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试论工业厂房结构裂缝与加固技术

文章出处:东莞联丰钢构发表时间:2018-07-17
目前,在工程结构领域中存在着一个相当普遍的问题就是结构物的裂缝。它已极大地影响到混凝土的耐久性,并困扰着大批工程技术人员和管理人员,是迫切需要解决的技术难题。随着社会的发展,经济步伐加快,工业建筑发挥着日益重要的作用。工业厂房规模也是日益庞大,结构形式日趋复杂,在整个工程中占主要地位。其裂缝的出现较为普遍但影响美观,严重的还涉及结构安全,所以裂缝问题自然成为工业厂房建设预防的重点。本文即对工业厂房混凝土结构裂缝产生的原因进行了分析和研究,并介绍了钢筋混凝土结构裂缝加固处理中的常用方法和注意要点。
 
  一、结构裂缝的种类和形成原因
 
  按照裂缝产生原因的不同可以划分为以下三类:
 
  (一)由外荷载作用形成的裂缝
 
  即按常规计算的主要应力引起的裂缝。厂房混凝土结构在受到外荷载(动荷载、静荷载及许多结构实际工作状态超出设计所产生的应力)的作用下,超过了自身的抗拉强度而产生的裂缝称为荷载裂缝。尤其是带吊车梁的工业厂房更容易出现此裂缝。
 
  (二)由结构变形引起的裂缝
 
  由于温度、混凝土收缩、膨胀、不均匀沉降等因素引起的裂缝。混凝土结构具有热胀冷缩的性能。结构在受到温度作用时发生变形,当变形受到约束时所产生的约束应力超过混凝土抗拉强度时,便会出现温度裂缝。混凝土在硬化过程中,由于水泥水化热致使内部温度升高,水分散失过快产生收缩而出现裂缝,这种干缩裂纹同样也属于温度裂缝。
 
  (三)由外荷载的作用,结构次应力引起的裂缝
 
  次应力指常规不计算的外荷载应力。如屋架支撑端按铰接节点计算,但实际混凝土屋架节点有弯距和切力;由于地基土质差别大;混凝土结构的持力层坐落在软弱土层;建筑物平面结构复杂,在横、纵单元交叉处基础密集;建筑物整体刚度差,刚度不对称都会引起不均匀沉降,导致混凝土结构产生裂缝。
 
  二、加固技术介绍
 
  依据《混凝土结构加固技术规范》,混凝土结构加固方法有:加大截面加固法、外包钢加固法、预应力加固法、改变结构传力加固法、外部粘钢加固法、碳纤维布加固法等。
 
  (一)加固工作程序
 
  针对结构可靠性等级,提出最佳加固方案。根据加固方案进行加固设计,考虑适当的施工方法及合理的构造措施。
 
  (二)加固技术介绍
 
  1、加大截面加固法
 
  即采取增大混凝土结构或构筑物的截面面积,以提高其承载力和满足正常使用的一种加固方法。在钢筋混凝土受弯构件受压区加混凝土现浇层,可增加截面有效高度,扩大截面面积,从而提高构件正截面抗弯、斜截面抗剪能力和截面刚度,起到加固补强的作用。在适筋范围内,混凝土受弯构件正截面承载力随钢筋面积和强度的增大而提高。在原构件正截面配筋率不太高的情况下,增大主筋面积可有效地提高原构件正截面抗弯承载力。
 
  2、外包钢加固法
 
  该加固技术是在混凝土构件表面用特制的建筑结构胶粘贴钢板,以提高结构承载力的一种加固方法。适用于使用上不允许增大混凝土截面尺寸,而又需要大幅度地提高承载力的混凝土结构的加固,要求承受静力作用的一般受弯、受拉构件,且环境温度不大于60℃,相对湿度不大于70%,以及无化学腐蚀影响,否则应采取措施。优点是简单、快速、不影响结构外形,施工时对生产和生活影响较小。但是,粘钢存在着应力滞后现象。施工时原构件的负载越大,应力滞后越多。此外,施工质量和粘结剂质量对加固有较大影响。
 
