粘貼鋼板加固法

§1.5粘貼鋼板加固技術(shù)1、特點及合用范疇1）粘貼加固的優(yōu)點由于橋梁構(gòu)造補強加固的膠粘劑，其粘結(jié)強度應(yīng)當(dāng)不不大于等于被粘材料本身的強度，能與被粘合構(gòu)件成為整體。實踐表明，粘鋼加固鋼筋混凝土橋梁構(gòu)件，含有以下優(yōu)點：技術(shù)先進，性能良好。將強度高的鋼板粘貼于被加固的鋼筋混凝土梁受力部位，不僅能確?；炷梁弯摪遄鳛橐环N新的整體共同受力，并且能最充足地發(fā)揮粘鋼地強度，封閉粘貼部位加固構(gòu)件的裂縫，約束混凝土變形，從而有效地提高加固構(gòu)件的剛度與抗裂性；同時能夠任意地依設(shè)計需要與可能而粘貼，有效地發(fā)揮粘鋼構(gòu)件地抗彎、抗剪、抗壓地性能，其受力均勻，不會在混凝土中產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。所占空間小，不影響被加固構(gòu)造外觀和使用空間。由于加固體大都是一層3～4mm厚鋼板粘貼于相對體形或厚度大得多地構(gòu)造上，因此，加固體所占空間小，基本上不影響外觀。加固施工所需空間，也可視凈空規(guī)定，采用支頂、活動卡和錨栓加壓粘貼。加固施工周期短。由清理、修補加固構(gòu)件表面，將鋼板粘貼于構(gòu)件上，到加壓固化，大概1～2天時間，比其它的加固法可大大節(jié)省施工時間。材料消耗小。鋼材可按計算的需要量粘貼于構(gòu)件的加固部位，并和原構(gòu)件共同協(xié)調(diào)受力。工藝簡便粘鋼加固工序為被加固構(gòu)件表面清理和修補、剛把那除銹、拌膠粘貼、加壓固化、鋼板外露面圖刷防銹漆等，施工工藝簡便，只要認(rèn)真細(xì)致，每道工序較容易達(dá)成操作規(guī)程規(guī)定。由于粘鋼加固法有一系列優(yōu)點，即使用于橋梁工程中的時間不長，但發(fā)展快速，應(yīng)用越來越廣泛。2）合用范疇實驗資料表明，建筑構(gòu)造膠的粘結(jié)抗剪強度隨溫度而變，當(dāng)溫度高于60℃時，強度開始下降。試件長久泡在水中，強度也有所減少，因而粘鋼加固法廣泛應(yīng)用于無化學(xué)腐蝕橋梁構(gòu)造中。外部粘鋼加固實驗，現(xiàn)在受彎構(gòu)件靜載實驗較多，缺少動載實驗，特別是疲勞性能實驗資料甚少，我國用膠來粘貼鋼板加固構(gòu)件的時間不長，使用最多的是環(huán)氧類建筑構(gòu)造膠。這種膠有較為系統(tǒng)的實驗和工程使用經(jīng)驗，性能較為可靠，但現(xiàn)在膠種發(fā)展很快，有的性能已相稱不錯。為不妨礙建筑構(gòu)造膠的發(fā)展，而在使用上又安全可靠，故對新膠種應(yīng)持謹(jǐn)慎態(tài)度，通過系統(tǒng)的實驗和試點，獲得經(jīng)驗后逐步推廣使用。3）材料規(guī)定加固所用的膠粘劑，必須是強度高、耐久性好、含有一定彈性?，F(xiàn)在所用的環(huán)氧類構(gòu)造膠的粘結(jié)抗剪、抗拉強度隨被粘基層材料種類而異，當(dāng)基層材料為鋼材，破壞發(fā)生在膠層，粘結(jié)強度靠近于膠本身的強度，當(dāng)基層材料為混凝土?xí)r，破壞發(fā)生在混凝土上，粘結(jié)強度等于混凝土的強度?；炷恋目辜魪姸葘嶒炛?、原則值及設(shè)計值可據(jù)中國建筑科學(xué)研究院構(gòu)造所實驗統(tǒng)計表2.1.5-1采用；混凝土的軸心抗拉強度原則值及設(shè)計值按現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定采用。