2015級碩士研究生《土木工程學科前沿》考核內容
對以下兩個工程概況進行分析，給出優化的加固方案，要詳細寫出確定加固方案的依據、優點、加固流程及注意事項等。
一、橋梁（50分）
1. 工程概況
后橋溝橋是位於國道308線的一座小橋，它始建於2023年。上部結構是簡支空心板，下部結構是樁柱蓋梁式墩台。橋跨組合為3×10公尺，橋寬組合0.
5+17+0.5，由於g308線是「西煤東輸」的重要幹線，載重量大，交通量很大，為解決日益嚴竣的交通問題，該線在2023年得以改建，路面由10m加寬到15m,橋面由11m加寬到17m。限於資金問題，該橋的舊橋部分仍使用舊橋板。
隨著時間的推移，該橋的病害日益顯露出來。2023年省橋檢中心把它鑑定為三類橋。存在的主要病害是舊橋面板板底大多出現了橫向裂縫、縱向裂縫，尤其第3孔的第9號板出現了一條較為嚴重的縱向裂縫，長3m，縫寬2mm。
2. 病害產生的原因
（1）裂縫的產生主要是由於板底混凝土保護層薄，鋼筋鏽蝕，脹裂混凝土。
（2）橋齡長，橋板混凝土出現累積損傷裂縫，混凝土開裂，鋼筋鏽蝕，鋼筋鏽蝕又加劇了混凝土開裂。
3.加固方案依據及優點
碳纖維是一種新型建材，具有輕質高強、耐腐蝕、施工簡便，能適應各種複雜形狀結構的特點，且不影響結構的尺寸和外觀，並且加固後的碳纖維布幾乎不需要什麼維護工作，可降低後期養護費用，因此採用外貼碳纖維布加固法對后橋溝橋進行加固處理，以滿足承載力要求，保證行車安全。
4. 加固流程
4.1 施工工藝
4.2混凝土表而缺陷處理
用磨光機或砂輪對混凝土的表而如蜂窩、麻麵、腐蝕、剝落、風化、浮漿、不潔物等清除乾淨至密實面。檢查外露鋼筋，若有鏽蝕需除鏽，再刷油漆。修補裂縫對縫寬小於0.
2mm的裂縫採用環氧樹脂進行封閉，對縫寬大於0.2mm的裂縫，則用環氧樹脂膠進行灌縫處理。貼上碳纖維布範圍的定位劃線應按設計要求進行。
構件表而因施工原因造成的凸出部位，用磨光機或砂輪磨平，高差不得大於1mm。對構件表而存在的稜角，用磨光機磨成圓角，圓角半徑宜大於30mm。不得小於20mm。
對混凝土表而殘缺部分，剔除鬆散混凝土後用高於原構件混凝土強度的砂漿修補至表而平整。用高壓水或壓縮空氣除淨構件表而的粉塵，並使其充分乾燥。
4.3 塗刷底膠
把按比例調配好的底膠主劑和固化劑稱量準確後放入容器內，拌和均勻，一次調和量應以在可使用時間內用完為準，超過可使用時間的不得使用。用滾筒刷均勻地塗抹底膠，需要塗刷2層時，應在第一層指觸乾燥後再塗刷第2層。指觸乾燥時間因氣溫不同而在3小時至1天之間變化。
底膠硬化後，在構件表而有凸起時，要用磨光機或砂紙磨平。根據施工部位的溫度、濕度選擇適當的底膠在氣溫5℃以下，相對濕度大於85%,混凝土表而含水率在8%以上，雨天或有結露可能而無有效保障措施時，不得施工。
4.4刮找平膠
碳纖維布只有與所加固補強的混凝土表而緊密接觸，才能產生良好的補強效果構件表而如蜂窩、麻而、小孔等的存在是碳纖維布材料貼上不嚴密而造成起鼓的原因，應用找平膠填平，修復至表而平整。找平膠塗刮後，表而上的糙紋，應用砂紙打磨平整。
4.5 貼上碳纖維布
為防止碳纖維受損，在纖維布運輸、儲存、裁切和貼上過程中，都不得使它受到過度彎折因此，貼上碳纖維布前用夾子切斷器按規定尺寸切斷碳纖維布，每段長度以不超過6m為宜。碳纖維布裁切時應預先在裁切位置貼上寬膠帶，在寬膠帶正中位置進行裁切，以保證裁切後碳纖維布的切口整齊。貼上纖維布前要確認施工而的樹脂膠和找平膠等修補材料已達到指觸乾燥。
把浸漬樹脂的主劑和固化劑按規定的比例稱量準確，裝入容器，攪拌均勻一次調和量應以在可使用時間內用完為準，超過可使用時間的不得使用。纖維布縱向接頭必須塔接10cm以上，該部位應多塗浸漬樹脂，橫向不需要搭接。貼上時應依設計位置由上而下，由左至右有秩序地貼上，碳纖維布內不應留有空隙為此可用滾筒沿纖維力向在碳纖維布上滾壓多次，以使浸漬樹脂充分滲浸入纖維中，同時以壓板去除氣泡即時觀察貼片是否粘結密實，若發現有間隙或氣泡，應及時處理。
碳纖維布貼上30-60分鐘(根據乾燥程度)後，再用滾筒在碳纖維布表而均勻塗抹浸漬樹脂稱為上塗上塗時滾筒沿纖維力向滾動，注意不能將已貼好的纖維布粘起。上塗後3- 4小時進行空鼓檢查，參照《碳纖維片材加固修復混凝土結構技術規程》檢查纖維布空鼓率、拉拔強度、粘結劑厚度等專案。
