粘貼鋼板加固橋梁R.C偏心受壓構(gòu)件的試驗(yàn)研究進(jìn)展與展望

摘 要：對(duì)已有橋梁的維修加固將是今后我國(guó)橋梁建設(shè)領(lǐng)域非常重要的工作任務(wù)和研究方向。本文分析目前采用的粘貼鋼板加固法在橋梁工程實(shí)踐中的優(yōu)缺點(diǎn)，梳理粘貼鋼板加固R.C偏心受壓構(gòu)件的實(shí)驗(yàn)研究的進(jìn)展，并指出目前對(duì)粘貼鋼板加固R.C偏心受壓構(gòu)件的實(shí)驗(yàn)研究中的構(gòu)造布置、錨固措施、二次受力與加固承載力計(jì)算等方面研究的不足和需要。

關(guān)鍵詞：粘貼鋼板加固 偏心受壓構(gòu)件 實(shí)驗(yàn)研究 橋梁加固

中圖分類號(hào)：U445.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）07（b）-0064-02

我國(guó)隨著經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，城鎮(zhèn)化明顯加快，目前已經(jīng)建成了數(shù)量巨大的各類橋梁。按《2017年交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》，截至2017年全國(guó)建造完成公路橋梁就有83.25萬座、5225.62萬米。在這些已經(jīng)建成的橋梁中，部分橋梁因?yàn)樽匀换蛉藶榈脑?，發(fā)生了不同程度的損壞，為了保證橋梁的使用功能，就要進(jìn)行改造加固。按有關(guān)統(tǒng)計(jì)，改造加固比新建可節(jié)約投資40%左右，縮短工期50%左右，而投資回報(bào)率比新建高了近4倍。而且橋梁維修加固不但可以節(jié)約大量資源，還能減少大量固體廢棄物，具有重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。可以預(yù)見，隨著新方法、新材料的不斷出現(xiàn)，對(duì)已有橋梁的維修加固將是我國(guó)今后非常重要的工作任務(wù)和研究方向。

1 粘貼鋼板加固法

粘貼鋼板加固法是用粘結(jié)劑將鋼板粘貼到構(gòu)件需要加固的部分上，以提高構(gòu)件承載力和剛度的一種加固方法。而對(duì)橋梁鋼筋混凝土偏心受壓構(gòu)件的維修加固，如常見的公路橋梁樁柱式橋墩的墩柱、鋼筋混凝土桁架拱橋的上部結(jié)構(gòu)中受壓構(gòu)件等，基本上都是偏心受壓構(gòu)件。當(dāng)這些構(gòu)件出現(xiàn)承載力不足和病害缺陷后，工程上常采用粘貼鋼板加固法。粘貼鋼板加固橋梁鋼筋混凝土偏心受壓構(gòu)件有如下的優(yōu)缺點(diǎn)。

（1）粘貼鋼板加固法施工簡(jiǎn)單，操作方便，質(zhì)量可靠，性能良好，加固施工所需工作空間都不大，而且施工周期短，一般鋼板粘貼到構(gòu)件上三天即可受力使用，對(duì)生產(chǎn)、生活和環(huán)境影響很小，特別適用于應(yīng)急加固工程。

（2）粘貼鋼板加固法在橋梁的混凝土構(gòu)件加固中，一般在原構(gòu)件的截面受拉區(qū)粘貼鋼板加固傳力直接，效果明顯。其只對(duì)原構(gòu)件的表面進(jìn)行處理而不破損結(jié)構(gòu)，同時(shí)高強(qiáng)度的粘結(jié)劑將鋼板與原構(gòu)件牢固粘結(jié)成一新的整體，共同受力，使鋼板和原構(gòu)件很好地共同工作，充分發(fā)揮原構(gòu)件和鋼板的作用，提高受拉區(qū)的配筋率，從而有效地提高了構(gòu)件的承載力與剛度。

（3）粘貼鋼板加固還通過大面積的鋼板粘貼，限制了原構(gòu)件的混凝土裂縫的產(chǎn)生，并使己有的裂縫得到控制，不再繼續(xù)擴(kuò)展，從而有效地提高了提高構(gòu)件的抗裂性。

（4）粘貼鋼板加固所用鋼板厚度一般不超過6mm，加固后基本不影響結(jié)構(gòu)外形，自重增加也很少，特別適合于對(duì)不能加大截面加固的結(jié)構(gòu)物。

（5）粘貼鋼板加固經(jīng)濟(jì)適應(yīng)性強(qiáng)，材料消耗少。一般加固用的鋼材需要量不多并且鋼材價(jià)格相對(duì)于PRF（纖維增強(qiáng)材料）等高強(qiáng)材料便宜，節(jié)約成本。

（6）粘貼鋼板加固法應(yīng)用范圍廣，粘貼鋼板的方案比較靈活，可以任意地按設(shè)計(jì)需要粘貼，不僅可對(duì)構(gòu)件的受拉區(qū)、受壓區(qū)還可以對(duì)受剪區(qū)進(jìn)行加固。

（7）粘貼鋼板加固法中，以環(huán)氧樹脂為基料的建筑結(jié)構(gòu)膠存在缺陷，如：結(jié)構(gòu)膠的耐高溫、耐水、耐酸堿性能差，易老化，特別是膠液固化后呈脆性，與鋼材良好的延性性能不匹配、鋼與混凝土的熱傳導(dǎo)脹縮速度相差甚遠(yuǎn)、易產(chǎn)生熱疲勞剪切應(yīng)變等問題。但隨著建筑結(jié)構(gòu)膠的研究與發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)膠的種類越來越多，性能更加卓越，這將使粘貼鋼板加固技術(shù)能得到更為廣泛的應(yīng)用。

