粘贴钢板加固法的研究现状与应用

　　摘要:粘贴钢板加固法是混凝土构件和桥梁加固中采用较多的一种方法。本文详细地介绍了其计算方法和施工工艺等。
　　关键词:结构加固，粘贴钢板，加固设计，施工工艺
　　随着交通运输量大幅度增长，行车密度及车辆载重越来越大，现有公路桥梁中的相当一部分已经不能满足使用上的要求。桥梁的陈旧、老化、承载力不足等问题已经引起我国的高度关注。就桥梁加固方法而言可以简单归纳为以下几种：增大截面法、体外预应力加固法、粘贴钢板加固法、粘贴玻璃钢加固法、碳纤维加固法等。每种方法都有其优缺点及适用范围，本文就混凝土结构及桥梁加固中常用的粘贴钢板法作详细介绍。
　　一粘贴钢板加固机理
　　粘贴钢板加固法就是在（钢筋）混凝土构件表面用特制的结构胶粘贴钢板，以提高构件承载能力及耐久性等功能的一种结构加固方法。其加固机理是：当主梁承载力不足，或纵向主筋出现严重锈蚀，或梁板桥的主梁出现严重横向裂缝时，采用环氧树脂或建筑结构胶将钢板这一抗拉强度高的材料粘贴在混凝土结构的受拉缘或者薄弱部位，使之与原结构物形成整体共同受力，从而改善原结构钢筋及混凝土的应力状态，达到提高构件的抗弯、抗剪能力，减少裂缝继续发展的效果。
　　粘贴钢板加固法适用于对钢筋混凝土受弯、大偏心受压和受拉构件的加固，不使用于素混凝土构件，包括纵向受力钢筋配筋率低于现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010规定的最小配筋率的构件加固，其使用的环境温度在-20℃~60℃范围内，相对湿度不大于70℃及无化学腐蚀地区。
　　二加固设计
　　1材料要求
　　（1）钢板：加固用钢板一般以3号钢或16锰钢为宜，钢板、连接螺栓及焊缝的强度设计值，应按现行钢结构设计规范规定采用。
　　（2）混凝土：混凝土的抗剪强度试验值、标准值及设计值按现行规范规定采用。
　　（3）粘接剂、混凝土界面剂、膨胀剂等应根据工程的实际情况而择。
　　2设计计算，本文着重介绍受弯构件正截面加固设计
　　（1）正截面承载力根据图1，可按下式进行计算：
　　
　　图1矩形截面正截面
　　
　　
　　式中：—原构件纵向钢筋抗拉、抗压强度设计值；—原构件纵向受拉、受压钢筋截面面积；—加固钢板抗拉强度设计值；—加固钢板截面面积；0.9—考虑加固钢板应力滞后、撕脱力影响等的强度折减系数；—原构件混凝土弯曲抗压强度设计值；x—混凝土受压区高度；b—原构件的宽度；—受拉钢筋、粘贴钢板重心至混凝土梁上缘的距离；——钢筋安全系数，取=1.25。
　　钢板锚固黏结长度，是指在原梁不需要加固截面以外的粘贴钢板的延伸长度，其锚固长度按下式计算：。式中：—受拉加固钢板厚度；—被黏混凝土抗剪强度设计值；—加固钢板抗拉强度设计值；2—锚固区剪应力分布不均匀系数，近似按三角形考虑。若钢板粘贴长度不能满足计算长度，可在钢板的端部锚固黏结U形箍板。
　　（2）斜截面承载力极限状态计算
　　当梁的斜截面受剪承载力不足时，可采用局部粘贴并联U形箍板进行加固，此时斜截面受剪承载力按下式计算：；同时，必须满足以下条件：
　　式中：—斜截面、原构件斜截面受承载剪力设计值；—单肢箍板截面面积；s—箍板轴线间距；—加固钢板抗拉强度设计值；—钢筋安全系数，取=1.25.
