摘要:粘貼鋼板加固法是混凝土構(gòu)件和橋梁加固中采用較多的一種方法。本文詳細(xì)地介紹了其計(jì)算方法和施工工藝等。
　　關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)加固，粘貼鋼板，加固設(shè)計(jì)，施工工藝
　　隨著交通運(yùn)輸量大幅度增長(zhǎng)，行車(chē)密度及車(chē)輛載重越來(lái)越大，現(xiàn)有公路橋梁中的相當(dāng)一部分已經(jīng)不能滿(mǎn)足使用上的要求。橋梁的陳舊、老化、承載力不足等問(wèn)題已經(jīng)引起我國(guó)的高度關(guān)注。就橋梁加固方法而言可以簡(jiǎn)單歸納為以下幾種：增大截面法、體外預(yù)應(yīng)力加固法、粘貼鋼板加固法、粘貼玻璃鋼加固法、碳纖維加固法等。每種方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍，本文就混凝土結(jié)構(gòu)及橋梁加固中常用的粘貼鋼板法作詳細(xì)介紹。
　　一粘貼鋼板加固機(jī)理
　　粘貼鋼板加固法就是在（鋼筋）混凝土構(gòu)件表面用特制的結(jié)構(gòu)膠粘貼鋼板，以提高構(gòu)件承載能力及耐久性等功能的一種結(jié)構(gòu)加固方法。其加固機(jī)理是：當(dāng)主梁承載力不足，或縱向主筋出現(xiàn)嚴(yán)重銹蝕，或梁板橋的主梁出現(xiàn)嚴(yán)重橫向裂縫時(shí)，采用環(huán)氧樹(shù)脂或建筑結(jié)構(gòu)膠將鋼板這一抗拉強(qiáng)度高的材料粘貼在混凝土結(jié)構(gòu)的受拉緣或者薄弱部位，使之與原結(jié)構(gòu)物形成整體共同受力，從而改善原結(jié)構(gòu)鋼筋及混凝土的應(yīng)力狀態(tài)，達(dá)到提高構(gòu)件的抗彎、抗剪能力，減少裂縫繼續(xù)發(fā)展的效果。
　　粘貼鋼板加固法適用于對(duì)鋼筋混凝土受彎、大偏心受壓和受拉構(gòu)件的加固，不使用于素混凝土構(gòu)件，包括縱向受力鋼筋配筋率低于現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010規(guī)定的最小配筋率的構(gòu)件加固，其使用的環(huán)境溫度在-20℃~60℃范圍內(nèi)，相對(duì)濕度不大于70℃及無(wú)化學(xué)腐蝕地區(qū)。
　　二加固設(shè)計(jì)
　　1材料要求
　　（1）鋼板：加固用鋼板一般以3號(hào)鋼或16錳鋼為宜，鋼板、連接螺栓及焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，應(yīng)按現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定采用。
　　（2）混凝土：混凝土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)值、標(biāo)準(zhǔn)值及設(shè)計(jì)值按現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定采用。
　　（3）粘接劑、混凝土界面劑、膨脹劑等應(yīng)根據(jù)工程的實(shí)際情況而擇。
　　2設(shè)計(jì)計(jì)算，本文著重介紹受彎構(gòu)件正截面加固設(shè)計(jì)
　　（1）正截面承載力根據(jù)圖1，可按下式進(jìn)行計(jì)算：
　　
　　圖1矩形截面正截面
　　
　　
　　式中：—原構(gòu)件縱向鋼筋抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；—原構(gòu)件縱向受拉、受壓鋼筋截面面積；—加固鋼板抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；—加固鋼板截面面積；0.9—考慮加固鋼板應(yīng)力滯后、撕脫力影響等的強(qiáng)度折減系數(shù)；—原構(gòu)件混凝土彎曲抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；x—混凝土受壓區(qū)高度；b—原構(gòu)件的寬度；—受拉鋼筋、粘貼鋼板重心至混凝土梁上緣的距離；——鋼筋安全系數(shù)，取=1.25。
　　鋼板錨固黏結(jié)長(zhǎng)度，是指在原梁不需要加固截面以外的粘貼鋼板的延伸長(zhǎng)度，其錨固長(zhǎng)度按下式計(jì)算：。式中：—受拉加固鋼板厚度；—被黏混凝土抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；—加固鋼板抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；2—錨固區(qū)剪應(yīng)力分布不均勻系數(shù)，近似按三角形考慮。若鋼板粘貼長(zhǎng)度不能滿(mǎn)足計(jì)算長(zhǎng)度，可在鋼板的端部錨固黏結(jié)U形箍板。
　　（2）斜截面承載力極限狀態(tài)計(jì)算
　　當(dāng)梁的斜截面受剪承載力不足時(shí)，可采用局部粘貼并聯(lián)U形箍板進(jìn)行加固，此時(shí)斜截面受剪承載力按下式計(jì)算：；同時(shí)，必須滿(mǎn)足以下條件：
　　式中：—斜截面、原構(gòu)件斜截面受承載剪力設(shè)計(jì)值；—單肢箍板截面面積；s—箍板軸線(xiàn)間距；—加固鋼板抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；—鋼筋安全系數(shù)，取=1.25.
