CN102587681A - 一种建筑物加固结构及加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑物加固结构及加固方法，其加固结构包括设置在待加固建筑物表面的多块钢板和环绕且张紧设置在待加固建筑物周围的受力筋网，待加固建筑物表面和钢板表面均设置有界面剂层，界面剂层表面设置有高性能聚合物砂浆粘结层，受力筋网通过钢压条以及安装在钢板和钢压条中的螺栓固定在钢板的外表面上；其加固方法包括步骤：一、移除载荷、平整表面并封闭裂缝，二、表面打磨、清理和干燥，三、预制钢板、钢压条和受力筋网，四、粘贴钢板，五、固定受力筋网，六、浇水湿润，七、喷涂界面剂层和高性能聚合物砂浆层，八、养护。本发明设计合理，施工方便，结构承载力、延性和刚度好，对待加固建筑物无损伤，防腐性能好，工程费用低。

Description

一种建筑物加固结构及加固方法

技术领域

本发明属于建筑工程技术领域，尤其是涉及一种对混凝土结构或砌体结构的建筑物进行修复和加固的建筑物加固结构及加固方法。

背景技术

随着我国经济建设的发展，桥梁、建筑等土木工程得到了飞速。由于建筑物用途转变、桥梁荷载等级提升、地震损伤、爆炸破坏等原因，造成结构物的维修加固。目前我国结构加固改造业成为土木工程领域主要行业之一。当前该行业的主要加固技术有FRP(碳纤维布、碳纤维板等)加固技术、加筋高性能砂浆加固技术、粘贴钢板加固技术、增大截面加固技术等。

1、FRP加固：该技术的施工操作性和施工质量好、对原结构的损伤小、不需要破坏原结构、对原结构净空影响小、不会改变原有的艺术特点、在提高承载力的同时对裂缝的抑制效果较好，粘贴FRP复合材料加固，也可对斜弯及异型结构等进行补强；但FRP也有以下几个弱点：FRP的强度非常高，而弹性模量却相对较低，当充分利用其强度时，FRP需要相当的变形，对于刚度也要求加固的结构来说是相当不适用的；粘贴FRP材料所用环氧树脂的耐火性与耐高温性能差，遇到火灾等对加固构件受力性能影响较大；加固构件延性不足，构件变形过大时会引起碳纤维的脆性断裂，从而导致结构的脆性破坏，对于需要较大变形或对抗震要求比较高的结构来说，这一点是十分不利的；环氧树脂层传递的剪力有限，剪切变形不断增长，超过极限剪应变后界面将发生剥离破坏，使得FRP的强度无法得到充分利用；同时，连接部位也会成为整个构件的薄弱环节。

2、加筋高性能砂浆加固：该技术与传统加固修补方法如粘钢、喷射混凝土加固技术等相比，有明显的技术优势，主要表现在如下几个方面：钢筋网等可采用高强度材料，抗拉强度高；表面经过处理后不易生锈，且与砂浆的粘结力好；高性能砂浆能够很好地与被加固构件粘结为一整体共同工作；能有效提高被加固构件的抗弯、抗剪承载力与变形能力，提高构件刚度；加固面层薄(加固层一般为15mm～25mm厚)，对净空几乎没有影响；该加固技术所采用的受力筋和无机胶凝材料与钢筋混凝土同性能、同寿命，均为传统意义上的常用建筑材料，其自身的防腐、耐高温、防火性能良好；施工周期短，不需要大型机具、设备；施工干扰小，在较小的空间中即可实施加固结构的施工，除了混凝土表面处理时的灰尘需要控制以外，对一般建筑物的正常使用几乎无干扰；技术施工操作方便，在正常施工条件下有效粘结面积基本可以达到100％，施工质量可以得到有效保证；加固后结构自重增加不大，结构外观尺寸和形状改变很小，与其它加固方法相比，节省了大量的机械台班费、人工费和检测费；适用面广，可广泛适用于各种结构类型(如桥梁、建筑物、构筑物、隧道、涵洞等)、各种结构形状(如矩形、圆形、曲面结构等)、各种结构部位(如梁、板、柱、拱、壳等)的加固修补；维修成本低，维修费用比其它加固方法至少减少1/2以上，维修周期大幅延长，从而大幅度降低维修费用。但该加固技术也存在如下缺点：该方法需通过膨胀螺栓、抗剪销钉等固定受力筋，并提供抗剪粘结强度，施工较麻烦且对原结构构建造成一定损伤；加固层与原结构之间交易发生粘结剥离破坏，加固材料的强度不易充分利用；在结构的刚度和延性要求较高的情况下难以满足。

