粘鋼加固法設(shè)計(jì)原理與施工技術(shù)

陳賽亮

(河北聯(lián)合大學(xué)建筑工程學(xué)院，河北唐山 063009)

0 引言

土木工程加固技術(shù)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、新材料的出現(xiàn)，新技術(shù)層出不窮，采取何種有效的加固技術(shù)措施對(duì)受損建筑物進(jìn)行處理以恢復(fù)其正常使用功能是工程結(jié)構(gòu)技術(shù)人員面臨的重要課題。其中粘鋼加固法是諸多加固法中較為有效的一種，有著多種獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如堅(jiān)固耐用，施工速度快，不改變建筑結(jié)構(gòu)外形，幾乎不增加結(jié)構(gòu)自重，經(jīng)濟(jì)合理等。因此，粘鋼加固技術(shù)在結(jié)構(gòu)加固中得到廣泛應(yīng)用。

1 工程概況

該工程為無(wú)錫某產(chǎn)權(quán)監(jiān)理處加固改造。原建筑為1類高層建筑，框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系，七度抗震設(shè)防，剪力墻抗震等級(jí)為二級(jí)，框架抗震等級(jí)為三級(jí)。二樓局部使用功能發(fā)生改變，經(jīng)檢測(cè)，二樓梁板需要加固補(bǔ)強(qiáng)。梁主要運(yùn)用鋼筋混凝土加腋與粘鋼加固，如圖1所示。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)局部梁加固圖

2 粘鋼加固法設(shè)計(jì)原理

2.1 混凝土粘鋼加固的受力特性

對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固后，其受力性能與未加固結(jié)構(gòu)有較大的差異。被加固結(jié)構(gòu)在加固之前已經(jīng)承受荷載，新加部分在加固后，在原荷載的作用下應(yīng)變?yōu)?，即不立即承擔(dān)荷載，只有繼續(xù)施加荷載才分擔(dān)荷載。整個(gè)結(jié)構(gòu)在二次受力過(guò)程中，新粘鋼板的應(yīng)變始終滯后于原結(jié)構(gòu)的累加應(yīng)變。當(dāng)原結(jié)構(gòu)中受拉鋼筋達(dá)到極限狀態(tài)σs=fy時(shí)，新粘鋼板的應(yīng)變還很低，鋼板的應(yīng)力低于屈服應(yīng)力。我們把粘鋼加固后截面的破壞形態(tài)分為如下三種情況:

(1)鋼筋應(yīng)力達(dá)到屈服(或未達(dá)到屈服)，鋼板應(yīng)力還很低時(shí)，受壓區(qū)混凝土先行破壞，這種破壞形態(tài)相當(dāng)于混凝土受彎構(gòu)件的超筋破壞。

(2)鋼筋應(yīng)力達(dá)到屈服以后，應(yīng)力σs=fy保持不變，εs應(yīng)變進(jìn)入塑性流變狀態(tài)，鋼板因應(yīng)力滯后還處于彈性變形階段，但是鋼板的應(yīng)力隨荷載的增長(zhǎng)繼續(xù)增長(zhǎng)，當(dāng)鋼板應(yīng)力達(dá)到較高時(shí)(還未達(dá)到屈服)，如果在這階段受壓區(qū)混凝土先破壞，稱為準(zhǔn)超筋破壞。

(3)如果截面上鋼筋應(yīng)變保持流變狀態(tài)，隨著荷載的增加，鋼板應(yīng)力也滯后達(dá)到了屈服應(yīng)力，混凝土隨后破壞，稱為適筋破壞。

加固設(shè)計(jì)允許出現(xiàn)適筋破壞和準(zhǔn)超筋破壞，而超筋構(gòu)件并不能提高截面的承載力，反而降低了截面的延性，因此要避免超筋破壞的出現(xiàn)。

3.2 混凝土受彎構(gòu)件粘鋼加固計(jì)算的基本假定

混凝土加固計(jì)算應(yīng)按照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2010)的有關(guān)假定。

(1)“平截面假定”:假定變形前后仍保持平面。

(2)不考慮混凝土抗拉強(qiáng)度。

(3)混凝土軸心受壓應(yīng)力σc與應(yīng)變?chǔ)與的關(guān)系為拋物線，極限壓應(yīng)變?chǔ)與0=0.002。方程式如下:

(4)混凝土非均勻受壓時(shí)的應(yīng)力σc與應(yīng)變?chǔ)與的關(guān)系為拋物線和水平線的組合線。方程式如下:

(5)鋼板與原結(jié)構(gòu)之間粘結(jié)牢固，可靠傳遞剪力、無(wú)相對(duì)滑移。

2.3 適用范圍

(1)粘鋼加固法適用于鋼筋混凝土受彎構(gòu)件正截面和斜截面加固、受拉及大偏心受壓構(gòu)件的加固。粘貼型鋼加固法適用于需大幅提高截面承載力和抗震能力的混凝土梁柱構(gòu)件的加固。

