淺析粘貼鋼板加固橋梁的質(zhì)量
2015-07-29
橋梁是公路的主要組成部分，維護(hù)橋梁的使用狀態(tài)是確保公路暢通、行車安全的關(guān)鍵。然而，由于受到車輛以及各種環(huán)境因素的作用和影響，公路橋梁在使用期內(nèi)將產(chǎn)生一系列病害；隨著時間的推移，新建的橋梁終會成為舊橋。所以對這些橋梁進(jìn)行病害分析，提出相應(yīng)對策，進(jìn)行維修加固，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。目前，工程上常用的補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)主要有體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)、粘貼碳纖維技術(shù)、粘貼鋼板技術(shù)、增大主梁或主拱圈截面技術(shù)、種植鋼筋技術(shù)、新舊混凝土連接技術(shù)、裂縫修補(bǔ)技術(shù)、混凝土缺陷修補(bǔ)技術(shù)和噴射混凝土技術(shù)等等。
一、鋼與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度
1.1粘結(jié)抗剪試驗(yàn)
在C40級的混凝土立方體試塊上，用結(jié)構(gòu)膠粘合兩塊大小相同的鋼板，在結(jié)構(gòu)膠完全固化后。進(jìn)行剪切試驗(yàn)，結(jié)果表明，剪切破壞發(fā)生在混凝土，而不在粘結(jié)面上，混凝土的破壞面大于粘合面?？梢?，粘結(jié)抗剪強(qiáng)度大于混凝土的抗剪強(qiáng)度。
1.2 粘結(jié)抗拉試驗(yàn)
把兩塊鋼板對稱地粘結(jié)在C40級的混凝土立方體試塊上，進(jìn)行抗拉試驗(yàn)。結(jié)果表明，拉斷面發(fā)生在混凝土試塊上，而粘結(jié)面完好，混凝土的破壞面大于粘合面?？梢?，粘結(jié)抗拉強(qiáng)度大于混凝土的抗拉強(qiáng)度。
用結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)的鋼板與混凝土，無論其粘結(jié)抗剪，還是粘結(jié)抗拉，破壞均發(fā)生在混凝土，粘結(jié)強(qiáng)度取決于混凝土的自身強(qiáng)度。因此，鋼板與混凝土的粘結(jié)抗剪、粘結(jié)抗拉強(qiáng)度，可取等于混凝土的抗剪強(qiáng)度、軸心抗拉強(qiáng)度。
二、粘貼鋼板加固設(shè)計(jì)
為了提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗彎能力，一般在構(gòu)件的受拉緣的表面粘貼鋼板，使鋼板與原結(jié)構(gòu)形成整體來受力，此時以鋼板與混凝土粘結(jié)處的混凝土局部抗剪切強(qiáng)度控制設(shè)計(jì)。合理與安全的設(shè)計(jì)應(yīng)控制在鋼板發(fā)生屈服變形前，粘結(jié)處混凝土不出現(xiàn)剪切破壞。當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)的主拉應(yīng)力區(qū)斜筋不足，為了加固和增加結(jié)構(gòu)的抗剪切強(qiáng)度時，可將鋼板粘貼在結(jié)構(gòu)的側(cè)面，并垂直于剪切裂縫的方向斜向粘貼(斜度一般為45°~60°)，以承受主拉應(yīng)力。補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)時，鋼板可作為鋼筋的斷面來考慮，將鋼板換算成鋼筋，原有構(gòu)件承受恒載與活載，增加的鋼板承受原有構(gòu)件承受不了的那部分活載。在構(gòu)件設(shè)計(jì)時，加固用的鋼板可按實(shí)際需要采用不同的形狀，但鋼板的厚度必須比計(jì)算出的厚度大些。用于抗彎能力補(bǔ)強(qiáng)的鋼板尺寸應(yīng)盡可能薄而寬、厚度一般為4~6 mm，較薄的鋼板可有足夠的彈性來適應(yīng)構(gòu)件表面形狀。用于抗剪能力提高的鋼板厚度宜厚點(diǎn)，可依設(shè)計(jì)而定，一般采用10~15 mm。設(shè)計(jì)鋼板長度時，應(yīng)將鋼板的兩端延伸到低應(yīng)力區(qū)，以減少鋼板錨固端的粘結(jié)應(yīng)力集中，防止粘結(jié)部位構(gòu)件出現(xiàn)裂縫或粘貼鋼板被拉脫現(xiàn)象的發(fā)生。粘鋼法加固橋梁，如何確保鋼板和外加固構(gòu)件形成整體受力是加固成功與否的關(guān)鍵，所以，在補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)時，除應(yīng)考慮鋼板具有足夠的錨固長度、粘結(jié)劑具有足夠的粘結(jié)強(qiáng)度和耐久性外，為避免鋼板在自由端脫膠拉開，端部可用夾緊螺栓固定，或設(shè)置U型箍板、水平錨固板等，并在鋼板上按一定的距離用螺栓固定，確保鋼板與混凝土之間的粘結(jié)力滿足抗拉或抗剪強(qiáng)度的需要。
