工程结构鉴定与加固Autumn07

1工程结构鉴定与加固技术·课程提纲1.绪论2.损伤机理及危害3.检测技术（检测/鉴定实验）4.可靠性鉴定5.补强与加固技术6.加层改造技术7.移位技术（自学）2工程结构鉴定与加固技术·第一章第一章绪论1.1结构损伤的原因1.1.1概述1.1.2工程质量事故（1）勘察失误；（2）设计失误；（3）施工质量问题；（4）使用或改建不当。1.1.3结构的耐久性（1）混凝土结构（Picture1）①温度变化→混凝土开裂→钢筋锈蚀膨胀；②混凝土开裂疏松→结构失强。（2）砌体结构（Picture2/3）风雨冻融→风化开裂→结构失去强度；（3）钢结构①锈蚀破坏；②疲劳破坏。3工程结构鉴定与加固技术·第一章1.2检测与鉴定1.2.1现状调查（1）原始资料；（2）勘探设计资料；（3）现场及环境情况。1.2.2检测方法（1）混凝土强度：①回弹法；②超声法；②取块法；（2）混凝土碳化（耐久性指标）(检测：断面酚酞涂抹法)（3）钢筋锈蚀：电测法（4）砌体结构：①取样法（交实验室）；②现场（顶剪法，扁顶法）；（5）钢结构：①取样法（交实验室）；②现场（硬度计，超声波检测）。1.2.3鉴定方法（1）经验法：结论离散性大（因人而已）；（2）实用鉴定法：实测数据＋统计分析＋经验判断；（3）概率法：目前未进入实用阶段。有关检测鉴定的几个国家规范4工程结构鉴定与加固技术·第一章1.3补强与加固1.3.1特点（与新建结构的区别）（1）设计：必需结合现存结构；（2）施工：应力滞后现象（新旧结构不可能同时达到应力峰值）。1.3.2补强与加固方法（1）加大截面法（2）外包钢加固（3）预应力加固（4）改变传力途径（5）粘钢加固（6）化学灌浆法（7）地基加固与纠偏（8）其它加固方法（如碳纤维布等）有关加固的几个国家规范5工程结构鉴定与加固技术·第一章1.4工程结构加固与改造的程序和原则1.4.1工程结构加固改造的程序（1）工程结构检测；（2）工程结构的可靠性鉴定；（3）加固改造方案选择；（4）加固改造设计；（5）施工组织设计；（6）施工及验收。1.4.2工程结构加固改造的原则（1）先鉴定后加固；（2）注意结构的总体受力；（3）加固方案的优化；（4）尽力利用原结构承载力；（5）加强检查、消除隐患；（6）与抗震相结合。课堂思考与讨论（第一、二章）：1.与新建结构相比，结构加固有哪些特点？2.建筑结构需要鉴定与加固的主要原因有哪些？3.钢筋锈蚀对混凝土结构的影响极大，怎样防止钢筋锈蚀？4.混凝土中性化对结构的影响较大，怎样防止混凝土中性化？6工程结构鉴定与加固技术·第二章第二章结构损伤机理及危害2.1钢砼结构损伤机理及危害2.1.1钢筋锈蚀（例图1）（例图2/3）1.概述（知道害处→了解机理→采取措施→提高抗力（下同））2.锈蚀机理（图2.1）3.影响因素（6条）4.防锈蚀措施：①常规方法（7条）；②特殊方法（3条）。2.1.2混凝土中性化（例图1）（例图2）1.概述（碳化会破坏钢筋表面的钝化膜，加剧混凝土收缩）2.碳化机理3.影响因素（环境因素，材料组成）4.碳化深度预测（公式（2.16））5.减小碳化的措施（4条）123456D=t（2.16）7工程结构鉴定与加固技术·第二章2.1钢砼结构损伤机理及危害（续1）2.1.3混凝土碱集料反应1.概述（国外概况，我国近况，资料收集）2.反应类型（主要有3类）3.反应机理三个条件才破坏（①含碱量；②湿度；③碱活性骨料）4.影响因素（5个）①水泥含碱量；②水灰比（0.4最不利，与P14、P20矛盾）；③集料特性；④空隙率（与提高砼的密实度矛盾）；⑤温度/湿度。5.防止措施（4条）2.1.4化学介质的腐蚀1.概述2.分类及机理（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类）3.海水腐蚀4.硫酸盐腐蚀（为何是最广泛、最普通的侵蚀）5.酸侵蚀6.碱腐蚀7.防止措施（6条）8工程结构鉴定与加固技术·第二章2.1钢砼结构损伤机理及危害（续2）2.1.5混凝土的冻融破坏1.