3、粘钢加固：该技术基本不增加构件及结构的荷载，不改变原设计的结构体系和受力形式，不影响桥梁的使用净空间、不影响构件的外观；胶粘剂硬化时间快，施工周期短；胶粘剂强度高于混凝土本体强度，可以使加固体与原构件形成一个良好的整体而共同工作，受力较均匀，较少在混凝土中产生应力集中现象；加固效果显著，工艺简单，不需特殊设备，所需劳动力少，易于操作。但粘钢加固中钢板的锚固问题比较突出，必须保证钢板在拉断之前不得发生脱胶等粘结破坏现象，要求钢板在锚固区的粘结受剪承载力必须大于钢板的受拉承载力；另外，对于钢板的防腐要求高，长期维护代价稍高。

4、增大截面加固：该技术是通过增大梁底面或侧面的尺寸，增配主筋，提高梁或柱的有效高度和抗弯强度，从而提高结构承载力。在我国加大截面法是一种传统的加固方法，工艺简单，适用面广。但是，这种方法要求的现场湿作业工作量大，养护时间较长，加厚部分使桥梁自重和恒载弯矩增加较多，承载力受压区原有混凝土强度限制，且影响结构净空，对原结构使用空间有较大影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简单，设计合理，施工方便，结构承载力、延性和刚度好的建筑物加固结构。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种建筑物加固结构，其特征在于：包括设置在待加固建筑物表面的多块钢板和环绕且张紧设置在所述待加固建筑物周围的受力筋网，所述待加固建筑物表面和钢板表面均设置有界面剂层，所述界面剂层表面设置有高性能聚合物砂浆粘结层，所述受力筋网通过钢压条以及安装在钢板和钢压条中的螺栓固定在钢板的外表面上。

上述的一种建筑物加固结构，其特征在于：所述高性能聚合物砂浆粘结层的表面设置有高性能聚合物水泥浆保护层。

上述的一种建筑物加固结构，其特征在于：所述待加固建筑物为混凝土结构或砌体结构，所述待加固建筑物的截面为圆形、矩形或正多边形。

上述的一种建筑物加固结构，其特征在于：所述受力筋网为高强钢绞线网、钢筋网或钢丝网。

本发明还提供了一种对待加固建筑物无损伤，施工方便、工程费用低的建筑物加固方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、移除载荷、平整表面并封闭裂缝：移除待加固建筑物上的载荷，清除待加固建筑物表面的剥落、空鼓、蜂窝和腐蚀的部分，露出坚固的部分，用修复材料将表面修复平整，并对裂缝部位进行封闭处理；

步骤二、表面打磨、清理和干燥：去除待加固建筑物表面的浮浆和油污，将待加固建筑物表面的凸起部位磨平，用吹风机将待加固建筑物表面清理干净，并保持干燥；

步骤三、预制钢板、钢压条和受力筋网：根据加固图纸制作合适尺寸的钢板和钢压条，采用高强钢绞线、钢筋或钢丝编制受力筋网并按照待加固建筑物的外围尺寸进行裁剪；

步骤四、粘贴钢板：采用结构胶将步骤三中制作好的钢板粘贴在待加固建筑物表面预定的位置，用铁锤敲击钢板直至密实；

步骤五、固定受力筋网：将步骤三中裁剪好的受力筋网环绕设置在所述待加固建筑物周围，张紧受力筋网并采用钢压条以及安装在钢板和钢压条中的螺栓将受力筋网固定在钢板的外表面上；