（8）粘貼鋼板加固法施工中還有一些不足之處，如：鋼板端部不能伸入支座，沒有可靠的錨固條件；粘貼工藝和操作水平將直接影響加固的效果，從而粘貼鋼板加固人工的要求和費(fèi)用較高；在鋼板粘貼好后，膠固化階段需要夾具夾緊或采用其他的固定措施；鋼板易腐蝕需定期防銹維護(hù)；對(duì)于形狀復(fù)雜的區(qū)域難以加工鋼板。

2 粘貼鋼板加固偏心受壓鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)

粘貼鋼板加固技術(shù)從20世紀(jì)60年代中期到今天已經(jīng)做了大量的試驗(yàn)研究工作，取得了不少成果，并已在實(shí)際工程中應(yīng)用。粘貼鋼板加固法最先在南非德班得到應(yīng)用：由于在施工時(shí)疏忽，在混凝土梁中未放置受拉鋼筋，只好在受拉區(qū)粘貼鋼板補(bǔ)救，加固后使混凝土梁強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。1978年法國(guó)斯貝西姆公司首次在我國(guó)采用了法國(guó)的STADUR-31建筑結(jié)構(gòu)膠對(duì)遼陽化工廠的部分混凝土梁進(jìn)行了粘貼鋼板加固補(bǔ)強(qiáng)。1983年中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所等單位研制的JGN建筑結(jié)構(gòu)膠通過鑒定，對(duì)我國(guó)的粘鋼技術(shù)的發(fā)展起到了極大的推動(dòng)作用。90年代初開始國(guó)內(nèi)一些學(xué)者相繼進(jìn)行了鋼筋混凝土柱的粘貼鋼板加固試驗(yàn)的分析和研究。1990年，四川省建筑科學(xué)研究院組織編寫了《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》（CECS25-90）[1]。1995年，萬墨林、韓繼云等提出了加固結(jié)構(gòu)與原普通結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)概念上的本質(zhì)差異，不同粘貼鋼板加固法要遵循的原則、設(shè)計(jì)構(gòu)造措施和施工要點(diǎn)[2]。1996年，顏德恒等對(duì)比理論計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)果，討論了粘貼鋼板加固的受力機(jī)理，分析了混凝土強(qiáng)度等級(jí)、厚度等設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)梁強(qiáng)度和剛度的影響[3]。1999年，高作平等對(duì)27根未加固與外包粘貼鋼板加固的短柱進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果顯示粘貼鋼板加固可以大幅度提高柱的承載力，采用的新加固材料與原柱有良好的整體工作性能，加固后的柱子能抗沖撞，有良好的外觀，而且施工工藝簡(jiǎn)便，占用空間小，工程費(fèi)用低。

3 結(jié)語

（1）粘貼鋼板加固偏心受壓鋼筋混凝土構(gòu)件的構(gòu)造布置、粘貼鋼板的錨固措施及布置與承載力計(jì)算的協(xié)調(diào)等，都是目前工程研究的重要問題。

（2）雖然對(duì)粘貼鋼板加固鋼筋混凝土構(gòu)件的試驗(yàn)研究成果己經(jīng)比較豐富，但主要集中在軸心受壓或?qū)σ淮问芰ζ氖軌簶?gòu)件的研究上，對(duì)于二次受力的混凝土偏心受壓柱粘貼鋼板加固的研究幾乎空白。二次受力粘貼鋼板加固的受力狀況和加固后構(gòu)件承載力的影響程度，都要通過大量實(shí)驗(yàn)來分析研究。盡管對(duì)于橋梁鋼筋混凝土偏心構(gòu)件，國(guó)內(nèi)加固設(shè)計(jì)規(guī)范列入了粘貼鋼板加固矩形截面鋼筋混凝土偏心受壓柱二次受力的設(shè)計(jì)計(jì)算公式，還主要是基于設(shè)計(jì)規(guī)范方法來考慮截面初應(yīng)力影響，需要通過大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

（3）在橋梁鋼筋混凝土偏心構(gòu)件加固計(jì)算方法上也存在深入不夠的問題，對(duì)公路橋梁混凝土受壓構(gòu)件的粘貼鋼板加固法，我國(guó)《公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T J22-2008）與《公路橋梁加固施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T J23-2008）都提出了加固設(shè)計(jì)方法與施工技術(shù)要求，其中加固設(shè)計(jì)計(jì)算方法是按橋梁加固兩階段受力圖式得到承載力復(fù)核公式，公式原理很明確，但是不方便在加固設(shè)計(jì)中使用，尤其是粘貼鋼板加固的截面設(shè)計(jì)計(jì)算，十分復(fù)雜。因此需要研究粘貼鋼板加固受壓構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)計(jì)算簡(jiǎn)化公式，以便應(yīng)用于實(shí)際工程。

（4）粘貼鋼板加固偏心受壓鋼筋混凝土構(gòu)件的受力實(shí)質(zhì)上是復(fù)合構(gòu)件受力，雖然不改變?cè)瓨?gòu)件的受力性質(zhì)，但加固粘貼的鋼板和原構(gòu)件受力的相互影響還需要深入研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì).混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范（CECS25：90）[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1985.

[2] 肖建平.橋梁工程施工[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016.

[3] 黃勤.粘鋼加固鋼筋混凝土梁受力機(jī)理的研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué)，1996.