前言

混凝土结构由于设计、施工的失误，使用过程中遭受损坏，以及设备更新等原因常导致结构的抗力不足而需要对结构进行补强加固。另外以设计基准推算，上世纪七八十年代建造的混凝土结构经过了多年的利用，都会有不同程度的损坏或老化，也需要进行修复加固。而土木工程加固技术随着新思想、新材料的出现，新技术层出不穷，其中采用钢板加固技术是一门即古老又年轻的技术，它包括粘贴钢板加固法和锚栓钢板加固法。粘贴钢板加固法在国外开始于上世纪60年代，在我国于80年代后期才开始推广使用，在国际上是一种技术成熟适用面较广的加固方法。关于粘钢加固国内外都做了大量的试验和理论研究，它不仅被证明能应用于房屋建筑结构中，在桥梁和水工结构中的加固效果也相当显著，但也存在一些不足之处，比如结构胶长期抗老化性能还没有被工程实践所验证等，这就需要对结构胶的耐久性做进一步的研究，只有这样，粘钢加固才可能具有持续的生命力；锚栓钢板加固法是近几年发展起来的一门新加固技术，虽然目前在国内外的应用尚不广泛，特别是在我国该技术才刚刚起步，相关的试验和理论研究基本处于空白，但是随着国内外关于该加固方法的试验和理论研究的不断深入，锚栓钢板加固法同样将被证明是一种很有效的前景良好的加固技术。

1粘贴钢板加固法

1.1 特点及适用范围

粘贴钢板加固法是当钢筋混凝土构件的承载力不足或由于过度的变形、裂缝而影响结构的正常使用时，通过建筑结构胶将钢板粘贴到钢筋混凝土构件外部适当位置来满足结构承载力要求或正常使用要求的一项技术措施。优点是该加固法现场湿作业量少、施工迅速，对生产、生活影响小，并且加固后对原结构尺寸没有显著影响。它实质是一种体外配筋，提高原构件的配筋量，从而相应提高结构构件的刚度、抗拉、抗压、抗弯和抗剪等方面的能力，因此该方法通常适用于承受静力作用下一般受弯、斜截面受剪、受压和受拉构件的加固；另外由于粘钢加固法加固质量在很大程度上取决于胶粘材料和工艺水平高低，所以该方法还局限于环境温度不超过60℃及相对湿度不大于70%且无化学腐蚀的地区使用。

1.2 加固设计的理论

采用粘钢对已建结构进行加固后，其受力性能与未加固的普通结构有较大差异，这是因为新加部分在原荷载作用下应变为0，并不立即分担荷载，只有当继续增加新荷载第二次受力时才开始承担荷载。这样整个结构在第二次受力的过程中，新粘钢板的应变始终滞后于原结构的累加应变。当原结构中受力钢筋达到极限应力时，新粘钢板的应力应变可能还很低，此时，钢板应力可能低于屈服应力。

我们把粘钢加固后截面破坏形态分为三种情况：

（1）钢筋应力达到屈服，钢板应力还很低时，混凝土先行破坏，这种破坏形态相当于混凝土受弯构件的超筋性质破坏。

（2）钢筋应力达到屈服以后，应变进入塑性流变状态，钢板因应力滞后还处于弹性变形阶段，但是钢板的应力随荷载的增长继续增长，当钢板应力达到较高时（还未达到屈服），如果在这阶段受压区混凝土先破坏，称为准超筋破坏。

（3）如果截面上钢筋应变保持流变状态，随着荷载的增加，钢板应力也滞后达到了屈服应力，混凝土随后破坏，称为适筋破坏。

我国《混凝土结构加固设计规范》对粘钢加固已经做了详细的规定，因此要严格按照规范中相关计算公式和构造要求进行加固设计，允许被加固构件截面出现适筋破坏和准超筋破坏，而超筋构件并不能提高截面的承载力，反而降低了截面的延性，因此要避免超筋破坏的出现。

1.3  施工技术要点

（1）涂抹的结构胶厚度应为1~3mm，胶层宜中间厚，边缘薄。

（2）在加固前，尽量对构件进行卸载，以消除钢板的应力滞后现象。

（3）应按设计要求对钢板进行防腐处理。

1.4  现存问题

通过结构胶高性能的粘结强度将钢板牢固地粘贴在混凝土构件表面，使其成为整体共同受力，两者的变形协调是利用结构胶的剪力传递。由于钢板粘结的边缘不均匀扯离强度与剥离强度低，容易造成钢板与混凝土构件粘结的纵向端头首先发生剥离破坏，从而导致钢板粘结失效。为避免这种情况的发生，虽可在端头增设锚栓或“U”型箍板或压条，但是构件在临近破坏时可能突然发生剥离破坏，并无明显征兆；另外结构胶在受外界紫外线辐射或处在环境潮湿、高温等某些特殊环境中易老化，常导致加固失效，且其在我国应用推广时间不长，长期抗老化性能尚不清楚，以上这些都使得该加固方法的应用受到限制。

