摘要：介紹了粘鋼加固技術(shù)的靜、動載試驗的研究現(xiàn)狀,并指出粘鋼加固技術(shù)具有膠粘硬化快,強度高于混凝土、石材,工藝簡單且不增加構(gòu)件斷面和重量等特點。提出了粘鋼補強施工的具體要求，同時列舉了粘鋼加固技術(shù)在各類建筑工程中的應(yīng)用實例及其發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu);粘結(jié)技術(shù);鋼板;加固
1.引言?
自建國以來，我國修建了許多混凝土及鋼筋混凝土建筑物，如按照設(shè)計基準(zhǔn)期為50年計算，這些建筑物已分別進(jìn)入了中年期或老年期，多數(shù)已有不同程度的損壞或老化，如裂縫、滲漏、剝落、缺損、鋼筋銹蝕等，急需修復(fù)。混凝土結(jié)構(gòu)的修補加固是近年來國內(nèi)外發(fā)展起來的一門新興學(xué)科，有關(guān)其試驗研究、理論分析及規(guī)范編制等工作目前尚處于起步階段，對于傳統(tǒng)的加大截面法、外包鋼法、預(yù)應(yīng)力法及改變結(jié)構(gòu)傳力途徑等補強加固方法，雖然多數(shù)經(jīng)工程實踐證明是可行的，但就簡化施工，滿足生產(chǎn)要求而言，又都存在不足。諸如，施工工期長，占據(jù)使用空間；構(gòu)件尺寸增大，加固總費用高等。所以，近年來有關(guān)混凝土結(jié)構(gòu)補強加固的新技術(shù)，如外包或內(nèi)襯玻璃法以及粘鋼加固法等已逐漸在工程中廣泛應(yīng)用。
2.粘鋼加固技術(shù)的特點
所謂粘鋼補強加固技術(shù)，就是當(dāng)鋼筋混凝土構(gòu)件的承載力不足或由于過度的變形、裂縫而影響結(jié)構(gòu)的正常使用時，通過粘結(jié)劑(建筑結(jié)構(gòu)膠)將鋼板粘貼到鋼筋混凝土構(gòu)件外部適當(dāng)位置來滿足結(jié)構(gòu)承載力要求或正常使用要求的一項技術(shù)措施。
粘鋼加固技術(shù)與傳統(tǒng)加固技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點:
(1)膠粘劑硬化時間短。一般構(gòu)件加固３3天后即可受力使用，加固時不必停產(chǎn)或少停產(chǎn)，只需卸除構(gòu)件承擔(dān)的全部或部分荷載，施工工期很短，特別適用于應(yīng)急的加固工程。
(2)工藝簡單，施工方便。只需對被加固構(gòu)件的表面進(jìn)行處理，用粘結(jié)劑將鋼板與之牢固地粘結(jié)成一個整體，就能使鋼板與原構(gòu)件很好地共同工作，且不需特殊設(shè)備，所需勞動力少，易于操作。
(3)膠粘劑的粘結(jié)強度高于混凝土、石材等，可以使加固體與原構(gòu)件形成一個良好的整體，受力較均勻，不會在混凝土中產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。
(4)粘貼鋼板所占空間小、幾乎不增加構(gòu)件的斷面尺寸和重量，不影響建筑物的使用凈空間、不影響構(gòu)件的外觀。
(5)加固效果顯著，不僅相當(dāng)于補充了原構(gòu)件的配筋，可較大幅度地提高其承載能力，而且通過粘貼鋼板可有效地保護(hù)原構(gòu)件的混凝土不再產(chǎn)生裂縫或使已有的裂縫得到控制而不繼續(xù)擴展，加強了結(jié)構(gòu)的整體性，提高了原構(gòu)件的整體剛度。?
基于上述特點，該技術(shù)近年來在實際工程加固中得到廣泛地應(yīng)用，發(fā)展很快，已成為諸多加固方案中優(yōu)先考慮的方案。
3.粘鋼加固技術(shù)研究現(xiàn)狀
3.1粘鋼加固構(gòu)件的靜載試驗研究?
目前國內(nèi)外對粘鋼加固構(gòu)件的靜載試驗研究，主要涉及到試驗過程中各種不同因素對粘鋼構(gòu)件結(jié)構(gòu)性能(極限強度、開裂荷載、剛度、變形、延性和破壞類型等)的影響。其中包括：鋼板厚度、膠層厚度、混凝土強度、粘結(jié)劑性能、錨固型式等。?
