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前言

混凝土結(jié)構(gòu)由于設(shè)計(jì)、施工的失誤，使用過程中遭受損壞，以及設(shè)備更新等原因常導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的抗力不足而需要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。另外以設(shè)計(jì)基準(zhǔn)推算，上世紀(jì)七八十年代建造的混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)過了多年的利用，都會(huì)有不同程度的損壞或老化，也需要進(jìn)行修復(fù)加固。而土木工程加固技術(shù)隨著新思想、新材料的出現(xiàn)，新技術(shù)層出不窮，其中采用鋼板加固技術(shù)是一門即古老又年輕的技術(shù)，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(guó)外開始于上世紀(jì)60年代，在我國(guó)于80年代后期才開始推廣使用，在國(guó)際上是一種技術(shù)成熟適用面較廣的加固方法。關(guān)于粘鋼加固國(guó)內(nèi)外都做了大量的試驗(yàn)和理論研究，它不僅被證明能應(yīng)用于房屋建筑結(jié)構(gòu)中，在橋梁和水工結(jié)構(gòu)中的加固效果也相當(dāng)顯著，但也存在一些不足之處，比如結(jié)構(gòu)膠長(zhǎng)期抗老化性能還沒有被工程實(shí)踐所驗(yàn)證等，這就需要對(duì)結(jié)構(gòu)膠的耐久性做進(jìn)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(shù)，雖然目前在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用尚不廣泛，特別是在我國(guó)該技術(shù)才剛剛起步，相關(guān)的試驗(yàn)和理論研究基本處于空白，但是隨著國(guó)內(nèi)外關(guān)于該加固方法的試驗(yàn)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(shù)。

1粘貼鋼板加固法

1.1 特點(diǎn)及適用范圍

粘貼鋼板加固法是當(dāng)鋼筋混凝土構(gòu)件的承載力不足或由于過度的變形、裂縫而影響結(jié)構(gòu)的正常使用時(shí)，通過建筑結(jié)構(gòu)膠將鋼板粘貼到鋼筋混凝土構(gòu)件外部適當(dāng)位置來滿足結(jié)構(gòu)承載力要求或正常使用要求的一項(xiàng)技術(shù)措施。優(yōu)點(diǎn)是該加固法現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)量少、施工迅速，對(duì)生產(chǎn)、生活影響小，并且加固后對(duì)原結(jié)構(gòu)尺寸沒有顯著影響。它實(shí)質(zhì)是一種體外配筋，提高原構(gòu)件的配筋量，從而相應(yīng)提高結(jié)構(gòu)構(gòu)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(gòu)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(duì)濕度不大于70%且無化學(xué)腐蝕的地區(qū)使用。

1.2 加固設(shè)計(jì)的理論

采用粘鋼對(duì)已建結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固后，其受力性能與未加固的普通結(jié)構(gòu)有較大差異，這是因?yàn)樾录硬糠衷谠奢d作用下應(yīng)變?yōu)?，并不立即分擔(dān)荷載，只有當(dāng)繼續(xù)增加新荷載第二次受力時(shí)才開始承擔(dān)荷載。這樣整個(gè)結(jié)構(gòu)在第二次受力的過程中，新粘鋼板的應(yīng)變始終滯后于原結(jié)構(gòu)的累加應(yīng)變。當(dāng)原結(jié)構(gòu)中受力鋼筋達(dá)到極限應(yīng)力時(shí)，新粘鋼板的應(yīng)力應(yīng)變可能還很低，此時(shí)，鋼板應(yīng)力可能低于屈服應(yīng)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(yīng)力達(dá)到屈服，鋼板應(yīng)力還很低時(shí)，混凝土先行破壞，這種破壞形態(tài)相當(dāng)于混凝土受彎構(gòu)件的超筋性質(zhì)破壞。

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

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

我國(guó)《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)粘鋼加固已經(jīng)做了詳細(xì)的規(guī)定，因此要嚴(yán)格按照規(guī)范中相關(guān)計(jì)算公式和構(gòu)造要求進(jìn)行加固設(shè)計(jì)，允許被加固構(gòu)件截面出現(xiàn)適筋破壞和準(zhǔn)超筋破壞，而超筋構(gòu)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(shù)要點(diǎn)

