混凝土新技術(shù)論文(2)
混凝土新技術(shù)論文
混凝土新技術(shù)論文篇二
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固新技術(shù)應(yīng)用評(píng)述
摘要：對(duì)RC結(jié)構(gòu)加固新技術(shù)(FRP加固、鋼絲網(wǎng)水泥砂漿加固、預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)以及消能減震加固)加固特點(diǎn)、應(yīng)用范圍以及應(yīng)用前景進(jìn)行詳細(xì)評(píng)述，指出加固方案確定應(yīng)根據(jù)不同結(jié)構(gòu)、構(gòu)件特點(diǎn)并充分考慮結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的性能水平和性能目標(biāo)，其結(jié)論可供類似工程借鑒。
關(guān)鍵詞：RC結(jié)構(gòu), 抗震加固, 應(yīng)用評(píng)述,
中圖分類號(hào)：TU375.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
1 研究背景。當(dāng)工程結(jié)構(gòu)遭受地震破壞，或由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工失誤、建筑物使用功能變更與增層、老舊建筑設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)過(guò)低、抗震規(guī)范條款變動(dòng)等因素都必須對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震加固，以提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。對(duì)于大量既有建筑，特別是GBJ11-89抗震規(guī)范實(shí)施以前建造的建筑，均需要進(jìn)行抗震鑒定與加固。因此，為了有效減輕地震災(zāi)害，在研究結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)理論與方法的同時(shí)，還應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)既有建筑抗震加固方法的研究。
2 RC結(jié)構(gòu)加固新技術(shù)研究進(jìn)展。以往抗震加固是以結(jié)構(gòu)的安全性為重點(diǎn)，而對(duì)建筑外觀、使用功能甚至施工周期很少顧及。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)，抗震加固新技術(shù)的出現(xiàn)，抗震加固手段愈來(lái)愈多，給工程師以充分發(fā)揮的余地，現(xiàn)將有代表性幾種加固方式進(jìn)行綜述，著重論述其適用范圍以及應(yīng)用前景，以便為相關(guān)工程提供借鑒。
2.1FRP抗震加固技術(shù)。纖維增強(qiáng)塑料(FRP)近年來(lái)利用航天、航空工業(yè)取得的成就，在民用建筑領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用中受到很大重視，進(jìn)行了廣泛的研究，取得了很大的進(jìn)展。具有許多優(yōu)點(diǎn)，作為混凝土結(jié)構(gòu)加固和修補(bǔ)材料，得到廣泛應(yīng)用，開(kāi)辟了一條高效、方便、經(jīng)濟(jì)的加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)的新途徑。
2.1.1 FRP加固特點(diǎn)。FRP具有強(qiáng)度高(2500～3550MPa)、性能好(抗蝕)、重量輕(比重1.8g/cm3)、厚度薄(每層厚0.1～0.21mm)的優(yōu)點(diǎn)，基本不增加結(jié)構(gòu)尺寸、結(jié)構(gòu)自重以及不影響結(jié)構(gòu)外觀，在結(jié)構(gòu)的修補(bǔ)和加固中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，尤其具有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)：高強(qiáng)高效，施工簡(jiǎn)捷，施工周期短，施工機(jī)具少，操作簡(jiǎn)單，具有極佳的耐腐蝕性和耐久性，適用面廣，施工質(zhì)量容易保證，對(duì)結(jié)構(gòu)的影響小。
不足之處：(1)彈性模量低 (2)環(huán)氧樹(shù)脂的耐火性與耐高溫性能差(3)延性不足(4)環(huán)氧樹(shù)脂層傳遞的剪力有限。