以鋼筋混凝土梁為例，粘鋼梁與未粘鋼的同類梁相比，開裂荷載可增加35％～105％；粘鋼梁的剛度隨膠層厚度增加而增加，但膠層厚度對其極限強度影響很小；膠的稠度對其結(jié)構(gòu)性能影響也較小；粘貼鋼板的截面積與鋼筋截面積的比值越大，受拉鋼筋的應(yīng)力降低幅度也越大、對梁的剛度的提高也越明顯；通常隨鋼板厚度的增加，破壞由鋼板的屈服轉(zhuǎn)變?yōu)?a href='http://www.tnb123.com' target='_blank' title='鋼板'>鋼板的剝離；鋼板的粘結(jié)長度應(yīng)適當(dāng)，如過長，梁會由彎曲破壞變?yōu)榧羟谢蚣魪澠茐摹?/p>
粘鋼補強可大幅度提高構(gòu)件的承載力和剛度；在較大范圍內(nèi)有效地防止和抑制裂縫擴展，擴大原結(jié)構(gòu)的彈性工作范圍，提高其延伸性；經(jīng)粘鋼補強的彎曲構(gòu)件，多數(shù)皆因斜截面強度不足而引起支座附近的剪切破壞，因此補強加固設(shè)計時，除應(yīng)在底部受拉區(qū)粘貼鋼板外，還應(yīng)考慮在支座處粘貼箍板適當(dāng)加強；梁端采用螺栓和U型箍板錨固，既可彌補錨固長度的不足，又可抵制鋼板端部的剝離力；同時，U型箍板錨固還可改善較厚鋼板延性偏低的缺陷。
3.2粘鋼加固技術(shù)的動載試驗研究?
粘鋼加固技術(shù)在實際應(yīng)用過程中，常會遇到動載作用下的情況，如公路橋梁、吊車梁、各種抗震結(jié)構(gòu)等。為此需要研究鋼筋混凝土梁在動載下的力學(xué)性能，但有關(guān)動載試驗的研究成果目前報道較少。
國內(nèi)有人曾對采用膠粘、膨脹螺栓錨固及膠栓共同粘錨等三種方法加固的梁進(jìn)行動載對比試驗。結(jié)果表明：膨脹螺栓固梁抗疲勞性能較差；膠粘梁抗疲勞性能不穩(wěn)定，粘結(jié)質(zhì)量好則效果好，破壞時鋼板被拉斷，粘結(jié)不好，循環(huán)幾萬次就因梁端鋼板處膠層剪切滑移而破壞；膠栓共同粘錨梁抗疲勞性能較好，破壞發(fā)生在梁跨中彎矩最大區(qū)段，鋼板全部被拉斷。膠栓結(jié)合梁在80萬次前，撓度增加甚微，80萬～150萬次間撓度增加較快，估計膠層有局部破壞，但之后由于兩端螺栓起到了較好的錨固作用，撓度變化又趨于平衡。
3.粘結(jié)層的應(yīng)力分析
近年來，國外主要應(yīng)用粘彈性理論、斷裂力學(xué)理論、斷裂力學(xué)理論、流變理論和有限元、邊界元等方法對粘接層的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行數(shù)值分析。建立了粘結(jié)和破壞理論，求出了粘結(jié)應(yīng)力分布的彈性解，并提出了計算具有平行邊界膠層的端部附近應(yīng)力的簡單方法，同時應(yīng)用莫爾—庫侖破壞法則，導(dǎo)出了分析粘接層破壞及其裂紋擴展的計算方法。?國內(nèi)學(xué)者在大量試驗數(shù)據(jù)和資料的基礎(chǔ)上，也對粘結(jié)層的破壞機理、破壞形態(tài)、粘結(jié)應(yīng)力分布規(guī)律等進(jìn)行了探討，計算出粘結(jié)應(yīng)力分布曲線，推導(dǎo)了錨固長度公式，并提出了“鋼板約束區(qū)”的新概念，還對結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行了流變性分析，獲得了重要結(jié)果，極大地促進(jìn)了粘鋼加固技術(shù)在工程上的應(yīng)用。
4.工程應(yīng)用實例?
