土木工程中的结构力学与结构分析研究

土木工程中的结构力学与结构分析研究

陈福兵

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摘要：当前我国土木工程建设处在大规模新建与维修加固并重的阶段，全国有将近百分之五十的建筑物正在进入衰退期，为了保证人民的生命财产安全，避免事故的发生，我们应当及时对我国现有工程结构进行检测，当前不符合国家相关行业标准的工程结构进行结构抗力、作用效益、可靠性进行检测、评价与鉴定并给出加固、维修意见。

关键字：土木工程、检测、加固

引言：由于土木工程一般长期暴露在自然环境中，台风、地震、火灾、沙尘暴等大的自然灾害可能会对工程结构造成巨大威胁。而日常生活中的风吹日晒雨淋也在潜移默化的对工程结构造成不同程度的损伤。通过检测来判断工程当前的使用价值，是否对其进行必要的加固是非常必要的。对土木工程结构进行准确的检测分析，通过加固来提高土木工程结构的价值，是国内外重要的研究课题。本文从土木工程结构的检测内容、检测方法、加固原理、加固方法等方面进行总结分析。

一、土木工程的基本概况及检测方法

工程结构存在多种结构类型：地基基础、钢结构、砌体结构、木结构、钢筋混凝土结构、桥梁结构等结构类型。土木工程结构的检测内容包括建筑物的外观是否出现破损，尺寸大小是否存在偏差；钢筋混泥土的裂缝存在情况；裂缝是否存在焊接缺陷；检测工程材料的强度、钢筋配置情况及各种构件的化学成分及承载力等。工程结构的检测方法从理论上可以分为动态检测和静态检测。静态检测方法是一种比较传统的检测方法，通过观察、检测结构构件的实际尺寸是否符合建筑要求，检查材料强度符合标准根据直观地测量数据来进行计算，来确定工程结构的施工质量及安全性能。但静态检测法有一定的局限性，对于一些大型连续性工程，构成结构复杂，构建数量较多的情况下是无法进行直接检测的，检测效率不高，有一定的局限性。而动态检测方法是通过采用结构动力检测技术，通过结构自身的动力特点，利用动力影响，来获得模态参数及物理参数。从而对工程的结构进行性能评价。动态检测的优势就在于只需要相关的检设备来进行检测，不受构建大小的影响。

二、以下三种土木工程结构的检测方法

(1)地基基础检测

在建筑设计之前，必须进行建筑场地的工程地质勘查，并对地基上（岩）进行物理力学性质试验。地基基础的检测包括地基的检测和基础的检测

地基的检测包括地基土层的均匀性分布，地基土下地下水的腐蚀性、水位的检测，粉土、砂土的液化性质、场地稳定性及软土的震陷性质的检测及地基土的物理力学性能。地基的检测包括原状土室内物理学性能试验、原位试验、地基土进行坑探钻探槽探等物理勘探。地基处理后检测地基土的承载力，地基的均匀性与施工质量,以及复合型地基增强体及柱身质量的测量。在检查地基强度检测方面，有室内的土工试验，其次是十字板剪切技术,换算出土地的抗剪强度。地基的密实度检测方法包括，圆锥动力触探实验、标准贯人试验和静力触探试验。承载力检测包括处理后地基静荷载试验，和复合地基静荷载试验。基础的检测包括材料、尺寸、类型及埋置深度。基础的腐蚀、开裂、损坏程度、基础的扭曲、弯曲、倾斜等、桩基础的桩身质量、入土深度、持力层情况。桩基的检测方法有低应变法、高应变法、声波透射法。

(2)钢筋混泥土结构的检测

由于混泥土结构具有工艺简单，强度高，稳定性好的特点在工程结构中被广泛运用。适用于钢筋混泥土的检测方法分为三种，首先是回弹法，这种方法是利用回弹仪在混泥土构件表面进行锤弹，通过实验确定回弹值与混泥土强度的关系。这种方法虽然操作简单，测试快速，价格较低，但是缺点就是检测精度不高。根据回弹法相关技术规章，对混泥土的龄期有所限制，所以并不适用存在缺陷或者明显质量差异的混泥土构件的检测。其次是钻芯法,它是通过专门的钻机在混泥土结构中取样来观察混泥土内部质量以检测混泥土强度，通过压力机碾碎来得到它的实际抗压强度。由于它带有一定的破坏性质，所以也是一种半破损的检测手段，此方法在国外运用比较广泛。最后是超声法，通过低频超声波检测仪和波声换能器，通过对测量声学参数，从混泥土的波幅、声速、主频等参数的变化来分析混泥土内部机构是否存在缺陷。超声波检测是一种先进的非破损法，具有操作简单，检测速度快，检测精度高的优势。我们可以通过现场条件、检测需求来选择合适的检测方法。