步骤六、浇水湿润：结构胶固化后，用吹风机将待加固建筑物、钢板和受力筋网表面清理干净，并浇水使待加固建筑物完全湿润；

步骤七、喷涂界面剂层和高性能聚合物砂浆层：在待加固建筑物表面和钢板表面均匀喷涂界面剂，构成界面剂层，然后在界面剂层表面喷涂高性能聚合物砂浆，构成高性能聚合物砂浆粘结层；

步骤八、养护：对步骤七中加固完成后的建筑物加固结构进行养护，首先使建筑物加固结构保持湿润状态4小时，然后按照常规养护方法养护7天以上。

上述的方法，其特征在于：步骤八之前还需要在高性能聚合物砂浆粘结层表面喷涂高性能聚合物水泥浆，构成高性能聚合物水泥浆保护层。

上述的方法，其特征在于：步骤一中所述修复材料为环氧砂浆。

上述的方法，其特征在于：步骤七中所述界面剂层的厚度为1mm～2mm，所述界面剂为VAE乳液型界面剂或丙烯酸乳液型界面剂，所述界面剂层的喷涂为人工涂刷或机械喷涂。

上述的方法，其特征在于：步骤七中所述高性能聚合物砂浆粘结层的厚度为15mm～25mm，所述高性能聚合物砂浆为改性环氧类聚合物砂浆或改性丙烯酸酯共聚物砂浆，所述高性能聚合物砂浆粘结层的二十八天抗压强度比待加固建筑物的抗压强度高一个等级且不小于25MPa，所述高性能聚合物砂浆粘结层的喷涂为人工涂刷或机械喷涂，喷涂时分三层喷涂，第一层的厚度为8mm～10mm，第二层的厚度为5mm～6mm，第三层的厚度为5mm～6mm，当前一层手触变形时直接喷涂下一层，当前一层已初凝则需用木抹打毛处理后再喷涂下一层。

上述的方法，其特征在于：所述高性能聚合物水泥浆保护层的厚度为1mm～2mm，所述高性能聚合物水泥浆为改性环氧类聚合物水泥浆或改性丙烯酸酯共聚物水泥浆，所述高性能聚合物水泥浆保护层的喷涂为人工涂刷或机械喷涂。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明所述的建筑物加固结构设计合理，施工方便，材料绿色环保，加固层薄，对结构净空间影响小。

2、本发明以加筋高性能砂浆和粘贴钢板加固技术为基础，将二者结合，充分利用了各自的优点而避免了其缺点，通过在待加固建筑物表面粘贴钢板、在钢板表面固定受力筋网并在待加固建筑物和钢板表面喷涂界面剂层和高性能聚合物砂浆层，加固层受力筋分散性好，能使原待加固构件的承载力、延性和刚度比单独使用钢板或使用受力筋网和高性能砂浆，均有所提高。

3、本发明中的螺栓仅连接钢压条和钢板，不锚固到待加固建筑物中，能够减少加固对原待加固建筑物的损伤，能够避免现有技术中加筋高性能砂浆加固中过多膨胀螺栓对原待加固建筑物造成的施工损伤，同时起到剪切连接的作用，避免钢板与高性能聚合物砂浆粘结层之间发生剥离破坏。

4、本发明在钢板表面固定受力筋网，一方面能起到锚固钢板和箍筋的作用，从而避免钢板在屈服前与原待加固建筑物之间发生剥离破坏，另一方面受力筋网在高性能聚合物砂浆粘结层与钢板之间起剪切连接的作用，能够避免高性能聚合物砂浆粘结层与钢板之间发生剥离破坏。

