橋梁加固中粘貼鋼板技術(shù)的應(yīng)用分析
2015-06-18
粘貼鋼板對梁的受拉薄弱區(qū)進行補強，是橋梁加固的主要方式之一。
1 粘貼鋼板加固機理
對于主梁承載力不足,或縱向主筋出現(xiàn)嚴重銹蝕,或梁板橋的主梁出現(xiàn)嚴重橫向裂縫時,可采用環(huán)氧樹脂或建筑結(jié)構(gòu)膠將鋼板這一抗拉強度高的材料粘貼在混凝土結(jié)構(gòu)的受拉緣或者薄弱部位,使之與原結(jié)構(gòu)物形成整體共同受力,從而改善原結(jié)構(gòu)鋼筋及混凝土的應(yīng)力狀態(tài),限制裂縫進一步發(fā)展，達到提高構(gòu)件的抗彎、抗剪能力,提高橋梁承載能力的效果。
2 粘貼鋼板加固力學(xué)特點
在適筋范圍內(nèi), 隨著荷載的增加, 原梁中鋼筋屈服, 鋼板隨之也達到屈服, 隨即混凝土被壓碎破壞。
對粘鋼加固受彎構(gòu)件, 破壞前外貼鋼板與混凝土之間具有較好的粘貼性能, 可以保證鋼板與被加固構(gòu)件間的共同工作, 并保證鋼板達到屈服強度。但是, 進入破壞階段后, 多數(shù)構(gòu)件鋼板與混凝土之間發(fā)生局部剝離, 沿板與混凝土交界面, 出現(xiàn)較長的順筋裂縫, 混凝土被撕裂, 因此導(dǎo)致構(gòu)件破壞。
對粘鋼加固受剪構(gòu)件, 構(gòu)件的破壞類似于普通鋼筋混凝土受剪構(gòu)件, 首先出現(xiàn)斜裂縫, 然后裂縫不斷發(fā)展, 鋼板應(yīng)力明顯增大, 最后構(gòu)件產(chǎn)生破壞。在構(gòu)件受力過程的后期, 明顯可以觀察到錨固端的局部損傷, 甚至剝離。
3 粘貼鋼板加固梁基本假定和計算圖式:
3.1 一期荷載效應(yīng)（自重和恒載效應(yīng)）由原梁承擔(dān)，結(jié)構(gòu)處于彈性工作階段，截面應(yīng)力（或應(yīng)變）按材料力學(xué)公式計算；二期荷載（活載和加固后的附加恒載）效應(yīng)由加固后的截面承擔(dān)。
3.2 不同受力階段的截面變形均符合平截面假設(shè)。
3.3 在極限狀態(tài)下，截面受壓區(qū)邊緣混凝土的應(yīng)變達到極限值。截面受壓區(qū)混凝土的應(yīng)力按簡化后的等效矩形應(yīng)力圖計算，其值為混凝土的抗壓設(shè)計強度，矩形應(yīng)力圖高度取 。式中 為二期荷載效應(yīng)作用后截面受壓區(qū)的高度， 為受壓區(qū)高度折減系數(shù)。
?。?）在極限狀態(tài)下，原梁受拉鋼筋應(yīng)力取抗拉強度設(shè)計值 ，受壓鋼筋應(yīng)力取抗壓強度設(shè)計值。
（5）在極限狀態(tài)下，粘貼鋼板的應(yīng)力由其應(yīng)變確定，即取 ，但應(yīng)小于其抗拉強度設(shè)計值。式中， 為鋼板的彈性模量，鋼板應(yīng)變應(yīng)根據(jù)兩階段受力特點，由截面變形條件確定。
工字形、箱形以及空心板截面梁，在正截面強度計算中，均可按T 形截面處理。于是，對于T 形截面梁，根據(jù)上述基本假設(shè)，粘貼鋼板加固橋梁正截面的抗彎承載力計算。
4 正截面抗彎極限承載能力計算
4.1第一類T形截面的抗彎承載力
第一類T形截面的中性軸在受壓翼板內(nèi),受壓區(qū)高度,受壓區(qū)為矩形。由截面平衡條件(圖1) ,可得第一類T 形截面的基本計算公式為:
(1)
(2)
公式適用條件為： (3)
4.2第二類T形截面的抗彎承載力
第二類T形截面的中性軸在梁肋內(nèi),受壓區(qū)高度,受壓區(qū)為T形。由截面平衡條件(圖2) ,可得第二類T形截面的基本計算公式為:
(4)
公式適用條件為式（2），（3）
5 加固施工工藝
5.1灌漿裂縫施工工藝
