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前言

混凝土結(jié)構由于設計、施工的失誤，使用過程中遭受損壞，以及設備更新等原因常導致結(jié)構的抗力不足而需要對結(jié)構進行補強加固。另外以設計基準推算，上世紀七八十年代建造的混凝土結(jié)構經(jīng)過了多年的利用，都會有不同程度的損壞或老化，也需要進行修復加固。而土木工程加固技術隨著新思想、新材料的出現(xiàn)，新技術層出不窮，其中采用鋼板加固技術是一門即古老又年輕的技術，它包括粘貼鋼板加固法和錨栓鋼板加固法。粘貼鋼板加固法在國外開始于上世紀60年代，在我國于80年代后期才開始推廣使用，在國際上是一種技術成熟適用面較廣的加固方法。關于粘鋼加固國內(nèi)外都做了大量的試驗和理論研究，它不僅被證明能應用于房屋建筑結(jié)構中，在橋梁和水工結(jié)構中的加固效果也相當顯著，但也存在一些不足之處，比如結(jié)構膠長期抗老化性能還沒有被工程實踐所驗證等，這就需要對結(jié)構膠的耐久性做進一步的研究，只有這樣，粘鋼加固才可能具有持續(xù)的生命力；錨栓鋼板加固法是近幾年發(fā)展起來的一門新加固技術，雖然目前在國內(nèi)外的應用尚不廣泛，特別是在我國該技術才剛剛起步，相關的試驗和理論研究基本處于空白，但是隨著國內(nèi)外關于該加固方法的試驗和理論研究的不斷深入，錨栓鋼板加固法同樣將被證明是一種很有效的前景良好的加固技術。

1粘貼鋼板加固法

1.1 特點及適用范圍

粘貼鋼板加固法是當鋼筋混凝土構件的承載力不足或由于過度的變形、裂縫而影響結(jié)構的正常使用時，通過建筑結(jié)構膠將鋼板粘貼到鋼筋混凝土構件外部適當位置來滿足結(jié)構承載力要求或正常使用要求的一項技術措施。優(yōu)點是該加固法現(xiàn)場濕作業(yè)量少、施工迅速，對生產(chǎn)、生活影響小，并且加固后對原結(jié)構尺寸沒有顯著影響。它實質(zhì)是一種體外配筋，提高原構件的配筋量，從而相應提高結(jié)構構件的剛度、抗拉、抗壓、抗彎和抗剪等方面的能力，因此該方法通常適用于承受靜力作用下一般受彎、斜截面受剪、受壓和受拉構件的加固；另外由于粘鋼加固法加固質(zhì)量在很大程度上取決于膠粘材料和工藝水平高低，所以該方法還局限于環(huán)境溫度不超過60℃及相對濕度不大于70%且無化學腐蝕的地區(qū)使用。

1.2 加固設計的理論

采用粘鋼對已建結(jié)構進行加固后，其受力性能與未加固的普通結(jié)構有較大差異，這是因為新加部分在原荷載作用下應變?yōu)?，并不立即分擔荷載，只有當繼續(xù)增加新荷載第二次受力時才開始承擔荷載。這樣整個結(jié)構在第二次受力的過程中，新粘鋼板的應變始終滯后于原結(jié)構的累加應變。當原結(jié)構中受力鋼筋達到極限應力時，新粘鋼板的應力應變可能還很低，此時，鋼板應力可能低于屈服應力。

我們把粘鋼加固后截面破壞形態(tài)分為三種情況：

（1）鋼筋應力達到屈服，鋼板應力還很低時，混凝土先行破壞，這種破壞形態(tài)相當于混凝土受彎構件的超筋性質(zhì)破壞。

（2）鋼筋應力達到屈服以后，應變進入塑性流變狀態(tài)，鋼板因應力滯后還處于彈性變形階段，但是鋼板的應力隨荷載的增長繼續(xù)增長，當鋼板應力達到較高時（還未達到屈服），如果在這階段受壓區(qū)混凝土先破壞，稱為準超筋破壞。