　　三施工工序
　　1加固构件结合面处理
　　第一，对很旧很脏的混凝土构件的黏合面，应先用硬毛刷沾高效洗涤剂，刷出表面油垢污物后用冷水冲洗，在对黏合面进行打磨，除去2~3mm厚表层，直至完全露出新鲜面，并用压缩空气除去粉尘。处理后，若表面严重凸凹不平，可用环氧树脂砂浆修补。第二，对于新混凝土黏合面，先用角磨机将黏合面磨平，再用钢丝刷将表面松散浮渣刷去，用棉花沾丙酮擦拭表面。第三，对于龄期在3个月以内或湿度较大的混凝土构件，黏钢前尚须进行人工干燥处理。
　　2钢板黏合面处理
　　如钢板未生锈或轻微生锈，可用喷砂、纱布或平砂轮打磨，直至出现金属光泽。打磨粗糙度越大越好，打磨纹路尽量与钢板受力方向垂直，然后用脱脂棉花沾丙酮擦拭干净；若钢板锈蚀严重，须先用适度盐酸浸泡20min，使锈层脱落，再用石灰水冲洗，中和酸离子，最后用平砂轮打磨出纹道，在用丙酮擦拭干净。
　　3卸载
　　为了减轻粘贴钢板的应力、应变滞后现象，粘贴钢板及胶液固化期间应封闭交通。
　　4配液
　　黏结剂中最常用的是环氧类黏结剂。环氧类黏结剂分为甲、乙两组，使用前应进行现场质量检验，合格后方能使用。
　　5粘贴
　　黏结剂配制好后，用抹刀同时涂抹在已处理好的混凝土表面和钢板上，厚度1~3mm，中间厚边缘薄。然后将钢板贴于预定位置，若是立面粘贴，为防止流淌，可加一层脱蜡玻璃丝布。黏好钢板后，用手锤沿粘贴面轻轻敲打钢板，如无空洞声，表示已粘贴密实，否则应剥下钢板补胶，重新粘贴。
　　6固定及加压
　　钢板粘贴好后立即用特制U形夹具夹紧或用木杆顶撑，压力保持为0.05~0.10MPa，以使胶液刚从钢板边缝挤出为度。若用膨胀螺栓固定，膨胀螺栓一般是钢板的永久附加锚固，其埋设孔洞应与钢板一道于涂胶前钻成。
　　7固化
　　环氧类黏结剂在常温下固化，保持在20℃以上，24h即可拆除夹具或支撑，若低于15℃，应采用人工加温，一般用红外线灯加热。固化期间不得对钢板有任何扰动。
　　8检验，按设计要求进行检验。
　　9防腐处理，按设计要求进行防腐处理。
　　四质量控制措施
　　1选择优质材料，把好材料关
　　材料的选择非常重要，特别是粘结剂的选用是关键。混凝土结构加固用胶必须强度高，粘结力强，耐老化，弹性模量高，线膨胀系数小，具有一定弹性。在选用粘结剂上不仅考虑粘结强度，还要着眼弹性模量较高、温度变形较小的刚性胶种。
　　例如，建筑结构胶的配置。经过综合考虑，该工程结构胶选用JGNⅡ型结构胶。JGNⅡ型粘结剂为甲、乙两组份，按甲：乙=3：1比例混和室温固化三天，室温测试，其力学性能如表1所示。
　　表1JGNⅡ型建筑结构胶的各项力学性能（MPa）
　
　　例如，环氧胶浆、环氧砂浆的配置。施工前应聘请生产厂家的专业工程师到现场与设计单位、监理工程师一道进行试配及施工工艺研究（详见图2），确定环氧胶浆及环氧砂浆的施工配合比分别见表2、表3。
　　表2环氧胶浆配合比
　　
　　
　　表3环氧砂浆配合比
　　
　　
　　图2配置环氧砂浆的工艺流程
　　2粘贴所用钢板的选择
　　粘贴钢板用16Mn钢，钢板最佳厚主要根据结合面厚度，钢板锚固长度及施工要求而定。钢板愈厚所需锚固长度就愈长，钢板越厚越硬，不好粘贴。反之，钢板越簿，相对用胶量就越大，钢板防腐处理比较难。钢板最佳厚度可参考表4采用。
　　表4钢板最佳厚度
　　
　　3钢板的粘贴，详见图3。
　　
　　图3环氧胶浆粘贴钢板
　　五结语
　　1对于框架结构，用粘钢加固补强，速度快，整体效果好，可大大提高原结构、构件的承载能力和抗震能力。
　　2钢板由于拉压强度很高，加之粘贴后的钢板主要承受活载，对于受弯、受剪和受拉构件其补强效果优于加大混凝土截面。
　　3粘贴钢板加固的模型梁延性相对优越，对于需要提高承载能力的桥梁采用粘贴钢板加固较为可靠。
　　参考文献
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