鋼筋混凝土梁錨粘鋼板加固技術(shù)研究

賈斌

【關(guān)鍵詞】鋼筋混凝土梁;錨粘鋼板加固技術(shù);施工工藝

【中圖分類號】TU375.1;U445.72【文獻標(biāo)識碼】A【文章編號】1674-0688（2021）09-0080-03

0 前言

隨著我國改革開放事業(yè)的不斷推進，城市化發(fā)展腳步逐步加快，在這個過程中，建筑業(yè)得到了長足發(fā)展，如今建筑的改造與維修加固儼然成為建筑領(lǐng)域的一大熱點。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)作為現(xiàn)階段得到廣泛推廣的一種結(jié)構(gòu)形式，其發(fā)展與應(yīng)用已有百余年的歷史，從某種意義上而言，鋼筋混凝土是現(xiàn)代社會的重要基礎(chǔ)。一般民用建筑中的設(shè)計目標(biāo)為50年。伴隨時間的發(fā)展，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)會逐漸出現(xiàn)老化、破損問題，其承載能力、剛度、穩(wěn)定性等也會不斷下降?；诖?，自20世紀60年代以來業(yè)界便針對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)展開了廣泛研究。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固，主要可分為兩大方面：一方面是損壞的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的修復(fù)，另一方面是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的補強，以提升結(jié)構(gòu)的抗力[1]。如今，常用的加固技術(shù)包括外包混凝土加固法、體外預(yù)應(yīng)力加固法、改變傳力路徑的加固法、外包鋼加固法、粘鋼加固法、纖維復(fù)合材料加固法等，其中外包鋼加固法、粘鋼加固法憑借其基本不會增大原構(gòu)件截面、尺寸，并可顯著提升截面承載能力的優(yōu)勢，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固中得到廣泛應(yīng)用，但也存在一系列不足，進而影響它們在工程中的應(yīng)用范圍。錨粘鋼板加固技術(shù)，是在混凝土構(gòu)件表面采用鉚釘將鋼板鉚接于構(gòu)件表面，以提升混凝土構(gòu)件承載力的一項新型加固技術(shù)，并且它還是基于粘鋼加固法所推出的可代替粘鋼加固的方法。錨粘鋼板加固技術(shù)不僅擁有粘鋼加固方法的各項優(yōu)點，而且施工便捷，可保障施工質(zhì)量。本文將對鋼筋混凝土梁錨粘鋼板加固技術(shù)進行探索研究。

1 橋梁常見病害

現(xiàn)階段，我國橋梁常見病害主要有以下幾種類型。

1.1 橋梁正常使用能力不足

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國各地區(qū)交通網(wǎng)絡(luò)日益密集，由此對現(xiàn)有橋梁使用功能提出了更嚴格的要求，并使得現(xiàn)有橋梁表現(xiàn)出正常使用能力不足的問題。比如，橋面寬度有限、橋梁線形標(biāo)準偏低等難以適應(yīng)交通網(wǎng)絡(luò)不斷發(fā)展密集的要求。

1.2 橋梁設(shè)計施工不合理

一些橋梁因為設(shè)計不合理，伴隨投入使用時間較長，逐漸暴露出一系列缺陷、病害。同時，一些橋梁因為施工不合理或施工方式、方法落后，逐漸暴露各種病害問題。

1.3 橋梁承載能力不足

橋梁承載能力強弱受設(shè)計階段選取的荷載等級很大的影響。對于部分早期設(shè)計建設(shè)的橋梁而言，承載能力有限，在現(xiàn)代交通的高負荷量下已不堪重負，并暴露出諸多嚴重的問題。

1.4 橋梁加固手段不合理

橋梁加固前應(yīng)對其開展全方位的調(diào)查研究，進而采用有效措施，防止因加固不合理而影響橋梁使用性能。比如，在橋梁預(yù)應(yīng)力加固改造中，選擇預(yù)應(yīng)力位置不合理，造成橋梁結(jié)構(gòu)二次病害等。隨著橋梁使用時間越來越長，橋梁使用承載能力、剛度等性能逐步降低，因而必須對舊橋梁開展相應(yīng)的加固改造處理。

2 常見鋼筋混凝土梁加固技術(shù)

