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    一种新型砖混结构加固修复系统的介绍

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    一种新型砖混结构加固修复系统的介绍
     

      摘要:介绍了一种新型的砖混结构的加固修复系统,对其功能、工程应用方面做了较详细的阐述,可供同类砖混结构加固修复时参考使用。
    1、前言
      对在用的砖混结构进行可靠性鉴定,认为其承载力或抗震性能不满足现行国家设计规范要求,或进行增层设计时,常常需要对原砖混结构进行加固补强,以满足安全要求。承载力不满足要求时,传统的加固方法包括:增大截面法、组合砌体加固法、FRP加固法、外包钢加固法、锚杆静压桩加固法等。增大截面法和组合砌体加固法占用使用面积较多,影响使用功能,常受到建筑上的限制;外包钢加固法和FRP加固法则两端的锚固要求较高;锚杆静压桩加固法适用于地基加固或托换处理。本文介绍的是一种新型的砖混结构加固系统:Helifix无应力砖混加固修复系统。无应力砖混加固修复技术能针对砖混结构因开裂、失效及由于地震、环境及荷载引起的应力增加导致的承载力不足进行修复,为砖混结构提供迅速、灵活、经济的修复技术。Helifix系统可提供砖混结构无应力的水平平缝加固,裂缝修补,多种连接技术,包括新旧墙体的无应力连接技术、不同材料在不同位置的无应力连接技术等。Helifix系统的产品已成功应用在房屋、塔楼、教堂和桥梁等各种类型的砖混结构中,可为砖混结构加固修复和新旧墙体的连接提供经济和无破损的方案。
    2、功能介绍
      Helifix加固修复系统产品主要包括:修复墙体用的钢棒:Helibar(奥氏体不锈钢304级和316级),有4、5、6、8mm四种直径;修复墙体用的连接件:BowTie(8mm)、CemTie(8mm和10mm)、RetroTie(6mm和8mm)、DryFix(8mm和10mm)、CemenTie(6mm)、ResiTie(6mm);修复墙体用的粘结剂和工具:TE裂缝粘结剂、Helibond水泥浆、PolyPlus树脂;金属探测器、内窥镜、Helibond工具、PolyPlus工具;新建墙体的连接件:TimTie、TurboTie、MorTie、StarTie;不同材料的连接件:InSkew固定件、TurboFast多功能固定件、Terra Cotta Tie陶土连接件、Helibar Staple;墙体的抗震连接器:专门的Helifix Seismic Connector。 2.1砖混结构建筑物无应力加固修复技术
      Helifix系统可为砖混结构提供无应力的水平平缝加固,将螺旋状不锈钢棒Helibar埋入砖混结构从而在内部建立可承受荷载的梁,与Helifix其余的连接件和固定件的结合使用,可实现横向和竖向的抑制使整个结构形成整体,为大部分砖混结构提供全面、无破损和经济的加固修复技术。Helifix系统对于砖混结构建筑物加固修复的主要功能如下:重新连接纵横墙; 托梁与砖墙的连接; 修复断裂的砖墙; 重新连接内外墙;修复砖拱过梁; 修复转角和洞口处的裂缝; 托梁侧面与砖墙连接; 新建砖梁; 裂缝修补; 修复或新建过梁;空心墙连接; 屋顶托梁与砖墙连接;如图1所示。
      Helifix系统也可用于砖混结构的上部托换,将混凝土垫块放在结构的转角处或指定的位置处,Helifix系统就可以在砖石结构中建立多道支撑梁,这样就能在垫块间形成明显的跨度来重分布荷载,这样可使总体的托换成本相应减少。
      Helifix系统对于砖混结构建筑物加固修复的施工过程:
      在加固修复方案定好之后,Helifix系统的施工是非常快捷的。在结构砂浆层按照预定的深度和尺寸切割出狭槽,将相同长度的奥氏体不锈钢HeliBar棒使用HeliBond水泥浆埋入,形成加固的砖混梁,这些不锈钢棒可以弯曲以适应拐角。我们通常用的粘结剂是HeliBond水泥浆,但在要求强度迅速达到标准,例如在过梁修复的情况下,则可使用PolyPlus树脂。对很长的墙体,可采用搭接的长不锈钢棒进行加固。施工结束后建筑物几乎看不出修复痕迹,在施工过程中建筑物的主人也不用搬出来。