（3）如果截面上鋼筋應變保持流變狀態(tài)，隨著荷載的增加，鋼板應力也滯后達到了屈服應力，混凝土隨后破壞，稱為適筋破壞。

我國《混凝土結(jié)構加固設計規(guī)范》對粘鋼加固已經(jīng)做了詳細的規(guī)定，因此要嚴格按照規(guī)范中相關計算公式和構造要求進行加固設計，允許被加固構件截面出現(xiàn)適筋破壞和準超筋破壞，而超筋構件并不能提高截面的承載力，反而降低了截面的延性，因此要避免超筋破壞的出現(xiàn)。

1.3  施工技術要點

（1）涂抹的結(jié)構膠厚度應為1~3mm，膠層宜中間厚，邊緣薄。

（2）在加固前，盡量對構件進行卸載，以消除鋼板的應力滯后現(xiàn)象。

（3）應按設計要求對鋼板進行防腐處理。

1.4  現(xiàn)存問題

通過結(jié)構膠高性能的粘結(jié)強度將鋼板牢固地粘貼在混凝土構件表面，使其成為整體共同受力，兩者的變形協(xié)調(diào)是利用結(jié)構膠的剪力傳遞。由于鋼板粘結(jié)的邊緣不均勻扯離強度與剝離強度低，容易造成鋼板與混凝土構件粘結(jié)的縱向端頭首先發(fā)生剝離破壞，從而導致鋼板粘結(jié)失效。為避免這種情況的發(fā)生，雖可在端頭增設錨栓或“U”型箍板或壓條，但是構件在臨近破壞時可能突然發(fā)生剝離破壞，并無明顯征兆；另外結(jié)構膠在受外界紫外線輻射或處在環(huán)境潮濕、高溫等某些特殊環(huán)境中易老化，常導致加固失效，且其在我國應用推廣時間不長，長期抗老化性能尚不清楚，以上這些都使得該加固方法的應用受到限制。

2錨栓鋼板加固法

2.1 特點及適用范圍

錨栓鋼板加固法是用高承載力錨栓將鋼板固定于鋼筋混凝土構件表面而非采用粘膠固定鋼板，此法有效地克服了粘鋼法對結(jié)構使用環(huán)境要求高，且容易發(fā)生鋼板與混凝土剝離的脆性破壞的缺點，具有施工簡便、工期較短、質(zhì)量可靠等優(yōu)點，適合混凝土承重結(jié)構的加固，尤其適用于受彎構件的加固。

2.2 加固設計的理論

錨栓鋼板加固技術是一種新型加固技術，在國外已經(jīng)有了不少相關的試驗和理論研究，但是在我國該加固方法的研究和應用基本上都處于起步階段，為了更好的規(guī)范該加固技術的發(fā)展，國內(nèi)已經(jīng)頒布了《混凝土結(jié)構后錨固技術規(guī)程》。

錨栓是一切后錨固組件的總稱，“錨固”意為將被安裝的物體可靠的固定在基材上，其中涉及到三種客體—基材、錨固件和被連接體。錨固件不但要完成被錨固件與基材的連接作用，更重要的是能有效的將外加荷載直接傳遞到基材上，從而達到安全、穩(wěn)定、牢靠的功效，它的性能在很大程度上決定加固效果的好壞。目前錨栓按工作原理及構造主要分為膨脹型錨栓、擴孔型錨栓和化學錨栓等。

（1）膨脹摩擦型錨栓

膨脹摩擦型錨栓簡稱膨脹錨栓，是利用錨桿錐體與膨脹套間的相對移動，使膨脹套膨脹，與混凝土孔壁產(chǎn)生膨脹擠壓力，并通過剪切摩擦作用，實現(xiàn)對固定件的錨固。膨脹錨栓由于定型較為粗短，埋入較淺，受力時易產(chǎn)生脆性破壞，不符合我國規(guī)范中關于結(jié)構延性設計的理念，因此使用范圍受到較大的限制。

