桥梁加固中粘贴钢板技术的应用分析
2015-06-18
粘贴钢板对梁的受拉薄弱区进行补强，是桥梁加固的主要方式之一。
1 粘贴钢板加固机理
对于主梁承载力不足,或纵向主筋出现严重锈蚀,或梁板桥的主梁出现严重横向裂缝时,可采用环氧树脂或建筑结构胶将钢板这一抗拉强度高的材料粘贴在混凝土结构的受拉缘或者薄弱部位,使之与原结构物形成整体共同受力,从而改善原结构钢筋及混凝土的应力状态,限制裂缝进一步发展，达到提高构件的抗弯、抗剪能力,提高桥梁承载能力的效果。
2 粘贴钢板加固力学特点
在适筋范围内, 随着荷载的增加, 原梁中钢筋屈服, 钢板随之也达到屈服, 随即混凝土被压碎破坏。
对粘钢加固受弯构件, 破坏前外贴钢板与混凝土之间具有较好的粘贴性能, 可以保证钢板与被加固构件间的共同工作, 并保证钢板达到屈服强度。但是, 进入破坏阶段后, 多数构件钢板与混凝土之间发生局部剥离, 沿板与混凝土交界面, 出现较长的顺筋裂缝, 混凝土被撕裂, 因此导致构件破坏。
对粘钢加固受剪构件, 构件的破坏类似于普通钢筋混凝土受剪构件, 首先出现斜裂缝, 然后裂缝不断发展, 钢板应力明显增大, 最后构件产生破坏。在构件受力过程的后期, 明显可以观察到锚固端的局部损伤, 甚至剥离。
3 粘贴钢板加固梁基本假定和计算图式:
3.1 一期荷载效应（自重和恒载效应）由原梁承担，结构处于弹性工作阶段，截面应力（或应变）按材料力学公式计算；二期荷载（活载和加固后的附加恒载）效应由加固后的截面承担。
3.2 不同受力阶段的截面变形均符合平截面假设。
3.3 在极限状态下，截面受压区边缘混凝土的应变达到极限值。截面受压区混凝土的应力按简化后的等效矩形应力图计算，其值为混凝土的抗压设计强度，矩形应力图高度取 。式中 为二期荷载效应作用后截面受压区的高度， 为受压区高度折减系数。
（4）在极限状态下，原梁受拉钢筋应力取抗拉强度设计值 ，受压钢筋应力取抗压强度设计值。
（5）在极限状态下，粘贴钢板的应力由其应变确定，即取 ，但应小于其抗拉强度设计值。式中， 为钢板的弹性模量，钢板应变应根据两阶段受力特点，由截面变形条件确定。
工字形、箱形以及空心板截面梁，在正截面强度计算中，均可按T 形截面处理。于是，对于T 形截面梁，根据上述基本假设，粘贴钢板加固桥梁正截面的抗弯承载力计算。
4 正截面抗弯极限承载能力计算
4.1第一类T形截面的抗弯承载力
第一类T形截面的中性轴在受压翼板内,受压区高度,受压区为矩形。由截面平衡条件(图1) ,可得第一类T 形截面的基本计算公式为:
(1)
(2)
公式适用条件为： (3)
4.2第二类T形截面的抗弯承载力
第二类T形截面的中性轴在梁肋内,受压区高度,受压区为T形。由截面平衡条件(图2) ,可得第二类T形截面的基本计算公式为:
(4)
公式适用条件为式（2），（3）
5 加固施工工艺
5.1灌浆裂缝施工工艺
5.1.1 混凝土表面处理:沿裂缝清理出5 cm 宽的密封区,打磨。
5.1.2 注入座粘结:用修补胶将DD 注入座粘在裂缝的中心。
5.1.3 密封:用修补胶密封注入座的周围,并沿裂缝按5 cm 宽进行密封。
5.1.4 密封材料固化。
5.1.5 安装注入器。
5.1.6 注入专用裂缝粘结剂。
5.1.7 注入材料的凝固。
5.2 植入锚固螺栓施工工艺
5.2.1 混凝土表面处理:清除表面杂质。
5.2.2 钻孔:按照直径和深度要求钻孔。
5.2.3 清孔:先用毛刷清孔内灰尘,再用清洁的压缩空气将孔内灰尘清干净。
5.2.4 填孔并植入螺栓。
5.2.5 留足够的时间让粘结剂固化。
5.3粘贴钢板施工顺序
5.3.1 施工前应对粘贴部位混凝土的表层含水率及所处环境温度进行测量。若混凝土表层含水率大于4 %则应采取措施,在达到要求后方可施工。施工前应按设计图纸,在加固部位放线定位。
5.3.2 应清除被加固构件表面疏松部分,至露出混凝土结构层。粘贴部位的混凝土,若表面坚实,也应去除浮浆层和油污等杂质,并打磨平整,直至露出集料新面,且平整度应达到5 mm/ m。表面打磨后,应用强力吹风器将表面粉尘清除干净。
5.3.3 经清理、打磨后的混凝土表面,若有凹陷处,应用修补胶找平。
5.3.4 粘结剂的配制,应按供应商提供的配比和工艺要求进行,且应有专人负责。调胶使用的工具应为低速搅拌器,搅拌均匀, 无气泡产生,并应防止灰尘等杂质进入。
5.3.5 粘结剂使用方法为:a.材料由主剂及硬化剂两部分组成,充分混合后即可使用。b. 粘结剂的主剂与硬化剂的比例为重量比2∶1 ,务必称量准确。c.将主剂和硬化剂倒在容器中,充分搅拌,混合使用。d.混合后材料便慢慢开始硬化,先必须确认使用时间。
5.3.6 修补胶施工方法为:a.在施工前将结合面清理干净,如表面潮湿,则用干燥机等将其吹干,对新混凝土,需要养生14 d 以上。b.接合、密封、填充。在粘合的两面涂抹修补胶后,立即接合在一起,如果作为填充材料使用时,使用刮子、抹子进行涂抹。c.养护。在材料尚未完全硬化之前按规定时间进行自然养护。
5.3.7 钢板外表面防锈防腐工艺:a. 底材表面达到St3 级以上,即完全手工和动力工具除锈,金属底材呈现金属光泽。b. 涂环氧防锈漆,厚度125 ,起阴极防护作用。c. 涂环氧防锈漆,厚度125 ,起屏蔽作用,耐化学污染。d. 涂可覆聚氨酯白面漆两道,每道厚度35 ,起耐久性作用。油漆要求采用寿命10 年以上的优质油漆,如JOTUN、安士丹等。
7 结论
7.1 粘贴钢板后，混凝土梁的极限承载能力有明显提高。
7.2 钢板粘贴加固的桥梁受力部位边缘,能约束混凝土变形，封闭粘贴部混凝土的裂缝和缺陷，有效的提高了加固构件的刚度和抗裂性。由于钢板拉压强度均很高，加上粘贴后的钢板主要承受活载，对于受弯、受剪和受拉构件的补强效果优于加大混凝土截面尺寸。
7.3 结合面处理和钻埋螺栓孔对原结构有一定损伤, 因此施工过程中严格按照设计要求进行施工,将损伤程度降到最低。
7.4 粘贴钢板由于重量轻, 操作便利, 易于控制工程质量，建议推广运用。