2.1.2 FRP加固技術(shù)研究方向。FRP加固中的缺陷在一定程度上限制了它在加固領(lǐng)域中的應(yīng)用，尤其是彈性模量與環(huán)氧樹(shù)脂層傳遞的剪力兩方面。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)往往不僅要求強(qiáng)度加固，還需要?jiǎng)偠燃庸?，因此?yīng)采用預(yù)應(yīng)力的加固方法，即先對(duì)FRP施加預(yù)應(yīng)力再外貼到結(jié)構(gòu)上對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，能克服FRP材性上的缺點(diǎn)，對(duì)結(jié)構(gòu)同時(shí)進(jìn)行有效的強(qiáng)度與剛度加固，并能充分發(fā)揮FRP的高強(qiáng)性能，防止發(fā)生粘結(jié)破壞，從而使得FRP能更廣泛地應(yīng)用于結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域。預(yù)應(yīng)力FRP加固受彎構(gòu)件的試驗(yàn)及理論研究結(jié)果表明，構(gòu)件開(kāi)裂荷載與抗彎剛度較非預(yù)應(yīng)力FRP加固的受彎構(gòu)件有明顯提高，屈服荷載下的撓度與極限荷載下的撓度較非預(yù)應(yīng)力碳纖維布構(gòu)件有明顯減小，F(xiàn)RP最大應(yīng)變較非預(yù)應(yīng)力FRP加固構(gòu)件有明顯增大，且破壞時(shí)沒(méi)有粘結(jié)破壞跡象，控制適當(dāng)?shù)念A(yù)應(yīng)力水平，并不會(huì)引起構(gòu)件延性不足。
2.2 鋼絲(筋)網(wǎng)水泥砂漿抗震加固技術(shù)。鋼絲(筋)網(wǎng)水泥砂漿是以鋼絲網(wǎng)或鋼筋網(wǎng)和加筋為增強(qiáng)材料，水泥砂漿為基材組成的薄層結(jié)構(gòu)，鋼絲(筋)網(wǎng)也可以用其他合適的金屬材料代替。與混凝土相比，鋼絲(筋)網(wǎng)水泥砂漿的主要特點(diǎn)是配筋分散性好和骨料顆粒粒徑小，因此，具有更好的抗裂、抗?jié)B和韌性。
3.2.1 鋼絲(筋)網(wǎng)水泥砂漿加固優(yōu)勢(shì)
其技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在：
(1)施工便捷，施工工效高，不需大型施工機(jī)具，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)固定設(shè)施，施工占用場(chǎng)地少。
(2)具有極佳的耐腐蝕性能及耐久性能。試驗(yàn)表明，鋼絲(筋)網(wǎng)水泥砂漿加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)有良好的耐腐蝕性及耐久性，可以抗拒建筑物經(jīng)常遇到的各種酸、堿、鹽對(duì)結(jié)構(gòu)物的腐蝕。
(3)適用面廣。鋼絲(筋)網(wǎng)水泥砂漿加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)可廣泛適用于多種結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)形狀及多個(gè)結(jié)構(gòu)部位的加固修補(bǔ)。
(4)施工質(zhì)量易保證。由于鋼絲(筋)網(wǎng)比較柔軟，即使加固的結(jié)構(gòu)表面不是非常平整，也基本可以保證有效粘貼率。
(5)對(duì)結(jié)構(gòu)形狀和外觀影響不大。水泥砂漿是一薄層，一般只有15～25mm左右，基本不增加原結(jié)構(gòu)質(zhì)量及幾何尺寸。
(6)經(jīng)濟(jì)效益好，價(jià)格便宜。每m2鋼絲網(wǎng)價(jià)格是FRP的1/15～1/30。
(7)具有很好的耐火性與耐高溫性能。鋼絲(筋)網(wǎng)水泥砂漿是無(wú)機(jī)材料，解決了FRP加固因使用有機(jī)環(huán)氧化物而產(chǎn)生的問(wèn)題。
2.2.2 鋼絲(筋)網(wǎng)水泥砂漿加固技術(shù)研究方向
鋼絲(筋)網(wǎng)水泥砂漿加固的研究在近年來(lái)已取得了一定的進(jìn)展，但與其他許多成熟領(lǐng)域相比，還有許多問(wèn)題沒(méi)有解決。
(1)鋼絲(筋)網(wǎng)水泥砂漿加固研究的一個(gè)重大問(wèn)題是試驗(yàn)數(shù)據(jù)仍很缺乏，尤其是在國(guó)內(nèi)，這一問(wèn)題更加突出。現(xiàn)有的研究大多是集中在對(duì)混凝土梁加固的靜載抗彎性能研究，而對(duì)混凝土梁抗剪、混凝土柱的靜載試驗(yàn)以及動(dòng)力性能和疲勞性能研究極少，甚至沒(méi)有。而且現(xiàn)有的研究都是一次受力研究，沒(méi)有考慮實(shí)際加固的二次受力性能。
(2)雖然有些學(xué)者對(duì)鋼絲網(wǎng)水泥這種構(gòu)件本身承載力的計(jì)算提出了一些方法，但對(duì)于加固后構(gòu)件的計(jì)算沒(méi)有系統(tǒng)的研究和分析，限制了這種加固方法的實(shí)際應(yīng)用。
2.3 預(yù)應(yīng)力抗震加固技術(shù)。在橋梁和建筑物加固領(lǐng)域中，體外預(yù)應(yīng)力加固法已愈來(lái)愈受到人們的關(guān)注，它克服了采用其它方法加固材料中普遍存在的應(yīng)力滯后的弱點(diǎn)，保證了新舊材料和結(jié)構(gòu)的整體性與協(xié)同工作。工程實(shí)踐表明采用預(yù)應(yīng)力法加固橋梁和建筑物不僅能提高其承載力，還可以減小撓度和裂縫寬度，提高結(jié)構(gòu)的彈性恢復(fù)力，并且具有施工方便，不占用空間等特點(diǎn)。