在如今的建筑工程中，針對鋼筋混凝土梁，常見的加固技術(shù)包括下述幾種。

2.1 外包混凝土加固法

作為一項依托增大構(gòu)件截面面積提升構(gòu)件剛度、承載能力，進而滿足正常使用要求的加固技術(shù)，外包混凝土加固法可廣泛應(yīng)用于混凝土梁的加固，特別適用于原截面尺寸相對偏小、軸壓相對大的構(gòu)件加固。加固結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)有效結(jié)合，承載與否，受兩個部分結(jié)構(gòu)結(jié)合后傳遞剪力能力很大的影響。為此，在加固設(shè)計中應(yīng)切實關(guān)注加固結(jié)合面混凝土抗剪強度與混凝土本身強度。雖然該項技術(shù)施工工藝簡單，適用范圍廣，但是現(xiàn)場工作量大，養(yǎng)護周期較長，并且會對結(jié)構(gòu)自重及外觀造成不同程度的影響，所以使得其在實際應(yīng)用中受到了一定限制[2]。

2.2 體外預(yù)應(yīng)力加固法

該項加固技術(shù)主要適用于簡支梁、連續(xù)梁、懸臂梁等鋼筋混凝土梁式橋。如果橋梁表現(xiàn)出承載能力不足或者有待提升荷載等級等結(jié)構(gòu)缺陷時，應(yīng)對橋梁主要受力結(jié)構(gòu)予以加固，可于梁體外部裝設(shè)鋼筋或者鋼絲束，并引入預(yù)應(yīng)力，對橋梁受力狀況進行改善，進而實現(xiàn)提升橋梁承載能力的效果。體外預(yù)應(yīng)力加固結(jié)構(gòu)的根本在于采用各類鋼材作為施力工具，向橋梁上部結(jié)構(gòu)施加體外預(yù)應(yīng)力，以預(yù)加力形成的反彎矩部分對抵外荷載形成的內(nèi)力，進一步實現(xiàn)改善橋梁使用性能并提升其承載能力的目的。

2.3 改變傳力路徑的加固方法

作為在原結(jié)構(gòu)中增設(shè)支撐點或者改變原結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)體系的加固技術(shù)，改變傳力路徑的加固方法可通過縮減所要加固構(gòu)件的負荷，以顯著提升結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力，保障結(jié)構(gòu)安全性。該項加固技術(shù)便捷可靠，廣泛適用于梁、板等結(jié)構(gòu)的加固，不足之處在于要求大量占用原結(jié)構(gòu)的空間，會對原結(jié)構(gòu)使用功能造成一定影響。

2.4 外包鋼加固法

作為在鋼筋混凝土構(gòu)件周圍或者兩個角區(qū)域包粘型鋼的加固方法，外包鋼加固法不僅不會增大構(gòu)件截面尺寸，還可顯著提升構(gòu)件的承載能力，適用于梁、柱、墻等的加固。

2.5 粘鋼加固法

該項加固技術(shù)是采用建筑結(jié)構(gòu)膠將鋼板粘貼于構(gòu)件表面，實現(xiàn)鋼板與原構(gòu)件的有效結(jié)合，進而達到提升構(gòu)件承載能力、剛度的目的。粘鋼加固法施工工期短，加固后并不會對原結(jié)構(gòu)外觀、使用空間帶來明顯的影響，但是加固效果受膠粘工藝和操作水平的重要影響，適用于缺少配筋梁的簡支梁板和無障礙的連續(xù)梁板加固。

2.6 纖維復(fù)合材料加固法

該加固技術(shù)是借助樹脂類粘接材料將玻璃纖維、碳纖維等復(fù)合纖維材料粘貼與混凝土構(gòu)件表面，憑借復(fù)合材料與構(gòu)件的協(xié)同配合，進而提升構(gòu)件的承載能力。纖維復(fù)合材料加固法適用范圍廣，加固后不會影響原結(jié)構(gòu)自重、尺寸，不過對溫度、濕度等環(huán)境及施工工藝提出了較為嚴格的要求，尤為適用于簡支梁板及無障礙的連續(xù)梁板加固。

2.7 錨固鋼板加固法

作為一項在混凝土構(gòu)件外部采用錨栓將鋼板錨固于構(gòu)件表面的加固技術(shù)，錨固鋼板加固法可有效彌補粘鋼加固法、粘纖加固法存在的不足，采用錨栓取代粘膠，施工便捷、連接可靠;不過鋼板相較于鋼筋存在顯著的應(yīng)力滯后現(xiàn)象，加之錨栓部位承受集中應(yīng)力易產(chǎn)生較大裂縫，由此在一定程度上影響了錨栓性能的發(fā)揮。