加固用鋼板，普通以3號鋼或16錳鋼為宜，鋼板、連接螺栓及焊縫的強度設(shè)計值，應(yīng)按現(xiàn)行鋼構(gòu)造設(shè)計規(guī)范規(guī)定采用?；炷量辜魪姸龋∕Pa）表2.1.5混凝土強度強度名稱C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60實驗值原則值設(shè)計值2.251.701.252.702.101.753.152.501.803.552.852.103.903.202.354.303.502.604.653.802.805.003.902.955.304.002.955.604.103.102、粘貼加固梁破壞特性與受力分析1）粘貼構(gòu)造梁的破壞特性許多實驗表明，粘貼鋼板加固梁板破壞時，粘貼在梁底的鋼板能夠達(dá)成屈服強度。在適筋范疇內(nèi)，隨著荷載的增加，原梁中鋼筋屈服，鋼板隨著也達(dá)成屈服，隨即混凝土被壓碎而破壞。也有部分實驗表明，粘貼在梁底的鋼板未達(dá)成屈服強度，而是鋼板與混凝土間撕脫造成加固梁破壞。這種破壞沒有明顯的預(yù)兆，鋼板與混凝土間粘結(jié)忽然撕脫，梁中鋼筋應(yīng)力突增，很快進入強化階段而脆性破壞。2）粘鋼加固梁受力分析對于粘鋼加固梁，由于原受拉鋼筋的極限應(yīng)變?yōu)椋?.11。比3號鋼鋼板比例極限應(yīng)變值＝0.001～0.0025大10倍以上，即使加固梁鋼板比原鋼筋有應(yīng)力滯后現(xiàn)象，但在破壞時，鋼板普通均能達(dá)成屈服強度，因此，其截面受力可按普通受彎構(gòu)件計算。同時也應(yīng)注意到，由于粘貼鋼板的應(yīng)力滯后，當(dāng)鋼板達(dá)成屈服時，加固梁的撓度及裂縫就偏大。部分實驗和實踐表明，加固梁破壞時，鋼板未達(dá)成屈服而是鋼板與混凝土間撕脫所致，其承載力遠(yuǎn)低于鋼板達(dá)成屈服時承載力。并且是脆性破壞，這種現(xiàn)象應(yīng)避免出現(xiàn)。造成此種破壞重要有以下三方面因素：（1）錨固長度不夠在混凝土表面粘結(jié)鋼板與埋在混凝土中的鋼筋相比，受力較為不利。鋼板的拉力僅僅依靠單面的粘結(jié)應(yīng)力來平衡。鋼板的合力與粘結(jié)應(yīng)力不在一條線上，它們形成一種力偶，使鋼板產(chǎn)生與梁的彎曲方向相反的變形。起著剝離鋼板的作用，容易使鋼板撕脫，因而規(guī)定有較長的錨固長度，普通規(guī)定錨固長度：受拉區(qū)不得不大于200t（t為鋼板厚度），亦不得不大于600mm；受壓區(qū)不得不大于160t，亦不得不大于480mm。（2）粘結(jié)劑的質(zhì)量問題鋼板能否有效地參加原梁的工作，重要取決于鋼板與混凝土之間粘結(jié)力的抗剪和抗拉強度。膠粘劑的質(zhì)量對強度影響極大，應(yīng)認(rèn)真選擇。由于原材料質(zhì)量、工藝操作變化，不同廠家管理不同，可能生產(chǎn)出來的構(gòu)造膠質(zhì)量有較大波動，若質(zhì)量不佳，粘鋼加固受力時，容易出現(xiàn)鋼板撕脫而破壞。故現(xiàn)場使用的構(gòu)造膠應(yīng)及時檢查，其強度指標(biāo)應(yīng)不低于混凝土強度，但檢查構(gòu)造膠的辦法尚無統(tǒng)一原則，只能參考已有經(jīng)驗進行。（3）施工質(zhì)量的影響粘鋼加固的效果與施工質(zhì)量親密有關(guān)，粘鋼加固梁鋼板撕脫重要是施工質(zhì)量不佳引發(fā)的。