钢筋混凝土梁锚粘钢板加固技术研究

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  【关键词】钢筋混凝土梁;锚粘钢板加固技术;施工工艺
  【中图分类号】TU375.1;U445.72【文献标识码】A【文章编号】1674-0688(2021)09-0080-03
  0 前言
   随着我国改革开放事业的不断推进,城市化发展脚步逐步加快,在这个过程中,建筑业得到了长足发展,如今建筑的改造与维修加固俨然成为建筑领域的一大热点。钢筋混凝土结构作为现阶段得到广泛推广的一种结构形式,其发展与应用已有百余年的历史,从某种意义上而言,钢筋混凝土是现代社会的重要基础。一般民用建筑中的设计目标为50年。伴随时间的发展,钢筋混凝土结构会逐渐出现老化、破损问题,其承载能力、刚度、稳定性等也会不断下降。基于此,自20世纪60年代以来业界便针对钢筋混凝土结构加固技术展开了广泛研究。钢筋混凝土结构加固,主要可分为两大方面:一方面是损坏的钢筋混凝土结构的修复,另一方面是钢筋混凝土结构的补强,以提升结构的抗力[1]。如今,常用的加固技术包括外包混凝土加固法、体外预应力加固法、改变传力路径的加固法、外包钢加固法、粘钢加固法、纤维复合材料加固法等,其中外包钢加固法、粘钢加固法凭借其基本不会增大原构件截面、尺寸,并可显著提升截面承载能力的优势,在钢筋混凝土结构加固中得到广泛应用,但也存在一系列不足,进而影响它们在工程中的应用范围。锚粘钢板加固技术,是在混凝土构件表面采用铆钉将钢板铆接于构件表面,以提升混凝土构件承载力的一项新型加固技术,并且它還是基于粘钢加固法所推出的可代替粘钢加固的方法。锚粘钢板加固技术不仅拥有粘钢加固方法的各项优点,而且施工便捷,可保障施工质量。本文将对钢筋混凝土梁锚粘钢板加固技术进行探索研究。
  1 桥梁常见病害
   现阶段,我国桥梁常见病害主要有以下几种类型。
  1.1 桥梁正常使用能力不足
   随着社会经济的不断发展,我国各地区交通网络日益密集,由此对现有桥梁使用功能提出了更严格的要求,并使得现有桥梁表现出正常使用能力不足的问题。比如,桥面宽度有限、桥梁线形标准偏低等难以适应交通网络不断发展密集的要求。
  1.2 桥梁设计施工不合理
   一些桥梁因为设计不合理,伴随投入使用时间较长,逐渐暴露出一系列缺陷、病害。同时,一些桥梁因为施工不合理或施工方式、方法落后,逐渐暴露各种病害问题。
  1.3 桥梁承载能力不足
   桥梁承载能力强弱受设计阶段选取的荷载等级很大的影响。对于部分早期设计建设的桥梁而言,承载能力有限,在现代交通的高负荷量下已不堪重负,并暴露出诸多严重的问题。
  1.4 桥梁加固手段不合理
   桥梁加固前应对其开展全方位的调查研究,进而采用有效措施,防止因加固不合理而影响桥梁使用性能。比如,在桥梁预应力加固改造中,选择预应力位置不合理,造成桥梁结构二次病害等。随着桥梁使用时间越来越长,桥梁使用承载能力、刚度等性能逐步降低,因而必须对旧桥梁开展相应的加固改造处理。
  2 常见钢筋混凝土梁加固技术
   在如今的建筑工程中,针对钢筋混凝土梁,常见的加固技术包括下述几种。
  2.1 外包混凝土加固法
   作为一项依托增大构件截面面积提升构件刚度、承载能力,进而满足正常使用要求的加固技术,外包混凝土加固法可广泛应用于混凝土梁的加固,特别适用于原截面尺寸相对偏小、轴压相对大的构件加固。加固结构与原结构可实现有效结合,承载与否,受两个部分结构结合后传递剪力能力很大的影响。为此,在加固设计中应切实关注加固结合面混凝土抗剪强度与混凝土本身强度。虽然该项技术施工工艺简单,适用范围广,但是现场工作量大,养护周期较长,并且会对结构自重及外观造成不同程度的影响,所以使得其在实际应用中受到了一定限制[2]。
  2.2 体外预应力加固法