3 錨粘鋼板加固技術(shù)

3.1 錨粘鋼板加固原理

錨粘鋼板加固法是基于粘鋼加固法、錨鋼加固法發(fā)展形成的，其是將過去的粘鋼加固法和錨鋼加固法進行有效結(jié)合，依托在混凝土構(gòu)件表面采用異形鉚釘，將粘貼在混凝土構(gòu)件表面的鋼板再鉚接于混凝土構(gòu)件表面的一項新型加固技術(shù)。通過將混凝土構(gòu)件與鋼板加固成一個有機整體，使混凝土構(gòu)件與鋼板可協(xié)同作用共同承載，進而可實現(xiàn)可靠的構(gòu)件加固效果。錨粘鋼板加固法集錨鋼連接可靠、粘鋼受力均勻的優(yōu)勢于一體，并且施工便捷、抗疲勞性能佳，尤為適用于重型承載結(jié)構(gòu)的加固，包括吊車梁、橋梁等[3]。錨粘鋼板加固法等同于增大梁側(cè)受剪箍筋面積及梁底受拉鋼筋面積，其原理近似于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，粘膠、鉚釘?shù)募庸套饔弥饕莻鬟f鋼板與混凝土梁相互間的縱向剪力，以及避免鋼板與混凝土梁相對分離。

3.2 錨粘鋼板加固優(yōu)勢

長期以來，國內(nèi)外加固工程施工廣泛采用粘鋼或者粘碳纖維的方式，結(jié)合前文而言，這些加固技術(shù)是將高強度的鋼板或者碳纖維粘貼在加固構(gòu)件上，使混凝土與鋼板或者碳纖維形成一個新的整體，共同承載作用力，這一加固途徑可實現(xiàn)良好的加固效果，但對溫度、濕度等環(huán)境提出了較高的要求，并且鋼板或者碳纖維極可能出現(xiàn)剝離破壞情況。相比較而言，錨粘鋼板加固法表現(xiàn)出以下優(yōu)勢：一是加固鋼板與梁相互間采用低性能膠粘，可彌補粘膠耐久性現(xiàn)階段研究仍不足，并可有效防止鋼板銹蝕。二是彌補了粘鋼時端部應(yīng)力集中極易出現(xiàn)剝離破壞的不足。三是操作便捷，對鋼板、混凝土表面處理的工作量較少。四是梁板的協(xié)同受力主要通過混凝土抗壓強度進行傳遞。

4 鋼筋混凝土梁錨粘鋼板加固技術(shù)

錨粘鋼板加固技術(shù)在工程項目應(yīng)用實踐中，具有施工便捷的優(yōu)勢，不僅要追求施工效率，更要確保施工質(zhì)量。值得一提的是，錨粘鋼板加固技術(shù)的應(yīng)用效果受加固材料與原材料連接的重要影響，如若連接材料難以滿足設(shè)計要求，不僅不利于充分發(fā)揮加固材料的加固性能，更可能使得加固后的構(gòu)件滿足不了設(shè)計承載造成加固后的結(jié)構(gòu)仍為危險結(jié)構(gòu)。因而，在錨粘鋼板加固技術(shù)應(yīng)用實踐中，必須提高對粘膠、鉚釘兩項影響因素的關(guān)注度?，F(xiàn)結(jié)合相關(guān)工程項目，基于施工人員對錨粘鋼板加固技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)驗，將錨粘鋼板加固技術(shù)的施工工藝流程做如下總結(jié)。

4.1 鋼板條處理

依照錨粘鋼板要求的規(guī)格及尺寸，將鋼板制成鋼板條，通常情況下，鋼板條的寬度應(yīng)控制在150 mm以內(nèi)，厚度應(yīng)控制在5 mm以內(nèi)，以防止鉚釘發(fā)生彎曲破壞[4]。在鋼板條處理過程中，應(yīng)盡量采用冷軋方法進行處理，確保鋼板條的平整度，切忌采用火焰切割，確保鋼板條的力學(xué)性能不發(fā)生顯著的改變。