其中表面解決，涉及加固構(gòu)件結(jié)合解決及鋼板粘合解決，是最核心的工序，應(yīng)根據(jù)構(gòu)件表面的新舊程度、堅實程度、干濕程度，分別看待，認(rèn)真解決。粘貼、固定與加壓應(yīng)追蹤檢查，確保粘貼密實。否則非常容易出現(xiàn)粘貼鋼板受力撕脫。為了確保工程質(zhì)量，粘貼加固必須由專業(yè)化施工隊伍施工。3、粘鋼加固計算1）梁（板）受拉區(qū)粘貼鋼板加固計算（1）承載能力計算梁（板）正截面強度局限性時，可采用在受拉區(qū)表面粘貼鋼板法，如圖2.1.5圖2.1.5-1此時，矩形截面受彎承載力可按下式進行計算：式中:——原構(gòu)件縱向鋼筋抗拉強度設(shè)計值；——原構(gòu)件縱向鋼筋抗壓強度設(shè)計值；——原構(gòu)件縱向受拉鋼筋截面面積；——原構(gòu)件縱向受壓鋼筋截面面積；——加固鋼板抗拉強度設(shè)計值；——加固鋼板截面面積；0.9——考慮加固鋼板的應(yīng)力滯后、撕脫力影響等的強度折減系數(shù)；——原構(gòu)件混凝土彎曲抗壓強度設(shè)計值；——混凝土受壓區(qū)高度；——原構(gòu)件的寬度；——粘貼鋼板重心至混凝土梁上緣的距離；——受拉鋼筋重心至混凝土梁上緣的距離；——鋼筋安全系數(shù)，取=1.25。（2）鋼板錨固粘結(jié)長度計算鋼板錨固粘結(jié)長度，是指在原梁不需要加固截面以外的粘貼鋼板的延伸長度。它確保了鋼板在拉斷之前不發(fā)生脫膠等粘結(jié)破壞。規(guī)定鋼板在錨固區(qū)的粘結(jié)受剪承載力必須不不大于鋼板的受拉（受壓）承載力，其錨固長度按下式計算：式中：——受拉加固鋼板厚度；——被粘混凝土抗剪強度設(shè)計值；——加固鋼板抗拉強度設(shè)計值。公式中數(shù)值2為錨固區(qū)剪應(yīng)力分布不均勻系數(shù)，近似按三角形考慮。圖2.1.5-2若鋼板粘貼長度不能滿足計算長度，可在鋼板的端部錨固粘結(jié)U型箍板，如圖2.1.5-2所示。當(dāng)箍板與補強鋼板間的粘結(jié)受剪承載力不大于或等于箍板與混凝土間的粘結(jié)受剪承載力時，錨固承載力為加固鋼板與混凝土間的粘結(jié)受剪承載力及箍板與加固鋼板間的粘結(jié)受剪承載力之和；反之錨固承載力則為加固鋼板和箍板與混凝土間的粘結(jié)受剪承載力之和，其計算公式為：當(dāng)時當(dāng)時式中：——每端箍板數(shù)量；——箍板寬度；——箍板單肢的梁側(cè)混凝土的粘結(jié)長度；——鋼與鋼粘接抗剪設(shè)計值。2）斜截面承載力極限狀態(tài)計算當(dāng)梁的斜截面受剪承載力局限性時，可采用局部粘貼并聯(lián)U形箍板進行加固（圖2.1.5-3），此時斜截面受剪承載力按下式計算：同時，必須滿足下列條件式中：——斜截面受承載剪力設(shè)計值；——原構(gòu)件斜截面受剪承載力設(shè)計值；——單肢箍板截面面積；——箍板軸線間距；——加固鋼板抗拉強度設(shè)計值;——鋼筋安全系數(shù),取=1.25。4、粘鋼加固施工1）構(gòu)造規(guī)定粘鋼加固結(jié)合面的粘結(jié)強度重要取決于混凝土強度，因此，被加固構(gòu)件的混凝土強度不能太低，普通粘鋼加固基層的混凝土強度等級不應(yīng)低于C20。粘結(jié)鋼板厚度重要根據(jù)結(jié)合面混凝土強度、錨固區(qū)長度及施工操作規(guī)定而定，鋼板愈厚所需錨固長度就愈長，并且很硬，不好粘貼；反之，鋼板愈薄，相對用膠量就愈大，不經(jīng)濟。根據(jù)經(jīng)驗，粘鋼鋼板厚度以2～6mm為宜，普通取4mm。