   该项加固技术主要适用于简支梁、连续梁、悬臂梁等钢筋混凝土梁式桥。如果桥梁表现出承载能力不足或者有待提升荷载等级等结构缺陷时,应对桥梁主要受力结构予以加固,可于梁体外部装设钢筋或者钢丝束,并引入预应力,对桥梁受力状况进行改善,进而实现提升桥梁承载能力的效果。体外预应力加固结构的根本在于采用各类钢材作为施力工具,向桥梁上部结构施加体外预应力,以预加力形成的反弯矩部分对抵外荷载形成的内力,进一步实现改善桥梁使用性能并提升其承载能力的目的。
  2.3 改变传力路径的加固方法
   作为在原结构中增设支撑点或者改变原结构结构体系的加固技术,改变传力路径的加固方法可通过缩减所要加固构件的负荷,以显著提升结构构件的承载能力,保障结构安全性。该项加固技术便捷可靠,广泛适用于梁、板等结构的加固,不足之处在于要求大量占用原结构的空间,会对原结构使用功能造成一定影响。
  2.4 外包钢加固法
   作为在钢筋混凝土构件周围或者两个角区域包粘型钢的加固方法,外包钢加固法不仅不会增大构件截面尺寸,还可显著提升构件的承载能力,适用于梁、柱、墙等的加固。
  2.5 粘钢加固法
   该项加固技术是采用建筑结构胶将钢板粘贴于构件表面,实现钢板与原构件的有效结合,进而达到提升构件承载能力、刚度的目的。粘钢加固法施工工期短,加固后并不会对原结构外观、使用空间带来明显的影响,但是加固效果受胶粘工艺和操作水平的重要影响,适用于缺少配筋梁的简支梁板和无障碍的连续梁板加固。
  2.6 纤维复合材料加固法
   该加固技术是借助树脂类粘接材料将玻璃纤维、碳纤维等复合纤维材料粘贴与混凝土构件表面,凭借复合材料与构件的协同配合,进而提升构件的承载能力。纤维复合材料加固法适用范围广,加固后不会影响原结构自重、尺寸,不过对温度、湿度等环境及施工工艺提出了较为严格的要求,尤为适用于简支梁板及无障碍的连续梁板加固。   2.7 锚固钢板加固法
   作为一项在混凝土构件外部采用锚栓将钢板锚固于构件表面的加固技术,锚固钢板加固法可有效弥补粘钢加固法、粘纤加固法存在的不足,采用锚栓取代粘胶,施工便捷、连接可靠;不过钢板相较于钢筋存在显著的应力滞后现象,加之锚栓部位承受集中应力易產生较大裂缝,由此在一定程度上影响了锚栓性能的发挥。
  3 锚粘钢板加固技术
  3.1 锚粘钢板加固原理
   锚粘钢板加固法是基于粘钢加固法、锚钢加固法发展形成的,其是将过去的粘钢加固法和锚钢加固法进行有效结合,依托在混凝土构件表面采用异形铆钉,将粘贴在混凝土构件表面的钢板再铆接于混凝土构件表面的一项新型加固技术。通过将混凝土构件与钢板加固成一个有机整体,使混凝土构件与钢板可协同作用共同承载,进而可实现可靠的构件加固效果。锚粘钢板加固法集锚钢连接可靠、粘钢受力均匀的优势于一体,并且施工便捷、抗疲劳性能佳,尤为适用于重型承载结构的加固,包括吊车梁、桥梁等[3]。锚粘钢板加固法等同于增大梁侧受剪箍筋面积及梁底受拉钢筋面积,其原理近似于钢筋混凝土结构,粘胶、铆钉的加固作用主要是传递钢板与混凝土梁相互间的纵向剪力,以及避免钢板与混凝土梁相对分离。
  3.2 锚粘钢板加固优势
   长期以来,国内外加固工程施工广泛采用粘钢或者粘碳纤维的方式,结合前文而言,这些加固技术是将高强度的钢板或者碳纤维粘贴在加固构件上,使混凝土与钢板或者碳纤维形成一个新的整体,共同承载作用力,这一加固途径可实现良好的加固效果,但对温度、湿度等环境提出了较高的要求,并且钢板或者碳纤维极可能出现剥离破坏情况。相比较而言,锚粘钢板加固法表现出以下优势:一是加固钢板与梁相互间采用低性能胶粘,可弥补粘胶耐久性现阶段研究仍不足,并可有效防止钢板锈蚀。二是弥补了粘钢时端部应力集中极易出现剥离破坏的不足。三是操作便捷,对钢板、混凝土表面处理的工作量较少。四是梁板的协同受力主要通过混凝土抗压强度进行传递。
  4 钢筋混凝土梁锚粘钢板加固技术
   锚粘钢板加固技术在工程项目应用实践中,具有施工便捷的优势,不仅要追求施工效率,更要确保施工质量。值得一提的是,锚粘钢板加固技术的应用效果受加固材料与原材料连接的重要影响,如若连接材料难以满足设计要求,不仅不利于充分发挥加固材料的加固性能,更可能使得加固后的构件满足不了设计承载造成加固后的结构仍为危险结构。因而,在锚粘钢板加固技术应用实践中,必须提高对粘胶、铆钉两项影响因素的关注度。现结合相关工程项目,基于施工人员对锚粘钢板加固技术的应用经验,将锚粘钢板加固技术的施工工艺流程做如下总结。