概述（主要原因是微空隙中的水）（抗冻性是砼耐久性的重要指标之一）2.破坏机理（冰水胀缩循环）3.影响因素（6个）①水灰比；②含气量；③饱水度（91.7%）④冻龄期；⑤水泥/集料品质质量；⑥外加剂/摻合料。4.提高抗冻性的措施（3个）①添加剂；②水灰比；③养护（尤其是早期养护。热养与P19矛盾）。2.1.6混凝土结构的裂缝1.开裂原因（例图1）（例图2）①水化热（大体积混凝土易开裂）；②塑性收缩（砼未固化前发生）；③塑性塌落（浇筑时发生）；④干缩（干缩是砼开裂的主要原因之一）；⑤碱集料反应；⑥温度变化（温度变化是砼开裂的主要原因之一，防寒隔热）；⑦不均匀沉降（例图3）；⑧钢筋腐蚀引起；⑨荷载引起（荷载作用是砼开裂的主要原因之一）（例图4）。9工程结构鉴定与加固技术·第二章2.1钢砼结构损伤机理及危害（续3）2.1.6混凝土结构的裂缝（续）2.裂缝的危害（5条）改变受力，贯穿渗透，变形增大，降低安全，耐久性降低3.裂缝的控制标准（注意此处配筋的限裂之说）记住裂缝≤0.05mm的界限。4.裂缝宽度的计算理论目前的几种理论均为假说，且存在矛盾。5.温度裂缝的特点及控制①特点：材料性，时间性，应力小，分三类（浅/深/贯穿）,非弹性（不满足胡克定律）。②计算考虑因素（5条）；③温度配筋的作用（限裂而非不裂）；6.典型砼构件的裂缝①预应力空心板；②屋面板；③梁；④柱子；⑤悬臂结构（挑檐、雨篷、阳台）；⑥屋架；⑦墙体。10工程结构鉴定与加固技术·第二章2.1钢砼结构损伤机理及危害（续3）2.1.7混凝土结构强度不足的原因1.材料质量水泥、集料、水、外加剂的质量均会影响砼的强度。2.混凝土配比配合比是决定混凝土强度的重要因素之一，应多加注意。3.施工工艺拌和，运输，浇注，模板，振捣。4.养护5.低温6.混凝土缺陷（例图1）①孔洞；②露筋；③缝隙夹渣。7.其它原因（高温干燥，湿热气体，地震火灾等）注意：混凝土结构是我国现代土木工程中应用的最广泛的结构型式，它的损伤破坏机理自然就成为人们最关心的问题之一。因此，必须充分了解和掌握本小节的一些基本内容，为今后的学习和工作打好基础。11工程结构鉴定与加固技术·第二章2.2砌体结构损伤机理及危害2.2.1砌体结构的裂缝（例图1、图2、图3、图4、图5）（2.1）1.地基不均匀沉降（常见的有5种缝）①内八字、外八字斜裂缝→房屋两端与中间沉降不均所导致。②窗间墙水平裂缝→房屋四边沉降不均导致。③竖向裂缝→上部竖缝是墙顶受拉导致，底部竖缝多为窗口过大。④单层厂房连接墙的水平裂缝→温度变形或地基沉降导致。⑤底层墙的水平裂缝→地基局部陷落导致。原理：均为墙体变形导致局部拉应力超限而致。2.温度变形温度变化导致砌体结构墙体开裂极为常见。原理：墙体不同部位的温度变化不均，导致局部拉应力超限而致。注意：钢筋、混凝土和砌体的线膨胀系数差别很大（近20倍）。钢筋混凝土为（0.8～1.4）×10－5/℃砌体结构为（15～20）×10－5/℃3.结构受力砌体结构受力变形开裂的原因较多（书上介绍的不全）。12工程结构鉴定与加固技术·第二章2.2砌体结构损伤机理及危害（续）2.2.1砌体结构的裂缝（2.2）4.建筑构造构造不合理经常导致砌体结构出现各种变形和裂缝。例如，新旧结构变形（应力）不协调导致的裂缝。5.施工质量砌筑不合理，重缝、通缝，误用断砖，砂浆不饱满等。（混水墙和清水墙的区别）。6.相邻建筑影响相邻建筑的运行使用和施工等原因，均可导致原结构墙体开裂。7.其它原因砌筑物体积不稳定，砌块材料，以及地震等均可导致砌体开裂。问题：砌块砌体为什么比传统粘土砖更容易产生干缩和开裂？小结：砌体结构的裂缝问题往往较为复杂，开裂经常是由于多种（两种以上）原因所导致的。因此，要结合工程实际，综合考虑主要的原因，采取有效的措施来防治各种裂缝。13工程结构鉴定与加固技术·第二章2.2砌体结构损伤机理及危害（续）2.2.2砌体结构的变形1.延墙面变形（倾斜与弯曲）①施工质量导致；②地基不均匀沉降导致；③侧向刚度导致；④平面弯曲导致。