若纖維布表而出現空鼓，需進行修補，方法如下:
(1)注入浸漬樹脂法：在纖維布上開啟2個以上的孔，使用注射器注入浸漬樹脂，此類力法用於初期硬化後；
(2)補修補法：當浸漬樹脂完全固化後，無法用割刀切開或注入樹脂後，或纖維布表而出現褶皺或鬆馳時，應採用此法割去不良部分，重新貼上碳纖維布。
4.6 養護
貼上碳纖維布後，需自然養護24小時達到初期固化，並保證固化期間不受干擾。碳纖維布貼上後達到設計強度所需自然養護的時間:當平均氣溫在20℃以上時需要1周。
4.7 塗裝
塗裝應在樹脂初期固化後進行，並應遵守所用塗料的相關標準和施工規定塗裝材料應根據需要選用耐候性材料、耐火材料並與加固構件外觀顏色一致。
3 注意事項
1> 對原材料與施工機具的要求所有施工材料，包括碳纖維布和膠結材料都必須符合設計要求，這是保證工程質量的前提。成捲材料在運輸、儲存中不得平放、不得擠壓以免碳纖維布受損.也不得日曬和雨淋。
膠結材料必須原裝未開封。容器、攪拌設各、刷子、滾筒等工具必須及時清洗乾淨，不得殘留膠凝物。
2> 施工質量檢驗標準下塗和上塗樹脂膠滲浸入碳纖維束良好。碳纖維布下全面積內無氣泡、空鼓、褶皺 、鬆脫 、翹起等現象。纖維布縱向搭接長度不小於10cm，各幅及各層之間搭接部位不得位於同一斷面處，必須錯開至少20cm。
纖維布規格、貼上位置、長度、寬度、層數符合設計規定。養護需要嚴格遵守自然養護的時間要求。
3> 作業區封閉交通在作業區上游200公尺處設定施工警告標誌，用錐標隔離出工作區，工作區寬度為10m。在警告區內設定施工標誌，限速標誌，在上游過渡區起點至下游過渡區終點之間放置錐標。
二、框架剪力牆結構（50分）
1. 工程概況
某工程，地上主樓20層，框架-剪力牆結構，柱網為8400×8400mm，層高為3950 mm、4800mm、5100mm。柱截面尺寸為1100×1100mm，主梁截面尺寸為400×700mm，板厚為130mm，柱混凝土標號為c60，梁板混凝土強度等級為c35。
2. 現狀分析
經觀察，現場二層結構某邊柱在2.5m高度下出現表面起砂、細微裂紋現象，經現場回彈、取芯，下部混凝土強度僅為c20，此時上部結構施工至5層部位。下文均以「缺陷柱」描述此柱，「缺陷柱」位置如圖所示。
經觀察、取樣後認為：產生混凝土強度低的原因為施工人員誤將潤幫浦砂漿倒入到此柱底部，導致該柱底部混凝土內摻加過多砂漿，致使混凝土強度不足。
3. 加固方案依據和優點
本例項不宜採用增大截面法對柱子進行加固處理，因為該方法以提高其承重力和滿足正常使用的一種加固方法。我們對混凝土強度等級c20作為該工程混凝土構件加固與不加固的分界線,並要求盡量降低工程加固經費。因此採用工程柱的加固施工方法「螺旋筋約束柱法」，該方法施工工藝簡單易行事、處理費用低。
為提高混凝土立柱的承載力，提高混凝土的強度和保證工程質量，該方法起到一定的加固作用。
4．加固流程
<1>被加固柱的混凝土表面應鑿毛，柱子稜角處要鑿成半圓狀，但柱核心不允許破壞。
<2>鑿毛後的混凝土柱表面灰塵用鋼刷刷淨．再用清水沖洗乾淨。
<3>由上向下將鋼筋緊緊地纏繞在拄核心上，纏繞時必須用夾具拉緊鋼筋繞柱核心慢慢向乙個方向旋轉．繞上幾圈後，將鋼筋點焊在縱向綁筋上，點焊時不能將鋼筋燒熔或削弱其截面．螺距必須符合加固設計要求。
<4> 檢查纏繞螺旋鋼筋是否緊固．如發現有部分區域不緊固時須用鋼楔楔緊。
<5> 為了增強細石混凝土與柱核心的粘結力．可在柱核心與螺旋筋表面先抹上一層高標號水泥漿。
<6> 隨後自下向上按螺距填塞高強度等級的細石混凝土，邊填塞邊搗實，填塞搗實混凝土必須密實可靠。
<7> 檢查合格後，再用水泥漿抹光柱表面作保護層，並壓實抹加固前後柱截面如圖所示。
（ab)
圖2 加固前後柱截面
（a）加固前；（b）加固後
柱核心； a4螺旋筋
5．注意事項
此法的關鍵是螺旋筋必須繞緊，細石混凝土必須填滿搗實。在柱子斷面允許放大一些的時候，可以用立模法澆築搗實細石混凝土，即澆築混凝土時安裝模版，這樣可以保證混凝土振搗密實。此外，這種方法還適用於出現斜裂縫的梁加固，只需要在梁上斜裂縫處緊緊纏繞鋼筋，再用鋼楔打緊，最後澆築細石混凝土即可。
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