  4.1 钢板条处理
   依照锚粘钢板要求的规格及尺寸,将钢板制成钢板条,通常情况下,钢板条的宽度应控制在150 mm以内,厚度应控制在5 mm以内,以防止铆钉发生弯曲破坏[4]。在钢板条处理过程中,应尽量采用冷轧方法进行处理,确保钢板条的平整度,切忌采用火焰切割,确保钢板条的力学性能不发生显著的改变。
  4.2 锚粘钢板加固
   为实现钢板与混凝土的有效粘贴,首先采用钢丝刷对钢板条上的锈迹进行清除,然后借助磨光机将钢板打磨出金属光泽,确保打磨纹路与钢板受力方向呈垂直状态。依据具体的铆钉数均匀分布沿钢板条中心线钻孔,孔距通常控制在构件跨度的1/20~1/15,但不可超过350 mm,孔径误差应控制在±0.7 mm;对于厚度在4 mm以下的钢板通常采用D-12铆钉、φ12 mm的钻头,对于厚度在4 mm以上的钢板,则通常采用D-14铆钉、φ14 mm的钻头[5]。依据设计要求在梁表面弹出钢板条安装线,为钢板就位创造便利,首先将混凝土松散层轻微凿除,使混凝土表层趋于平整,然后采用将与钢板粘贴面相连的混凝土打磨平整,并采用钢丝刷清除表面浮渣,若混凝土表面出现明显凹陷情况,可采用修补材料将表面修补平整,再次弹出钢板条安装线,接着采用空压机将钢板粘贴面吹干净。钢板的粘贴多采用无机粘贴胶,包括液剂、粉剂两组份,应切实依据实际要求比例调配,尽量采用机械搅拌,保证搅拌器中无水渍、油污。粘贴胶配置完毕后,借助抹刀将粘贴胶涂抹在经处理后的混凝土表面,涂抹厚度控制在1~3 mm,呈中间厚两边薄状态,接着将钢板依据弹好的墨线粘贴于预定部位。钢板在预定部位粘贴完毕后,应第一时间采用电锤对着钢板孔朝混凝土表面打孔,采用的打孔方式为由中间朝两边对称打孔,每打完一个孔后,要马上将孔吹干净,确保孔内没有混凝土残渣或灰尘,清理完转钻孔后,向孔内注入约孔深50%的粘贴胶,然后将铆钉头锥面朝钢板受拉方向,将铆钉打入孔中,露出钢板面的钉头控制在0~1.5 mm,每打一个孔,应同步开展注胶、打铆钉工作,然后打下一个铆钉[6]。在打入铆钉期间应有粘贴胶从孔口、钢板边缘挤压出的情况,以此保证孔内填满粘贴胶。
  4.3 加固防护处理
   锚粘钢板加固后,应依据设计要求开展加固面防护处理,若没有具体要求,可依据以下两种途径开展处理:一是对钢板条、混凝土表面松散物进行全面清除,并采用混凝土防护材料进行喷涂。二是对钢板条、混凝土表面松散物进行全面清除的同时,对钢板表面开展粗糙处理,采用相关处理剂对钢板及混凝土表面进行处理,并做一定厚度的高标号砂浆外粉层。
  5 结语
   总而言之,锚粘钢板加固技术是在粘钢、锚钢加固法基础上发展形成的一项新型加固技术,相较于粘钢、锚钢,锚粘钢板加固技术不论是在施工效率还是在加固效果上都有着十分突出的优势。在应用实践中,铆钉可为钢板提供可靠预拉应力,使钢板与原构件中的纵向钢筋或者箍筋变形统一,防止引发应变滞后现象。鉴于此,相关人员应围绕如何更有效实现锚粘钢板加固技术在钢筋混凝土梁加固中的应用进行探索研究,控制在各项影响因素,开展好钢板条处理、钢板表表面处理、混凝土表面处理、粘胶、打孔等一系列工作,促进加固处理收获理想的效果。
  参 考 文 献
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  [2]黄东辉.某广场钢筋混凝土梁粘贴钢板加固设计与施工[J].建材与装饰旬刊,2011,13(5):251-253.
  [3]高剑平,毕航,徐嘉明,等.锚贴钢板加固钢筋混凝土梁抗弯性能研究[J].工程抗震与加固改造,2012,34(6):120-124.
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