摘要：传统的钢丝网加固技术采用湿法施工，存在承载力小、加固效果差的问题，针对该问题，提出了房屋建筑钢筋混凝土结构施工与加固技术。分析混凝土受力特征，分解混凝土结构层次，由此构建可靠性评价指标体系。研究混凝土结构施工流程，计算混凝土承载力及钢筋应力，为碳纤维布加固技术流程设计提供数据支持。通过加固稳定性鉴定，完成混凝土结构加固稳定性的识别鉴定。由实验结果可知，该技术最大承载力提高幅度为27.95%，具有良好加固效果。
关键词：钢筋混凝土；结构施工；加固技术；碳纤维布
近年来，对建筑物实行可靠度评估、鉴别以及维修加固工作是一个热点关注问题，这对于解决建筑物蕴含的安全隐患、延长建筑物寿命、节省建筑投资的意义重大[1]。当今，在我国的相关研究领域，对钢筋混凝土结构房屋进行可靠度评估，同时进行加固方案的对比研究方面，多采用工程验算的方法，尚未形成一套科学完善的评估体系。为此，本文提出了一套科学、完善的评估体系方案，可供我国钢筋混凝土结构房屋可靠性评估工作参考[2]。传统的钢筋网加固混凝土构件，采用小直径钢筋网砂装和高强度钢铰接网组合加固。传统加固方法的应用形式主要是利用改变截面形式，增加截面面积的方式，改变传力体系，增加结构支承构件等，以达到加固目的。该方法存在许多不足，主要表现为：采用湿法施工施工周期长，建筑物内部可利用空间缩小，外贴纤维增强复合材料的经济效益不好。而采用碳纤维布加固钢筋网砂，在一定程度上克服了网砂加固构件承载能力不足的缺点，同时又具有网砂加固构件多个优点。纤维素复合材料可粘附在需要加固的混凝土构件表面，通过粘结剂将混凝土应力转移到纤维素复合材料上，两者共同受力，共同作用，从而达到加固建筑物的目的。
1混凝土结构层次分解及可靠性评价指标体系构建
在分析影响钢筋混凝土结构可靠性因素的基础上，探寻核心系统变形、裂缝、腐蚀等非可靠性的来源，目的是借助针对非可靠性指标的描绘测量，对钢筋混凝土结构房屋的整体可靠性进行评估分析[3]。对于钢筋混凝土结构房屋的评价需要确保可靠性，需要将可靠性因素与钢筋混凝土结构层数之间的匹配关系纳入考虑范围内。从核心体系角度看，将承载力、裂缝、变形、钢筋腐蚀、混凝土碳化等结构上的因素，针对性地进行可靠性评价，能为建筑中钢筋混凝土结构房屋的可靠性优化提供方案指导[4-5]。
1.1受力特征分析
在进行加固设计时，需要对结构的受力特点进行充分全面的了解。倘若无法对加固后结构的受力特点进行准确全面的了解与掌握，加固后与加固前进行对比，会形成较大的效果差别，针对二次受力分析过程中，得到的结果和实际有很大的差别。加固结构包括新、旧材料，其共同受力作用的关键在于组合面抗剪强度的大小。在设计时，应确保加固后的组合面抗剪强度高于原结构[6-8]。对于不同的加固方法、加固材料及对应要求，一般原则是与原结构相比，各力学指标更高，加固能力效果更好[9]。
1.2混凝土结构层次分解
混凝土结构层次分解如图1所示。混凝土是指把水泥与骨料混合形成的产物。钢筋混凝土泛指把钢筋等材料加注到混凝土中，形成一种混合型物质。钢筋的作用是对于拉力的承担，混凝土的作用是用于压应力的承担。混凝土的结构层次主要包括地基基础、结构的整体性、梁、板、柱结构、维护系统[10-11]。
1.3评价指标体系构建
基于建筑物的可靠性评价，设计了钢筋混凝土结构可靠性分层评价指标体系，将其分解为子系统、要素、构件三个层次，适用于基于要素层次的结构可靠性评价方法。相互间进行评价，形成了完整的钢筋混凝土结构评价指标体系[12]。具体体系流程如图2所示。由图2可知，钢筋混凝土评价体系的评价对象是其结构。最开始针对地基结构、上部结构、以及维修系统，然后对地基基础、斜坡和地基基础进行评价，对上部结构、维修系统进行构件安全性、结构整体性、侧移等方面进行有关评价[13]。