5.1.1 混凝土表面處理:沿裂縫清理出5 cm 寬的密封區(qū),打磨。
5.1.2 注入座粘結(jié):用修補膠將DD 注入座粘在裂縫的中心。
5.1.3 密封:用修補膠密封注入座的周圍,并沿裂縫按5 cm 寬進行密封。
5.1.4 密封材料固化。
5.1.5 安裝注入器。
5.1.6 注入專用裂縫粘結(jié)劑。
5.1.7 注入材料的凝固。
5.2 植入錨固螺栓施工工藝
5.2.1 混凝土表面處理:清除表面雜質(zhì)。
5.2.2 鉆孔:按照直徑和深度要求鉆孔。
5.2.3 清孔:先用毛刷清孔內(nèi)灰塵,再用清潔的壓縮空氣將孔內(nèi)灰塵清干凈。
5.2.4 填孔并植入螺栓。
5.2.5 留足夠的時間讓粘結(jié)劑固化。
5.3粘貼鋼板施工順序
5.3.1 施工前應(yīng)對粘貼部位混凝土的表層含水率及所處環(huán)境溫度進行測量。若混凝土表層含水率大于4 %則應(yīng)采取措施,在達到要求后方可施工。施工前應(yīng)按設(shè)計圖紙,在加固部位放線定位。
5.3.2 應(yīng)清除被加固構(gòu)件表面疏松部分,至露出混凝土結(jié)構(gòu)層。粘貼部位的混凝土,若表面堅實,也應(yīng)去除浮漿層和油污等雜質(zhì),并打磨平整,直至露出集料新面,且平整度應(yīng)達到5 mm/ m。表面打磨后,應(yīng)用強力吹風(fēng)器將表面粉塵清除干凈。
5.3.3 經(jīng)清理、打磨后的混凝土表面,若有凹陷處,應(yīng)用修補膠找平。
5.3.4 粘結(jié)劑的配制,應(yīng)按供應(yīng)商提供的配比和工藝要求進行,且應(yīng)有專人負責(zé)。調(diào)膠使用的工具應(yīng)為低速攪拌器,攪拌均勻, 無氣泡產(chǎn)生,并應(yīng)防止灰塵等雜質(zhì)進入。
5.3.5 粘結(jié)劑使用方法為:a.材料由主劑及硬化劑兩部分組成,充分混合后即可使用。b. 粘結(jié)劑的主劑與硬化劑的比例為重量比2∶1 ,務(wù)必稱量準(zhǔn)確。c.將主劑和硬化劑倒在容器中,充分攪拌,混合使用。d.混合后材料便慢慢開始硬化,先必須確認使用時間。
5.3.6 修補膠施工方法為:a.在施工前將結(jié)合面清理干凈,如表面潮濕,則用干燥機等將其吹干,對新混凝土,需要養(yǎng)生14 d 以上。b.接合、密封、填充。在粘合的兩面涂抹修補膠后,立即接合在一起,如果作為填充材料使用時,使用刮子、抹子進行涂抹。c.養(yǎng)護。在材料尚未完全硬化之前按規(guī)定時間進行自然養(yǎng)護。
5.3.7 鋼板外表面防銹防腐工藝:a. 底材表面達到St3 級以上,即完全手工和動力工具除銹,金屬底材呈現(xiàn)金屬光澤。b. 涂環(huán)氧防銹漆,厚度125 ,起陰極防護作用。c. 涂環(huán)氧防銹漆,厚度125 ,起屏蔽作用,耐化學(xué)污染。d. 涂可覆聚氨酯白面漆兩道,每道厚度35 ,起耐久性作用。油漆要求采用壽命10 年以上的優(yōu)質(zhì)油漆,如JOTUN、安士丹等。
7 結(jié)論
7.1 粘貼鋼板后，混凝土梁的極限承載能力有明顯提高。
7.2 鋼板粘貼加固的橋梁受力部位邊緣,能約束混凝土變形，封閉粘貼部混凝土的裂縫和缺陷，有效的提高了加固構(gòu)件的剛度和抗裂性。由于鋼板拉壓強度均很高，加上粘貼后的鋼板主要承受活載，對于受彎、受剪和受拉構(gòu)件的補強效果優(yōu)于加大混凝土截面尺寸。
7.3 結(jié)合面處理和鉆埋螺栓孔對原結(jié)構(gòu)有一定損傷, 因此施工過程中嚴格按照設(shè)計要求進行施工,將損傷程度降到最低。
7.4 粘貼鋼板由于重量輕, 操作便利, 易于控制工程質(zhì)量，建議推廣運用。
