【知識】混凝土結(jié)構(gòu)修復(fù)加固設(shè)計的基本原理
混凝土結(jié)構(gòu)修復(fù)加固設(shè)計的基本原理
混凝土結(jié)構(gòu)的修復(fù)加固設(shè)計是對混凝土結(jié)構(gòu)實施修復(fù)與加固達(dá)到預(yù)期的最重要環(huán)節(jié)，我公司課題組通過研究總結(jié)，修復(fù)加固設(shè)計應(yīng)堅持的基本原則如下：
1．混凝土結(jié)構(gòu)的修復(fù)加固設(shè)計應(yīng)由富有經(jīng)驗的專業(yè)人士承擔(dān)
混凝土結(jié)構(gòu)是否需要修復(fù)加固，應(yīng)經(jīng)結(jié)構(gòu)可靠性鑒定，專家依據(jù)有關(guān)規(guī)范規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)提出鑒定，鑒定意見書可做為混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計的依據(jù)之一。由于混凝土結(jié)構(gòu)修復(fù)加固設(shè)計所面臨的不確定因素遠(yuǎn)比新建工程多而復(fù)雜，況且還要考慮業(yè)主的種種要求，因此，承擔(dān)修復(fù)加固設(shè)計的人員除具有較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)理論、明晰的結(jié)構(gòu)概念外，還應(yīng)具備較為豐富的工程經(jīng)驗才能夠全面系統(tǒng)地分析問題，提出較為合理的修復(fù)結(jié)構(gòu)加固設(shè)計方案，實現(xiàn)修復(fù)加固的目的。并不是一般的結(jié)構(gòu)工程師都能做好加固設(shè)計，新建筑設(shè)計做的好的工程師，經(jīng)過一定研究和工程實踐后才有可能做好加固設(shè)計。
2．修復(fù)加固設(shè)計應(yīng)處理好構(gòu)件與結(jié)構(gòu)、局部與整體、臨時與永久的關(guān)系
當(dāng)某些構(gòu)件不滿足要求時必須進(jìn)行加固，但結(jié)構(gòu)體系的加固往往會被忽視，加固設(shè)計人員應(yīng)從整個結(jié)構(gòu)體系安全的角度考慮。當(dāng)個別構(gòu)件加固不影響整體結(jié)構(gòu)體系的受力性能時，可進(jìn)行局部加固；結(jié)構(gòu)整體不滿足要求時，應(yīng)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體加固；臨時加固的要求可以適當(dāng)降低一些。
混凝土結(jié)構(gòu)的修復(fù)加固應(yīng)在盡量少停產(chǎn)、不影響或少影響工作和生活的條件下進(jìn)行。
3．修復(fù)加固的實施必須有科學(xué)的先后順序
通常應(yīng)先治理后加固。由高溫、高濕、凍融、冷脆、腐蝕、振動、溫度應(yīng)力、收縮應(yīng)力、地基不均勻沉降等原因造成的結(jié)構(gòu)損壞，在加固時，應(yīng)采取有效的治理對策，從源頭上消除或限制其有害作用，正確確定加固處理時機(jī)，使之不致對加固后的結(jié)構(gòu)重新造成損壞。
混凝土結(jié)構(gòu)的修復(fù)加固一般應(yīng)先卸載或部分卸載，卸載后按一定順序?qū)嵤┘庸?。一般而言，?yīng)先加固后拆除；先加固后開洞；先基礎(chǔ)后柱、梁和板；先重要構(gòu)件，后次要構(gòu)件，最后做好保護(hù)與防護(hù)。
4．加固設(shè)計還應(yīng)注意復(fù)核混凝土結(jié)構(gòu)的抗震能力，做好抗震加固設(shè)計
地震區(qū)的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件加固，除應(yīng)滿足承載力要求外，還應(yīng)復(fù)核其抗震性能。結(jié)構(gòu)加固后不應(yīng)存在因局部加強(qiáng)或剛度突變而形成新的薄弱部位，同時還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)剛度增大或變化而導(dǎo)致地震作用效應(yīng)的增大或變化的影響。
在進(jìn)行抗震加固設(shè)計時還注意以下一些問題：結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度的分布要均勻，避免出現(xiàn)新的薄弱層；豎向構(gòu)件要連續(xù)，保證傳力途徑明晰與簡單直接；增強(qiáng)構(gòu)件或加固原有構(gòu)件，均要考慮減少整個結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的可能性；加強(qiáng)薄弱部位的抗震構(gòu)造；要使結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)更加合理，防止構(gòu)件發(fā)生脆性破壞，消除不利于抗震的強(qiáng)梁弱柱、強(qiáng)構(gòu)件弱節(jié)點等不良受力狀態(tài)；考慮建設(shè)場地的影響；加固后的結(jié)構(gòu)要選擇地震反應(yīng)小的結(jié)構(gòu)體系；對原有的不合理結(jié)構(gòu)體系、傳力途徑等應(yīng)盡量進(jìn)行改良。
