淺談?wù)迟N鋼板加固橋梁
2010-09-08
采用環(huán)氧樹脂系列粘結(jié)劑將鋼板粘貼在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物的受拉緣或薄弱部位，使之與原結(jié)構(gòu)物形成整體共同受力，以提高其剛度，改善原結(jié)構(gòu)的鋼筋及混凝土的應(yīng)力狀態(tài)，限制裂縫的進(jìn)一步發(fā)展。從而達(dá)到加大補(bǔ)強(qiáng)、提高橋梁承載能力，是粘貼鋼板加固法的目的。
1.鋼與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度
1．1 粘結(jié)抗剪試驗(yàn)
在C40級的混凝土立方體試塊上，用結(jié)構(gòu)膠粘合兩塊大小相同的鋼板，在結(jié)構(gòu)膠完全固化后。進(jìn)行剪切試驗(yàn)，結(jié)果表明，剪切破壞發(fā)生在混凝土，而不在粘結(jié)面上，混凝土的破壞面大于粘合面。可見，粘結(jié)抗剪強(qiáng)度大于混凝土的抗剪強(qiáng)度。
1．2 粘結(jié)抗拉試驗(yàn)
把兩塊鋼板對稱地粘結(jié)在C40級的混凝土立方體試塊上，進(jìn)行抗拉試驗(yàn)。結(jié)果表明，拉斷面發(fā)生在混凝土試塊上。而粘結(jié)面完好，混凝土的破壞面大于粘合面?？梢姡辰Y(jié)抗拉強(qiáng)度大于混凝土的抗拉強(qiáng)度。
上述試驗(yàn)表明，用結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)的鋼板與混凝土，無論其粘結(jié)抗剪，還是粘結(jié)抗拉，破壞均發(fā)生在混凝土，粘結(jié)強(qiáng)度取決于混凝土的自身強(qiáng)度。因此，鋼板與混凝土的粘結(jié)抗剪、粘結(jié)抗拉強(qiáng)度，可取等于混凝土的抗剪強(qiáng)度、軸心抗拉強(qiáng)度。
2.粘貼鋼板加固設(shè)計(jì)
(1)為了提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗彎能力，一般在構(gòu)件的受拉緣的表面粘貼鋼板，使鋼板與原結(jié)構(gòu)形成整體來受力，此時(shí)以鋼板與混凝土粘結(jié)處的混凝土局部抗剪切強(qiáng)度控制設(shè)計(jì)。合理與安全的設(shè)計(jì)應(yīng)控制在鋼板發(fā)生屈服變形前，粘結(jié)處混凝土不出現(xiàn)剪切破壞。
(2)當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)的主拉應(yīng)力區(qū)斜筋不足，為了加固和增加結(jié)構(gòu)的抗剪切強(qiáng)度時(shí)?？蓪摪逭迟N在結(jié)構(gòu)的側(cè)面，并垂直于剪切裂縫的方向斜向粘貼(斜度一般為45°-46°)，以承受主拉應(yīng)力。
(3)補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)時(shí)，鋼板可作為鋼筋的斷面來考慮，將鋼板換算成鋼筋，原有構(gòu)件承受恒載與活載，增加的鋼板承受原有構(gòu)件承受不了的那部分活載。
(4)在構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，加固用的鋼板可按實(shí)際需要采用不同的形狀，但鋼板的厚度必須比計(jì)算出的厚度大些。用于抗彎能力補(bǔ)強(qiáng)的鋼板尺寸應(yīng)盡可能薄而寬、厚度一般為4～6 mm，較薄的鋼板可有足夠的彈性來適應(yīng)構(gòu)件表面形狀。用于抗剪能力提高的鋼板厚度宜厚點(diǎn)，可依設(shè)計(jì)而定，一般采用10～15mm。
(5)設(shè)計(jì)鋼板長度時(shí)，應(yīng)將鋼板的兩端延伸到低應(yīng)力區(qū)，以減少鋼板鉗固端的粘結(jié)應(yīng)力集中，防止粘結(jié)部位構(gòu)件出現(xiàn)裂縫或粘貼鋼板被拉脫現(xiàn)象的發(fā)生。