（2）擴孔型錨栓

擴孔型螺栓是通過對鉆孔底部混凝土的再次切槽擴孔，利用擴孔后形成的混凝土承壓面與錨栓膨脹端頭間的機械互鎖，實現(xiàn)對被連接件錨固的一種組件。與膨脹錨栓相比，擴孔錨栓膨脹剪切摩擦作用較小，在破壞形態(tài)上并無實質(zhì)改變，故其適用范圍與膨脹錨栓相同。

（3）化學錨栓

用化學膠劑將栓桿或帶肋鋼筋等膠結(jié)固定于混凝土基材中的一種后錨固技術，依靠栓桿與孔壁之間的粘結(jié)抗剪作用獲得抗拉拔承載力，具有抗沖擊、抗振動及耐疲勞等特點，可以在建筑的各個部位埋設。

錨栓一般會承受拉力、壓力、剪力，或者拉剪組合、彎剪組合等，這些力可能是靜荷載也可能是動荷載。錨栓鋼板加固法破壞形態(tài)通常有錨筋鋼材破壞、基材混凝土破壞、錨筋拔出破壞。其中鋼材破壞是指錨栓本身被拉斷、剪壞，只有這種類型的錨固失效模式是延性破壞，因此加固設計中應控制為這種破壞形式。

2.3 施工技術要點

（1）錨栓要選擇合適的埋深。不同的埋置深度將得到不同的破壞形態(tài)。

（2）要滿足錨栓最小間距和邊距的要求。避免基材混凝土破壞。

（3）鉆孔和清孔的質(zhì)量。避免孔道內(nèi)的殘余浮灰削弱錨栓的錨固力。

2.4 現(xiàn)存問題

錨栓鋼板加固法可有效提高結(jié)構構件的承載力，并能明顯減小構件的撓度和裂縫寬度，構件在破壞前錨栓有明顯的剪彎變形征兆，屬于延性破壞。但是當在混凝土上過多鉆孔設置錨栓時，將會導致構件截面削弱，而且鉆孔需避開鋼筋。另外在價格上也不具備優(yōu)勢，在提高相同承載力下，同樣對200×250×2700mm的鋼筋混凝土梁加固，所需費用卻相差很大.

3 展望

作為錨栓鋼板加固法的重要部件錨栓在過去幾年中發(fā)展十分迅速，高效率的成孔方法和錨固技術使該加固方法的應用范圍越來越廣。例如近幾年發(fā)展起來的自鎖錨桿擴孔植筋錨固技術用擴孔鉆頭將孔底擴成錐形，將錨桿端部開成鍥形槽，通過端部鍥塊，加壓使錨桿張開自鎖，再灌注無機粘結(jié)劑，以達到錨固的效果。該錨固技術的特點是可靠性高、耐老化、耐高溫、耐水，有效克服了粘鋼加固法受環(huán)境條件限制和易發(fā)生端部剝離脆性破壞的缺點，由此可知錨栓鋼板加固法將會有很廣泛的應用前景，在鋼筋混凝土結(jié)構、鋼結(jié)構、水工結(jié)構修補加固工程中比一般加固方法有著非常明顯的綜合優(yōu)勢。另外，粘鋼加固法雖有其應用上的局限性，但是不需要在原構件和鋼板上大量鉆孔，不但對原結(jié)構構件截面損傷小，而且一般在相同的條件下加固同樣的構件所需結(jié)構膠的費用要低于使用錨栓的費用，又具有了經(jīng)濟上的優(yōu)勢，因此在新的耐熱、耐濕及高強結(jié)構膠問世之前，可結(jié)合錨栓鋼板加固法共同加固建筑結(jié)構，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，揚長避短，以達到加固效果最優(yōu)性價比的目標，能有效地避免二次修復。