承载力,结构开裂或是失效的情况下进行加固修复,此种加固技术特点是迅速、灵活又比较经济。Helifix无应力加固修复系统可提供多种连接技术,广泛应用于房屋、教堂、桥梁等的加固改造施工过程中。

2.3、钢结构加固方法

钢结构加固的主要方法有:减轻荷载、改变计算图形、加大原结构构件截面和连接强度、阻止裂纹扩展等。经鉴定需要加固的钢结构,根据损害范围一般分为局部加固和全面加固,当有成熟经验时,也可采用其他的加固方法。局部加固是对某承载能力不足的杆件或连接节点处进行加固,有增加杆件截面法、减小杆件自由长度法和连接节点加固法。全面加固是对整体结构进行加固,有不改变结构静力计算图形加固法和改变结构静力计算图形加固法两类。增加或加强支承体系,也是对结构体系加固的有效方法。增加原有构件截面的加固方法是最费料最费工的方法。

目前,我国在建筑结构加固的技术水平上加强了基础承台和锚固、钢筋等,在实施加固过程都要做到技术专业。特别能承受拉力、载力不仅这样材料不会引发膨胀力,实施起来方便也省力。

新型建筑结构加固改造技术[5]

3.1、SRAP加固技术

加固目的提高或恢复建筑结构的承载力和刚度,加固方式是利用AP 树脂砂浆和SR 增强材料, 用预应力的概念对桥梁实施加固的方法。为了充分发挥高强SR 加固材料的强度,SRAP 加固方法导入了预应力的概念,通过膨胀螺栓锚固于结构两端, 软钢丝的两端用螺旋扣环固定于膨胀螺栓上, 通过把丝扣反向的螺旋扣环旋紧施加预应力。SRAP 加固技术可以应用于桥梁、隧道、渡水槽、工业与民用建筑等方面的加固改造过程中。

3.2、消能减震加固技术

传统的抗震方法是房屋上部结构和基础牢牢地连接在一起,地震时,地面运动能量经过基础输入到房屋结构,致使房屋结构发生振动、变形,甚至倒塌。耗能减震加固技术的主要思想是把结构物中的支撑、剪力墙等构件设计成耗能部件或在结构物的节点或连接处装设阻尼器,在风载或小震作用下,耗能杆件和阻尼器处于弹性状态,当在强烈地震作用下,耗能杆件或阻尼器率先进入非弹性状态,结构产生较大阻尼,耗散大量地震能量,使主体结构避免进入明显非弹性状态,从而保护主体结构在强震中的大幅度的损坏。

3.3、碳纤维加固技术

碳纤维加固包括碳纤维布加固和碳纤维板加固两种。碳纤维与传统的加大混凝土截面或粘钢混凝土补强相比,具有节省空间,施工简便,不需要现场固定设施,施工质量易保证,基本不增加结构尺寸及自重,耐腐蚀、耐久性能好等特点。另外,采用该工法,可大大提高建筑物的使用寿命,降低加固成本。因此,碳素纤维作为划时代的补强材料,而备受青睐和关注。

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