1 建筑結(jié)構(gòu)需要檢測、鑒定,加固和改造的原因很多,歸納起來主要有:

1.1 由于錯誤的設(shè)計、低劣的施工、不適當(dāng)?shù)氖褂玫仍蚴菇ㄖ锊荒軡M足正常的使用,甚至瀕臨破壞。

常見的設(shè)計錯誤有設(shè)計概念錯誤和設(shè)計計算錯誤兩類,前者如在拱結(jié)構(gòu)的兩端未設(shè)計抵抗水平推力的構(gòu)件;按桁架設(shè)計計算的構(gòu)件,荷載沒有作用在節(jié)點(diǎn)而作用在節(jié)間。后者如計算時漏掉了主要荷載;計算公式的運(yùn)用中不符合該公式的條件,或者計算參數(shù)的選用有誤等。

常見的施工質(zhì)量事故有懸挑板的負(fù)筋位置不對或施工過程中被踩下;使用了過期的水泥或混凝土配合比不對導(dǎo)致混凝土的強(qiáng)度等級大大低于設(shè)計要求;使用了劣質(zhì)鋼筋;混凝土灌注樁在施工中發(fā)生了夾砂或頸縮等。

常見的使用不當(dāng)有任意變更使用用途導(dǎo)致使用荷載大大超載;工業(yè)建筑的屋面積灰荷載長期沒有清理等。

上述原因引起的工程事故只要尚未引起建筑的倒塌,均可以通過結(jié)構(gòu)加固使建筑物能安全、正常使用。

1.2 在愿劣環(huán)境下長期使用,使材料的性能惡化

在長期的外部環(huán)境及使用環(huán)境條件下,結(jié)構(gòu)材料每時每刻都受到外部介質(zhì)的侵蝕,導(dǎo)致材料狀況的惡化,外部環(huán)境對工程結(jié)構(gòu)材料的侵蝕主要有以下三類:

(1)化學(xué)作用:例如化工車間的酸、堿氣體或液體對鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)的侵蝕。

(2)物理作用:如高溫、高濕、凍融循環(huán)、晝夜溫差的變化等,使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫等。

(3)生物作用:如微生物、細(xì)菌使木材逐漸腐朽等。

在上述自然因素的長期作用下,結(jié)構(gòu)的功能將逐漸下降,當(dāng)達(dá)到一定期限以后,就有必要對結(jié)構(gòu)加固。

1.3 結(jié)構(gòu)使用要求的變化

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,我國的工業(yè)在大規(guī)模地進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整和技術(shù)改造,生產(chǎn)工藝的變化,涉及到要提高建筑結(jié)構(gòu)的功能。例如已有30t的吊車可能要改成100的吊車,廠房的局部可能要增層,原有設(shè)備可能要更換,相應(yīng)對設(shè)備的基礎(chǔ)提出了新的更高的要求等,這些都必須經(jīng)過結(jié)構(gòu)的檢測,簽定與加固才能保證安全使用。

2 建筑結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的發(fā)展概況

自人類有建筑以來,就伴隨出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)加固與改造。但是在過去,人們習(xí)慣于把加固和維等同,把加固為修修補(bǔ)補(bǔ),“頭痛醫(yī)頭,腳痛醫(yī)腳”,缺少系統(tǒng)的分析和理論探討,因而技術(shù)水平提高不快,并沒有形成一門科學(xué),近十余年來,結(jié)構(gòu)鑒定與加固改造技術(shù)在我國得以迅速發(fā)展并且初具規(guī)模,作為一門新的學(xué)料正在逐漸形成。

已有建筑的加固方法很多,在上部結(jié)構(gòu)中,有加大截面加固法,體外預(yù)應(yīng)力加固法和改變結(jié)構(gòu)傳力體系加固法等,在地基基礎(chǔ)中,有樁托換、地基處理和加大基礎(chǔ)面積加固法等,這些方法在我國已經(jīng)長期大量使用,取得了很多成熟的經(jīng)驗。

在傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)加固方法中,加大截面方法和體外后張預(yù)應(yīng)力方法是常用的方法,已在實際工程中得到成功的應(yīng)用,但是這兩種加固方法存在很多不足之處,預(yù)應(yīng)力方法錨固構(gòu)造困難,施工技術(shù)要求高、難度大,存在施工時的側(cè)向穩(wěn)定問題以及耐久性問題。

加大截面加固法施工周期長,對環(huán)境影響大,而且增大了截面尺寸,減少了使用空間等,因此其應(yīng)用有定的局限性。

20世紀(jì)60年代 開始,隨看環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑的問世,一種新的加固方法一外部粘貼(鋼板)加固法開始出現(xiàn),這種加固法是用環(huán)氧樹脂等粘結(jié)劑把鋼板等高強(qiáng)度材料牢固地粘貼于被加固構(gòu)件的表面,使其與被加固構(gòu)件共同工作,達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)和加固的目的。

