工业厂房改造中的混凝土结构加固

 摘要：通过上海能源大屯选煤厂主厂房工程进行加固，对框架梁柱加大截面法、框架柱外包钢加固法、框架梁底粘钢、梁板贴碳纤维复合材料加固法等各种混凝土结构加固技术特点及其适用场合的介绍,为实际工程合理地选择加固方案提供参考。对钢筋混凝土各种加固方法进行分析，从而为更好完成类似工程结构体系的加固改造方案提供经验。

论文关键词：混凝土结构,框架,加固

1 工程概况

上海能源大屯选煤厂主厂房始建于1979年，为多层框架结构，南北四跨，柱距7米，东西18跨，柱距7米，层高4~9米不等，总建筑高度33.40米。设计混凝土为200号（早期的混凝土强度标号），厂房由于年代久远，期间经历过多次工艺改造，导致内部结构荷载已经较原设计布置变化非常大，多处混凝土框架梁柱存在破坏迹象，经过中国建筑科学院上海分院进行结构鉴定，必须对该工程混凝土结构进行加固。

2　该工程由于是工业厂房，内部生产设备早已就位，且厂方要求工程加固不能影响生产设备的正常运转，故该工程根据厂房内部设备空间和部位，采取了不同的加固工艺。

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,是通过在原混凝土构件外叠浇新的钢筋混凝土,增加构件的截面积和配筋,从而达到提高构件的承载力和刚度,降低柱子长细比,达到对原有构件进行加固的目的。采用加大截面法加固时,可根据原构件的受力性质、构造特点和加固要求不同,采取了单面加大、两面加大、三面加大和四面加大等构造形式。加大截面法是一种传统的加固方法,工艺简单,适用面广,可广泛用于梁、板、柱、墙等混凝士结构的加固,其优点是可以在提高构件承载力的同时增大其刚度和变形能力,部分情况下也可以加强连接的可靠性。但现场湿作业工作量较大,养护期较长,对生产和生活有一定影响。另外,截面增大,还存在施工时侧向稳定等问题,且加固后对原结构外观及房屋净空也有一定影响。

在进行混凝土构件截面加大施工中有一关键工序就化学植筋技术，植筋新技术是运用高强度的化学粘合剂，使钢筋、螺杆等与混凝土产生握固力，从而达到预期效果。施工后产生高负荷承载力，不易产生移位、拔出，并且密着性能良好，无需作任何防水处理。由于其通过化学粘合固定，不但对基材不会产生膨胀破坏，而且对结构有补强作用。施工简便迅速，安全并符合环保要求，是建筑工程中钢筋混凝土结构加固的最有效的方法。

2. 2　混凝土框架柱外包钢加固法

外包钢加固法是把型钢或钢板等材料包在被加固的钢筋混凝土构件外侧,通过外包钢与原有构件的共同作用,提高构件的承载力和刚度,达到加固的目的。此方法主要是通过约束原构件来提高其承载力和变形能力,可以大幅度提高构件的承载力,多用于柱子加固,也可用于梁的加固。对于矩形截面柱,一般在其四脚外包角钢,横向用缀板焊接成整体;对于圆形截面柱,多用扁钢加套箍;对于梁可仅在受拉边外包角钢加固。外包钢加固法又分为干式和湿式两种:干式外包法是角钢直接外包于被加固构件四周;湿式外包法是在角钢和被加固构件之间留有一定间距,中间浇筑混凝土,这实际上是一种外包钢和外包混凝土相结合的复合加固方法。湿式外包钢加固由于可大幅提高构件的承载能力,主要用来加固承受很大荷载的受压构件。外包钢加固法受力可靠、施工简便、现场工作量较小,但用钢量较大;适用于在使用上不允许显著增大原构件截面尺寸,但又要求大幅度提高其承载能力的混凝土结构构件加固。

2.3　混凝土框架梁粘钢加固法

此法施工较为简单。一要特别注意对混凝土和钢板的表面处理。对于旧、脏严重的混凝土构件的粘合面，先用硬毛刷沾高效洗涤剂清洗，刷除表面油垢污物后用水冲洗，再对粘合面进行打磨，除去2～3mm厚表层，露出平整新面，将粉尘清除干净，再用丙酮擦拭表面；对于混凝土表面较干净的，则可直接对粘合面进行打磨，去掉1～2mm 厚表层，使之平整，清去粉尘，再用丙酮擦试表面。钢板表面处理应根据其绣蚀情况，可用喷砂、砂布、砂轮机打磨，使钢板出现金属光泽，打磨纹路尽量与受力方向垂直，然后用丙酮擦拭干净。二要注意对胶粘剂的选择。目前国内市场建筑结构胶粘剂鱼龙混杂，对胶粘剂的选择一定要慎重。三要注意在配胶、粘贴过程中的细节。胶粘剂要严格按照说明书要求的比例配制，尤其是要掌握好固化剂的用量，搅拌要均匀，同时在粘贴时要保证粘贴面的饱满、密实。四要注意在固化阶段不能对钢板有任何扰动。