5、本发明中的高性能聚合物水泥浆保护层和高性能聚合物砂浆粘结层将钢板包裹在内，提高了钢板的耐久性，免除了粘贴钢板加固中的防腐处理，延长了维护周期，节省了工程费用。

6、本发明的实用性强，便于推广应用。

综上所述，本发明设计合理，施工方便，结构承载力、延性和刚度好，对待加固建筑物无损伤，防腐性能好，工程费用低，实用性强，便于推广应用。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明建筑物加固结构的结构示意图。

图2为本发明建筑物加固方法的方法流程图。

附图标记说明：

1-待加固建筑物；    2-钢板；            3-钢压条；

4-螺栓；            5-受力筋网；        6-界面剂层；

7-高性能聚合物砂浆粘结层；        8-高性能聚合物水泥浆保护层。

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的建筑物加固结构，包括设置在待加固建筑物1表面的多块钢板2和环绕且张紧设置在所述待加固建筑物1周围的受力筋网5，所述待加固建筑物1表面和钢板2表面均设置有界面剂层6，所述界面剂层6表面设置有高性能聚合物砂浆粘结层7，所述受力筋网5通过钢压条3以及安装在钢板2和钢压条3中的螺栓4固定在钢板2的外表面上。

本实施例中，所述高性能聚合物砂浆粘结层7的表面设置有高性能聚合物水泥浆保护层8。所述待加固建筑物1为混凝土结构或砌体结构，所述待加固建筑物1的截面为圆形、矩形或正多边形。所述受力筋网5为高强钢绞线网、钢筋网或钢丝网。

如图2所示，利用本发明所述加固结构对建筑物进行加固的方法，包括以下步骤：

步骤一、移除载荷、平整表面并封闭裂缝：移除待加固建筑物1上的载荷，清除待加固建筑物1表面的剥落、空鼓、蜂窝和腐蚀的部分，露出坚固的部分，用修复材料将表面修复平整，并对裂缝部位进行封闭处理；

步骤二、表面打磨、清理和干燥：去除待加固建筑物1表面的浮浆和油污，将待加固建筑物1表面的凸起部位磨平，用吹风机将待加固建筑物1表面清理干净，并保持干燥；

步骤三、预制钢板2、钢压条3和受力筋网5：根据加固图纸制作合适尺寸的钢板2和钢压条3，采用高强钢绞线、钢筋或钢丝编制受力筋网5并按照待加固建筑物1的外围尺寸进行裁剪；

步骤四、粘贴钢板2：采用结构胶将步骤三中制作好的钢板2粘贴在待加固建筑物1表面预定的位置，用铁锤敲击钢板2直至密实；其中，结构胶购买于市场并根据产品说明比例调配而成；

步骤五、固定受力筋网5：将步骤三中裁剪好的受力筋网5环绕设置在所述待加固建筑物1周围，张紧受力筋网5并采用钢压条3以及安装在钢板2和钢压条3中的螺栓4将受力筋网5固定在钢板2的外表面上；此处，螺栓4仅连接钢压条3和钢板2，不锚固到待加固构件1中，以减少加固对原待加固构件1的损伤，能够避免现有技术中加筋高性能砂浆加固中过多膨胀螺栓对原构件造成的施工损伤，同时起到剪切连接的作用，避免钢板与高性能聚合物砂浆粘结层之间发生剥离破坏；在钢板2表面固定受力筋网5，一方面能起到锚固钢板和箍筋的作用，从而避免钢板在屈服前发生剥离破坏，另一方面受力筋网5在高性能聚合物砂浆粘结层7与钢板2之间起剪切连接的作用，能够避免高性能聚合物砂浆粘结层7与钢板2之间发生剥离破坏；