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    2.2 砖混结构桥梁、隧道无应力加固修复技术

      砖混结构桥梁由于年代久远、气候侵蚀和荷载引起的应力增加导致出现各种各样的问题。许多桥梁使用已经超过100年,因此出现了许多问题,包括砌砖碎裂、拱腹开裂和砖拱断裂等。公路、铁路隧道也遇到同样的问题,由于渗水、振动、因地基变动和新增静荷载引起的荷载变化导致。另外,许多列入保护的结构要求进行合理的、无破损的修复,使结构的外观不受影响。
      传统的修复方式,例如喷射混凝土、浇筑混凝土衬砌或拆除重建都耗时昂贵,且影响正常使用,如铁路和公路的运营。Helifix系统已发展成熟,它可以增加桥梁或隧道的承载力,解决所有常见的问题,实验证明经过加固后结构承载力可达加固前的两倍以上['1']。
      Helifix系统对于砖混结构桥梁、隧道加固修复的主要功能如下:拱腹建梁及连接; 桥墩裂缝修补; 桥墩与压顶石的连接; 建梁与连接; 拱肩的连接; 碎砖的连接; 砖拱断裂的连接;如图2所示。
      通过Helifix系统的加固修复,可成功地解决砖混结构失效的问题,包括拱肩侧移、砖拱断裂、砖石分层、砖拱和拱腹膨胀、桥墩和翼墙开裂、砖石松动和开裂、压顶石松动以及隧道内层失效等问题,修复过程中不产生额外应力,对结构不造成损伤
      Helifix系统对于砖混结构桥梁、隧道加固修复的施工过程:
      加固修复方案定好之后,将Helibar钢棒用HeliBond水泥浆埋入拱腹和拱肩预先切割好的狭槽内,根据实际要求决定数量。与CemTie连接件或DryFix连接件组合使用,可为砖混桥梁和隧道的失效或承载力不足提供多种可靠的加固修复方案。
      裂缝修补是将Helibar钢棒穿过裂缝用用HeliBond水泥浆或PloyPlus树脂埋入狭槽内,这样可在紧固砖混结构的同时将荷载重分布,防止裂缝再产生。
    2.3砖混结构抗震新技术
      为了满足砖混结构现在的抗震要求或修复升级现有结构,表面连续加固的方法越来越被常用。Helifix系统提出了一种新的抗震加固技术,将抗震连接器(Seismic Connector)与砂浆层内的DryFix连接件相固定,不锈铁丝穿过抗震连接器用Helibond水泥浆埋入预先切割好的灰缝中,这样就形成了灰缝和砖混之间的机械连接,如图3所示。
      Helifix系统对于砖混结构抗震加固的施工过程:

     

      在砖混结构表面,选择8mm直径的DryFix连接件安装位置,最好选在平缝与竖缝的交叉点处,这样可尽量减小对结构的破损;钻定位孔,外部扩大孔直径至11mm以容纳抗震连接器;在砂浆层切槽,建议采用金刚钻切割机和真空吸尘器,确认没有砂浆和灰尘留在槽内,然后用清水敷湿;安装DryFix连接件,然后将抗震连接器与其完全结合,且孔保持水平;将铁丝穿过相邻的抗震连接器,用Helibond水泥浆灌入抗震连接器中,将Helibond水泥浆灌入槽内,确保铁丝被完全植入。

     

    2.4 无应力连接技术
    2.4.1新建墙体的无应力连接技术
      StarTie采用特殊的螺旋式不锈钢设计,是一种创新的墙体连接件,它可提供新旧墙体的无应力连接技术,无论是增加内外墙、新砌十字墙、拆除破损墙和恢复及延伸旧墙均有效,适用于所有常用的建筑材料。
    StarTie连接技术的施工过程:
      在新建墙体时,如果现有的墙体采用的是轻集料砖,StarTie连接件可直接钻入现有墙体中,而另一端留在新建墙体的砂浆层内。如果现有墙体采用的是实心砖或混凝土,则必须先在现有墙体上钻一个6mm的定位孔,然后将StarTie连接件安装进去,另一端留在新建墙体的砂浆层内。
    2.4.2 多种材料的无应力连接技术  
    Turbofast多功能固定件可以将木材固定到砖混结构和混凝土结构的不同位置上。它通常可用于壁脚板、护墙板、相框、门框、窗框、橱柜压条、石膏板压条、干挂面砖和天花板等的固定;InSkew可用于砖混结构屋顶压条的固定,安装时依次穿过屋面压条、保温层直至深

     


     