结构粘钢加固方法，与其他的加固方法比较，有许多独特的优点和先进性，主要有：

1、坚固耐用：经过多年来的工程实践，已经证明完全能保证加固工程的质量，结构的强度和刚度都能满足设计的要求。施工工艺精巧，质量优秀，工程合格率为100%。胶粘剂30年老化试验耐久性能满足要求。粘钢加固后的结构试验，也证明强度和刚度的设计方法是正确的和可靠的。

2、施工快速：在保证粘钢加固结构质量的前提下，快速完成施工任务，并能根据业务要求，在不停产不影响使用的情况下完成施工，受到用户的普遍赞扬。

3、简洁轻巧：与其它加固方法比较，粘钢加固的施工，干净利落，比较简便，现场无湿作业。完成加固后的结构外观不改变，比较轻巧，钢板薄，结构自重增加极微，不会导致建筑物内其他构件的连锁加固。

4、灵活多样：粘钢加固法的适应性很强，能够解决生产上和生活上各种有关问题。粘贴钢板的方案多种多样，灵活巧妙。还可粘贴型钢、加固钢结构及砖砌体结构等。

5、经济合理：由于施工快，避免或减少工厂停产时间，节约加固材料，与其它加固方法比较，粘钢加固的费用大为节省，经济效益很高。

2. 4　混凝土框架梁底碳纤维加固技术

碳纤维布加固技术是利用碳素纤维布和专用结构胶对建筑构件进行加固处理，该技术采用的碳素纤维布强度是普通二级钢的10倍左右。具有强度高、重量轻、耐腐蚀性和耐久性强等优点。厚度仅为2mm左右，基本上不增加构件截面，能保证碳素纤维布与原构件共同工作。是近年来逐渐发展起来的混凝土结构加固新技术,与传统混凝土结构加固技术相比具有明显的优越性。

根据结构鉴定情况，对厂房内部分框架梁底和顶部进行粘贴碳纤维布，部分楼面由于工艺改造增加荷载，需要在混凝土板底粘贴碳纤维布。

外贴碳纤维复合材料加固法除具有粘贴钢板加固法的优点外,还具有很高的抗化学腐蚀能力和对被加固结构的保护能力,提高了结构耐久性;材料强度高,外贴加固用量少(厚度小);荷载增加极少,几乎不改变原有结构的外形和尺寸;施工便捷、施工周期短;加固时噪音小、灰尘少,对结构的使用环境影响较小。

仅仅依靠碳纤维片本身并不能充分发挥其强大的力学特性及优越的耐久性能，只有通过环氧树脂将碳纤维片粘附于钢筋混凝土结构表面并与之紧密地结合在一起形成整体共同工作，才能达到补强的目的。因此，环氧树脂的性能是重要的关键之一。环氧树脂因类型不同而有不同的性能，适应于各个部位的不同要求。例如底涂树脂对混凝土具有良好的渗透作用，能渗入到混凝土内一定深度；粘贴碳纤维片的环氧树脂易于“透”过碳纤维片，有很强的粘结力。依使用温度的不同，树脂还分为夏用及冬用类树脂。我公司使用的各类树脂规格及性能（包括底层涂料的规格及性能、环氧腻子的规格及性能、粘结树脂的规格及性能等均有详细表格资料、以备索取）。

浸渗粘着树脂除渗透到碳纤维片内，还具有粘着剂的功能。与腻子、底涂同样，必须具有把因载荷作用等在混凝土表面上发生的应变确实传递到碳纤维片上的力学性能。

3 结束语

根据不同加固工艺要求，严格控制关键节点和工序，由于厂方生产设备正常运转施工，施工难度较大，且时间紧迫，因此，各方案的选择及优化就显得非常重要。在实际施工中，采用本文所述方案既满足了工期要求，又降低了施工难度，改造后的厂房运行至今，未发现任何异常现象，运行良好，取得了明显的经济效益和社会效益。

参考文献：

1、《混凝土结构加固技术规范》（CECS 25-1990）。

2、《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》（CECS 146-2003）。

3、赵华玮，《混凝土结构加固技术》（漯河职业技术学院学报）2008年第5期。表4 120#墩—121#墩跨段主梁L/2截面对称图4 120#墩—121#墩跨段主梁L/2截面

布载正弯矩控制截面挠度数据结果表对称布载正弯矩控制截面挠度分析图

从以上各表和各图可看出：

（1）在汽-20，挂-100标准荷载作用下，该桥强度和刚度满足设计要求；

（2）箱梁的实测横向分布基本与理论计算吻合，说明桥梁的实际横向刚度符合设计和使用要求；

（3）本次静载试验未发现箱梁与桥墩控制截面产生结构受力裂缝，与该类预应力构件的特性相吻合；

（4）高架桥墩柱应力较小，符合使用和规范要求。