2混凝土结构施工与加固技术研究
2.1混凝土结构施工流程分析
混凝土结构施工流程如图3所示。由图3可知，首先需要将表层的装饰层凿除掉，打磨混凝土层的基面，并保证平沟槽面打磨出新茬。之后将施工面等清洗干净，达到无油除尘的效果。用建筑用粘合剂拌合水泥修补板缝隙，待凝固后将有凸起、段差部分打磨成光滑曲面，将底胶均匀刷涂于施工表面，确保无漏油现象[14]。等到底胶不粘手，再利用修补胶找平，将其铺放在涂有浸渍胶的基面上，用滚轮滚动，铲刀挤压排布。外粘角钢过程中，需要先对角钢执行加工操作，包括打磨、钻孔等一系列过程，以将角部的光泽度和纹饰进行一定处理。然后将加强筋打磨处理，焊接到角钢上。在粘贴前处理原混凝土表面，如有可能，先利用粘钢胶对原混凝土的基面进行处理，之后完成打磨过程后即可[15]。
2.2碳纤维布加固技术
针对外观良好、保护良好的、腐蚀度低的钢筋、混凝土保护层无裂纹的，在对承载力进行相关计算时，材料间的粘结力会明显降低，所以如果利用碳纤维的方式进行加固，只要进行预防性防腐蚀加固，便可以达到基本保护标准，保证其在不利环境下的耐蚀性有所提高。此种加固方式为结构加固，无需将碳纤维的含量参数计算出来。针对绣蚀度较高的钢筋混凝土结构，若混凝土保护层出现开裂且程度较大，造成钢筋锈蚀，将导致钢筋出现截面积缩小、强度变弱等情况。对于碳纤维布加固，需要根据结构锈蚀程度，对纵向碳纤维布抗弯、横向碳纤维布抗剪承载力进行有关计算，计算完成后进行相关比较。这种加固措施对于整体强度有恢复和提高的效果，但并不是对钢筋损耗的补偿2.2.1加固承载力分析在针对加固混凝土轴心受压构件的加固过程时，可以借助公式（1）针对它的正截面的加固承载力进行相关分析：（1）公式（1）中：N代表加固后结构的轴向力设值；fc'、fy'代表原来构件的抗压强度的设计数值；Ac、As'表示原构件混凝土及纵向钢筋的横截面积；α表示新加纵向钢筋及混凝土的强度利用系数，若加固构件的应力水平已确定，可以近似取α为0.8；fc1、fy1'代表新加混凝土和钢筋的抗压强度的设计参数；Ac1、As1'代表新加混凝土和钢筋的截面面积；𝜑表示以构件加固后截面尺寸为基础的稳定系数参数值。针对加固后构件新加混凝土与钢筋的强度，借助系数α进行有关计算。对轴心受压混凝土构件实行加固后破坏，一般情况下指的是原构件混凝土在达到其极限压应变后失效。此时将由新加部分的混凝土去承担全部荷载，而新加部分混凝土一般承载力有限，再加部分混凝土就会受到破坏。当加固后构件的极限承载力超过极限承载范围，新加构件的钢筋混凝土强度将无法充分利。若原构件混凝土超过了极限承载力的参数值，则新加混凝土及钢筋的应力分别用σc1和σ's1表示，新加混凝土强度的利用系数计算如公式（2）和公式（3）所示。加固承载力的分析如图4所示。新加钢筋强度的利用系数由下式得出：2.2.2碳纤维布加固技术碳纤维布并不是建筑结构的主要材料，而是传统钢筋混凝土的辅助材料之一，碳纤维布具有优良的性能，抗拉强度很高。碳纤维布加固钢筋混凝土结构遵循的受力原理，与混凝土和钢筋的协同原理类似。在加入碳纤维布之后，钢筋混凝土梁借助碳纤维布使其抗拉力明显提高，钢筋屈服后对梁有约束效果，用于承受拉力，进而对钢筋混凝土梁抗弯、抗剪承载力差等缺点进行改善。碳纤维布加固主要借助粘结剂把碳纤维布与结构进行融合，达到碳纤维布与受钢筋混凝土结构共同受力的效果，达到协调变形、共同工作的效果。