    3、工程应用
       问题1:在英国的Hampstead有一座100英尺高的锅炉烟囱,由于年代久远和气候侵蚀,产生了许多竖向裂缝,砖柱也不稳定,石雕也松动了。
       解决办法:该工程由英国TRAC公司负责施工,施工时采用沿绳滑下法施工,在烟囱四周的砖墙灰缝中自上而下每隔12块砖埋入一对HeliBar

     


     

         问题2:在英国Seaham的道尔顿泵站是一座二级保护建筑,由于机器严重的振动,已经导致了山墙端部的分离和主体结构的开裂,部分地方裂缝宽度达到厘米宽。因此迫切需要对结构采用无破损方案进行修复。
         解决办法:Helibeam系统是英国遗产协会推荐的中意和划算的修复方案。为了稳定和加固结构,将HeliBar不锈钢棒埋入沿主体结构四周不同高度处的砖墙灰缝中,该结构有20m高,底部墙体厚度达900mm,这样就在砖墙内部建立了能够承重的梁。对砖墙的裂缝修补采用了可弯角的10mm直径的Cemties进行。如图6所示。

        问题3:在英国Chelmsford有一座铁路高架桥,由于年代久远、气候侵蚀及每天330辆火车的加速减速等因素影响,在砖拱部位出现了严重的裂缝,部分砖砌体出现了分化,部分灰缝也失效了。
        解决办法:该工程由英国AC公司负责施工,为修补裂缝、加固砖砌体及重分布结构荷载,大约将4000m长的HeliBar不锈钢棒埋入16个9.5m跨的砖拱中;为确保结构安全,在桥墩和个别砖拱处安装了大约3500个Cemties,对有缺陷的灰缝进行了重新勾嵌。如图7所示。

         4.Helifix无应力砖混加固修复系统是一种新型的砖混结构加固修复系统,它可对砖混结构因开裂、失效及由于地震、环境及荷载引起的应力增加导致的承载力不足进行加固修复,为其提供迅速、灵活、经济的加固修复技术。该技术在英国已经被广泛地应用在房屋、塔楼、教堂和桥梁等各种类型砖混结构的加固修复工程中了,是被英国遗产协会推荐的技术。通过本文较详细的介绍,希望能将此技术应用于国内同类砖混结构的加固修复工程中。



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一种新型砖混结构加固修复系统的介绍
 

  摘要:介绍了一种新型的砖混结构的加固修复系统,对其功能、工程应用方面做了较详细的阐述,可供同类砖混结构加固修复时参考使用。
1、前言
  对在用的砖混结构进行可靠性鉴定,认为其承载力或抗震性能不满足现行国家设计规范要求,或进行增层设计时,常常需要对原砖混结构进行加固补强,以满足安全要求。承载力不满足要求时,传统的加固方法包括:增大截面法、组合砌体加固法、FRP加固法、外包钢加固法、锚杆静压桩加固法等。增大截面法和组合砌体加固法占用使用面积较多,影响使用功能,常受到建筑上的限制;外包钢加固法和FRP加固法则两端的锚固要求较高;锚杆静压桩加固法适用于地基加固或托换处理。本文介绍的是一种新型的砖混结构加固系统:Helifix无应力砖混加固修复系统。无应力砖混加固修复技术能针对砖混结构因开裂、失效及由于地震、环境及荷载引起的应力增加导致的承载力不足进行修复,为砖混结构提供迅速、灵活、经济的修复技术。Helifix系统可提供砖混结构无应力的水平平缝加固,裂缝修补,多种连接技术,包括新旧墙体的无应力连接技术、不同材料在不同位置的无应力连接技术等。Helifix系统的产品已成功应用在房屋、塔楼、教堂和桥梁等各种类型的砖混结构中,可为砖混结构加固修复和新旧墙体的连接提供经济和无破损的方案。
2、功能介绍
  Helifix加固修复系统产品主要包括:修复墙体用的钢棒:Helibar(奥氏体不锈钢304级和316级),有4、5、6、8mm四种直径;修复墙体用的连接件:BowTie(8mm)、CemTie(8mm和10mm)、RetroTie(6mm和8mm)、DryFix(8mm和10mm)、CemenTie(6mm)、ResiTie(6mm);修复墙体用的粘结剂和工具:TE裂缝粘结剂、Helibond水泥浆、PolyPlus树脂;金属探测器、内窥镜、Helibond工具、PolyPlus工具;新建墙体的连接件:TimTie、TurboTie、MorTie、StarTie;不同材料的连接件:InSkew固定件、TurboFast多功能固定件、Terra Cotta Tie陶土连接件、Helibar Staple;墙体的抗震连接器:专门的Helifix Seismic Connector。 2.1砖混结构建筑物无应力加固修复技术
  Helifix系统可为砖混结构提供无应力的水平平缝加固,将螺旋状不锈钢棒Helibar埋入砖混结构从而在内部建立可承受荷载的梁,与Helifix其余的连接件和固定件的结合使用,可实现横向和竖向的抑制使整个结构形成整体,为大部分砖混结构提供全面、无破损和经济的加固修复技术。Helifix系统对于砖混结构建筑物加固修复的主要功能如下:重新连接纵横墙; 托梁与砖墙的连接; 修复断裂的砖墙; 重新连接内外墙;修复砖拱过梁; 修复转角和洞口处的裂缝; 托梁侧面与砖墙连接; 新建砖梁; 裂缝修补; 修复或新建过梁;空心墙连接; 屋顶托梁与砖墙连接;如图1所示。
  Helifix系统也可用于砖混结构的上部托换,将混凝土垫块放在结构的转角处或指定的位置处,Helifix系统就可以在砖石结构中建立多道支撑梁,这样就能在垫块间形成明显的跨度来重分布荷载,这样可使总体的托换成本相应减少。
  Helifix系统对于砖混结构建筑物加固修复的施工过程:
  在加固修复方案定好之后,Helifix系统的施工是非常快捷的。在结构砂浆层按照预定的深度和尺寸切割出狭槽,将相同长度的奥氏体不锈钢HeliBar棒使用HeliBond水泥浆埋入,形成加固的砖混梁,这些不锈钢棒可以弯曲以适应拐角。我们通常用的粘结剂是HeliBond水泥浆,但在要求强度迅速达到标准,例如在过梁修复的情况下,则可使用PolyPlus树脂。对很长的墙体,可采用搭接的长不锈钢棒进行加固。施工结束后建筑物几乎看不出修复痕迹,在施工过程中建筑物的主人也不用搬出来。