(6)粘鋼法加固橋梁，如何確保鋼板和外加固構(gòu)件形成整體受力是加固成功與否的關(guān)鍵，所以，在補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)時(shí)，除應(yīng)考慮鋼板具有足夠的錨固長度、粘結(jié)劑具有足夠的粘結(jié)強(qiáng)度和耐久性外，為避免鋼板在自由端脫膠拉開，端部可用夾緊螺栓固定，或設(shè)置u型箍板、水平錨固板等，并在鋼板上按一定的距離用螺栓固定，確保鋼板與混凝土之間的粘結(jié)力滿足抗拉或抗剪強(qiáng)度的需要。
3.材料與構(gòu)造要求
(1)加固所用的粘結(jié)劑，必須是粘結(jié)強(qiáng)度高、耐久性好、具有一定彈性。
(2)加固使用的鋼板，一般以3號鋼或16號錳鋼為宜。鋼板、連接螺栓及焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定采用。
(3)粘鋼加固結(jié)臺面的粘結(jié)強(qiáng)度，除粘結(jié)劑本身強(qiáng)度應(yīng)確保外，主要取決于被加固構(gòu)件混凝土強(qiáng)度。因此，粘鋼加固基層的混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C15 。
(4)對于受壓粘結(jié)鋼加固，當(dāng)采用梁側(cè)粘鋼時(shí)，鋼板寬度不宜大于梁高的1/3。
(5)粘結(jié)鋼板在加固點(diǎn)外的錨固長度，除滿足計(jì)算值外，尚應(yīng)保證一定的構(gòu)造要求；對于受拉區(qū)，不得小于200t（t為鋼板厚度），亦不得小于600mm；對于受壓區(qū)，不得小于160t，亦不得小于480mm；同時(shí)，錨固區(qū)尚宜增設(shè)U型箍板或螺栓等附加錨固措施。
(6)為防止鋼板銹蝕，延緩粘結(jié)劑的老化，鋼板表面應(yīng)作密封防水防腐處理。
4.粘貼鋼筋法特點(diǎn)
粘貼鋼筋加固法一般用在橋梁結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度不足，受拉部位產(chǎn)生裂縫時(shí)，在受拉部位粘貼鋼筋對橋梁進(jìn)行加固，以便增強(qiáng)橋梁抗彎部位外纖維的抗拉能力。粘貼鋼筋具有與結(jié)構(gòu)物粘附性能較好、加工成型容易、用鋼量少、錨圊牢靠方便、加固效果明顯等特點(diǎn)。一般采用環(huán)氧砂漿粘貼鋼筋，環(huán)氧砂漿的厚度以不使鋼筋外露為標(biāo)準(zhǔn)。為便于施工和加強(qiáng)補(bǔ)強(qiáng)鋼筋和原結(jié)構(gòu)更好地形成整體，可在原結(jié)構(gòu)上間隔一定距離設(shè)置短鋼筋錨桿。
5.加固施工工藝要點(diǎn)
(1)搭設(shè)支架，在支架上設(shè)有支承梁和成型模板。
(2)對原結(jié)構(gòu)被加固部位的混凝土表面進(jìn)行處理，確保粘貼效果更好。混凝土表面要清除破碎部位、鑿平拉毛，使骨料露出，用鋼絲刷或壓縮空氣把浮塵清除掉。
(3)安裝錨桿和布設(shè)鋼筋。鋼筋布設(shè)前，應(yīng)先把鋼筋接被加固部位的外形整形截好，除銹后再用丙酮擦拭干凈，放在模板上扎成排柵，或在橋下點(diǎn)焊成排柵再就位。就位前，先在鋼筋排柵表面涂一層環(huán)氧樹脂膠漿，然后再用錨桿固定在構(gòu)件的底面上。
(4)粘結(jié)。為便于脫模，粘貼鋼筋前先在模板上鋪一層塑料薄膜，再將環(huán)氧樹脂砂漿均勻地?cái)備佋谀０迳?，厚度稍大于設(shè)計(jì)值。粘貼時(shí)，在模板與支承梁之間打人木楔，將模板頂起壓在構(gòu)件底面的補(bǔ)強(qiáng)鋼筋上，使環(huán)氧砂漿壓入鋼筋的間隙，與原結(jié)構(gòu)的混凝土粘為一體。
(5)待環(huán)氧砂漿固化后拆除模板，并立即對粘貼質(zhì)量進(jìn)行檢查，若發(fā)現(xiàn)空洞等缺陷，應(yīng)及時(shí)用環(huán)氧砂漿進(jìn)行修補(bǔ)。
(6)對加固部位表面進(jìn)行防護(hù)處理。一般先清除補(bǔ)強(qiáng)鋼筋表面的銹斑和塵污，然后涂一層環(huán)氧樹脂薄漿罩面，再涂兩層防銹漆在上面進(jìn)行保護(hù)。也可在加固部位表面噴射一層混凝土保護(hù)層，防止補(bǔ)強(qiáng)鋼筋銹蝕。
