五倍定律—钢筋混凝土耐久性

五倍定律——钢筋混凝土耐久性

钢筋混凝土结构的耐久性问题已越来越引起人们的关注。美国的学者用“五倍定律”形象地说明耐久性的重要性，特别是设计对耐久性问题的重要性。设计时，对新建项目在钢筋防护方面，每节省1美元，则发现钢筋锈蚀时采取措施多追加5美元，混凝土开裂时多追加维护费用25美元，严重破坏时多追加维护费用125美元。这一可怕的放大效应，使得各国政府投入大量资金用于钢筋混凝土结构的耐久性与加固的研究。除了耐久性外，还有施工质量问题，许多新建的建筑工程也存在较严重的工程质量问题和质量事故，这些建筑的加固在整个加固工作中，也占有相当大的比例。

混凝土结构的加固分为直接加固与间接加固两类，设计时可根据实际条件和使用要求选择适宜的方法。

一、直接加固的一般方法

1、加大截面加固法

在钢筋混凝土受弯构件受压区加混凝土现浇层，可增加截面有效高度，扩大截面面积，从而提高构件正截面抗弯、斜截面抗剪能力。起到加固补强的作用.

在适筋范围内，混凝土弯变构件正截面承载力随钢筋面积和强度的增大而提高。在原构件正截面配筋率不太高的情况下，增大主筋面积可有效地提高原构件正截面抗弯承载力。在截面的受拉区加现浇混凝土围套增加构件截面，通过新加部分和原构件共同工作，可有效地提高构件承载力，改善正常使用性能。

加大截面加固法施工工艺简单、适应性强，并具有成熟的设计和施工经验；适用于梁、板、柱、墙和一般构造物的混凝土的加固；但现场施工的湿作业时间长，对生产和生活有一定的影响，且加固后的建筑物净空有一定的减小。

2、有粘结外包型钢加固法

粘钢加固法是比较新颖的一种加固方法，它是在混凝土构件表面用特别的建筑结构胶粘贴钢板，以提高结构承载力的一种加固方法。该方法始于60年代，优点是简单、快速、不影响结构外形，施工时对生产和生活影响较小。在国际上它是一种适用面较广的先进的加固方法。不仅在建筑上使用，而且在公路桥梁也普遍采用。外包钢加固法也是一种使用面较广的传统加固方法，分湿式与干式两种情况。两者相比，干式外包钢施工更为简便，但承载力提高量、整体工作性能及受力特点也不如湿式外包钢有效。湿式外包钢加固施工较为复杂。

湿式外包钢加固法，受力可靠、施工简便、现场工作量较小，但用钢量较大，且不宜在无防护的情况下用于600C以上高温场所；适用于使用上不允许显著增大原构件截面尺寸，但又要求大幅度提高其承载能力的混凝土结构加固。

结构粘钢加固方法，与其他的加固方法比较，有许多独特的优点和先进性，主要有以下几方面：

（1）坚固耐用：经过多年来的工程实践，已经证明完全能保证加固工程的质量，结构的强度和刚度都能满足设计的要求。施工工艺精巧，质量优秀，工程合格率为100%。胶粘剂30年老化试验耐久性能满足要求。粘钢加固后的结构试验，也证明强度和刚度的设计方法是正确的和可靠的。

（2）施工快速：在保证粘钢加固结构质量的前提下，快速完成施工任务，并能根据业务要求，在不停产不影响使用的情况下完成施工，受到用户的普遍赞扬。

（3）、简洁轻巧：与其它加固方法比较，粘钢加固的施工，干净利落，比较简便，现场无湿作业。完成加固后的结构外观不改变，比较轻巧，钢板薄，结构自重增加极微，不会导致建筑物内其他构件的连锁加固。

（4）、灵活多样：粘钢加固法的适应性很强，能够解决生产上和生活上各种有关问题。粘贴钢板的方案多种多样，灵活巧妙。

（5）、经济合理：由于施工快，避免或减少工厂停产时间，节约加固材料，与其它加固方法比较，粘钢加固的费用大为节省，经济效益很高。

结构粘刚加固适用于以下情况：

（1）钢筋焊接点断裂加固。（2）施工中漏放钢筋加固。（3）混凝土标号达不到，提高结构强度加固。（4）加层抗震加固。（5）阳台根部断裂加固。（6）牛腿接点加固。（7）悬挂式吊车梁提高荷载加固。（8）楼面荷载集中力加固。（9）火灾后梁柱砼烧坏加固。（10）混凝土柱子牛腿断裂加固。（11）桥式吊车梁加固。（12）薄腹梁断裂加固。（13）爆炸冲击波破坏梁体加固。（14）提高楼面荷载加固。（15）屋架梁下弦腐蚀严重露筋加固。（16）断梁加固。（17）截柱加固。（18）减震加固。

（19）梁柱受化学腐蚀的粘钢加固。（20）旧房改造综合加固。（21）生命线建筑物抗震加固。（22）桥梁断裂、旧桥维修加固。（23）提高柱子承载力解决柱子轴压比超标加固