  3、低压注浆法
 
  该方法适用于裂缝宽度在0.2~0.3mm的混凝土缝修补,它是在裂缝中注入树脂或水泥类材料,以提高其防水性及耐久性。对于未贯通的裂缝,注浆法难以将浆液注入到内部,注入压力太大时,还有可能使裂缝宽度扩大。所以,目前多采用低压低速注入法。
 
  低压低速注入法修补混凝土裂缝的施工工艺流程为:裂缝清理→粘贴注浆嘴和封闭裂缝→试漏→配制注浆液→压力注浆→二次注浆→清理表面。该方法易于控制注入量,且可以注入到裂缝的深部。此外,采用低压注浆法再配合钢抓钉,可使裂缝部位加固后更具有整体性,可以防止裂缝的进一步发展。
 
  4、预应力加固法
 
  即采用外加预应力的钢拉杆或撑杆,对结构进行加固的方法。适用于要求提高承载力、刚度和抗裂性及加固后占用空间小的混凝土承重结构。此法不宜用于处在温度高于60℃环境下的混凝土结构,否则应进行防护处理,也不适用于混凝土收缩量变大的混凝土。
 
  5、表面处理法
 
  表面处理法是一种简单、常见的修补方法,它主要适用于处理稳定的和对结构承载力没有影响的表面裂缝以及深进裂缝。例如喷浆修补法是在经凿毛处理的裂缝表面喷射一层密实而且黏度高的水泥砂浆保护层,以封闭裂缝。涂膜封闭法是在微裂缝(裂缝宽度<0.2mm)的表面涂抹防水涂膜,以提高其防水性和耐久性。该方法使用的材料主要有ZV型混凝土修补胶、ZB型罩面胶、修补粉料或水泥等。但是,采用这种方法无法将修补工作深入到裂缝内部。
 
  6、改变结构传力途径加固法
 
  主要可分为两种:
 
  (1)增设支点法:该法是以减小结构的计算跨度和变形,提高其承载力的加固方法。按支承结构的受力性能分为刚性支点和弹性支点两种。刚性支点法是通过支承构件的轴心受压将荷载直接传给基础或其他承重结构的一种加固方法;弹性支点法是以支承结构的受弯或晰架作用来间接传递荷载的一种加固方法。上述方法适用于房屋净空不受限制的大跨度结构的加固。
 
  (2)托梁拔拄法:该法是在不拆或少拆上部结构的情况下拆除、更换、接长柱子的一种加固方法。按其施工方法的不同可分为有支撑托梁拔拄、无支撑托梁拔柱及双托梁反牛腿拔柱等方案,适用于要求厂房使用功能改变,增大空间的老厂改造的结构加固,其中双托梁反牛腿托梁拔拄,则适用于保留上柱的型钢结构的加固。
 
  7、外包钢加固法
 
  即在混凝土构件包以型钢的加固方法。适用于使用上不允许增大混凝土截面尺寸,而又需要大幅度地提高承载力的混凝土结构的加固。当采用化学灌浆外包钢加固时,型钢表面温度不应高于60℃。当环境具有腐蚀性介质时,应有可靠性的防护措施。
 
  8、关于其他加固方法,如增设支撑体系和剪力墙等,以增加结构的整体刚度,改变构件的刚度比值,调整原结构内力,改善结构和构件的受力状况,多用于增强单层厂房和多层框架结构的空间刚度,以提高其抗水平力的能力。
 
  在工程结构领域中混凝土结构裂缝问题一直是研究的热点问题,混凝土的早期抗裂问题近些年尤其受到关注。混凝土裂缝是一种不可避免的现象,它给建筑结构带来的不利影响很多,严重时会造成人民生命财产的损失。裂缝是否需要处理和怎样处理,主要取决于裂缝的性质和其危害性。对那些危及结构安全、或影响正常使用以及降低耐久性的裂缝都要认真处理。
 
  我国正在大量建设各种基础设施,迫切需要深入开展混凝土结构开裂问题,混凝土结构加固等方面问题的研究。裂缝的控制应从设计方面、施工方面、材料性质与配合比方面、使用环境及管理方面采取综合措施。应特别注意对结构的稳定性、受剪承载力、受弯承载力产生严重影响的裂缝重点进行加固处理。对混凝土裂缝问题要认真对待,通过采取有效的措施减少其负面影响,保证建筑结构的使用安全。
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