　　三施工工序
　　1加固構(gòu)件結(jié)合面處理
　　第一，對(duì)很舊很臟的混凝土構(gòu)件的黏合面，應(yīng)先用硬毛刷沾高效洗滌劑，刷出表面油垢污物后用冷水沖洗，在對(duì)黏合面進(jìn)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。處理后，若表面嚴(yán)重凸凹不平，可用環(huán)氧樹(shù)脂砂漿修補(bǔ)。第二，對(duì)于新混凝土黏合面，先用角磨機(jī)將黏合面磨平，再用鋼絲刷將表面松散浮渣刷去，用棉花沾丙酮擦拭表面。第三，對(duì)于齡期在3個(gè)月以?xún)?nèi)或濕度較大的混凝土構(gòu)件，黏鋼前尚須進(jìn)行人工干燥處理。
　　2鋼板黏合面處理
　　如鋼板未生銹或輕微生銹，可用噴砂、紗布或平砂輪打磨，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；若鋼板銹蝕嚴(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，在用丙酮擦拭干凈。
　　3卸載
　　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。
　　4配液
　　黏結(jié)劑中最常用的是環(huán)氧類(lèi)黏結(jié)劑。環(huán)氧類(lèi)黏結(jié)劑分為甲、乙兩組，使用前應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量檢驗(yàn)，合格后方能使用。
　　5粘貼
　　黏結(jié)劑配制好后，用抹刀同時(shí)涂抹在已處理好的混凝土表面和鋼板上，厚度1~3mm，中間厚邊緣薄。然后將鋼板貼于預(yù)定位置，若是立面粘貼，為防止流淌，可加一層脫蠟玻璃絲布。黏好鋼板后，用手錘沿粘貼面輕輕敲打鋼板，如無(wú)空洞聲，表示已粘貼密實(shí)，否則應(yīng)剝下鋼板補(bǔ)膠，重新粘貼。
　　6固定及加壓
　　鋼板粘貼好后立即用特制U形夾具夾緊或用木桿頂撐，壓力保持為0.05~0.10MPa，以使膠液剛從鋼板邊縫擠出為度。若用膨脹螺栓固定，膨脹螺栓一般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。
　　7固化
　　環(huán)氧類(lèi)黏結(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℃，應(yīng)采用人工加溫，一般用紅外線(xiàn)燈加熱。固化期間不得對(duì)鋼板有任何擾動(dòng)。
　　8檢驗(yàn)，按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行檢驗(yàn)。
　　9防腐處理，按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行防腐處理。
　　四質(zhì)量控制措施
　　1選擇優(yōu)質(zhì)材料，把好材料關(guān)
　　材料的選擇非常重要，特別是粘結(jié)劑的選用是關(guān)鍵。混凝土結(jié)構(gòu)加固用膠必須強(qiáng)度高，粘結(jié)力強(qiáng)，耐老化，彈性模量高，線(xiàn)膨脹系數(shù)小，具有一定彈性。在選用粘結(jié)劑上不僅考慮粘結(jié)強(qiáng)度，還要著眼彈性模量較高、溫度變形較小的剛性膠種。
　　例如，建筑結(jié)構(gòu)膠的配置。經(jīng)過(guò)綜合考慮，該工程結(jié)構(gòu)膠選用JGNⅡ型結(jié)構(gòu)膠。JGNⅡ型粘結(jié)劑為甲、乙兩組份，按甲：乙=3：1比例混和室溫固化三天，室溫測(cè)試，其力學(xué)性能如表1所示。
　　表1JGNⅡ型建筑結(jié)構(gòu)膠的各項(xiàng)力學(xué)性能（MPa）
　
　　例如，環(huán)氧膠漿、環(huán)氧砂漿的配置。施工前應(yīng)聘請(qǐng)生產(chǎn)廠家的專(zhuān)業(yè)工程師到現(xiàn)場(chǎng)與設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理工程師一道進(jìn)行試配及施工工藝研究（詳見(jiàn)圖2），確定環(huán)氧膠漿及環(huán)氧砂漿的施工配合比分別見(jiàn)表2、表3。
　　表2環(huán)氧膠漿配合比
　　
　　
　　表3環(huán)氧砂漿配合比
　　
　　
　　圖2配置環(huán)氧砂漿的工藝流程
　　2粘貼所用鋼板的選擇
　　粘貼鋼板用16Mn鋼，鋼板最佳厚主要根據(jù)結(jié)合面厚度，鋼板錨固長(zhǎng)度及施工要求而定。鋼板愈厚所需錨固長(zhǎng)度就愈長(zhǎng)，鋼板越厚越硬，不好粘貼。反之，鋼板越簿，相對(duì)用膠量就越大，鋼板防腐處理比較難。鋼板最佳厚度可參考表4采用。
　　表4鋼板最佳厚度
　　
　　3鋼板的粘貼，詳見(jiàn)圖3。
　　
　　圖3環(huán)氧膠漿粘貼鋼板
　　五結(jié)語(yǔ)
　　1對(duì)于框架結(jié)構(gòu)，用粘鋼加固補(bǔ)強(qiáng)，速度快，整體效果好，可大大提高原結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的承載能力和抗震能力。
　　2鋼板由于拉壓強(qiáng)度很高，加之粘貼后的鋼板主要承受活載，對(duì)于受彎、受剪和受拉構(gòu)件其補(bǔ)強(qiáng)效果優(yōu)于加大混凝土截面。
　　3粘貼鋼板加固的模型梁延性相對(duì)優(yōu)越，對(duì)于需要提高承載能力的橋梁采用粘貼鋼板加固較為可靠。
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