(2)使用環(huán)境溫度不超過(guò)60℃、相對(duì)濕度不大于70%且無(wú)化學(xué)腐蝕和高溫及放射性的惡劣條件。(3)原結(jié)構(gòu)混凝土實(shí)測(cè)強(qiáng)度不得低于C15，且混凝土表面粘結(jié)受拉強(qiáng)度不得低于1.5 N/mm2。

2.4 計(jì)算方法分析

該工程梁采用粘鋼加固如圖2所示，原梁高為700 mm，寬250 mm，想梁底粘貼寬250 mm，厚4 mm的Q345鋼板，梁端部用寬180 mm，厚4 mm的3道U型箍進(jìn)行錨固，間距400 mm。加固部分間隔600 mm用化學(xué)錨栓錨固，使得鋼板與混凝土之間更有效的粘結(jié)。

圖2 粘鋼加固梁

受彎構(gòu)件正截面加固承載力計(jì)算公式:

3 粘鋼加固施工措施

(1)混凝土表面處理。對(duì)混凝土粘結(jié)面進(jìn)行打磨，除去3 mm左右厚表層，直至露出新表面，用壓縮空氣除支粉塵或清水沖洗干凈，等完全干燥后用脫脂棉沾丙酮擦拭表面。

(2)鋼板粘結(jié)面進(jìn)行除銹處理。如鋼板未生銹或輕微銹蝕，用砂布，磨光機(jī)等打磨，直到出現(xiàn)金屬光澤，其后用脫脂棉沾丙酮擦拭干凈。鋼板如需焊接，焊接部位避免在鋼板長(zhǎng)度的三分之一處。

(3)卸荷。為減輕和消除粘貼鋼板的應(yīng)力和應(yīng)變滯后現(xiàn)象，粘貼鋼板前宜對(duì)構(gòu)件進(jìn)行適量的卸荷。卸荷方式有:①對(duì)老建筑拆除原有的裝飾、抹灰層等;②卸除如辦公用具等活荷載;③加壓固定宜采用千斤頂、墊板、頂桿所組成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅能產(chǎn)生較大的壓力，而且加壓固定的同時(shí)能卸去部分荷載，提高加固效果。

(4)粘結(jié)劑的配制。粘結(jié)劑使用前需進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，合格后方可使用。使用時(shí)嚴(yán)格按產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū)A、B兩種粘結(jié)劑進(jìn)行配比混合，配制時(shí)應(yīng)避免污水、油污、粉塵等建筑垃圾進(jìn)入容器，并按同一方向攪拌至色澤均勻?yàn)橹埂?/p>

(5)鋼板粘貼。粘結(jié)劑配制后，用抹刀同時(shí)涂抹在已處理好的混凝土表面和鋼板表面，厚度1～3 mm(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(wú)空洞聲，表明已粘貼密實(shí);否則應(yīng)立即剝下鋼板，經(jīng)補(bǔ)膠后重新粘貼，以確保粘結(jié)施工質(zhì)量。鋼板粘貼好后，即U型箍與化學(xué)錨栓進(jìn)行錨固，同時(shí)用木桿頂撐，以粘鋼膠從鋼板邊縫擠出為度。

(6)錨固處理。按之前在鋼板上留的錨固孔，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行鉆孔，鉆孔時(shí)務(wù)必不對(duì)混凝土及鋼筋產(chǎn)生傷害。用吹風(fēng)機(jī)吹盡孔內(nèi)灰層，然后用脫脂棉沾丙酮擦拭干凈?？變?nèi)插入化學(xué)管，保證化學(xué)管不破壞。

(7)固化。粘結(jié)劑一般可在常溫下固化，24小時(shí)可拆除支撐，72小時(shí)后即可受力使用。加固后，固化前嚴(yán)禁擾動(dòng)。

(8)鋼板防銹。構(gòu)件粘鋼加固后，為防止鋼板銹蝕，可采用20 mm厚M15水泥砂漿抹面保護(hù)，也可對(duì)其涂刷防銹劑。

4 結(jié)語(yǔ)

粘鋼加固施工速度快，施工技術(shù)易于掌握，所需的勞動(dòng)力少，成本低，在加固過(guò)程中能滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的需要，施工質(zhì)量取得良好的效果，因此，粘鋼技術(shù)近年來(lái)在實(shí)際工程加固中得到廣泛地應(yīng)用，已成為諸多加固方案中優(yōu)先考慮的方案。在施工過(guò)程中得到業(yè)主、監(jiān)理的一致好評(píng)。

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