房屋建筑鋼筋混凝土結構施工探討

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摘要：傳統的鋼絲網加固技術采用濕法施工，存在承載力小、加固效果差的問題，針對該問題，提出了房屋建筑鋼筋混凝土結構施工與加固技術。分析混凝土受力特征，分解混凝土結構層次，由此構建可靠性評價指標體系。研究混凝土結構施工流程，計算混凝土承載力及鋼筋應力，為碳纖維布加固技術流程設計提供數據支持。通過加固穩定性鑒定，完成混凝土結構加固穩定性的識別鑒定。由實驗結果可知，該技術最大承載力提高幅度為27.95%，具有良好加固效果。

關鍵詞：鋼筋混凝土；結構施工；加固技術；碳纖維布

近年來，對建筑物實行可靠度評估、鑒別以及維修加固工作是一個熱點關注問題，這對于解決建筑物蘊含的安全隱患、延長建筑物壽命、節省建筑投資的意義重大[1]。當今，在我國的相關研究領域，對鋼筋混凝土結構房屋進行可靠度評估，同時進行加固方案的對比研究方面，多采用工程驗算的方法，尚未形成一套科學完善的評估體系。為此，本文提出了一套科學、完善的評估體系方案，可供我國鋼筋混凝土結構房屋可靠性評估工作參考[2]。傳統的鋼筋網加固混凝土構件，采用小直徑鋼筋網砂裝和高強度鋼鉸接網組合加固。傳統加固方法的應用形式主要是利用改變截面形式，增加截面面積的方式，改變傳力體系，增加結構支承構件等，以達到加固目的。該方法存在許多不足，主要表現為：采用濕法施工施工周期長，建筑物內部可利用空間縮小，外貼纖維增強復合材料的經濟效益不好。而采用碳纖維布加固鋼筋網砂，在一定程度上克服了網砂加固構件承載能力不足的缺點，同時又具有網砂加固構件多個優點。纖維素復合材料可粘附在需要加固的混凝土構件表面，通過粘結劑將混凝土應力轉移到纖維素復合材料上，兩者共同受力，共同作用，從而達到加固建筑物的目的。

1混凝土結構層次分解及可靠性評價指標體系構建

在分析影響鋼筋混凝土結構可靠性因素的基礎上，探尋核心系統變形、裂縫、腐蝕等非可靠性的來源，目的是借助針對非可靠性指標的描繪測量，對鋼筋混凝土結構房屋的整體可靠性進行評估分析[3]。對于鋼筋混凝土結構房屋的評價需要確?？煽啃?，需要將可靠性因素與鋼筋混凝土結構層數之間的匹配關系納入考慮范圍內。從核心體系角度看，將承載力、裂縫、變形、鋼筋腐蝕、混凝土碳化等結構上的因素，針對性地進行可靠性評價，能為建筑中鋼筋混凝土結構房屋的可靠性優化提供方案指導[4-5]。

1.1受力特征分析

在進行加固設計時，需要對結構的受力特點進行充分全面的了解。倘若無法對加固后結構的受力特點進行準確全面的了解與掌握，加固后與加固前進行對比，會形成較大的效果差別，針對二次受力分析過程中，得到的結果和實際有很大的差別。加固結構包括新、舊材料，其共同受力作用的關鍵在于組合面抗剪強度的大小。在設計時，應確保加固后的組合面抗剪強度高于原結構[6-8]。對于不同的加固方法、加固材料及對應要求，一般原則是與原結構相比，各力學指標更高，加固能力效果更好[9]。

1.2混凝土結構層次分解

混凝土結構層次分解如圖1所示?；炷潦侵赴阉嗯c骨料混合形成的產物。鋼筋混凝土泛指把鋼筋等材料加注到混凝土中，形成一種混合型物質。鋼筋的作用是對于拉力的承擔，混凝土的作用是用于壓應力的承擔?；炷恋慕Y構層次主要包括地基基礎、結構的整體性、梁、板、柱結構、維護系統[10-11]。

1.3評價指標體系構建

基于建筑物的可靠性評價，設計了鋼筋混凝土結構可靠性分層評價指標體系，將其分解為子系統、要素、構件三個層次，適用于基于要素層次的結構可靠性評價方法。相互間進行評價，形成了完整的鋼筋混凝土結構評價指標體系[12]。具體體系流程如圖2所示。由圖2可知，鋼筋混凝土評價體系的評價對象是其結構。最開始針對地基結構、上部結構、以及維修系統，然后對地基基礎、斜坡和地基基礎進行評價，對上部結構、維修系統進行構件安全性、結構整體性、側移等方面進行有關評價[13]。

