钢筋混凝土结构事故分析与加固方法(钢筋混凝土结构事故)

2022年12月9日结构工程0阅读模式

摘要:本文通过对混凝土结构事故分析,论述钢筋混凝土构件的加固方法。

关键词:钢筋混凝土构件裂缝变形事故分析加固

Abstract:The methods of reinforcement of reinforced concrete structure are discussed in this paper by the failure analysis of the structure.

Key Words:reinforced concretecomponentcrackdeformation accident analysis reinforcement

中图分类号:TU37 文献标识码:A

在工程建设中,我们由于勘察设计、施工、使用等方面存在某些缺点和错误,工程质量存在很多问题,这些问题不仅影响使用,造成质量隐患,还给人们的生命和财产带来巨大损失。为尽可能挽回损失,我们常常需要对这些存在质量问题的建筑结构进行加固处理,消除缺陷和隐患,使建筑结构得到补救。以下便是作者在学习了有关方面知识后的一些体会,盼望与同行交流共进,不适之处请斧正。

一、常见建筑结构事故及其原因分析

建筑结构质量事故包括结构构件制作质量不符合设计要求、结构局部损坏、结构倒塌等。在工程项目的方案选定、设计、施工、使用阶段,任何一个阶段均有可能出现差错。造成事故的原因是多方面的,有的是勘察、设计原因,有的是施工、建材原因,有的是使用不当的原因,有的是自然灾害造成的。最为常见的事故表现是混凝土强度达不到设计要求,或者构件出现裂缝。前者根据事故出现的构件不同,加固处理的方法各相径庭,本文只对造成的原因进行分析;而后者大多数通过补强加固,可以挽救,处理方法也具有一定的普遍性,因此除分析其产生的原因外,还罗列一些加固方法。

二、 混凝土强度达不到设计要求的事故分析

混凝土强度与诸多因素有关。主要是原材料达不到规定的要求、配合比不准、搅拌不均匀、振捣不实及养护不良造成。水灰比过大,多余的水分残留在混凝土中形成水泡,蒸发后形成气孔,混凝土密实度差,并且水泥浆与骨料的粘结力低,造成强度混凝土低;相反水灰比过小,和易性欠佳,混凝土搅拌不均、振捣不易密实,会形成蜂窝、麻面、露筋、空洞等缺陷,造成混凝土强度低、构件截面削弱,致使结构构件承载力下降,引发事故。此外,混凝土的强度与养护温度、湿度和龄期有关,比如养护时期的气温越低混凝土强度发展愈慢。养护期内不能保持混凝土的湿度,水分蒸发过快,水泥水化不完全;冬季施工气温低,混凝土冻胀这些都会引起强度降低。因此在设计和施工过程中应注意以上因素,避免事故的发生。

三、 构件裂缝

建筑物的破坏与倒塌大多数是从裂缝的扩展开始的,也就是说裂缝是结构破坏的前兆,因此人们十分关注它,对混凝土结构构件的裂缝进行了许多研究、调查,经分析引起裂缝的原因可归结成两大类:第一类,由外荷载引起的裂缝,也称受力裂缝,与荷载相应,预示着结构承载力可能不足;第二类,由变形引起的裂缝,如温度变化、混凝土收缩、地基不均匀沉降等,当变形得不到满足,在结构内部产生自应力,自应力超过混凝土允许应力即会形成裂缝。调查资料表明:两类裂缝中,变形引起的裂缝占主导,约占结构总裂缝的80%(包括两种类型共同作用,但以变形为主),属于荷载引起的裂缝约占20%(包括两种类型共同作用,但以荷载为主)。

混凝土结构产生裂缝的原因是多种的,其裂缝的形式也是多样的。进行裂缝原因分析可为裂缝危害性评定、裂缝的修补和加固提供依据,并且可在工程建设的各个环节,加以防范,有效地防止裂缝的发生。

(一)变形裂缝的产生的原因和预防措施

混凝土凝固过程中,多余水分蒸发、水泥和水起水化作用逐渐硬化不断紧缩,均导致混凝土体积收缩而形成收缩裂缝,并随时间增长而加大。这种收缩裂缝一般除和养护有关,还和振捣、混凝土原料收缩量有关,振捣过度,表面形成水泥浆较多,收缩量大。另外,采用含泥量较大的砂石配制的混凝土,也会加大收缩,容易产生收缩裂缝。为了防止这类裂缝的发生,应控制混凝土中水泥用量、水灰比和砂率不能过大,严格控制砂石含泥量,混凝土应振捣密实,同时要加强养护、保持湿润。