（1）涂抹的結(jié)構(gòu)膠厚度應(yīng)為1~3mm，膠層宜中間厚，邊緣薄。

（2）在加固前，盡量對(duì)構(gòu)件進(jìn)行卸載，以消除鋼板的應(yīng)力滯后現(xiàn)象。

（3）應(yīng)按設(shè)計(jì)要求對(duì)鋼板進(jìn)行防腐處理。

1.4  現(xiàn)存問題

通過結(jié)構(gòu)膠高性能的粘結(jié)強(qiáng)度將鋼板牢固地粘貼在混凝土構(gòu)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(gòu)膠的剪力傳遞。由于鋼板粘結(jié)的邊緣不均勻扯離強(qiáng)度與剝離強(qiáng)度低，容易造成鋼板與混凝土構(gòu)件粘結(jié)的縱向端頭首先發(fā)生剝離破壞，從而導(dǎo)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(shè)錨栓或“U”型箍板或壓條，但是構(gòu)件在臨近破壞時(shí)可能突然發(fā)生剝離破壞，并無明顯征兆；另外結(jié)構(gòu)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(dǎo)致加固失效，且其在我國(guó)應(yīng)用推廣時(shí)間不長(zhǎng)，長(zhǎng)期抗老化性能尚不清楚，以上這些都使得該加固方法的應(yīng)用受到限制。

2錨栓鋼板加固法

2.1 特點(diǎn)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(gòu)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(duì)結(jié)構(gòu)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(diǎn)，具有施工簡(jiǎn)便、工期較短、質(zhì)量可靠等優(yōu)點(diǎn)，適合混凝土承重結(jié)構(gòu)的加固，尤其適用于受彎構(gòu)件的加固。

2.2 加固設(shè)計(jì)的理論

錨栓鋼板加固技術(shù)是一種新型加固技術(shù)，在國(guó)外已經(jīng)有了不少相關(guān)的試驗(yàn)和理論研究，但是在我國(guó)該加固方法的研究和應(yīng)用基本上都處于起步階段，為了更好的規(guī)范該加固技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)已經(jīng)頒布了《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)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(dá)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(gòu)造主要分為膨脹型錨栓、擴(kuò)孔型錨栓和化學(xué)錨栓等。

（1）膨脹摩擦型錨栓

膨脹摩擦型錨栓簡(jiǎn)稱膨脹錨栓，是利用錨桿錐體與膨脹套間的相對(duì)移動(dòng)，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(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)易產(chǎn)生脆性破壞，不符合我國(guó)規(guī)范中關(guān)于結(jié)構(gòu)延性設(shè)計(jì)的理念，因此使用范圍受到較大的限制。

（2）擴(kuò)孔型錨栓

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

（3）化學(xué)錨栓

用化學(xué)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(shù)，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(dòng)及耐疲勞等特點(diǎn)，可以在建筑的各個(gè)部位埋設(shè)。

錨栓一般會(huì)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(dòng)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(shè)計(jì)中應(yīng)控制為這種破壞形式。

2.3 施工技術(shù)要點(diǎn)

（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(gòu)構(gòu)件的承載力，并能明顯減小構(gòu)件的撓度和裂縫寬度，構(gòu)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(dāng)在混凝土上過多鉆孔設(shè)置錨栓時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件截面削弱，而且鉆孔需避開鋼筋。另外在價(jià)格上也不具備優(yōu)勢(shì)，在提高相同承載力下，同樣對(duì)200×250×2700mm的鋼筋混凝土梁加固，所需費(fèi)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(shù)使該加固方法的應(yīng)用范圍越來越廣。例如近幾年發(fā)展起來的自鎖錨桿擴(kuò)孔植筋錨固技術(shù)用擴(kuò)孔鉆頭將孔底擴(kuò)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(jī)粘結(jié)劑，以達(dá)到錨固的效果。該錨固技術(shù)的特點(diǎn)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(diǎn)，由此可知錨栓鋼板加固法將會(huì)有很廣泛的應(yīng)用前景，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、水工結(jié)構(gòu)修補(bǔ)加固工程中比一般加固方法有著非常明顯的綜合優(yōu)勢(shì)。另外，粘鋼加固法雖有其應(yīng)用上的局限性，但是不需要在原構(gòu)件和鋼板上大量鉆孔，不但對(duì)原結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面損傷小，而且一般在相同的條件下加固同樣的構(gòu)件所需結(jié)構(gòu)膠的費(fèi)用要低于使用錨栓的費(fèi)用，又具有了經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)，因此在新的耐熱、耐濕及高強(qiáng)結(jié)構(gòu)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(gòu)，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，以達(dá)到加固效果最優(yōu)性價(jià)比的目標(biāo)，能有效地避免二次修復(fù)。