體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在設(shè)計(jì)理論還是材料設(shè)備、施工工藝上都取得了一定的進(jìn)展，應(yīng)用范圍從早期PC橋梁拓展到了建筑結(jié)構(gòu)，從新建結(jié)構(gòu)拓展到了結(jié)構(gòu)的加固改造和臨時(shí)性預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)或施工臨時(shí)性鋼索。除此之外，體外預(yù)應(yīng)力的應(yīng)用范圍還不僅僅局限于混凝土結(jié)構(gòu)。評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則之一就是看該結(jié)構(gòu)形式是否能夠充分發(fā)揮材料的力學(xué)特性，通過(guò)運(yùn)用體外預(yù)應(yīng)力索，任何具有合理壓縮特性的材料都可以被連接起來(lái)，在適當(dāng)?shù)膽?yīng)用環(huán)境中是一種合理的結(jié)構(gòu)形式。在工程實(shí)踐中，體外預(yù)應(yīng)力己從單純應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)拓展到了鋼結(jié)構(gòu)，木結(jié)構(gòu)，磚石結(jié)構(gòu)等等，充分證明了其在結(jié)構(gòu)體系方面的優(yōu)勢(shì)。
2.4 消能減震加固技術(shù)。由姚冶平提出的該技術(shù)目前已被成功地應(yīng)用于工程中，至今已開(kāi)始消能減震研究的國(guó)家超過(guò)25個(gè)，工程應(yīng)用例子已超過(guò)300多例。結(jié)果表明，消能減震具有較大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，必將成為21世紀(jì)主要的結(jié)構(gòu)抗震體系之一。
消能減震是在結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件中設(shè)置消能部件，通常由阻尼器等組成，通過(guò)其局部變形提供附加阻尼以耗散或吸收由地震輸入結(jié)構(gòu)中的能量，減少主體結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)，達(dá)到預(yù)期抗震加固的目的。在消能減震結(jié)構(gòu)體系中，消能(阻尼)裝置或元件在主體結(jié)構(gòu)進(jìn)入非彈性狀態(tài)前率先進(jìn)入耗能工作狀態(tài)，充分發(fā)揮耗能作用，耗散大量輸入結(jié)構(gòu)體系的地震能量，從而有效地保護(hù)主體結(jié)構(gòu)使其不再受到損傷或破壞。試驗(yàn)表明，消能減震裝置可以有效消耗地震總輸入能量，這種設(shè)計(jì)減震機(jī)理明確，效果顯著，安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理，適用范圍廣和維護(hù)方便等特點(diǎn)。消能減震技術(shù)既適用于新建建筑結(jié)構(gòu)，又可用于已有建筑物的抗震加固、維修。
消能器的布置應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的工作性能、建筑功能和經(jīng)濟(jì)等要求，綜合比較選擇相對(duì)較好的方案。對(duì)于給定的結(jié)構(gòu)，在消能數(shù)量一定的情況下，可根據(jù)可控度的概念，采用最優(yōu)放置的順序逼進(jìn)法來(lái)確定消能支撐的最優(yōu)布置方案。將層間變形的均方值定義為最優(yōu)位置指數(shù)。
2.5 隔震加固技術(shù)。該方法是隔震技術(shù)在抗震加固領(lǐng)域中的應(yīng)用，通過(guò)隔震層的設(shè)置將地震變形集中到隔震層上，以減小上部結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)，從而保證建筑物內(nèi)人員、設(shè)備的安全。目前已研究出的隔震方法有：橡膠墊隔震、滑移隔震、滾珠或滾軸隔震、擺動(dòng)隔震、懸吊隔震、彈簧隔震等。目前較多的做法是將隔震層放在原結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,即基礎(chǔ)隔震。隔震加固法用于現(xiàn)有建筑抗震加固在美國(guó)、日本等國(guó)已有成功的工程實(shí)例，如美國(guó)對(duì)鹽湖城大廈、洛杉磯政府大樓等幾十棟建筑就是采用此法進(jìn)行了加固。日本對(duì)一些辦公樓、機(jī)場(chǎng)等大型公共建筑也是采用此方法進(jìn)行了加固，效果十分明顯。
3 存在問(wèn)題及展望。對(duì)于建筑物維修和加固改造，可能有不同的改造思路和實(shí)施方案，在具體進(jìn)行維修加固時(shí)，應(yīng)結(jié)合建筑物結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、當(dāng)?shù)氐木唧w條件等因素綜合判斷。此外，本文作者以為現(xiàn)有加固應(yīng)與結(jié)構(gòu)和構(gòu)件性能要求相結(jié)合，不同結(jié)構(gòu)、構(gòu)件應(yīng)采用不同性能水平的加固方法和加固深度，應(yīng)在充分進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性和可靠性等多方面分析比較后，選擇出滿足多目標(biāo)(不同性能目標(biāo))、多水準(zhǔn)(不同性能水平)要求的合理加固方法和加固程度。
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