淺析粘貼鋼板加固橋梁的質量
2015-07-29
橋梁是公路的主要組成部分，維護橋梁的使用狀態(tài)是確保公路暢通、行車安全的關鍵。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將產生一系列病害；隨著時間的推移，新建的橋梁終會成為舊橋。所以對這些橋梁進行病害分析，提出相應對策，進行維修加固，具有顯著的經濟效益和社會效益。目前，工程上常用的補強加固技術主要有體外預應力技術、粘貼碳纖維技術、粘貼鋼板技術、增大主梁或主拱圈截面技術、種植鋼筋技術、新舊混凝土連接技術、裂縫修補技術、混凝土缺陷修補技術和噴射混凝土技術等等。
一、鋼與混凝土的粘結強度
1.1粘結抗剪試驗
在C40級的混凝土立方體試塊上，用結構膠粘合兩塊大小相同的鋼板，在結構膠完全固化后。進行剪切試驗，結果表明，剪切破壞發(fā)生在混凝土，而不在粘結面上，混凝土的破壞面大于粘合面?？梢?，粘結抗剪強度大于混凝土的抗剪強度。
1.2 粘結抗拉試驗
把兩塊鋼板對稱地粘結在C40級的混凝土立方體試塊上，進行抗拉試驗。結果表明，拉斷面發(fā)生在混凝土試塊上，而粘結面完好，混凝土的破壞面大于粘合面?？梢姡辰Y抗拉強度大于混凝土的抗拉強度。
用結構膠粘結的鋼板與混凝土，無論其粘結抗剪，還是粘結抗拉，破壞均發(fā)生在混凝土，粘結強度取決于混凝土的自身強度。因此，鋼板與混凝土的粘結抗剪、粘結抗拉強度，可取等于混凝土的抗剪強度、軸心抗拉強度。
二、粘貼鋼板加固設計
為了提高橋梁結構的抗彎能力，一般在構件的受拉緣的表面粘貼鋼板，使鋼板與原結構形成整體來受力，此時以鋼板與混凝土粘結處的混凝土局部抗剪切強度控制設計。合理與安全的設計應控制在鋼板發(fā)生屈服變形前，粘結處混凝土不出現剪切破壞。當橋梁結構的主拉應力區(qū)斜筋不足，為了加固和增加結構的抗剪切強度時，可將鋼板粘貼在結構的側面，并垂直于剪切裂縫的方向斜向粘貼(斜度一般為45°~60°)，以承受主拉應力。補強設計時，鋼板可作為鋼筋的斷面來考慮，將鋼板換算成鋼筋，原有構件承受恒載與活載，增加的鋼板承受原有構件承受不了的那部分活載。在構件設計時，加固用的鋼板可按實際需要采用不同的形狀，但鋼板的厚度必須比計算出的厚度大些。用于抗彎能力補強的鋼板尺寸應盡可能薄而寬、厚度一般為4~6 mm，較薄的鋼板可有足夠的彈性來適應構件表面形狀。用于抗剪能力提高的鋼板厚度宜厚點，可依設計而定，一般采用10~15 mm。設計鋼板長度時，應將鋼板的兩端延伸到低應力區(qū)，以減少鋼板錨固端的粘結應力集中，防止粘結部位構件出現裂縫或粘貼鋼板被拉脫現象的發(fā)生。粘鋼法加固橋梁，如何確保鋼板和外加固構件形成整體受力是加固成功與否的關鍵，所以，在補強設計時，除應考慮鋼板具有足夠的錨固長度、粘結劑具有足夠的粘結強度和耐久性外，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力滿足抗拉或抗剪強度的需要。
三、加固方案與施工工藝
3.1 施工材料
加固所用的粘結劑，必須粘結強度高、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度設計值，應按現行國家標準《鋼結構設計規(guī)范》規(guī)定采用。粘鋼加固結合面的粘結強度，除粘結劑本身強度應確保外，主要取決于被加固構件混凝土強度。因此，粘鋼加固基面的混凝土強度等級不應低于C15。對于受壓粘鋼加固，當采用梁側粘鋼時，鋼板寬度不宜大于梁高的1/3。粘結鋼板在加固點外的錨固長度，除滿足計算值外，尚應保證一定的構造要求，同時錨固區(qū)尚宜增設U型箍板或螺栓等附加錨固措施。為防止鋼板銹蝕，延緩粘結劑的老化，鋼板表面應作密封防水防腐處理。
3.2化學灌漿法修補裂縫
粘鋼加固前，對加固構件基面產生的裂縫，可采用化學灌漿法進行修補。即將公學材料配制的漿液，用壓送設備將其灌入混凝土構件的裂縫內，使其擴散、固化。因固化后的化學漿液具有較高的粘結強度，能與混凝土較好粘結，從而增強了板的整體強度和耐久性，恢復板的使用功能，達到防銹補強的目的。
3.3梁的加固―粘鋼板加固法
粘鋼板加固法是用粘結劑(建筑結構膠)將鋼板粘貼到梁需要加固的部位上，以提高結構承載能力的一種方法。粘鋼板加固不僅補充了原構件的鋼筋不足，而且還通過大面積的鋼板粘貼，有效地保護了原構件的混凝土不再產生裂縫，并使已有的裂縫得到控制而不繼續(xù)擴展，從而增強了原結構的整體性，提高了原構件的承載力。鋼板粘貼好后應立即用卡具、支撐或臌脹螺栓等加以固定，并適當加壓，以使膠液剛好從鋼板邊沿擠出為度。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。臌脹螺栓一般兼作鋼板的永久附加錨固措施，其埋設孔洞應于鋼板一起于涂膠前配鉆。目前使用的粘結劑都是在常溫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。構件的粘鋼加固質量一般采用非破損檢驗，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鋼板的有效粘結面積。應該使有效粘結面積錨固區(qū)不應小于90%，非錨固區(qū)不應小于70%。
3.4 加固施工要點
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行修補，修補混凝土必須與原混凝土保持平整、密實。
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，使堅實的混凝土石外露，并形成平整的粗糙面，表面不平處應用尖鑿輕鑿整平，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，用磨光砂輪機或鋼絲刷磨機對粘貼面進行除銹和粗糙處理，打磨粗糙度越大越好，打磨紋路應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、質量控制。為避免混凝土基面及鋼板粘貼面打磨產生的灰塵污染已處理好的粘貼面，打磨和清理作業(yè)均應批量作業(yè)；為避免處理好的基面及鋼板粘貼面受到污染，應盡量減短停放時間。
四、總結
總之，通過采取一定的技術措施對存在危險的橋進行改造加固，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，分析了施工質量的控制要點，為橋梁加固維修提供了一些參考意見。