早在20世紀(jì)50年代,美國新澤西州就采用環(huán)氧樹脂對公路的路面進(jìn)行修復(fù),到60年代,這一修復(fù)技術(shù)已經(jīng)被發(fā)達(dá)國家廣泛應(yīng)用于公路、鐵路、機(jī)場跑道的維護(hù)以及水利工程和軍事設(shè)施的加固。粘鋼加固技術(shù)的應(yīng)用研究最早源于60年代,1967年,南非的 Fleming和King完成了素混凝土果外貼鋼板的試驗,70年代后,粘鋼加固的理論研究廣泛開展,各國學(xué)者對粘鋼加固的各種受力構(gòu)件的承載力進(jìn)行了較系統(tǒng)研究,奠定了粘鋼加固技術(shù)的理論基礎(chǔ),在解決實際工程應(yīng)用問題上起到了重要作用,日本、美國以及歐洲的一些發(fā)達(dá)國家都制定了有關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。同時,各種性能優(yōu)良的建筑結(jié)構(gòu)膠相繼問世,開始被應(yīng)用于各類建筑工程構(gòu)件的加固。

1971年美國在圣弗南多大地震的震后修復(fù)過程中,廣泛采用了建筑結(jié)構(gòu)膠,如一座10層的醫(yī)院大樓和一幢高于137m的市府大廈,僅用于修補(bǔ)3萬余米的梁,柱,墻裂紋就用膠7t多,1983年英國塞菲爾特的專家們應(yīng)用FD808結(jié)構(gòu)膠,將6.3mm厚的鋼板粘貼加固了一座公路橋,使得這座原限載量110t的橋梁成功地通過了重達(dá)500t的載重卡車。

我國使用建筑結(jié)構(gòu)膠是從20世紀(jì)60年代 開始的,1965年,福州大學(xué)配制了一種環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠對某水庫溢洪道混凝土閘墩斷裂及20m跨屋架和9m跨渡槽工字梁的裂縫進(jìn)行了修復(fù),鞍山修建公司也在同期研制了一種CJ1建筑結(jié)構(gòu)膠,用于梁柱的加固補(bǔ)強(qiáng),1978年,法國斯貝西姆公司用該國 SIKADUR31建筑結(jié)構(gòu)膠對遼陽石油化纖公司引進(jìn)項目的一些構(gòu)件進(jìn)行了粘鋼加固補(bǔ)強(qiáng),1981年,中科院大連物理化學(xué)研究所研制出我國第一代JGN-I,JGNⅡ建筑結(jié)構(gòu)膠。JGN型建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑的問世,對我國粘鋼技術(shù)的發(fā)展起到了極大的推動作用,我國對這項技術(shù)的研究始于20世紀(jì)80年代,1984年,遼寧省物理化學(xué)研究所發(fā)表了關(guān)于粘鋼受彎構(gòu)件的試驗研究報告,并制定了有關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。1989年,由湖北省物理化學(xué)研究所牽頭，聯(lián)合了清華大學(xué)、廣西物理化學(xué)研究所湖南物理化學(xué)研究所、河南物理化學(xué)研究所、武漢制漆二廠等6家單位,組成了中南地區(qū)粘鋼加固技術(shù)課題研究協(xié)作組,對粘鋼加固技術(shù)進(jìn)行了較為全面的研究,在這些研究成果的基礎(chǔ)上,編寫了《中南地區(qū)鋼筋混凝土構(gòu)件粘鋼加固設(shè)計與施工暫行規(guī)定》,這個規(guī)定所涉及的內(nèi)容比較全面,對粘鋼技術(shù)在這一地區(qū)的推廣應(yīng)用起到了推動作用。同期,北京、上海,四川、江蘇、甘肅等地的一些科研院所也做了大量的研究工作,取得了可喜成績,1991年頒布的《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》將受彎構(gòu)件粘鋼加固方面的內(nèi)容納入了規(guī)程的附錄中。

20世紀(jì)末,隨著國際市場纖維材料價格的大幅度降低,一種類似于粘鋼加固方法的外貼纖維復(fù)合材料加固法逐漸引起工程技術(shù)人員的關(guān)注,1984年,瑞士國家實驗室首先開始了外貼纖維復(fù)合材料加固的實驗 研究。隨后,各國學(xué)者開始在該領(lǐng)域開展了廣泛的研究和應(yīng)用推廣工作,美國、日本等國家已經(jīng)制定了外貼纖維復(fù)合材料加固的有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),我國碳纖維加固的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)正在編寫之中。

由于外貼加固方法具有施工周期短、對原結(jié)構(gòu)影響小等優(yōu)點(diǎn),備受設(shè)計者和使用者歡迎。但是,在外貼加固中,外貼材料與構(gòu)件的結(jié)合性能是保證加固效果的關(guān)鍵,粘結(jié)劑性能的好壞決定了外貼加固的成功與否,由于受到粘結(jié)劑性能等的限制,目前外部粘貼加固還大多局限于環(huán)境溫度、濕度較低的承受靜力作用的構(gòu)件。另外,外貼材料與被加固構(gòu)件之間的粘結(jié)錨固性能和錨固破壞機(jī)理、加固構(gòu)件的耐久性及耐高溫性能、加固構(gòu)件的可靠性以及材料強(qiáng)度取值等理論問題仍需要在進(jìn)一步研究中不斷探討。