2混凝土結構施工與加固技術研究

2.1混凝土結構施工流程分析

混凝土結構施工流程如圖3所示。由圖3可知，首先需要將表層的裝飾層鑿除掉，打磨混凝土層的基面，并保證平溝槽面打磨出新茬。之后將施工面等清洗干凈，達到無油除塵的效果。用建筑用粘合劑拌合水泥修補板縫隙，待凝固后將有凸起、段差部分打磨成光滑曲面，將底膠均勻刷涂于施工表面，確保無漏油現象[14]。等到底膠不粘手，再利用修補膠找平，將其鋪放在涂有浸漬膠的基面上，用滾輪滾動，鏟刀擠壓排布。外粘角鋼過程中，需要先對角鋼執行加工操作，包括打磨、鉆孔等一系列過程，以將角部的光澤度和紋飾進行一定處理。然后將加強筋打磨處理，焊接到角鋼上。在粘貼前處理原混凝土表面，如有可能，先利用粘鋼膠對原混凝土的基面進行處理，之后完成打磨過程后即可[15]。

2.2碳纖維布加固技術

針對外觀良好、保護良好的、腐蝕度低的鋼筋、混凝土保護層無裂紋的，在對承載力進行相關計算時，材料間的粘結力會明顯降低，所以如果利用碳纖維的方式進行加固，只要進行預防性防腐蝕加固，便可以達到基本保護標準，保證其在不利環境下的耐蝕性有所提高。此種加固方式為結構加固，無需將碳纖維的含量參數計算出來。針對繡蝕度較高的鋼筋混凝土結構，若混凝土保護層出現開裂且程度較大，造成鋼筋銹蝕，將導致鋼筋出現截面積縮小、強度變弱等情況。對于碳纖維布加固，需要根據結構銹蝕程度，對縱向碳纖維布抗彎、橫向碳纖維布抗剪承載力進行有關計算，計算完成后進行相關比較。這種加固措施對于整體強度有恢復和提高的效果，但并不是對鋼筋損耗的補償2.2.1加固承載力分析在針對加固混凝土軸心受壓構件的加固過程時，可以借助公式（1）針對它的正截面的加固承載力進行相關分析：（1）公式（1）中：N代表加固后結構的軸向力設值；fc'、fy'代表原來構件的抗壓強度的設計數值；Ac、As'表示原構件混凝土及縱向鋼筋的橫截面積；α表示新加縱向鋼筋及混凝土的強度利用系數，若加固構件的應力水平已確定，可以近似取α為0.8；fc1、fy1'代表新加混凝土和鋼筋的抗壓強度的設計參數；Ac1、As1'代表新加混凝土和鋼筋的截面面積；𝜑表示以構件加固后截面尺寸為基礎的穩定系數參數值。針對加固后構件新加混凝土與鋼筋的強度，借助系數α進行有關計算。對軸心受壓混凝土構件實行加固后破壞，一般情況下指的是原構件混凝土在達到其極限壓應變后失效。此時將由新加部分的混凝土去承擔全部荷載，而新加部分混凝土一般承載力有限，再加部分混凝土就會受到破壞。當加固后構件的極限承載力超過極限承載范圍，新加構件的鋼筋混凝土強度將無法充分利。若原構件混凝土超過了極限承載力的參數值，則新加混凝土及鋼筋的應力分別用σc1和σ's1表示，新加混凝土強度的利用系數計算如公式（2）和公式（3）所示。加固承載力的分析如圖4所示。新加鋼筋強度的利用系數由下式得出：2.2.2碳纖維布加固技術碳纖維布并不是建筑結構的主要材料，而是傳統鋼筋混凝土的輔助材料之一，碳纖維布具有優良的性能，抗拉強度很高。碳纖維布加固鋼筋混凝土結構遵循的受力原理，與混凝土和鋼筋的協同原理類似。在加入碳纖維布之后，鋼筋混凝土梁借助碳纖維布使其抗拉力明顯提高，鋼筋屈服后對梁有約束效果，用于承受拉力，進而對鋼筋混凝土梁抗彎、抗剪承載力差等缺點進行改善。碳纖維布加固主要借助粘結劑把碳纖維布與結構進行融合，達到碳纖維布與受鋼筋混凝土結構共同受力的效果，達到協調變形、共同工作的效果。所有拉應力基本都由碳纖維布承受。碳纖維布加固技術流程如圖5所示。由圖5可知，具體流程如下：做好施工前的準備，進行清洗處理，同時進行截面修補和裂縫注膠修補；在清洗處理后的混凝土表面上定位畫墨線，鑿平混凝土表面為底膠，粘貼碳纖維層，再進行養護。為確保加固材料不會到破壞，需要保證碳纖維布與混凝土結構粘結可靠，同時保證能夠共同受力。在特殊環境條件下，如高濕度、腐蝕性大等環境條件下，針對需要執行加固操作的建筑物，采用特殊施工工藝對其進行加固，確保其符合有關標準。加固后的構件倘若需要執行防火處理操作，應該按照相關的要求進行設計與施工。2.2.3加固穩定性鑒定鋼筋混凝土結構加固穩定性鑒定主要是對建筑物現狀進行調查，包括建筑物平面與立面布置、裂縫、結構側向位移、相關構造和使用功能等。具體流程如圖6所示由圖6可知，加固穩定性鑒定流程如下：進行結構布局和結構形式等基本情況勘察，包括有關參數值的測量記錄與分析。針對結構的使用狀況執行調查、測試，并保證真實度，包括建筑物的內外環境、地基基礎比、場地類別、地基穩定性、地基承載力和材料力學性能測試等。鑒定地基是否變形，對基礎和樁的工作狀態進行檢測，檢測其是否出現裂縫、有無腐蝕以及其他損壞的情況。除此之外，結構的動力特性也需要鑒定，包括對使用功能的檢查與鑒定。上部結構施工質量的鑒定，主要通過對鋼筋混凝土結構構件的鑒定進行反映，包括構件的外觀質量和缺陷檢驗、混凝土強度鑒定、鋼筋配置鑒定、鋼筋力學性能鑒定等。