(3)砌体结构的检测

砌体结构是通过把块体与砂浆通过砌筑而成的强，砌体结构的检测方法包括回弹法和切割法等。回弹法是先清理掉抹灰层，通过回弹仪直接在砌砖和砂浆上分别进行回弹，取砌砖多次回弹的平均值评定砌砖的强度，根据砂浆平均回弹值、砂浆的碳化深度、砂浆的种类和砂的粒径进行砂浆强度的评定。根据砌砖强度、砂浆强度来进行砌体强度的检测。切割法是直接在砌体上进行切割，根据切割相关执行标准，对切割砌体进行荷载试验。推定砌筑砂浆强度的方法有推出法和筒压法等。推出法是通过推出仪对砌块进行推出操作，根据砂浆饱和度和推出力度来计算砌体结构质量是否达标。筒压法是对砌体进行取样，将其碾碎烘干后把砂浆颗粒放入承筒中进行筒压处理，以判断砂浆级别是否符合砌体结构质量要求。

三、加固方法

（1）地基基础结构的加固

由于施工、勘探等造成的地基破坏，或者建筑使用时需要增层、扩建时对地基的基础进行加固；或者临近兴建大型土木工程时对既有建筑地基基础进行加固。地基的加固方法包括：加筋加固法,对于地基比较松软的地方可以采用加筋土法,加强浅层土地的稳定性。对于较深层的软弱地基可以采用锚杆静压桩，将静压桩缓慢压入，能加强土地实际的承载力；挤压加固法，通过外力的作用加强土的稳定性，对于松散的砂土、粘性土、砾石土、湿陷性黄图、低饱和度的淤泥可以采用强夯法、压实碎石桩法、震动压实法等；化学加固法包括注浆法和深层搅拌法，注浆法是将化学溶剂利用灌浆设备填充在结构不稳定的岩层裂缝中，增加地基硬度，起到防渗、加固及增大地基受力能力的作用。深层搅拌法也是将水泥石灰的混合物导入地面进行直接搅拌，使它们与土地充分融合凝固以达到地基加固的目的；排水加固法应用在含水量比较大的软土、黏土里，合理设计排水系统，加快地基的固结速度，保证的土木工程的进度与质量。当既有建筑基础地基面积尺寸不够或承载力较弱时，我们可以采用钢筋混泥土套加大基础面积进行加固。由于受地基不均匀沉降，冻胀引起的基础开裂我们可以采取注浆补强的方法，采用水泥浆或者环氧树脂进行注浆加固。

（2）钢筋混泥土结构加固

钢筋混泥土结构常用的加固方法有：外包钢加固法，这种方法是采用环氧树脂灌浆技术把外面的钢材与原混凝土构件粘连在一起共同受力，优势在于既没有显著增大混凝土原构件的截面面积，有能有效提高原构件的承载力；截面加固法，在混泥土结构受弯构件的受压区域大面积增加混泥土来增大混泥土构件的截面面积，以增强构件的抗剪、抗弯能力，增加截面刚度；粘贴碳纤维加固法，目前常用的粘贴碳纤维复合材料在原构件相应区域，碳纤维的拉力与原构件共同受力，提高承载力，加固原构件。此外还有预应力加固法、绕丝加固法、改变结构传力途径加固法等。

(3)砌体结构的加固

由于砌体的强度小于块体和砂浆的强度，砌体的抗剪和抗拉强度都很低，当荷载变化、温度变化、材料收缩、地基的不均匀沉降容易引起砌体结构的开裂，当裂缝出现时，说明砌体的承载力是不够的，所以砌体的安全质量受到影响。对于砌体结构的常用承载力加固方法有扶壁柱加固法，扶壁柱加固法根据原材料的不同又分为砖石扶壁柱法和混泥土扶壁柱法，根据施工现场情况选定具体哪种方法，扶壁柱法能有效提高墙体的承载力，减小墙体的高厚比，从而提高的砌体的稳定性。钢筋网水泥砂浆面层加固，把需要加固的砖墙表面出去粉刷层后附设钢筋网片，最后摸水泥砂浆来加固的方法，来提高砌体的承载力、墙体的延性和抗侧移刚度。砖柱外包角钢加固法，优选外包角钢，能提高砖柱的承载力、抗侧力，又没有增加砖柱的截面面积的加固方法。

结束语:土木工程结构的检测与加固是非常重要课题，加强对检测技术，加固方案的研究是土木工程建设进程中重要的环节。在土木工程施工中，设计施工人员应根据施工现在的实际情况，选择合适的测量方式，优选加固方法，提升加固工程的施工速度，促进土木工程建筑结构质量的整体提高。

参考文献：

[1]国俊土木工程建设中结构与地基加固技术的运用研究【J】《绿色环保建材》2019-03-20

[2]周亚东试析土木工程建设中结构与地基加固技术应用【J】《江西建材》2018-11-30