步骤六、浇水湿润：结构胶固化后，用吹风机将待加固建筑物1、钢板2和受力筋网5表面清理干净，并浇水使待加固建筑物1完全湿润；

步骤七、喷涂界面剂层6和高性能聚合物砂浆层7：在待加固建筑物1表面和钢板2表面均匀喷涂界面剂，构成界面剂层6，然后在界面剂层6表面喷涂高性能聚合物砂浆，构成高性能聚合物砂浆粘结层7；在喷涂界面剂之前，待加固建筑物1表面和钢板2表面不能有明水；

步骤八、养护：对步骤七中加固完成后的建筑物加固结构进行养护，首先使建筑物加固结构保持湿润状态4小时，然后按照常规养护方法养护7天以上。

根据建筑物加固结构使用功能和使用环境的需要，还可选择性地在高性能聚合物砂浆粘结层7表面喷涂高性能聚合物水泥浆，构成高性能聚合物水泥浆保护层8。

本实施例中，步骤一中所述修复材料为环氧砂浆。步骤七中所述界面剂层6的厚度为1mm～2mm，所述界面剂为VAE乳液型界面剂或丙烯酸乳液型界面剂，所述界面剂层6的喷涂为人工涂刷或机械喷涂。步骤七中所述高性能聚合物砂浆粘结层7的厚度为15mm～25mm，所述高性能聚合物砂浆为改性环氧类聚合物砂浆或改性丙烯酸酯共聚物砂浆，所述高性能聚合物砂浆粘结层7的二十八天抗压强度比待加固建筑物1的抗压强度高一个等级且不小于25MPa，所述高性能聚合物砂浆粘结层7的喷涂为人工涂刷或机械喷涂，喷涂时分三层喷涂，第一层的厚度为8mm～10mm，第二层的厚度为5mm～6mm，第三层的厚度为5mm～6mm，当前一层手触变形时直接喷涂下一层，当前一层已初凝则需用木抹打毛处理后再喷涂下一层。所述高性能聚合物水泥浆保护层8的厚度为1mm～2mm，所述高性能聚合物水泥浆为改性环氧类聚合物水泥浆或改性丙烯酸酯共聚物水泥浆，所述高性能聚合物水泥浆保护层8的喷涂为人工涂刷或机械喷涂。

综上所述，本发明以加筋高性能砂浆和粘贴钢板加固技术为基础，将二者结合，充分利用了各自的优点而避免了其缺点，通过在待加固建筑物1表面粘贴钢板2、在钢板2表面固定受力筋网5并在待加固建筑物1和钢板2表面喷涂界面剂层6和高性能聚合物砂浆层7，能使原待加固建筑物1的承载力、延性和刚度比单独使用钢板2或使用受力筋网5和高性能砂浆，均有所提高。高性能聚合物水泥浆保护层8和高性能聚合物砂浆粘结层7将钢板2包裹在内，提高了钢板2的耐久性，免除了粘贴钢板加固中的防腐处理，延长了维护周期，节省了工程费用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种建筑物加固结构，其特征在于：包括设置在待加固建筑物(1)表面的多块钢板(2)和环绕且张紧设置在所述待加固建筑物(1)周围的受力筋网(5)，所述待加固建筑物(1)表面和钢板(2)表面均设置有界面剂层(6)，所述界面剂层(6)表面设置有高性能聚合物砂浆粘结层(7)，所述受力筋网(5)通过钢压条(3)以及安装在钢板(2)和钢压条(3)中的螺栓(4)固定在钢板(2)的外表面上。

2.按照权利要求1所述的一种建筑物加固结构，其特征在于：所述高性能聚合物砂浆粘结层(7)的表面设置有高性能聚合物水泥浆保护层(8)。

3.按照权利要求1或2所述的一种建筑物加固结构，其特征在于：所述待加固建筑物(1)为混凝土结构或砌体结构，所述待加固建筑物(1)的截面为圆形、矩形或正多边形。

4.按照权利要求1或2所述的一种建筑物加固结构，其特征在于：所述受力筋网(5)为高强钢绞线网、钢筋网或钢丝网。

5.一种利用如权利要求1所述加固结构对建筑物进行加固的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、移除载荷、平整表面并封闭裂缝：移除待加固建筑物(1)上的载荷，清除待加固建筑物(1)表面的剥落、空鼓、蜂窝和腐蚀的部分，露出坚固的部分，用修复材料将表面修复平整，并对裂缝部位进行封闭处理；