4.2 錨粘鋼板加固

為實現(xiàn)鋼板與混凝土的有效粘貼，首先采用鋼絲刷對鋼板條上的銹跡進行清除，然后借助磨光機將鋼板打磨出金屬光澤，確保打磨紋路與鋼板受力方向呈垂直狀態(tài)。依據(jù)具體的鉚釘數(shù)均勻分布沿鋼板條中心線鉆孔，孔距通?？刂圃跇?gòu)件跨度的1/20～1/15，但不可超過350 mm，孔徑誤差應(yīng)控制在±0.7 mm;對于厚度在4 mm以下的鋼板通常采用D-12鉚釘、φ12 mm的鉆頭，對于厚度在4 mm以上的鋼板，則通常采用D-14鉚釘、φ14 mm的鉆頭[5]。依據(jù)設(shè)計要求在梁表面彈出鋼板條安裝線，為鋼板就位創(chuàng)造便利，首先將混凝土松散層輕微鑿除，使混凝土表層趨于平整，然后采用將與鋼板粘貼面相連的混凝土打磨平整，并采用鋼絲刷清除表面浮渣，若混凝土表面出現(xiàn)明顯凹陷情況，可采用修補材料將表面修補平整，再次彈出鋼板條安裝線，接著采用空壓機將鋼板粘貼面吹干凈。鋼板的粘貼多采用無機粘貼膠，包括液劑、粉劑兩組份，應(yīng)切實依據(jù)實際要求比例調(diào)配，盡量采用機械攪拌，保證攪拌器中無水漬、油污。粘貼膠配置完畢后，借助抹刀將粘貼膠涂抹在經(jīng)處理后的混凝土表面，涂抹厚度控制在1～3 mm，呈中間厚兩邊薄狀態(tài)，接著將鋼板依據(jù)彈好的墨線粘貼于預(yù)定部位。鋼板在預(yù)定部位粘貼完畢后，應(yīng)第一時間采用電錘對著鋼板孔朝混凝土表面打孔，采用的打孔方式為由中間朝兩邊對稱打孔，每打完一個孔后，要馬上將孔吹干凈，確?？變?nèi)沒有混凝土殘渣或灰塵，清理完轉(zhuǎn)鉆孔后，向孔內(nèi)注入約孔深50%的粘貼膠，然后將鉚釘頭錐面朝鋼板受拉方向，將鉚釘打入孔中，露出鋼板面的釘頭控制在0～1.5 mm，每打一個孔，應(yīng)同步開展注膠、打鉚釘工作，然后打下一個鉚釘[6]。在打入鉚釘期間應(yīng)有粘貼膠從孔口、鋼板邊緣擠壓出的情況，以此保證孔內(nèi)填滿粘貼膠。

4.3 加固防護處理

錨粘鋼板加固后，應(yīng)依據(jù)設(shè)計要求開展加固面防護處理，若沒有具體要求，可依據(jù)以下兩種途徑開展處理：一是對鋼板條、混凝土表面松散物進行全面清除，并采用混凝土防護材料進行噴涂。二是對鋼板條、混凝土表面松散物進行全面清除的同時，對鋼板表面開展粗糙處理，采用相關(guān)處理劑對鋼板及混凝土表面進行處理，并做一定厚度的高標(biāo)號砂漿外粉層。

5 結(jié)語

總而言之，錨粘鋼板加固技術(shù)是在粘鋼、錨鋼加固法基礎(chǔ)上發(fā)展形成的一項新型加固技術(shù)，相較于粘鋼、錨鋼，錨粘鋼板加固技術(shù)不論是在施工效率還是在加固效果上都有著十分突出的優(yōu)勢。在應(yīng)用實踐中，鉚釘可為鋼板提供可靠預(yù)拉應(yīng)力，使鋼板與原構(gòu)件中的縱向鋼筋或者箍筋變形統(tǒng)一，防止引發(fā)應(yīng)變滯后現(xiàn)象。鑒于此，相關(guān)人員應(yīng)圍繞如何更有效實現(xiàn)錨粘鋼板加固技術(shù)在鋼筋混凝土梁加固中的應(yīng)用進行探索研究，控制在各項影響因素，開展好鋼板條處理、鋼板表表面處理、混凝土表面處理、粘膠、打孔等一系列工作，促進加固處理收獲理想的效果。

參 考 文 獻

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