所有拉应力基本都由碳纤维布承受。碳纤维布加固技术流程如图5所示。由图5可知，具体流程如下：做好施工前的准备，进行清洗处理，同时进行截面修补和裂缝注胶修补；在清洗处理后的混凝土表面上定位画墨线，凿平混凝土表面为底胶，粘贴碳纤维层，再进行养护。为确保加固材料不会到破坏，需要保证碳纤维布与混凝土结构粘结可靠，同时保证能够共同受力。在特殊环境条件下，如高湿度、腐蚀性大等环境条件下，针对需要执行加固操作的建筑物，采用特殊施工工艺对其进行加固，确保其符合有关标准。加固后的构件倘若需要执行防火处理操作，应该按照相关的要求进行设计与施工。2.2.3加固稳定性鉴定钢筋混凝土结构加固稳定性鉴定主要是对建筑物现状进行调查，包括建筑物平面与立面布置、裂缝、结构侧向位移、相关构造和使用功能等。具体流程如图6所示由图6可知，加固稳定性鉴定流程如下：进行结构布局和结构形式等基本情况勘察，包括有关参数值的测量记录与分析。针对结构的使用状况执行调查、测试，并保证真实度，包括建筑物的内外环境、地基基础比、场地类别、地基稳定性、地基承载力和材料力学性能测试等。鉴定地基是否变形，对基础和桩的工作状态进行检测，检测其是否出现裂缝、有无腐蚀以及其他损坏的情况。除此之外，结构的动力特性也需要鉴定，包括对使用功能的检查与鉴定。上部结构施工质量的鉴定，主要通过对钢筋混凝土结构构件的鉴定进行反映，包括构件的外观质量和缺陷检验、混凝土强度鉴定、钢筋配置鉴定、钢筋力学性能鉴定等。
3实验
3.1实验环境
如果混凝土的强度很高，碳纤维布可以充分其高强特性。依据有关标准，在加固过程中，加固构件实际测量的混凝土强度等级需高于C15。该实验选取C20、C25、C30、C35等级的混凝土执行有关的模拟计算，实验模型由粘贴一层碳纤维布的钢筋混凝土梁充当。针对高强钢铰线网合与碳纤维布加固下载混凝土，对钢筋混凝土加固效果的影响进行有关研究，通过应变值与拉力值反映在加固效果。
3.2实验结果
不同方法承载力对比结果如表1所示。传统方式高强钢铰线网合加固方式与碳纤维布加固方式在不同混凝土强度下的应变与拉应力的关系，如图7、8所示。从表1及图7、图8可以看出，随着混凝土强度的等级依次增高，粘贴一层碳纤维布加固梁的承载力，与混凝土强度的增加成正比。从曲线趋于平缓能够看出，混凝土强度增长但加固效果却在降低。混凝土强度等级为C20、C25、C30、C35时，传统高强钢铰线网合加固方式的承载力提高幅度分别为18%、17.15%、16.76%、16.6%。碳纤维布加固方式的承载力提高幅度分别为27.1%、27.95%、19.16%、18.2%。从整个直观显示图可以看出，与传统方式高强钢铰线网合加固方式相比，碳纤维布加固方式的承载力强，加固效果更好。且混凝土强度越大，加固后的承载效果越好。
4结束语
碳纤维布加固结构的试验研究、理论分析覆盖范围很广泛，并且再很多方面已经取得了显著效果。但是此种材料应用时间较短，在诸多方面还存在着空白，有待进一步深入研究。目前，碳纤维加固的研究大部分集中在静力学领域，环境因素对加固效果的影响研究非常少，这也值得深入考虑。碳纤维布的加固作用可有效降低混凝土的最大压应变，降低梁的挠度，限制混凝土变形。粘结剂的作用机理还有待进一步研究，如何有效将碳纤维布与混凝土粘结，也是今后研究的重点和难点。
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作者：罗思 单位：中铁十八局集团有限公司
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