 zwbzm2014.6.12-02.jpg

2.2 砖混结构桥梁、隧道无应力加固修复技术

  砖混结构桥梁由于年代久远、气候侵蚀和荷载引起的应力增加导致出现各种各样的问题。许多桥梁使用已经超过100年,因此出现了许多问题,包括砌砖碎裂、拱腹开裂和砖拱断裂等。公路、铁路隧道也遇到同样的问题,由于渗水、振动、因地基变动和新增静荷载引起的荷载变化导致。另外,许多列入保护的结构要求进行合理的、无破损的修复,使结构的外观不受影响。
  传统的修复方式,例如喷射混凝土、浇筑混凝土衬砌或拆除重建都耗时昂贵,且影响正常使用,如铁路和公路的运营。Helifix系统已发展成熟,它可以增加桥梁或隧道的承载力,解决所有常见的问题,实验证明经过加固后结构承载力可达加固前的两倍以上['1']。
  Helifix系统对于砖混结构桥梁、隧道加固修复的主要功能如下:拱腹建梁及连接; 桥墩裂缝修补; 桥墩与压顶石的连接; 建梁与连接; 拱肩的连接; 碎砖的连接; 砖拱断裂的连接;如图2所示。
  通过Helifix系统的加固修复,可成功地解决砖混结构失效的问题,包括拱肩侧移、砖拱断裂、砖石分层、砖拱和拱腹膨胀、桥墩和翼墙开裂、砖石松动和开裂、压顶石松动以及隧道内层失效等问题,修复过程中不产生额外应力,对结构不造成损伤
  Helifix系统对于砖混结构桥梁、隧道加固修复的施工过程:
  加固修复方案定好之后,将Helibar钢棒用HeliBond水泥浆埋入拱腹和拱肩预先切割好的狭槽内,根据实际要求决定数量。与CemTie连接件或DryFix连接件组合使用,可为砖混桥梁和隧道的失效或承载力不足提供多种可靠的加固修复方案。
  裂缝修补是将Helibar钢棒穿过裂缝用用HeliBond水泥浆或PloyPlus树脂埋入狭槽内,这样可在紧固砖混结构的同时将荷载重分布,防止裂缝再产生。
2.3砖混结构抗震新技术
  为了满足砖混结构现在的抗震要求或修复升级现有结构,表面连续加固的方法越来越被常用。Helifix系统提出了一种新的抗震加固技术,将抗震连接器(Seismic Connector)与砂浆层内的DryFix连接件相固定,不锈铁丝穿过抗震连接器用Helibond水泥浆埋入预先切割好的灰缝中,这样就形成了灰缝和砖混之间的机械连接,如图3所示。
  Helifix系统对于砖混结构抗震加固的施工过程:

 

  在砖混结构表面,选择8mm直径的DryFix连接件安装位置,最好选在平缝与竖缝的交叉点处,这样可尽量减小对结构的破损;钻定位孔,外部扩大孔直径至11mm以容纳抗震连接器;在砂浆层切槽,建议采用金刚钻切割机和真空吸尘器,确认没有砂浆和灰尘留在槽内,然后用清水敷湿;安装DryFix连接件,然后将抗震连接器与其完全结合,且孔保持水平;将铁丝穿过相邻的抗震连接器,用Helibond水泥浆灌入抗震连接器中,将Helibond水泥浆灌入槽内,确保铁丝被完全植入。

 

2.4 无应力连接技术
2.4.1新建墙体的无应力连接技术
  StarTie采用特殊的螺旋式不锈钢设计,是一种创新的墙体连接件,它可提供新旧墙体的无应力连接技术,无论是增加内外墙、新砌十字墙、拆除破损墙和恢复及延伸旧墙均有效,适用于所有常用的建筑材料。
StarTie连接技术的施工过程:
  在新建墙体时,如果现有的墙体采用的是轻集料砖,StarTie连接件可直接钻入现有墙体中,而另一端留在新建墙体的砂浆层内。如果现有墙体采用的是实心砖或混凝土,则必须先在现有墙体上钻一个6mm的定位孔,然后将StarTie连接件安装进去,另一端留在新建墙体的砂浆层内。
2.4.2 多种材料的无应力连接技术  
Turbofast多功能固定件可以将木材固定到砖混结构和混凝土结构的不同位置上。它通常可用于壁脚板、护墙板、相框、门框、窗框、橱柜压条、石膏板压条、干挂面砖和天花板等的固定;InSkew可用于砖混结构屋顶压条的固定,安装时依次穿过屋面压条、保温层直至深

 


 

3、工程应用
   问题1:在英国的Hampstead有一座100英尺高的锅炉烟囱,由于年代久远和气候侵蚀,产生了许多竖向裂缝,砖柱也不稳定,石雕也松动了。
   解决办法:该工程由英国TRAC公司负责施工,施工时采用沿绳滑下法施工,在烟囱四周的砖墙灰缝中自上而下每隔12块砖埋入一对HeliBar

 


 

     问题2:在英国Seaham的道尔顿泵站是一座二级保护建筑,由于机器严重的振动,已经导致了山墙端部的分离和主体结构的开裂,部分地方裂缝宽度达到厘米宽。因此迫切需要对结构采用无破损方案进行修复。
     解决办法:Helibeam系统是英国遗产协会推荐的中意和划算的修复方案。为了稳定和加固结构,将HeliBar不锈钢棒埋入沿主体结构四周不同高度处的砖墙灰缝中,该结构有20m高,底部墙体厚度达900mm,这样就在砖墙内部建立了能够承重的梁。对砖墙的裂缝修补采用了可弯角的10mm直径的Cemties进行。如图6所示。

    问题3:在英国Chelmsford有一座铁路高架桥,由于年代久远、气候侵蚀及每天330辆火车的加速减速等因素影响,在砖拱部位出现了严重的裂缝,部分砖砌体出现了分化,部分灰缝也失效了。
    解决办法:该工程由英国AC公司负责施工,为修补裂缝、加固砖砌体及重分布结构荷载,大约将4000m长的HeliBar不锈钢棒埋入16个9.5m跨的砖拱中;为确保结构安全,在桥墩和个别砖拱处安装了大约3500个Cemties,对有缺陷的灰缝进行了重新勾嵌。如图7所示。

     4.Helifix无应力砖混加固修复系统是一种新型的砖混结构加固修复系统,它可对砖混结构因开裂、失效及由于地震、环境及荷载引起的应力增加导致的承载力不足进行加固修复,为其提供迅速、灵活、经济的加固修复技术。该技术在英国已经被广泛地应用在房屋、塔楼、教堂和桥梁等各种类型砖混结构的加固修复工程中了,是被英国遗产协会推荐的技术。通过本文较详细的介绍,希望能将此技术应用于国内同类砖混结构的加固修复工程中。




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