工程結構為人類提供了生存所必要的物質基礎,隨著人類文明的進步,工程結構已成為人類生產生活的重要組成部分,也逐步成為人類財富的象征。最初工程結構的興建目的是為了滿足人類社會的居住、保暖及躲避傷害的原始功能需求,但如今由于自然環(huán)境和使用環(huán)境的改變作用,現(xiàn)有的工程結構物在使用性能方面已發(fā)生了顯著的變化叫。
我國范圍內,性能已經(jīng)嚴重退化的工程結構物數(shù)量龐大,目前大批的現(xiàn)存結構物廣泛面臨著因安全性和耐久性過低而被迫退役的威脅,現(xiàn)行行業(yè)標準的不斷改進也制約著既有及加固技術的發(fā)展與應用對于提高建筑工程質量起到了積極的推動作用,結構安全檢測鑒定及加固技術可有效節(jié)省國家、企業(yè)資金、可為企業(yè)的生產安全和廣大人民群眾生命財產安全提供有力保障,是土木工程領域新興的研究方向,有著廣泛而深遠的積極意義。建筑物工程的安全鑒定及結構加固需依賴檢測測試技術、鑒定評估和加固改造技術的良好發(fā)展。以檢測測試技術為基礎,收集準確的結構信息數(shù)據(jù),為后續(xù)鑒定評估提供數(shù)據(jù)支持。鑒定評估技術是建筑物的評估和加固技術的關鍵,通過分析計算、對比論證,明確結構性能影響因素類別、程度、性質,制定處理方案。最終的結構加固改造是針對結構既存問題實施處理方案,完成施工圖設計及操作,驗證整套技術的先進性科學性和合理性。
檢驗與測試技術
結構的檢驗測試與建設工程施工階段的送樣和質檢有明顯差別,結構檢驗測試為對已有建筑的檢驗與測試,好多檢驗項目為隱蔽項目,檢驗工作表現(xiàn)出難度大,技術含量高、是多學科多手段的綜合應用技術。
1、混凝土結構
建國初期,我國嚴重缺乏現(xiàn)代建筑結構檢測手段。直到六七十年代,混凝土強度無損檢測方法開始立項研究。建筑科學研究發(fā)展計劃的確立,技術攻關力量的有效組織,讓我們實現(xiàn)了《回彈法評定混凝土抗壓強度技術規(guī)程》(JGJ23-85)的頒布實施,這是我國第一本全國性檢測規(guī)程。直至目前,回彈法、鉆芯法、超聲法、拔出法和灌入法以及超聲回彈綜合法、鉆芯回彈綜合法等關于混凝土強度及缺陷的檢測技術得到了廣泛應用和持續(xù)發(fā)展。測試理論的完善和測試儀器性能的提高標志著混凝土強度檢測技術的成熟。
2、砌筑結構
沿著“引進一消化-提高”的發(fā)展規(guī)律,混凝土結構檢驗與測試技術有了長足的進步,而砌筑結構的檢驗與測試的發(fā)展卻是“借鑒--獨創(chuàng)”之路。砌筑結構檢驗測試技術起步較混凝土結構稍,技術成熟程度也不如混凝土強度檢測技術,但發(fā)展勢頭猛進,國內形成了百花齊放的可喜局面。
3、鋼結構
現(xiàn)實工程建設中鋼結構類型較混凝土結構和砌體結構相比數(shù)量較少,隨著冶金、機械、交通、航空航天、石油化工等行業(yè)對鋼材的物理性能、力學參數(shù)、材料內部缺陷、等檢驗方法相對先進,通過學習借鑒國內其他行業(yè)的先進手段,實現(xiàn)檢驗測試技術改進發(fā)展。如焊縫和鋼材的超聲波、射線、磁粉、滲透探傷方法等多種手段。
鋼結構的檢驗測試技術切實有效地解決了眾多實際問題,但該技術依然存在廣闊的發(fā)展空間,可以繼續(xù)研究與開發(fā)利用。檢測技術的發(fā)展進程影響著結構鑒定與評估技術的發(fā)展與進步,而結構鑒定與國家經(jīng)濟狀況、建筑市場和社會需求有著密切的聯(lián)系。經(jīng)過20多年技術沉淀,建筑物和構筑物的抗震鑒定與抗震加固技術已成為結構鑒定與加固技術不可缺少組成部分。建筑物和構筑物抗震鑒定與加固技術水平日益提高,技術體系逐漸形成,為行業(yè)相關技術進步的奠定了基礎。常見的工程質量問題如設計造成的多層磚房溫度裂縫問題、混凝土工程施工階段的開裂等問題可以通過對相關建設工程進行質量檢測與鑒定而提出整改辦法。以此為據(jù)可對設計規(guī)范和施工驗收規(guī)范進行修定。結構的鑒定與評估技術歷經(jīng)50多年的發(fā)展,行業(yè)體系已涵蓋包括結構安全性鑒定、結構抗災害能力鑒定與評估、工程質量問題鑒定、災后結構的鑒定與評估、結構耐久性鑒定和剩余壽命評估等眾多技術領域。
