粘鋼加固法在建筑改造中的應(yīng)用

【摘要】對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的外部粘鋼加固法，是一種新穎的加固方法。本文結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)粘鋼加固的設(shè)計(jì)原理、受力特點(diǎn)、應(yīng)用限制條件進(jìn)行了論述。并對(duì)構(gòu)造處理、施工要點(diǎn)加以闡述。

【關(guān)鍵詞】粘鋼加固；受力特點(diǎn)；施工方法

1、引言

近年來，由于我國(guó)以前的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中未考慮建筑物的耐久性和抗震設(shè)防，致使我國(guó)現(xiàn)存混凝土結(jié)構(gòu)中存在不同程度的安全隱患問題。另外，由于使用性能改變等原因，導(dǎo)致建筑物荷載有不同程度的提高，也造成大量結(jié)構(gòu)需要加固。在我國(guó)，混凝土結(jié)構(gòu)的加固主要采取截面加大法、預(yù)應(yīng)力法、外包鋼法、增加支承與支撐、改變傳力途徑法等。這些方法都要求有一定的空間（加固體本身和加固施工空間）、時(shí)間和材料，因而引起結(jié)構(gòu)周圍管、線、設(shè)備轉(zhuǎn)移和停產(chǎn)或停止使用。與其它加固方法相比，粘鋼加固法具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）基本不增加原結(jié)構(gòu)的荷載；（2）不改變?cè)O(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)體系和受力形式；（3）周期短，基本不影響正常使用；（4）加固后不影響外觀。因此，該方法現(xiàn)已成為工程建設(shè)中一種重要的技術(shù)手段和加固方法。

2、粘鋼法原理及受力特點(diǎn)

粘鋼加固原理與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋與混凝土之間的關(guān)系一樣，將鋼板粘附于鋼筋混凝土構(gòu)件的表面，利用其粘結(jié)力來傳遞剪力，使鋼板與原有鋼筋混凝土構(gòu)件一體，形成二次組合構(gòu)件，將鋼板作為受力鋼筋的一部分，起著受力鋼筋的作用。粘鋼加固設(shè)計(jì)主要是依據(jù)《建筑抗震加固設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ116-98）、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010）等進(jìn)行計(jì)算的。

粘鋼法應(yīng)注意的受力特點(diǎn)： 1）加固之前，原構(gòu)件已承受部分荷載（即第一階段受力），構(gòu)件截面已存在一定的應(yīng)力、應(yīng)變。加固后，繼續(xù)施加的荷載（即第二階段受力）將由原構(gòu)件和鋼板共同承擔(dān)。由于鋼板是第一次受力。鋼板的應(yīng)力、應(yīng)變將滯后于原結(jié)構(gòu)累計(jì)的應(yīng)力、應(yīng)變，見圖1?？紤]二次受力，應(yīng)根據(jù)具體的受荷情況，在加固前對(duì)原構(gòu)件進(jìn)行一定限度的卸載，減少鋼板的應(yīng)力滯后現(xiàn)象，以增加粘貼鋼量，提高加固構(gòu)件的承載能力，但應(yīng)注意粘鋼量的控制，防止發(fā)生超筋破壞，降低構(gòu)件延性。因鋼板的二次受力現(xiàn)象，計(jì)算時(shí)應(yīng)對(duì)粘貼鋼板強(qiáng)度進(jìn)行折減。2）在達(dá)到承載力極限狀態(tài)時(shí)，要保證原構(gòu)件與鋼板之間粘結(jié)可靠，不可發(fā)生粘貼錨固破壞，以有利于粘貼鋼板充分發(fā)揮作用。

3、工程簡(jiǎn)介

本工程實(shí)例為某醫(yī)院住院樓，原設(shè)計(jì)于1979年，主樓為地下一層，地上十層，檐口高度35.7米，基礎(chǔ)為鋼筋混凝土箱形基礎(chǔ)，上部結(jié)構(gòu)為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，其中框架為現(xiàn)澆注，預(yù)制梁為二次疊合的半整體式框架，剪力墻為現(xiàn)澆整體式。除二至九層的樓板有少數(shù)因使用要求必須現(xiàn)澆外，其余樓板均為單向預(yù)應(yīng)力空心大板。原抗震設(shè)防烈度為7度，而根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2001）要求該地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高為8度，另甲方要求對(duì)原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，所以在此基礎(chǔ)上對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新分析計(jì)算，原有結(jié)構(gòu)梁、柱、剪力墻強(qiáng)度不能滿足要求，故需進(jìn)行加固處理?？紤]到工程造價(jià)、加固工期以及結(jié)構(gòu)抗震延性等重要因素，經(jīng)分析比較，決定采用粘鋼加固法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)。

4、加固改造及設(shè)計(jì)計(jì)算方法

（1）新增外挑部分混凝土采用C30，鋼筋采用HPB235、HRB335；粘貼鋼板采用Q235，16Mn；粘鋼用膠采用YJJ建筑結(jié)構(gòu)膠、YJJ-M建筑錨固膠。

（2）二至十層由J/4～15軸向外挑1.6M，以補(bǔ)充病房使用面積，陰影部分為新增梁板（以五樓為例），見圖2。由于原建筑多為預(yù)制構(gòu)件，保護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全穩(wěn)定性，應(yīng)盡量避免人為鉆孔、敲打等破壞原有預(yù)制框架梁柱；新增樓板采用角鋼搭接在原有預(yù)制框架梁上，角鋼上端與梁上部剝?nèi)ケＷo(hù)層后裸露出的鋼筋焊接牢固，見圖3。

