粘貼鋼板法加固混凝土橋梁技術(shù)

張旭東

(重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，重慶 400074)

粘貼鋼板粘貼補(bǔ)強(qiáng)法，將鋼板用環(huán)氧樹脂系列黏結(jié)劑直接粘貼在被加固的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物的受拉的區(qū)域或抗剪薄弱部位，從而使其與結(jié)構(gòu)物形成一個(gè)整體，對需增設(shè)的補(bǔ)強(qiáng)鋼筋起到了代替的作用。通過鋼板與補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)的共同作用，其剛度出現(xiàn)了提高，對裂縫的發(fā)展起到了限制作用，鋼筋與混凝土的應(yīng)力狀態(tài)得到了改善，鋼筋混凝土梁的承載能力得到了提高，補(bǔ)強(qiáng)效果得到實(shí)現(xiàn)。

1.特點(diǎn)及適用范圍

1.1 粘貼加固的優(yōu)點(diǎn)。通過工程應(yīng)用實(shí)踐表明，通過粘貼鋼板加固后的混凝土橋梁構(gòu)件，具有如下優(yōu)點(diǎn):

(1)性能良好。將鋼板粘貼于梁受彎部位，使得梁和鋼板作為一個(gè)新的整體受力構(gòu)件，鋼板的抗彎強(qiáng)度得到了完全的發(fā)揮，粘貼部位的構(gòu)件其裂縫得到封閉，混凝土變形得到了約束，進(jìn)而構(gòu)件的抗彎和抗裂性得到了顯著的提高。(2)所占空間小，不影響橋下凈空。加固體上都是一層鋼板粘貼于結(jié)構(gòu)上，因此，鋼板所占空間很小，幾乎不增大原結(jié)構(gòu)物的尺寸?？刹捎眉訅汗潭ㄏ到y(tǒng)加壓粘貼。(3)工藝簡單，施工周期短。(4)橋梁自重增加很小。

1.2 適用范圍

此方法對于鋼筋混凝土構(gòu)件受彎、大偏心受壓以及加固受拉的構(gòu)件均適用。一般將鋼板粘貼在被加固結(jié)構(gòu)受力部位的表面，進(jìn)行加固設(shè)計(jì)的時(shí)候，依據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際需要，在構(gòu)件不同部位處粘貼鋼板，能使鋼板的抗彎、抗剪性能得到充分地發(fā)揮。

(1)粘貼鋼板長度在設(shè)計(jì)的時(shí)候，鋼板的端部應(yīng)該延伸到構(gòu)件的低應(yīng)力區(qū)，使鋼板在錨固端的黏結(jié)集中應(yīng)力得到減少，黏結(jié)部位的構(gòu)件開裂或者粘貼鋼板被拉脫的情況得到了有效的控制。(2)若橋梁結(jié)構(gòu)主拉應(yīng)力區(qū)的斜筋不夠，為使結(jié)構(gòu)的抗剪切強(qiáng)度得到增強(qiáng)，可以在結(jié)構(gòu)側(cè)面粘貼鋼板，主拉應(yīng)力得到承擔(dān)。

2.鋼板粘貼補(bǔ)強(qiáng)法的設(shè)計(jì)

2.1、抗彎加固。當(dāng)使用鋼板來提高受彎構(gòu)件的抗彎能力時(shí)，應(yīng)考慮在受彎構(gòu)件或者板殼構(gòu)件的受拉翼緣表面粘貼加固鋼板。在設(shè)計(jì)中，主要由鋼板和混凝土接縫部位的局部混凝土剪切強(qiáng)度控制。用于加固的鋼板應(yīng)盡可能選用薄而寬的形式，薄鋼板由于具有較好的柔性和彈性而易于與混凝土構(gòu)件表面結(jié)合較為緊密。允許使用較厚的鋼板，但為了防止鋼板與混凝土粘接的劈裂破壞，要求其端部與梁柱節(jié)點(diǎn)的連接構(gòu)造符合外粘型鋼焊接及注膠方法的規(guī)定。合理的設(shè)計(jì)應(yīng)是混凝土發(fā)生剪切破壞前，鋼板不應(yīng)發(fā)生屈服［2］。

2.2、抗剪加固。當(dāng)用來增強(qiáng)或加固受彎構(gòu)件的剪切強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)把塊狀或帶狀鋼板粘貼在受彎構(gòu)件的側(cè)面，并且跨縫粘貼，鋼板的長度方向與主拉應(yīng)力方向一致，垂直于裂縫，端部進(jìn)行錨固。對受彎構(gòu)件斜截面加固的鋼箍板粘貼方式作統(tǒng)一的規(guī)定，并且在構(gòu)造上，只允許采用垂直于構(gòu)件軸線方向的加錨封閉箍，不允許僅在側(cè)面粘貼鋼條受剪。