2锚栓钢板加固法

2.1 特点及适用范围

锚栓钢板加固法是用高承载力锚栓将钢板固定于钢筋混凝土构件表面而非采用粘胶固定钢板，此法有效地克服了粘钢法对结构使用环境要求高，且容易发生钢板与混凝土剥离的脆性破坏的缺点，具有施工简便、工期较短、质量可靠等优点，适合混凝土承重结构的加固，尤其适用于受弯构件的加固。

2.2 加固设计的理论

锚栓钢板加固技术是一种新型加固技术，在国外已经有了不少相关的试验和理论研究，但是在我国该加固方法的研究和应用基本上都处于起步阶段，为了更好的规范该加固技术的发展，国内已经颁布了《混凝土结构后锚固技术规程》。

锚栓是一切后锚固组件的总称，“锚固”意为将被安装的物体可靠的固定在基材上，其中涉及到三种客体—基材、锚固件和被连接体。锚固件不但要完成被锚固件与基材的连接作用，更重要的是能有效的将外加荷载直接传递到基材上，从而达到安全、稳定、牢靠的功效，它的性能在很大程度上决定加固效果的好坏。目前锚栓按工作原理及构造主要分为膨胀型锚栓、扩孔型锚栓和化学锚栓等。

（1）膨胀摩擦型锚栓

膨胀摩擦型锚栓简称膨胀锚栓，是利用锚杆锥体与膨胀套间的相对移动，使膨胀套膨胀，与混凝土孔壁产生膨胀挤压力，并通过剪切摩擦作用，实现对固定件的锚固。膨胀锚栓由于定型较为粗短，埋入较浅，受力时易产生脆性破坏，不符合我国规范中关于结构延性设计的理念，因此使用范围受到较大的限制。

（2）扩孔型锚栓

扩孔型螺栓是通过对钻孔底部混凝土的再次切槽扩孔，利用扩孔后形成的混凝土承压面与锚栓膨胀端头间的机械互锁，实现对被连接件锚固的一种组件。与膨胀锚栓相比，扩孔锚栓膨胀剪切摩擦作用较小，在破坏形态上并无实质改变，故其适用范围与膨胀锚栓相同。

（3）化学锚栓

用化学胶剂将栓杆或带肋钢筋等胶结固定于混凝土基材中的一种后锚固技术，依靠栓杆与孔壁之间的粘结抗剪作用获得抗拉拔承载力，具有抗冲击、抗振动及耐疲劳等特点，可以在建筑的各个部位埋设。

锚栓一般会承受拉力、压力、剪力，或者拉剪组合、弯剪组合等，这些力可能是静荷载也可能是动荷载。锚栓钢板加固法破坏形态通常有锚筋钢材破坏、基材混凝土破坏、锚筋拔出破坏。其中钢材破坏是指锚栓本身被拉断、剪坏，只有这种类型的锚固失效模式是延性破坏，因此加固设计中应控制为这种破坏形式。

2.3 施工技术要点

（1）锚栓要选择合适的埋深。不同的埋置深度将得到不同的破坏形态。

（2）要满足锚栓最小间距和边距的要求。避免基材混凝土破坏。

（3）钻孔和清孔的质量。避免孔道内的残余浮灰削弱锚栓的锚固力。

2.4 现存问题

锚栓钢板加固法可有效提高结构构件的承载力，并能明显减小构件的挠度和裂缝宽度，构件在破坏前锚栓有明显的剪弯变形征兆，属于延性破坏。但是当在混凝土上过多钻孔设置锚栓时，将会导致构件截面削弱，而且钻孔需避开钢筋。另外在价格上也不具备优势，在提高相同承载力下，同样对200×250×2700mm的钢筋混凝土梁加固，所需费用却相差很大.

3 展望

作为锚栓钢板加固法的重要部件锚栓在过去几年中发展十分迅速，高效率的成孔方法和锚固技术使该加固方法的应用范围越来越广。例如近几年发展起来的自锁锚杆扩孔植筋锚固技术用扩孔钻头将孔底扩成锥形，将锚杆端部开成锲形槽，通过端部锲块，加压使锚杆张开自锁，再灌注无机粘结剂，以达到锚固的效果。该锚固技术的特点是可靠性高、耐老化、耐高温、耐水，有效克服了粘钢加固法受环境条件限制和易发生端部剥离脆性破坏的缺点，由此可知锚栓钢板加固法将会有很广泛的应用前景，在钢筋混凝土结构、钢结构、水工结构修补加固工程中比一般加固方法有着非常明显的综合优势。另外，粘钢加固法虽有其应用上的局限性，但是不需要在原构件和钢板上大量钻孔，不但对原结构构件截面损伤小，而且一般在相同的条件下加固同样的构件所需结构胶的费用要低于使用锚栓的费用，又具有了经济上的优势，因此在新的耐热、耐湿及高强结构胶问世之前，可结合锚栓钢板加固法共同加固建筑结构，发挥各自的优势，扬长避短，以达到加固效果最优性价比的目标，能有效地避免二次修复。