钢筋混凝土结构随着温度变化而产生热胀冷缩,即温度变形。当此变形受到约束时,混凝土内部将产生拉应力,拉应力超过抗拉强度,即会出现裂缝。有三种情况下可能出现温度裂缝:①环境温差较大,结构截面均匀伸缩②构件上下温差大(如室内外温度差)③构件内外温差大(例如大体积混凝土浇筑时产生水化热)。得知温度裂缝发生的原因,我们可以采取相应的措施进行预防,比如:设置温度伸缩缝、选择适宜的季节浇筑大体积混凝土或用冰水拌制(减少水化热)、选用矿渣水泥或粉煤灰水泥(水化热和收缩小)、大体积混凝土分层浇筑、混凝土养护时保湿防寒、设置后浇缝等。

地基受荷后压缩变形,使上部结构产生不均匀沉降,结构构件变形产生裂缝。产生的原因有:结构荷载分布差别过大、结构刚度差别悬殊、地基土质不均匀等。如果我们设计时,在房屋的总体布置上,注意房屋的高差适度;在软弱地基上,平面形状力求简单,而形体复杂的设置沉降缝;加强房屋整体刚度,通过纵横结构拉通等手段使得地基、基础、上部结构共同作用。施工时,注意安排好施工顺序,先重后轻、先高后低、先沉降大后沉降小;设置后浇带等。做到这些要求,即能有效地预防地基不均匀沉降,消除沉降裂缝的因素。

此外,施工不当也会留下裂缝。由于多种原因,混凝土不能连续浇筑,中断后新旧混凝土间形成施工缝,处理不好,往往成为弱点,混凝土收缩或受力变形后呈现裂缝。

(二)外荷载引起的受力裂缝

由外荷载引起的受力裂缝在设计、施工、使用环节均可能发生。设计中,钢筋锚固长度不够,钢筋滑移裂缝;构件钢筋构造设置不妥、构件刚度不足变形大、计算简图与实际受力不符等引起开裂。施工时,构件起吊过程中动力过大、起吊点不妥引起裂缝。使用阶段的地震作用,结构变形大,构件难以承受,最终开裂。

对表面的一般性的裂缝缺陷,对结构安全无太大影响,进行适当修整即可,本文不再赘述。对影响结构性能、安全的缺陷,就必须进行补强加固,以下列举一些常见的加固方法。

四、钢筋混凝土构件常见的加固方法

常见的加固方法有:加大截面加固法、外包钢加固法、受弯构件外部粘钢加固法、预应力加固法、改变结构传力途径加固法。每种加固方法各有特点和适用范围,应根据具体条件加以选择。

(一) 加大截面加固法

这种加固法也称外包混凝土加固法。它是增大构件的截面和配筋,以提高构件强度、刚度、稳定性和抗裂性。为了保证补加混凝土和钢筋的正常工作,需按钢筋的间距和保护层等构造要求,决定适当增大截面尺寸。加固中还应将新、旧钢筋焊接,做好新旧混凝土的结合。适用范围较大,可用于加固板、梁、柱、基础、屋架等。

(二)外包钢加固法

外包钢加固法是钢筋混凝土梁、柱四角包以型钢,并连接成整体,外包钢构架可以完全或部分替代原构件工作,达到加固的目的。钢材可用角钢、槽钢、钢板等。对于矩形构件大多在构件的四角包角钢,横向用钢板连接,而圆形截面可用扁钢加套箍的办法加固。外包钢加固优点是:构件截面尺寸增加不多,但构件承载力可大幅度提高,且原构件受到外包钢的约束,承载力和延性得到提高,施工简便,适当范围广泛。

(三)受弯构件外部粘钢加固法

用构胶粘剂,将高强度钢板粘贴于被加固的构件的受力部位,使混凝土和钢板连成一个新的整体,共同受力,能充分发挥粘钢的强度,封闭粘贴部位的裂缝,约束混凝土变形,有效地提高了加固构件的刚度与抗裂性。此法具有所占空间小、施工周期短、材料消耗少、工艺简便的优点,但要求加固所用胶粘剂必须强度高、耐久性好、具有一定弹性。目前这种加固法由于缺乏动载试验,一般只适用于承受静载作用的受弯构件。

(四)预应力加固法

该方法用预应力钢拉杆或型钢撑杆对结构构件进行加固,通过施加预应力,强迫后加的拉杆或撑杆受力,与原结构共同工作,改变原结构内力分布,从而降低原结构应力水平,使结构总承载力显著提高。水平拉杆适用于正截面受弯的加固构件,撑杆适用于提高轴心受压及偏心受压钢筋混凝土柱。

(五) 改变结构传力途径加固法

改变结构传力途径加固法是通过增设支点(柱或托架)的办法,使结构受力体系得以改变。结构承载力不足的部位得到支撑,从而能较大幅度地提高承载力。例如,在梁、板跨中增设支点后,减少计算跨度,减小和限制梁板的挠曲变形。这种方法的优点是施工简单,受力可靠。缺点是使用空间会受到一定的影响。此法适用于梁、板、桁架等结构的加固。

构件加固方法还有很多,本文不再一一列举。技术人员在工程事故中需要分析具体情况,灵活处置。随着技术的发展,还会涌现出更具创新的加固方法,作为设计应用者,我们将继续学习下去。

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