2.出墙面变形①施工不良导致；②墙体刚度不足导致；③框架/排架墙导致；④墙体强度不足导致；。⑤地基不均匀沉降导致。3.其它（扭曲变形，地震遗留的变形等）2.2.3造成强度不足的原因1.设计错误截面太小，强度不足，材料有误（注意：书上论述有几点是错误的）2.施工错误（注意：书上列出了5种原因，但论述有误）3.其它原因14工程结构鉴定与加固技术·第一章课堂思考与讨论（第二章，2.1节，2.2节）：1.钢筋锈蚀是混凝土结构损伤破坏的首要原因。除了书上给出的一些防锈的措施之外，你们还能提出哪些可能有效的防锈措施？2.根据所学的知识，你认为硫酸盐腐蚀为什么会成为混凝土化学侵蚀中最广泛和最普通的侵蚀？3.综合考虑各种可能的损伤破坏，你们认为混凝土中的PH值究竟是偏高较好、还是偏低较好？为什么？4.为了提高混凝土的抗冻性，选用何种水泥比较好？如果要综合考虑各种损伤破坏的影响，如何选用不同品种的水泥？5.试对比一下混凝土结构与砌体结构的裂缝形态及其产生原因的主要异同点。小测验：试用一句话解释一下：什么是混凝土结构的耐久性？并举出几个已经学过的混凝土耐久性指标（不得少于3个）。15工程结构鉴定与加固技术·第一章课堂思考与讨论（第二章，2.1节，2.2节）：5.试对比一下混凝土结构与砌体结构的裂缝形态及其产生原因的主要异同点。解答：混凝土是块状结构或块状夹筋结构；而砌体结构则是层状（层式）结构；从而导致它们的裂缝形态和破坏型式差异很大。问题：1.钢材的疲劳强度与疲劳极限的区别是什么？2.在什么情况下钢结构/钢构件才会产生疲劳破坏？16工程结构鉴定与加固技术·第二章2.3钢结构损伤机理及危害2.3.1钢结构的稳定问题（例图1）1.影响整体稳定的主要原因（4个）①设计失误；②初始缺陷；③受力改变；④支撑问题。2.影响局部稳定的主要原因（3个）⑴设计失误；⑵构造问题；⑶吊装失误。2.3.2疲劳破坏1.钢材的疲劳问题①什么是疲劳破坏？②疲劳强度与疲劳极限的区别？（静载下有疲劳问题吗？）2.工程常见的疲劳问题吊车梁疲劳破坏的原因⑴钢轨偏心；⑵应力集中；⑶截面突变；⑷锈蚀问题；⑸材料问题；⑹使用不当。3.防治方法①选好材料；②认真制作；③精心使用。（思考题：如何通过维护来防止疲劳破坏？）17工程结构鉴定与加固技术·第二章2.3钢结构损伤机理及危害2.3.3脆性破坏问题（什么是脆性破坏？材料延性和脆性的相对性？）1.低温脆断（冷脆）随着温度降低，钢材逐渐变脆的现象。2.应力腐蚀/氢脆应力腐蚀断裂（长期高应力作用导致）；氢脆（氢原子导致内部压力增大而产生）。3.预防措施（材料上，缺陷上）从材料上：选则合适的材料，做好化学成分的检查。从缺陷上：外观检查（肉眼，放大镜等），射线检查等。2.3.4防火与防腐问题1.防火（在规定的时间内不超过550℃。如何做好防火？）防火是钢结构较为软弱的环节之一。2.防腐（主要防腐措施2条。如何做好防腐？）防腐是钢结构维护使用中的最主要问题。2.3.5其它缺陷问题18工程结构鉴定与加固技术·第二章2.4地基基础损伤机理及危害2.4.1概述①地基失稳；②土坡失稳；③软弱地基；④湿陷性黄土；⑤膨胀土；⑥季节性冻土。2.4.2地基失稳的危害1.特征①整体减切破坏；②冲切减切破坏；③局部减切破坏。2.危害①整体减切破坏；2.4.3土坡失稳的危害1.定义：2.危害：19工程结构鉴定与加固技术·第二章2.4地基基础损伤机理及危害（续）2.4.4软土地基1.变形特征（沉降大、速度快，达到稳定时间长）2.不均匀沉降的危害（裂缝、倾斜）2.4.5湿陷性黄土湿陷1.机理及特征；2.湿陷变形的危害。2.4.6膨胀土地基季节气候，地形地貌。2.4.7季节性冻土地基启示：基础最好埋于冻层之下。本章思考题（P75):3，6，11。20工程结构鉴定与加固技术·第三章第三章工程结构检测技术3.1混凝土结构检测3.1.1强度检测1.回弹法（几个原则，计算公式）（数显回弹仪/裂缝检测仪）2.钻芯法（长处，短处）3.超声