（3）除原設(shè)計(jì)樓梯間隔墻、一層和十層外墻以外，其余各處外墻、內(nèi)墻均予拆除，更換為輕質(zhì)砌體材料，以降低結(jié)構(gòu)荷載，減少鋼板的應(yīng)力滯后現(xiàn)象，增加粘鋼量，提高加固后構(gòu)件的承載能力；一至九層病房?jī)?nèi)增設(shè)整體盒式衛(wèi)生間。對(duì)原有建筑改造后，采用SATWE軟件進(jìn)行計(jì)算，并與原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)比后得：K-J軸主梁配筋不足，計(jì)算出新的配筋率，利用文獻(xiàn)[1]中公式即可得加固截面的粘鋼量。粘剛方法見圖4。

（4） 在原結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面不變的情況下，抗震設(shè)防烈度提高到8度。采用SATWE軟件重新對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體內(nèi)力分析計(jì)算。將分析計(jì)算結(jié)果與原設(shè)計(jì)對(duì)比得：剪力墻、柱強(qiáng)度不滿足要求；再對(duì)比原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定用鋼量，進(jìn)行粘鋼加固。見圖5。

5、適應(yīng)范圍及施工要求

5.1適應(yīng)范圍

（1）本方法適用于對(duì)鋼筋混凝土受彎、大偏心受壓和受拉構(gòu)件的加固。本方法不適應(yīng)用于素混凝土構(gòu)件，包括縱向受力鋼筋配筋率低于現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010）規(guī)定的最小配筋率的構(gòu)件加固。

（2）環(huán)境溫度不超過60℃，處于特殊環(huán)境的混凝土結(jié)構(gòu)采用本方法加固時(shí)，應(yīng)采用耐環(huán)境因素作用的膠粘劑，并按專門的工藝要求進(jìn)行粘貼。當(dāng)被加固構(gòu)件表面有防火、防腐要求時(shí)，應(yīng)采取有效防護(hù)措施。

（3）被加固的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不得低于C15，且混凝土表面的正拉粘結(jié)強(qiáng)度不得低于1.5MPa。

5.2施工要求

（1）鋼筋的植筋深度均為L(zhǎng)=16d，鉆孔須在干燥清潔狀態(tài)下灌膠，并在施工中隨機(jī)抽樣對(duì)植筋進(jìn)行抗拔試驗(yàn)。

（2）粘結(jié)前對(duì)粘結(jié)物進(jìn)行表面處理，使其表面清潔、無(wú)油、無(wú)浮灰以及松散結(jié)構(gòu)，保持干燥、粗糙，混凝土構(gòu)件粘合面可用硬毛刷蘸高效洗滌劑，刷除表面污垢物后用水沖洗，對(duì)結(jié)合面進(jìn)行打磨，除去2～3MM厚表層，直至完全露出新面，并用無(wú)油壓縮空氣吹除粉粒。如果混凝土表面不是很臟，則可直接對(duì)混凝土進(jìn)行打磨，去除1～2MM厚，用無(wú)油壓縮空氣除去粉塵或清水沖洗干凈，待完全干燥后用脫脂棉蘸丙酮擦拭表面即可。

（3）鋼板粘結(jié)前須進(jìn)行除繡和粗糙處理，如鋼板未生銹或輕微生銹，可用噴砂砂布或平砂輪打磨，打磨粗糙度越大越好。打磨紋路應(yīng)與鋼板受力方向垂直。其后用脫脂棉蘸丙酮擦拭干凈。

（4）粘貼鋼板前應(yīng)對(duì)加固構(gòu)件進(jìn)行最大限度的卸載。

（5）粘貼鋼板與原構(gòu)件間采用脹管螺栓連接作為附加錨固措施來加強(qiáng)鋼板與原構(gòu)件的連接效果，脹管螺栓的直徑不宜小于8mm，開孔時(shí)不得損傷到原構(gòu)件的縱向受力筋，然后清除空洞的灰渣，并予埋好脹管螺栓。

（6）鋼板粘貼好后，應(yīng)立即用夾板夾好或用支撐固定，并適當(dāng)?shù)募訅骸?/p>

（7）嚴(yán)格按照工藝標(biāo)準(zhǔn)以及施工工序粘貼鋼板，先焊接再進(jìn)行壓力灌膠。

（8）撤除臨時(shí)固定設(shè)施后，應(yīng)用小錘輕輕敲擊粘結(jié)鋼板，從聲音判斷粘結(jié)質(zhì)量或用超聲波法探測(cè)其粘結(jié)密實(shí)度。如錨固區(qū)粘結(jié)少于90%，非錨固區(qū)粘結(jié)面積小于70%，則此粘結(jié)件無(wú)效，應(yīng)揭下重新粘貼。

結(jié)語(yǔ)：

粘鋼加固法可大幅度提高其承載力，增強(qiáng)其延性。適應(yīng)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)修補(bǔ)、加固處理和提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等一些改擴(kuò)建工程。粘鋼加固施工中，應(yīng)選擇可靠的粘結(jié)劑和合理的粘貼工藝，嚴(yán)格按照工藝規(guī)范施工。粘鋼加固技術(shù)具有施工方便，技術(shù)先進(jìn)，性能優(yōu)良，占用空間小，經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)，是補(bǔ)強(qiáng)加固最合理的方案之一。

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[7]劉兵義，王梅.鋼筋混凝土梁粘鋼加固設(shè)計(jì)[J].煤炭工程.

作者簡(jiǎn)介：

黃金勝（1978～），男，安徽人，碩士，研究方向：結(jié)構(gòu)工程。