常规桥梁结构的加固方法包含粘贴碳纤维复合材加固法、粘贴钢板加固法、增大截面加固法以及体外预应力加固法。本次重点要介绍的是粘贴钢板加固法。
粘贴钢板加固法原理
采用环氧树脂胶粘剂,将钢板粘贴在钢筋混凝土结构物的薄弱部位,让二者形成一个整体。借助钢板与补强结构的共同作用,提高其刚度,限制裂缝继续开展,从而达到补强效果,这就是粘贴钢板加固法,它是一种加固方法。
粘钢法的优点与缺点
优点
1、加固效果显著。
把强度高的钢板粘贴在被加固的钢筋混凝土薄弱部位上,这样能让混凝土和钢板构成新的整体,二者共同承受力。如此一来,能充分发挥出钢板的强度,还能将粘贴部位的裂缝封闭起来,对混凝土的变形进行约束,进而能够有效地提升加固构件的刚度以及抗裂性。
2、所占空间小,对加固结构外观和使用空间影响极小。
也不会影响构件的外观。
3、加固工艺简单,施工方便。
对被加固构件的表面进行处理,然后用胶粘剂把钢板牢固地粘结在其上,使其成为一个整体,这样就能让钢板与原构件很好地共同工作。并且这种方式不需要特殊设备,所需的劳动力较少,也易于操作。
施工速度快钢结构补强,能避免或减少加固施工对建筑使用的影响。加固材料得以节约,造价降低,经济效益较为良好。和传统的钢筋混土加固方法相比,一般能节约 10%—20%的造价。
缺点
粘贴钢板的受力具有应力滞后这一现象。在施工过程中,原结构所承受的荷载越大,那么产生的应力滞后也就越多。
胶粘剂的质量是影响加固效果的主要因素之一,胶粘剂的耐久性也是影响加固效果的主要因素之一。同时,施工质量对胶粘剂的质量及耐久性有显著影响。
如何提高粘钢加固的效果
影响粘钢加固效果的因素有诸多方面,主要需从材料的选用以及施工技术等方面进行优化。本次我们总结出了以下 5 点:
一、表面处理
加固构件的粘接面处理很重要,钢板粘接面处理也很重要。如果基面处理不到位,就会使粘接效果变差,情况严重时还会产生粘接剥离。
加固构件局部破损时,首先要进行凿毛操作。接着,使用不低于原混凝土强度等级的细石混凝土进行修补。最后,再对其进行加固。
旧混凝土基面处理时若存在油垢污物:使用硬毛刷蘸取高效洗涤剂,将表面的油垢污物除去;接着用清水进行清洗;然后对粘接面进行打磨,去除 2 至 3 毫米厚的表层;最后进行干燥处理。
3、对湿度较大的混凝土需进行干燥处理,待完全干燥即可。
二、钢板选择
采用直接涂胶粘贴的钢板,其厚度不能超过 5mm;倘若钢板的厚度超过了 5mm,那么就应当采用低压注胶粘结。
对钢筋混凝土受弯构件进行正截面加固时,宜采用条带粘贴的方式粘贴钢板。并且,钢板的宽厚比不应小于 30 。
三、粘钢胶质量
粘钢胶的品质有优劣之分,这往往会决定加固效果的好坏。所以在选择粘钢胶时,若要选择优质的,就需要关注以下几点:
选择优质的粘钢胶。GB 50728-2011《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》3.0.1 有明确要求,即凡涉及工程安全的工程结构加固材料及制品,必须按本规范的要求通过安全性鉴定。
从粘钢胶检测报告中可以清晰得知,按照 GB50728-2011 的规定,抗拉强度需要在 30MPa 以上,然而卡本的实测值达到了 44MPa 以上,比国标要求超出了 14MPa,超出的比例为 46.7%。在钢对钢拉伸抗剪强度方面,国标规定为 15MPa钢结构补强,而卡本的实测值是 21MPa,超过国标 40%。钢对钢拉伸抗剪强度依据 GB/T7124-2008 进行测试。T 冲击剥离长度是衡量结构胶韧性的一个重要指标,能够作为抗震设防区建筑加固评定结构胶粘剂的标准。简单来讲,剥离长度越小,就意味着结构胶的韧性越好,抗震性能也越好。
可以看到,卡本粘钢胶的多项检验项目符合国家标准。同时,这些检验项目还远超国家标准。
选用合适的胶粘剂。如果遇到一些特殊施工环境,那么就需要选择定制化产品。比如在高温环境下进行粘钢加固时,就需要选择特制耐高温结构胶来进行施工,而不能再使用常规胶粘剂,不然就会导致粘接失效,进而影响工程质量。
卡本耐高温结构胶具有独特的专利配方设计。它的性能能满足国标要求,并且在此情况下,能够让胶体在 25℃至 125℃的温度范围内正常固化以及强度得以发展。
四、U形箍和压条设置
以下内容是从 JTG/T J22-2008《公路桥梁加固设计规范》中整理出来的。
当粘贴的钢板延伸至支座边缘时,如果仍不满足第 6.2.5 条延伸长度的要求,那么就需要采取下列锚固措施。
在梁的延伸长度范围内要均匀设置 U 形箍,同时在端部要设置一道加强箍。U 形箍需要伸至梁翼缘板底面。U 形箍的宽度方面,对于端箍来说不应小于 200mm;对于中间箍而言不应小于受弯加固钢板宽度的 1/2,并且不应小于 100mm。U 形箍的厚度不应小于受弯加固钢板厚度的 1/2。U 形箍的上端需要设置纵向钢压条。压条的下面存在空隙,这个空隙应该用胶粘钢垫块填平。
2、对板
通常应在延伸长度范围内设置垂直于受力钢板方向的压条。压条需在延伸长度范围内均匀布置,并且要在延伸长度的端部设置一道。钢压条的宽度不能小于受弯加固钢板宽度的 3/5 ,其厚度也不应小于受弯加固钢板厚度的 1/2 。
五、锚栓安装
GB 50550 - 2010 《建筑结构加固工程施工质量验收规范》明确规定,在粘钢加固时,锚栓应选用化学锚栓。并且规定不得使用膨胀螺栓。
直接涂胶粘贴钢板时适宜使用锚固螺栓,其锚固深度需不小于 6.5 倍的锚栓直径。并且锚栓布置的间距应符合以下这些要求:
锚栓的中心最大间距是 24 倍的钢板厚度;锚栓的中心最小间距是 3 倍的锚栓孔径。
锚栓中心距钢板边缘的最大距离,要么是 8 倍的钢板厚度,要么是 120mm,取其中较小的那个值。而最小距离则为 2 倍的锚栓孔径。
3、如果锚栓只用于钢板定位或粘贴加压时,不受上述限制。
六、施工单位的选择
粘钢加固是一种传统的加固方法,然而对施工工艺的掌握要求较高。若施工单位经验丰富,便能保证工程质量并提高施工效率。
要提高粘钢加固的效果,就需要选用质量好且合适的胶粘剂、钢板、锚栓等材料。同时,还需要选派专业的施工人员,并且要严格按照施工指导规范进行施工,这样才能达到更理想的加固效果。