步骤二、表面打磨、清理和干燥：去除待加固建筑物(1)表面的浮浆和油污，将待加固建筑物(1)表面的凸起部位磨平，用吹风机将待加固建筑物(1)表面清理干净，并保持干燥；

步骤三、预制钢板(2)、钢压条(3)和受力筋网(5)：根据加固图纸制作合适尺寸的钢板(2)和钢压条(3)，采用高强钢绞线、钢筋或钢丝编制受力筋网(5)并按照待加固建筑物(1)的外围尺寸进行裁剪；

步骤四、粘贴钢板(2)：采用结构胶将步骤三中制作好的钢板(2)粘贴在待加固建筑物(1)表面预定的位置，用铁锤敲击钢板(2)直至密实；

步骤五、固定受力筋网(5)：将步骤三中裁剪好的受力筋网(5)环绕设置在所述待加固建筑物(1)周围，张紧受力筋网(5)并采用钢压条(3)以及安装在钢板(2)和钢压条(3)中的螺栓(4)将受力筋网(5)固定在钢板(2)的外表面上；

步骤六、浇水湿润：结构胶固化后，用吹风机将待加固建筑物(1)、钢板(2)和受力筋网(5)表面清理干净，并浇水使待加固建筑物(1)完全湿润；

步骤七、喷涂界面剂层(6)和高性能聚合物砂浆层(7)：在待加固建筑物(1)表面和钢板(2)表面均匀喷涂界面剂，构成界面剂层(6)，然后在界面剂层(6)表面喷涂高性能聚合物砂浆，构成高性能聚合物砂浆粘结层(7)；

步骤八、养护：对步骤七中加固完成后的建筑物加固结构进行养护，首先使建筑物加固结构保持湿润状态4小时，然后按照常规养护方法养护7天以上。

6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤八之前还需要在高性能聚合物砂浆粘结层(7)表面喷涂高性能聚合物水泥浆，构成高性能聚合物水泥浆保护层(8)。

7.按照权利要求5或6所述的方法，其特征在于：步骤一中所述修复材料为环氧砂浆。

8.按照权利要求5或6所述的方法，其特征在于：步骤七中所述界面剂层(6)的厚度为1mm～2mm，所述界面剂为VAE乳液型界面剂或丙烯酸乳液型界面剂，所述界面剂层(6)的喷涂为人工涂刷或机械喷涂。

9.按照权利要求5或6所述的方法，其特征在于：步骤七中所述高性能聚合物砂浆粘结层(7)的厚度为15mm～25mm，所述高性能聚合物砂浆为改性环氧类聚合物砂浆或改性丙烯酸酯共聚物砂浆，所述高性能聚合物砂浆粘结层(7)的二十八天抗压强度比待加固建筑物(1)的抗压强度高一个等级且不小于25MPa，所述高性能聚合物砂浆粘结层(7)的喷涂为人工涂刷或机械喷涂，喷涂时分三层喷涂，第一层的厚度为8mm～10mm，第二层的厚度为5mm～6mm，第三层的厚度为5mm～6mm，当前一层手触变形时直接喷涂下一层，当前一层已初凝则需用木抹打毛处理后再喷涂下一层。

10.按照权利要求6所述的方法，其特征在于：所述高性能聚合物水泥浆保护层(8)的厚度为1mm～2mm，所述高性能聚合物水泥浆为改性环氧类聚合物水泥浆或改性丙烯酸酯共聚物水泥浆，所述高性能聚合物水泥浆保护层(8)的喷涂为人工涂刷或机械喷涂。

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