一、粘貼鋼板加固法原理
粘貼鋼板加固補強法是:采用環氧樹脂系列粘接劑,將鋼板粘貼在鋼筋混凝土結構物的受拉區域薄弱部位,使之與結構物形成整體,用以代替需增設的補強鋼筋,通過鋼板與補強結構的共同作用,提高其剛度,限制裂縫開展,改善鋼筋及混凝土的應力狀態,提高梁的承載能力,以達到補強效果一種加固方法。
二、適用條件錨固在混凝土結構的受拉緣或薄弱部位,使其與結構形成整體,以鋼板代替增設的補強鋼筋。
三、優點與缺點
(1)技術先進,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,不僅能保證混凝土和鋼板作為一個新的整體共同受力,而且能最充分地發揮粘鋼地強度,封閉粘貼部位加固構件的裂縫,約束混凝土變形,從而有效地提高加固構件的剛度與抗裂性;同時可以任意地依設計需要與可能而粘貼,有效地發揮粘鋼構件地抗彎、抗剪、抗壓地性能,其受力均勻,不會在混凝土中產生應力集中現象。
(2)所占空間小,不影響被加固結構外觀和使用空間。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結構上,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,也可視凈空要求,采用支頂、活動卡和錨栓加壓粘貼。
(3)加固施工周期短。由清理、修補加固構件表面,將鋼板粘貼于構件上,到加壓固化,大約1~2天時間,比其它的加固法可大大節省施工時間。
(4)材料消耗小。鋼材可按計算的需要量粘貼于構件的加固部位,并和原構件共同協調受力。
(5)工藝簡便。粘鋼加固工序為被加固構件表面清理和修補、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,只要認真細致,每道工序較容易達到操作規程要求。
同時,具有不需要破壞被加固的原有結構物;加固工程幾乎不增大原結構物的尺寸;幾乎可以不改變具有歷史價值建筑的原有藝術特點。
該方法的不足之處是粘貼鋼板的受力存在應力滯后現象,且施工時原結構的荷載越大,應力滯后越多;粘結劑的質量及耐久性是影響加固效果的主要因素,并且受施工質量的影響顯著。
四、適用范圍
粘貼鋼板加固的常用形式有:板梁橋或T梁橋梁底粘貼縱向鋼板加固、箱梁或T梁(或工字梁)梁腹粘貼斜向鋼板加固、懸臂梁牛腿或掛梁端部粘貼鋼板加固、拱橋拱圈粘貼鋼板加固等。為保證鋼板與被加固的構建形成整體,鋼板必須有足夠的錨固長度,粘結劑具有足夠的粘結強度和耐久性。為避免鋼板脫膠拉開,端部可用加緊螺栓固定,但必須注意不要對構建截面造成不必要的損傷。具體如下:
(1)適用于受彎及受拉構件;
(2)適應外部環境溫度不高于60℃、相對濕度不大于70%及無化學腐蝕地區的橋梁結構中;
(3)使用成熟的建筑結構膠,慎重對待新膠種;
(4)試驗表明粘結抗剪、抗拉強度大于混凝土的抗剪、抗拉強度,破壞發生在混凝土上而不在膠層上,鋼板與混凝土的粘結強度完全取決于混凝土本身的強度,構件混凝土強度不能過低,否則不能發揮鋼板和膠粘劑的作用。
五、材料要求
(1)膠粘劑彈性模量高、線膨脹系數小、比較有韌性,耐久性好。
(2)加固用鋼板一般以3號鋼或16錳鋼為宜,鋼板、連接螺栓及焊縫的強度設計值,應按現行鋼結構設計規范規定采用。
六、施工要點粘鋼加固施工應按規范規定的工藝流程進行。
(1)表面處理表面處理包括加固構件結合面處理和鋼板貼合面處理,是粘鋼加固施工過程最關鍵的工序,應認真進行。對于混凝土構件結合面應根據構件表面的新舊程度、堅實程度、干濕程度,分別按以下四種情況處理:①對很舊很臟的混凝土構件的粘合面,應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。處理后,若表面嚴重凹凸不平,可用環氧樹脂砂漿修補。②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1~2 mm厚表層,用壓縮空氣除去粉塵,用棉花沾丙酮擦試表面。③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對于齡期在3個月以內,或濕度較大的混凝土構件,粘鋼前尚須進行人工干燥處理。被粘混凝土和鋼板表面處理膠粘劑配制加固構件卸載涂膠粘貼固定加壓固化檢驗與試驗防腐粉刷90。對于鋼板粘合面,應根據鋼板銹蝕程度,分別按以下兩種方法處理:①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如鋼板銹蝕嚴重,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力、應變滯后現象,粘貼鋼板及膠液固化期間應封閉交通。
(3)配膠。目前結構加固用膠粘劑中最常用的是環氧類粘結劑。環氧類粘結劑分為甲、乙兩組分,使用前應進行現場質量檢驗,合格后方能使用。使用時將甲、乙兩組分別按說明規定混合在一起,用轉速為100~300r/min的軸式攪拌器攪拌,至色澤均勻為止。容器內不得有油污,攪拌時應避免水進入容器,并按同一方向進行攪拌,以免帶入空氣形成氣泡,降低粘結性能。
(4)粘貼。粘結劑配制好后,用抹刀同時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。然后將鋼板貼于預定位置,若是立面粘貼,為防止流淌,可加一層脫蠟玻璃絲布。粘好鋼板后,用手錘沿粘貼面輕輕敲擊鋼板,如無空洞聲,表示已粘貼密實,否則應剝下鋼板補膠,重新粘貼。
(5)固定與加壓。鋼板粘貼好后立即用特制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,膨脹螺栓一般是鋼板的永久附加錨固,其埋設孔洞應與鋼板一道于涂膠前鉆成。
(6)固化。環氧類粘結劑在常溫下固化,保持在20℃以上,24h即可拆除夾具或支撐,若低于15℃,應采用人工加溫,一般用紅外線燈加熱。固化期間不得對鋼板有任何擾動。
(7)檢驗。撤除臨時固定設備后,應用小錘輕輕敲擊粘結鋼板,從音響判斷粘接效果或用超聲波法探測粘貼密度。如錨固區粘結面積少于90%,非錨固區粘結面積少于70%,則此粘結件無效,應剝下重新粘結。對于重大工程,為了真實檢驗其加固效果,尚需抽樣進行荷載試驗,一般僅作標準使用荷載試驗,即在標準荷載作用下,加固結構的變形和裂縫開展應滿足設計的使用要求。
(8)防腐處理。粘鋼加固的鋼板,應按設計要求進行防腐處理。可在鋼板表面粉刷水泥砂漿保護,如鋼板面積較大,為了有利于砂漿粘貼,可粘一層鉛絲網或點粘一層豆石。并在抹灰時涂刷一道混凝土界面劑。水泥砂漿的厚度:對于梁不應小于20㎜,對于板不應小于15㎜。