三、加固方案與施工工藝
3.1 施工材料
加固所用的粘結(jié)劑，必須粘結(jié)強(qiáng)度高、耐久性好、具有一定彈性。加固使用的鋼板，一般以3號鋼或16號錳鋼為宜。鋼板、連接螺栓及焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定采用。粘鋼加固結(jié)合面的粘結(jié)強(qiáng)度，除粘結(jié)劑本身強(qiáng)度應(yīng)確保外，主要取決于被加固構(gòu)件混凝土強(qiáng)度。因此，粘鋼加固基面的混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C15。對于受壓粘鋼加固，當(dāng)采用梁側(cè)粘鋼時，鋼板寬度不宜大于梁高的1/3。粘結(jié)鋼板在加固點(diǎn)外的錨固長度，除滿足計(jì)算值外，尚應(yīng)保證一定的構(gòu)造要求，同時錨固區(qū)尚宜增設(shè)U型箍板或螺栓等附加錨固措施。為防止鋼板銹蝕，延緩粘結(jié)劑的老化，鋼板表面應(yīng)作密封防水防腐處理。
3.2化學(xué)灌漿法修補(bǔ)裂縫
粘鋼加固前，對加固構(gòu)件基面產(chǎn)生的裂縫，可采用化學(xué)灌漿法進(jìn)行修補(bǔ)。即將公學(xué)材料配制的漿液，用壓送設(shè)備將其灌入混凝土構(gòu)件的裂縫內(nèi)，使其擴(kuò)散、固化。因固化后的化學(xué)漿液具有較高的粘結(jié)強(qiáng)度，能與混凝土較好粘結(jié)，從而增強(qiáng)了板的整體強(qiáng)度和耐久性，恢復(fù)板的使用功能，達(dá)到防銹補(bǔ)強(qiáng)的目的。
3.3梁的加固―粘鋼板加固法
粘鋼板加固法是用粘結(jié)劑(建筑結(jié)構(gòu)膠)將鋼板粘貼到梁需要加固的部位上，以提高結(jié)構(gòu)承載能力的一種方法。粘鋼板加固不僅補(bǔ)充了原構(gòu)件的鋼筋不足，而且還通過大面積的鋼板粘貼，有效地保護(hù)了原構(gòu)件的混凝土不再產(chǎn)生裂縫，并使已有的裂縫得到控制而不繼續(xù)擴(kuò)展，從而增強(qiáng)了原結(jié)構(gòu)的整體性，提高了原構(gòu)件的承載力。鋼板粘貼好后應(yīng)立即用卡具、支撐或臌脹螺栓等加以固定，并適當(dāng)加壓，以使膠液剛好從鋼板邊沿?cái)D出為度。若有局部不貼合處，可用木楔在鋼板與支撐裝置之間打入，將鋼板與混凝土表面壓實(shí)。臌脹螺栓一般兼作鋼板的永久附加錨固措施，其埋設(shè)孔洞應(yīng)于鋼板一起于涂膠前配鉆。目前使用的粘結(jié)劑都是在常溫20℃下固化，24h后即可拆除夾具并支撐，3d后加固構(gòu)件即可受力使用。注意在固化期間不得使鋼板有任何擾動。構(gòu)件的粘鋼加固質(zhì)量一般采用非破損檢驗(yàn)，外觀檢查鋼板邊緣的溢膠色澤、硬化程度，以小錘敲擊鋼板檢驗(yàn)鋼板的有效粘結(jié)面積。應(yīng)該使有效粘結(jié)面積錨固區(qū)不應(yīng)小于90%，非錨固區(qū)不應(yīng)小于70%。
3.4 加固施工要點(diǎn)
1）混凝土基面處理。先清理混凝土破損基面，鑿除松散混凝土；然后對外露銹蝕鋼筋進(jìn)行除銹，直至露出金屬光澤；再將混凝土基面或缺陷部分用清水清洗干凈，使基面保持干燥、無雜物；最后采用環(huán)氧混凝土對混凝土剝落位置進(jìn)行修補(bǔ)，修補(bǔ)混凝土必須與原混凝土保持平整、密實(shí)。
2）混凝土表面(粘貼面)處理。在需粘貼加固的混凝土表面鑿除2 mm-5 mm厚的表層砂漿及碳化層，使堅(jiān)實(shí)的混凝土石外露，并形成平整的粗糙面，表面不平處應(yīng)用尖鑿輕鑿整平，再用鋼絲刷刷毛，剔除表層疏松物，最后用無油壓縮空氣吹除表面粉塵或清水沖洗干凈，待完全干燥用脫脂棉蘸丙酮擦拭表面。
3）鋼板粘貼面處理。將鋼板條用方木支架架空平放，用磨光砂輪機(jī)或鋼絲刷磨機(jī)對粘貼面進(jìn)行除銹和粗糙處理，打磨粗糙度越大越好，打磨紋路應(yīng)與鋼板受力方向垂直；打磨完畢后先用干凈棉布將表面灰塵擦除，再用脫脂棉蘸丙酮將鋼板表面擦拭干凈。
4、質(zhì)量控制。為避免混凝土基面及鋼板粘貼面打磨產(chǎn)生的灰塵污染已處理好的粘貼面，打磨和清理作業(yè)均應(yīng)批量作業(yè)；為避免處理好的基面及鋼板粘貼面受到污染，應(yīng)盡量減短停放時間。
四、總結(jié)
總之，通過采取一定的技術(shù)措施對存在危險(xiǎn)的橋進(jìn)行改造加固，來延長它們的使用壽命是一種行之有效的低成本維修方法，如化學(xué)灌漿法、粘鋼板加固法。文中針對橋梁加固施工中常見的粘貼鋼板施工問題，分析了施工質(zhì)量的控制要點(diǎn)，為橋梁加固維修提供了一些參考意見。