我國粘鋼加固技術(shù)首次應(yīng)用于1978年。當(dāng)時遼陽石油化纖公司從法國引進(jìn)了23套生產(chǎn)裝置，在安裝過程中發(fā)現(xiàn)其中9套裝置25個構(gòu)筑物因設(shè)計計算錯誤而造成梁、板和基礎(chǔ)強度不夠，產(chǎn)生了嚴(yán)重裂縫，119根梁和4座基礎(chǔ)必須進(jìn)行加固處理。采用國內(nèi)常規(guī)的加固方法，已不能適應(yīng)當(dāng)時生產(chǎn)的需要。經(jīng)分析，決定采用法國Sika-Dur31粘結(jié)劑粘貼鋼板補強加固。結(jié)構(gòu)加固至今，經(jīng)過安裝、試生產(chǎn)、大修和長生產(chǎn)周期的使用，所有補強部位狀態(tài)良好。
上海某商業(yè)辦公樓，樓頂層為會議室，中間有4根框架柱，給使用帶來了不便，為此要求將會議室中間2根柱子抽去。由于跨度增加了兩倍，考慮該梁受彎、剪、扭的復(fù)合作用以及梁的撓曲變形，決定采用粘鋼加固。梁正截面抗彎設(shè)計采用在梁底部粘貼2層3mm厚鋼板后加粘2根16號槽鋼的措施。此外，在梁端柱邊混凝土上粘貼鋼牛腿，以改善被加固梁的支撐條件。在被加固梁的兩端及該梁與次梁相交兩側(cè)，各設(shè)三道U型箍板，以增強老混凝土梁、下部槽鋼和鋼板之間的連接，提高結(jié)構(gòu)的整體性，加固效果良好。
?山東省濟南市黃河公路大橋，建于1982年，主橋為斜拉橋，南北兩個巨型索塔建于黃河河道中，塔高81m，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。該橋運行多年后，兩個索塔下橫梁均產(chǎn)生了多條裂縫，縫寬大于0.3mm，影響了橋梁的安全使用。采用JGN型結(jié)構(gòu)膠粘鋼加固，在橫粱底面連續(xù)粘貼4組鋼板，橫梁側(cè)面及裂縫部位亦連續(xù)粘
貼鋼板，并安裝膨脹螺栓固定加壓。索塔橫粱粘鋼加固后，裂縫得到有效控制，未再產(chǎn)生新縫，效果較好。
5.粘鋼加固技術(shù)的施工要求
(1)構(gòu)件表面處理。對老混凝土構(gòu)件，應(yīng)在其粘合面位置打磨(約除去2～3mm厚表層)，直至完全露出新面，并用壓縮空氣吹除粉粒或用清水沖洗干凈，待完全干燥后，再用脫脂棉蘸丙酮擦拭表面即可。對于新混凝土面，可直接用鋼絲刷刷去表面松浮物，再用有壓水沖洗干凈并晾干。
(2)鋼板粘貼前的處理。鋼板粘結(jié)面也需進(jìn)行清污、除銹和打磨等前期處理。可采用噴砂、手砂輪或用砂布直接打磨，直至出現(xiàn)金屬光澤，然后用脫脂棉蘸丙酮擦拭干凈。
(3)構(gòu)件卸荷或支撐。粘貼鋼板前，應(yīng)對被加固構(gòu)件進(jìn)行合理卸荷或作必要的支撐，待粘結(jié)劑完全固化后才可拆卸支撐。?
(4)粘結(jié)劑的制備。粘結(jié)劑使用前需進(jìn)行現(xiàn)場質(zhì)量檢驗，合格后方可使用。使用時嚴(yán)格按產(chǎn)品使用說明書進(jìn)行配比混合，并按同一方向攪拌至色澤均勻為止。
(5)鋼板粘貼。粘結(jié)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表面，厚度1～3mm(中間厚，邊緣薄)。將鋼板粘貼在已涂抹粘結(jié)劑的混凝土表面。貼好鋼板后，用木棰沿粘貼面輕輕敲擊鋼板。如無空洞聲，表明已粘貼密實；否則應(yīng)立即剝下鋼板，經(jīng)補膠后重新粘貼，以確保粘結(jié)施工質(zhì)量。鋼板粘貼好后，即用特制U型夾具夾緊，或用木桿頂撐，其壓力保持在0.05～0.1MPa，以膠液剛從鋼板邊縫擠出為度。
(6)鋼板防銹。粘結(jié)劑一般可在常溫下固化，?24h?即可拆除夾具或支撐，3天后即可受力使用。構(gòu)件粘鋼加固后，為防止鋼板銹蝕，應(yīng)對其涂刷防銹劑、水泥砂漿或采用其他措施加以保護(hù)。
6.結(jié)語
6.1粘鋼加固方法安全可靠，施工方便，既可補強加固，又可加大剛度。可大幅度提高其承載力和抗彎剛度，增強其延伸性和抗疲勞性能。不僅用于混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的修補和病害處理，還可用于提高設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的一些改擴建工程，是一種切實可行的補強加固方法。
6.2粘鋼補強施工中，應(yīng)選擇可靠的粘結(jié)劑和合理的粘貼工藝，并嚴(yán)格按照工藝規(guī)范施工，切實做好表面處理、鋼板除銹和粘貼后加壓固定等工作，確保粘貼面有80％以上的可靠粘結(jié)，以保證補強加固的可靠性。
6.3目前粘鋼加固技術(shù)主要應(yīng)用于橋梁和工業(yè)與民用建筑中，在水利工程等領(lǐng)域也可以推廣應(yīng)用。粘鋼加固技術(shù)不僅可用于墩柱、工作橋等鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，還可用于鋼閘門等鋼結(jié)構(gòu)。
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