3.加固計(jì)算

3.1、受力特點(diǎn)。加固后的結(jié)構(gòu)是位于受拉部位或薄弱部位的加固鋼板或鋼筋與原結(jié)構(gòu)形成的整體。原構(gòu)件只承擔(dān)由恒載產(chǎn)生的內(nèi)力，而加固后荷載產(chǎn)生的內(nèi)力由原構(gòu)件和加固鋼板或鋼筋共同承擔(dān)。通常，在一期恒載作用下，原構(gòu)件的應(yīng)力、應(yīng)變已經(jīng)達(dá)到了一定數(shù)值，而在加固后的二期恒載或活載作用下，原構(gòu)件的應(yīng)力、應(yīng)變繼續(xù)積累的數(shù)值常常大于加固構(gòu)件的應(yīng)力、應(yīng)變，這樣使得原構(gòu)件發(fā)生破壞時(shí)，加固構(gòu)件的強(qiáng)度還未充分發(fā)揮，只有在原構(gòu)件中鋼筋發(fā)生屈服后，加固構(gòu)件的鋼筋或鋼板的應(yīng)力、應(yīng)變才會顯著增加。除此之外，受壓區(qū)混凝土的壓應(yīng)力也是主要的控制因素。

3.2、鋼筋混凝土受彎構(gòu)件加固計(jì)算原理及方法。環(huán)境因素、混凝土的碳化、鋼筋的銹蝕、黏結(jié)強(qiáng)度的影響，因此不能按新材料、新結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法來計(jì)算，考慮以上因素對構(gòu)件承載能力的折減影響，前者應(yīng)該是對原構(gòu)件和加固構(gòu)件中的鋼筋或鋼板的應(yīng)力應(yīng)分階段依據(jù)換算截面進(jìn)行驗(yàn)算，考慮混凝土彈性模量和鋼筋受其的影響，這樣才能正確反映加固構(gòu)件的實(shí)際受力狀況。

3.3、鋼板粘貼補(bǔ)強(qiáng)法的施工工藝。鋼板粘貼依據(jù)采用黏結(jié)劑的不同，其施工工藝也有所不同。若黏結(jié)劑為液狀時(shí)，用灌注法;若黏結(jié)劑為膠狀時(shí)，用涂抹法。前者在鋼板安裝后用注人法加人，后者是在鋼板粘貼前用涂刷法事先涂好。當(dāng)鋼板厚度小于或等于5mm 或?qū)挾刃∮诨虻扔?00mm 時(shí)，采用涂抹法粘貼鋼板;當(dāng)鋼板厚度大于5mm 或?qū)挾却笥?00mm 時(shí)，采用灌注法粘貼鋼板。

3.3.1 粘貼鋼板法施工步驟

(1)混凝土表面處理?；炷帘砻鎽?yīng)處理平整、保持潔凈，粘貼鋼板部位的混凝土，其表層含水率不應(yīng)大于4%，對含水率超過4%和澆筑不滿90d 齡期的混凝土進(jìn)行人工干燥。

(2)鋼板表面處理。在粘貼鋼板前，應(yīng)對鋼板表面進(jìn)行除銹、糙化處理，并將鋼板展平。打磨后的鋼板表面應(yīng)達(dá)到顯露金屬光澤的程度;糙化后的鋼板紋理應(yīng)盡量布置在垂直于受力的方向;展平后的鋼板應(yīng)能與混凝土很好貼合，并且加固鋼板的尺寸與設(shè)計(jì)劃線相差不大。

(3)涂膠和粘貼。在膠黏劑配制并拌合好之后，將膠黏劑有順序地反復(fù)刮壓在鋼板和混凝土的粘貼表面上，進(jìn)行俯貼時(shí)的膠層應(yīng)表現(xiàn)為中間厚、周邊薄的狀態(tài);進(jìn)行豎貼時(shí)的膠層應(yīng)表現(xiàn)為下邊薄、上邊厚的狀態(tài);進(jìn)行仰貼時(shí)，應(yīng)注意膠黏劑的下垂度不應(yīng)超過3mm，膠層的整體平均厚度宜為1～3mm。

(4)維護(hù)。混凝土與鋼板粘結(jié)的養(yǎng)護(hù)溫度和固化時(shí)間按要求說明書規(guī)定執(zhí)行，若未作具體規(guī)定，一般在不低于10 攝氏度的情況下，待膠黏劑固化24 小時(shí)后即可拆卸相關(guān)夾具或支承;72 小時(shí)后就允許進(jìn)入到下一步工序。若養(yǎng)護(hù)溫度低于15 攝氏度，應(yīng)采取延長養(yǎng)護(hù)時(shí)間等措施。若養(yǎng)護(hù)溫度低于5攝氏度，應(yīng)采取人工升溫的方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

(5)防腐處理。對于加固鋼板的防腐，可采取在鋼板表面均勻涂裝水泥砂漿的方式進(jìn)行保護(hù)。如果鋼板的面積很大，為利于砂漿與鋼板之間的粘結(jié)，可在鋼板表面設(shè)置一層鉛絲網(wǎng)或一層豆石，并在涂灰階段粉刷混凝土界面劑。對于受彎構(gòu)件而言，水泥砂漿的厚度不宜小于20mm，對于板殼構(gòu)件，水泥砂漿的厚度不宜小于15mm。

［1］石雄偉.鋼板—混凝土組合加固方法試驗(yàn)研究及實(shí)橋應(yīng)用［D］.西安:長安大學(xué)，2012.

［2］李開煜.鋼板粘貼補(bǔ)強(qiáng)法在公路橋梁上部結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用［D］.大連:大連理工大學(xué)，2003.