1 建筑結構需要檢測、鑒定,加固和改造的原因很多,歸納起來主要有:

1.1 由于錯誤的設計、低劣的施工、不適當的使用等原因使建筑物不能滿足正常的使用,甚至瀕臨破壞。

常見的設計錯誤有設計概念錯誤和設計計算錯誤兩類,前者如在拱結構的兩端未設計抵抗水平推力的構件;按桁架設計計算的構件,荷載沒有作用在節點而作用在節間。后者如計算時漏掉了主要荷載;計算公式的運用中不符合該公式的條件,或者計算參數的選用有誤等。

常見的施工質量事故有懸挑板的負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致混凝土的強度等級大大低于設計要求;使用了劣質鋼筋;混凝土灌注樁在施工中發生了夾砂或頸縮等。

常見的使用不當有任意變更使用用途導致使用荷載大大超載;工業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,均可以通過結構加固使建筑物能安全、正常使用。

1.2 在愿劣環境下長期使用,使材料的性能惡化

在長期的外部環境及使用環境條件下,結構材料每時每刻都受到外部介質的侵蝕,導致材料狀況的惡化,外部環境對工程結構材料的侵蝕主要有以下三類:

(1)化學作用:例如化工車間的酸、堿氣體或液體對鋼結構、混凝土結構的侵蝕。

(2)物理作用:如高溫、高濕、凍融循環、晝夜溫差的變化等,使結構產生裂縫等。

(3)生物作用:如微生物、細菌使木材逐漸腐朽等。

在上述自然因素的長期作用下,結構的功能將逐漸下降,當達到一定期限以后,就有必要對結構加固。

1.3 結構使用要求的變化

隨著科學技術的不斷發展,我國的工業在大規模地進行結構調整和技術改造,生產工藝的變化,涉及到要提高建筑結構的功能。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,原有設備可能要更換,相應對設備的基礎提出了新的更高的要求等,這些都必須經過結構的檢測,簽定與加固才能保證安全使用。

2 建筑結構加固技術的發展概況

自人類有建筑以來,就伴隨出現了結構加固與改造。但是在過去,人們習慣于把加固和維等同,把加固為修修補補,“頭痛醫頭,腳痛醫腳”,缺少系統的分析和理論探討,因而技術水平提高不快,并沒有形成一門科學,近十余年來,結構鑒定與加固改造技術在我國得以迅速發展并且初具規模,作為一門新的學料正在逐漸形成。

已有建筑的加固方法很多,在上部結構中,有加大截面加固法,體外預應力加固法和改變結構傳力體系加固法等,在地基基礎中,有樁托換、地基處理和加大基礎面積加固法等,這些方法在我國已經長期大量使用,取得了很多成熟的經驗。

在傳統的結構加固方法中,加大截面方法和體外后張預應力方法是常用的方法,已在實際工程中得到成功的應用,但是這兩種加固方法存在很多不足之處,預應力方法錨固構造困難,施工技術要求高、難度大,存在施工時的側向穩定問題以及耐久性問題。

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

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

早在20世紀50年代,美國新澤西州就采用環氧樹脂對公路的路面進行修復,到60年代,這一修復技術已經被發達國家廣泛應用于公路、鐵路、機場跑道的維護以及水利工程和軍事設施的加固。粘鋼加固技術的應用研究最早源于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,各國學者對粘鋼加固的各種受力構件的承載力進行了較系統研究,奠定了粘鋼加固技術的理論基礎,在解決實際工程應用問題上起到了重要作用,日本、美國以及歐洲的一些發達國家都制定了有關的技術標準。同時,各種性能優良的建筑結構膠相繼問世,開始被應用于各類建筑工程構件的加固。

1971年美國在圣弗南多大地震的震后修復過程中,廣泛采用了建筑結構膠,如一座10層的醫院大樓和一幢高于137m的市府大廈,僅用于修補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用FD808結構膠,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500t的載重卡車。

我國使用建筑結構膠是從20世紀60年代 開始的,1965年,福州大學配制了一種環氧結構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行了修復,鞍山修建公司也在同期研制了一種CJ1建筑結構膠,用于梁柱的加固補強,1978年,法國斯貝西姆公司用該國 SIKADUR31建筑結構膠對遼陽石油化纖公司引進項目的一些構件進行了粘鋼加固補強,1981年,中科院大連物理化學研究所研制出我國第一代JGN-I,JGNⅡ建筑結構膠。JGN型建筑結構膠粘劑的問世,對我國粘鋼技術的發展起到了極大的推動作用,我國對這項技術的研究始于20世紀80年代,1984年,遼寧省物理化學研究所發表了關于粘鋼受彎構件的試驗研究報告,并制定了有關的技術標準。1989年,由湖北省物理化學研究所牽頭，聯合了清華大學、廣西物理化學研究所湖南物理化學研究所、河南物理化學研究所、武漢制漆二廠等6家單位,組成了中南地區粘鋼加固技術課題研究協作組,對粘鋼加固技術進行了較為全面的研究,在這些研究成果的基礎上,編寫了《中南地區鋼筋混凝土構件粘鋼加固設計與施工暫行規定》,這個規定所涉及的內容比較全面,對粘鋼技術在這一地區的推廣應用起到了推動作用。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《混凝土結構加固技術規范》將受彎構件粘鋼加固方面的內容納入了規程的附錄中。

20世紀末,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合材料加固法逐漸引起工程技術人員的關注,1984年,瑞士國家實驗室首先開始了外貼纖維復合材料加固的實驗 研究。隨后,各國學者開始在該領域開展了廣泛的研究和應用推廣工作,美國、日本等國家已經制定了外貼纖維復合材料加固的有關技術標準,我國碳纖維加固的技術標準正在編寫之中。

由于外貼加固方法具有施工周期短、對原結構影響小等優點,備受設計者和使用者歡迎。但是,在外貼加固中,外貼材料與構件的結合性能是保證加固效果的關鍵,粘結劑性能的好壞決定了外貼加固的成功與否,由于受到粘結劑性能等的限制,目前外部粘貼加固還大多局限于環境溫度、濕度較低的承受靜力作用的構件。另外,外貼材料與被加固構件之間的粘結錨固性能和錨固破壞機理、加固構件的耐久性及耐高溫性能、加固構件的可靠性以及材料強度取值等理論問題仍需要在進一步研究中不斷探討。