粘接鋼板在加固點外的錨固長度，除滿足計算外，還必須滿足一定的構(gòu)造規(guī)定，對于大跨徑構(gòu)造或經(jīng)受重復(fù)荷載的構(gòu)造，錨固區(qū)尚宜增設(shè)U型箍板或螺栓等附加錨固方法。為了延緩膠層老化，避免鋼板銹蝕，鋼板及其鄰接的混凝土表面，應(yīng)進行密封防水防腐解決。簡樸而有效的方法是用M15水泥砂漿抹面，其厚度對于梁不應(yīng)不大于20mm，對于板不應(yīng)不大于15mm。2）施工要點粘鋼加固施工應(yīng)按圖2.1.5-4工藝流程進行。防腐粉刷檢查與實驗固化固定加壓粘貼涂膠被粘混凝土和鋼板表面解決防腐粉刷檢查與實驗固化固定加壓粘貼涂膠被粘混凝土和鋼板表面解決膠粘劑配制膠粘劑配制加固構(gòu)件卸載加固構(gòu)件卸載表面解決表面解決涉及加固構(gòu)件結(jié)合面解決和鋼板貼合面解決，是粘鋼加固施工過程最核心的工序，應(yīng)認(rèn)真進行。對于混凝土構(gòu)件結(jié)合面應(yīng)根據(jù)構(gòu)件表面的新舊程度、堅實程度、干濕程度，分別按下列四種狀況解決：=1\*GB3①對很舊很臟的混凝土構(gòu)件的粘合面，應(yīng)先用硬毛刷沾高效洗滌劑，刷除表面油垢污物后用冷水沖洗，再對粘合面進行打磨、除去2～3mm厚表層，直至完全露出新鮮面，并用壓縮空氣除去粉塵。解決后，若表面嚴(yán)重凹凸不平，可用環(huán)氧樹脂砂漿修補。=2\*GB3②如果混凝土表面不是很臟很舊，則可直接對粘合面進行打磨，去掉1～2mm厚表層，用壓縮空氣除去粉塵，用棉花沾丙酮擦試表面。=3\*GB3③對于新混凝土粘合面，先用角磨機將粘合面磨平，再用鋼絲刷將表面松散浮渣刷去，用棉花沾丙酮擦試表面。=4\*GB3④對于齡期在3個月以內(nèi)，或濕度較大的混凝土構(gòu)件，粘鋼前尚須進行人工干燥解決。對于鋼板粘合面，應(yīng)根據(jù)鋼板銹蝕程度，分別按下列兩種辦法解決：=1\*GB3①如鋼板未生銹或輕微銹蝕，可用噴砂、砂布或平砂輪打磨，直至出現(xiàn)金屬光澤。打磨粗糙度越大越好，打磨紋路盡量與鋼板受力方向垂直。然后用脫脂棉花沾丙酮擦拭干凈。=2\*GB3②如鋼板銹蝕嚴(yán)重，須先用適度鹽酸浸泡20min，使銹層脫落，再用石灰水沖洗，中和酸離子、最后用平砂輪打磨出紋道，再用丙酮擦試干凈。（2）卸荷為了減輕粘貼鋼板的應(yīng)力、應(yīng)變滯后現(xiàn)象，粘貼鋼板及膠液固化期間應(yīng)封閉交通。（3）配膠現(xiàn)在構(gòu)造加固用膠粘劑中最慣用的是環(huán)氧類粘結(jié)劑。環(huán)氧類粘結(jié)劑分為甲、乙兩組分，使用前應(yīng)進行現(xiàn)場質(zhì)量檢查，合格后方能使用。使用時將甲、乙兩組分別按闡明規(guī)定混合在一起，用轉(zhuǎn)速為100～300r/min的軸式攪拌器攪拌，至色澤均勻為止。容器內(nèi)不得有油污，攪拌時應(yīng)避免水進入容器，并按同一方向進行攪拌，以免帶入空氣形成氣泡，減少粘結(jié)性能。（4）粘貼粘結(jié)劑配制好后，用抹刀同時涂抹在已解決好的混凝土表面和鋼板上，厚度1～3mm（5）固定與加壓鋼板粘貼好后立刻用特制U型夾具夾緊或用木桿頂撐，壓力保持為0.05～0.1MPa，以使膠液剛從鋼板邊縫擠出為度。若用膨脹螺栓固定，膨脹螺栓普通是鋼板的永久附加錨固，其埋設(shè)孔洞應(yīng)與鋼板一道于涂膠前鉆成。（6）固化環(huán)氧類粘結(jié)劑在常溫下固化，保持在20℃以上，24h即可拆除夾具或支撐，若低于15（7）檢查撤除臨時固定設(shè)備后，應(yīng)用小錘輕輕敲擊粘結(jié)鋼板，從音響判斷