3實驗

3.1實驗環境

如果混凝土的強度很高，碳纖維布可以充分其高強特性。依據有關標準，在加固過程中，加固構件實際測量的混凝土強度等級需高于C15。該實驗選取C20、C25、C30、C35等級的混凝土執行有關的模擬計算，實驗模型由粘貼一層碳纖維布的鋼筋混凝土梁充當。針對高強鋼鉸線網合與碳纖維布加固下載混凝土，對鋼筋混凝土加固效果的影響進行有關研究，通過應變值與拉力值反映在加固效果。

3.2實驗結果

不同方法承載力對比結果如表1所示。傳統方式高強鋼鉸線網合加固方式與碳纖維布加固方式在不同混凝土強度下的應變與拉應力的關系，如圖7、8所示。從表1及圖7、圖8可以看出，隨著混凝土強度的等級依次增高，粘貼一層碳纖維布加固梁的承載力，與混凝土強度的增加成正比。從曲線趨于平緩能夠看出，混凝土強度增長但加固效果卻在降低?；炷翉姸鹊燃墳镃20、C25、C30、C35時，傳統高強鋼鉸線網合加固方式的承載力提高幅度分別為18%、17.15%、16.76%、16.6%。碳纖維布加固方式的承載力提高幅度分別為27.1%、27.95%、19.16%、18.2%。從整個直觀顯示圖可以看出，與傳統方式高強鋼鉸線網合加固方式相比，碳纖維布加固方式的承載力強，加固效果更好。且混凝土強度越大，加固后的承載效果越好。

4結束語

碳纖維布加固結構的試驗研究、理論分析覆蓋范圍很廣泛，并且再很多方面已經取得了顯著效果。但是此種材料應用時間較短，在諸多方面還存在著空白，有待進一步深入研究。目前，碳纖維加固的研究大部分集中在靜力學領域，環境因素對加固效果的影響研究非常少，這也值得深入考慮。碳纖維布的加固作用可有效降低混凝土的最大壓應變，降低梁的撓度，限制混凝土變形。粘結劑的作用機理還有待進一步研究，如何有效將碳纖維布與混凝土粘結，也是今后研究的重點和難點。

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作者：羅思 單位：中鐵十八局集團有限公司