3、粘贴纤维增强塑料加固法

外贴纤维加固是用胶结材料把纤维增强复合材料贴于被加固构件的受拉区域，使它与被加固截面共同工作，达到提高构件承载能力的目的。除具有粘贴钢板相似的优点外，还

具有耐腐浊、耐潮湿、几乎不增加结构自重、耐用、维护费用较低等优点，但需要专门的防火处理，适用于各种受力性质的混凝土结构构件和一般构筑物。

混凝土的加固方法另外还有绕丝法和锚栓锚固法。

绕丝法的优缺点与加大截面法相近；适用于混凝土结构构件斜截面承载力不足的加固，或需对受压构件施加横向约束力的场合。

锚栓锚固法适用于混凝土强度等级为C20~C60的混凝土承重结构的改造、加固；不适用于已严重风化的上述结构及轻质结构。

二、间接加固的一般方法

1、预应力加固法

预应力加固法包括水平拉杆加固法和下撑拉杆加固法两种。

（1）预应力水平拉杆固法

预应力水平拉杆加固的混凝土受弯构件，由于预应力和新增外部荷载的共同作用，拉杆内产生轴向拉力，该力通过杆端锚固偏心地传递到构件上（当拉杆与梁板底面紧密贴合时，拉杆会与构件共同找曲，此时尚有一部分压力直接传递给构件底面），在构件中产生偏心受压作用，该作用克服了部分外荷载产生的弯矩，减少了外荷载效应，从而提高了构件的抗弯能力。同时，由于拉杆传给构件的压力作用，构件裂缝发展得以缓解、控制、斜截面抗剪承载力也随之提高。

由于水平提杆的作用，原构件的截面应力特征由受弯变成了偏心受压，因此，加固后构件的承载力主要取决于压弯状态下原构件的承载力。

（2）预应力下撑拉杆加固法

钢筋混凝土构件采用预应力下撑式拉杆加固定后，形成一个由被加固构件和下撑式拉杆组成的复合超静定结构体系，在外荷载和预应力共同作用下，拉杆中产生轴向力并通过与构件的结合点（下撑点和杆端锚固点）传递给被加固构件，抵消了部分外荷载，改变了原构件截面内力特征，从而提高了构件的承载能力

这种方法能降低被加固构件的应力水平，不仅使加固效果好，而且还能较大幅度地提高结构整体承载力，但加固后对原结构外观有一定影响；适用于大跨度或重型结构的加固

以及处于高应力、高应变状态下的混凝土构件的加固，但在无防护的情况下，不能用于温度在600C以上环境中，也不宜用于混凝土收缩徐变大的结构。

2、增加支承加固法

增设支点加固法是通过减少受弯构件的计算跨度，达到减少作用在被加固构件上的载载效应，提高结构承载水平的目的。该法简单可靠，但易损害建筑物的原貌和使用功能，并可能减小使用空间；适用于具体条件许可的混凝土结构加固。

与混凝土结构加固改造配套使用的技术一般有以下几种：

（1）植筋技术

这是一项对混凝土结构较简捷、有效的连接与锚固技术；可植入普通钢筋，也可植入螺栓式锚筋；已广泛应用于已有建筑物的加固改造工程，如：施工中漏埋钢筋或钢筋偏离设计位置的补救，构件加大截面加固的补筋，上部结构扩跨、顶升对梁、柱的接长，房屋加层接柱和高层建筑增设剪力墙的植筋等。

（2）裂缝修补技术

根据混凝土裂缝的起因、性状和大小，采用不同封护方法进行修补，使结构因开裂而降低的使用功能和耐久性得以恢复的一种专门技术；适用于已有建筑物中各类裂缝的处理，但对受力性裂缝，除修补外，尚应采用相应的加固措施。

（3）混凝土表面处理技术

是指采用化学方法、机械方法、喷砂方法、真空吸尘方法、射水方法等清理混凝土表面污痕、油迹、残渣以及其它附着物的专门技术。

（4）混凝土表层密封技术

是指采用柔性密封剂充填、聚合物灌浆、涂膜等方法对混凝土进行防水、防潮和防裂处理的技术。

在众多的加固技术中，其中以碳纤维材料加固技术尤为突出：

碳纤维有很多种，其中PNA基碳纤维具有优异的物理力学性能、良好的粘合性、耐热性及抗腐蚀性等特点，非常适用于土木工程领域。用于建筑结构补强加固的碳纤维材料，其强度一般为建筑用钢材的十几倍，弹性模量与建筑钢材在同一水平上并略有提高，是

一种优良的结构加固用材料。碳纤维材料的这些特点，为建筑结构的补强与加固提供了技术支持。

与原有的加固方法比较，碳纤维材料加固技术具有明显的技术优势，主要体现在以下几点：

（1）高强高效

由于碳纤维材料优异的物理力学性能，在对混凝土结构进行加固补强过程中可以充分利用其高强度、高模量的特点来提高结构及构件的承载力和延性，改善其受力性能，达到高效加固的目的。

（2）耐腐蚀性能及耐久性

碳纤维材料的化学性质稳定，不与酸碱盐等化学物质发生反应，因而用碳纤维材料加固后的钢筋混凝土构件具有良好的耐腐蚀性及耐久性，解决了其他加固方法所遇到的化学腐蚀问题。

（3）不增加构件的自重及体积

碳纤维布质量轻且厚度薄，经加固修补后的构件，基体上不增加原结构的自重及尺寸，也就不会减少建筑物的使用空间，这在“寸土寸金”的经济社会中无疑是重要的。

（4）适用面广

由于碳纤维布是一种柔性材料，而且可以任意地裁剪，所以这种加固技术可广泛地应用于各种结构类型、各种结构形状和结构中的各种部位，且不改变结构及不影响结构外观。同时，对于其他加固方法无法实施的结构和构件，诸如大型桥梁的桥墩、桥梁和桥板，以及隧道、大型筒体及壳体结构工程等，碳纤维加固技术都能顺利地解决。

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回答者： ljwwojiushiwo

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