對實際已建工程的現(xiàn)有材料強度、實際構件尺寸,實際結構布局、現(xiàn)有基礎沉降、工程使用環(huán)境及構件損傷的現(xiàn)實因素的影響,勢必造成與設計參數(shù)的差異。但鑒定與評估時依然沿用結構設計時的計算理論和方法顯然不合適。因此檢測鑒定環(huán)節(jié)的計算理論及方法有待發(fā)展。結構加固技術帶動結構改造技術有了長足發(fā)展,與此同時,替代結構技術、改變傳力途徑技術、托梁拔柱技術、預應力技術、結構增層及加層技術等眾多新技術相繼被工程技術人員提出并實施。極大地促進了結構加固技術的發(fā)展。檢驗測試儀器的發(fā)展推動了檢測鑒定技術進步,加固技術發(fā)展的動力又來自新型材料的研發(fā)。輕質、高強、抗腐蝕、耐高溫的新材料研發(fā)應用是實現(xiàn)良好加固效果的基礎,簡單易操作的加固方法成就了良好的加固效果好。不斷提高的加固改造理論實現(xiàn)了該項技術的發(fā)展進步。一改相對之前針對構造和承載能力不足的重點考慮,目前的研究方向改向了針對結構總體的把握及研判。
1.4鋼結構加固方法介紹
目前行業(yè)已具備了成熟經(jīng)驗的鋼結構加固方法為:減輕荷載、改變結構計算圖形、加大原結構構件截面和連接強度、阻止裂紋擴展等加固方法。
1、改變結構計算圖形
通過改變荷載分布狀況、更換傳力途徑、增設附加桿件及支撐、設置預應力構件、修改節(jié)點連接方式及邊界條件,充分利用構件協(xié)同工作性能等措施完成結構體加固。
(1) 通過增加結構或構件的剛度完成結構加固:
A、依據(jù)空間結構驗算結果,適當增加空間結構支撐;
B、添加約束減少受壓構件長細比,從而提高結構體穩(wěn)定性;
C、增設支撐桿件提高結構整體剛度,提高結構承載力;
D、通過調整結構自振頻率從而改善結構動力特性;
E、調整受力位置完成重點受力構件布局,重點強化局部列柱剛度,保護相應構件受力安全;F、適當設置拉桿、拉索等裝置加強塔架結構的剛度。
(2) 實現(xiàn)受彎桿件加固的具體方法:
A、對構件提前施加預應力;
B、改換荷載施加方式;
C、改變構件端部約束類型;如剛結代替鉸接,連續(xù)結構代替簡支結構,超靜定結構代替靜定結構;
E、改換結構類型。
(3)對桁架體系加固可操作方法:
A、變桁架為撐桿式結構;
B、布設預應力拉桿。
2、構件截面加大的加固方法
加固原則:在充分考慮待構件的已有缺陷及損傷的情況下,待加固構部位的構件截面形式應有利于實現(xiàn)加固操作,并滿足相關技術要求。
3、連接加固
參照鋼構件的連接慣用方法,應充分考慮原結構的已有連接方式,依據(jù)結構加固的原因、目的及實際受力狀況、結合現(xiàn)實構造及現(xiàn)場施工作業(yè)條件來具體確定加固連接方式。焊縫連接、摩擦型高強度螺栓連接是實現(xiàn)鋼結構加固的常用連接方式。焊接工藝及連接材料經(jīng)評定認可后可被應用于加固工程,實現(xiàn)焊縫連接。條件允許時也可實現(xiàn)焊縫及摩擦型高強度螺栓的混合使用。
4、修復與加固裂紋
在循環(huán)應力作用下的結構,若結構設計、材料選擇、加工制造、安裝使用等環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題,構件本身可能已經(jīng)出現(xiàn)了最初具有擴展性或脆斷傾向的性紋損傷,此時必須完成損傷修復。認真分析裂紋的產生原因及影響,評估損傷等級,修改構件實際工作荷載或制定具體損傷加固方案,必要時應考慮安全問題予拆除更換。
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