5．采用成熟的結(jié)構(gòu)修復(fù)加固改造方法與技術(shù)，這是公司課題組研究的重點
在混凝土結(jié)構(gòu)改造或修復(fù)加固設(shè)計時，要注意選用新材料、新工藝、應(yīng)用成熟的新技術(shù)。應(yīng)注意，必須采用經(jīng)過正式鑒定的技術(shù)和產(chǎn)品，對于其它一些新產(chǎn)品和新技術(shù)應(yīng)經(jīng)過慎重研究和試驗確定可靠后方可采用。
具體加固方法的選用參見我公司論文《混凝土結(jié)構(gòu)修復(fù)加固方法的選擇》。
6．消除被加固結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變滯后現(xiàn)象
為適應(yīng)被加固結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變滯后現(xiàn)象，較為充分地發(fā)揮后加部分的潛力，加固結(jié)構(gòu)所用鋼材，一般應(yīng)選用比例極限變形較小的低強(qiáng)度（I、II級）鋼材。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(qiáng)度高，對加固結(jié)構(gòu)所用化學(xué)灌漿材料及膠粘劑，要求粘結(jié)強(qiáng)度高、可灌性好收縮性小、耐老化、無毒或低毒。
從受力情況分析，加固結(jié)構(gòu)的新加部分，因應(yīng)力、應(yīng)變滯后而不能充分發(fā)揮其效能，尤其是當(dāng)結(jié)構(gòu)工作的應(yīng)變應(yīng)值較高時，受壓構(gòu)件和受剪構(gòu)件，往往會出現(xiàn)原結(jié)構(gòu)與后加部分先后破壞的各個擊破現(xiàn)象，致使結(jié)構(gòu)加固效果很不理想或根本不起作用，相反，加固時若進(jìn)行卸荷，情況則不同，由于應(yīng)力、應(yīng)變滯后現(xiàn)象得以降低乃至消失。破壞時新舊兩部分就可同時進(jìn)入各自的極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)總的承載力可顯著提高。
卸荷加固承載力的計算，原則上仍按二次受力進(jìn)行，但當(dāng)卸荷達(dá)到一定程度，可近似簡化為按一次受力組合結(jié)構(gòu)計算，特別是以鋼筋為主要承力的受拉、受彎及大偏心受壓構(gòu)件。
卸荷可以是直接卸荷，也可以是間接卸荷。直接卸荷是全部或部分直接搬走作用于原結(jié)構(gòu)上的可卸荷載；間接卸荷是用反向力施加于原結(jié)構(gòu)，以抵消或降低原有作用效應(yīng)。直接卸荷直觀、準(zhǔn)確，但可卸荷載量有限，一般只限于活荷載；間接卸荷量值無限，甚至可以使作用效應(yīng)出現(xiàn)負(fù)值，間接卸荷有楔升卸荷和頂升卸荷，前者以變形控制，后者以應(yīng)力控制。預(yù)應(yīng)力加固法與卸荷合二為一，是將結(jié)構(gòu)所受荷載，通過預(yù)應(yīng)力手段部分地轉(zhuǎn)移到新加結(jié)構(gòu)上的一種方法。
7.加固設(shè)計與新建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計有很大的不同，應(yīng)區(qū)別對待
加固設(shè)計計算時，可考慮樓面活荷載的折減，鋼筋混凝土現(xiàn)澆板的梁，核算其受彎承載力時，跨中應(yīng)考慮現(xiàn)澆板有效受壓翼緣寬度，跨中和梁端受壓區(qū)鋼筋的雙筋梁作用框架梁核算端部承載力和裂縫時的彎矩值應(yīng)取柱邊值而不應(yīng)取柱中值，各構(gòu)件混凝土強(qiáng)度應(yīng)按檢測的實測值換算為設(shè)計值取用，采用計算機(jī)軟件做整體內(nèi)力分析后，必須對構(gòu)件做局部驗算。
8.力求與施工單位進(jìn)行配合
進(jìn)行加固設(shè)計時，力求與承擔(dān)施工的單位進(jìn)行配合，根據(jù)該施工單位的經(jīng)驗和水平確定更合理的設(shè)計實施方案。如果在設(shè)計時不能確定施工單位，開工之前應(yīng)就設(shè)計中的構(gòu)造做法和施工要求與施工單位作交底和討論，必要時進(jìn)行方案調(diào)整和修改設(shè)計，以確保工程質(zhì)量和降低造價。
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