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多層粘鋼加固應用探討結構由于使用年限增長、使用功能的改變,會出現耐久性降低、承載力不足的情況,終產生結構病害。至此導致混凝土結構加固補強在近幾年得到了長足的發(fā)展,根據有關實驗研究及理論分析目前主流混凝土加固技術可分為增大截面加固、外包剛加固、預應力加固以及改變結構體系加固等方法。近年來,隨著我國建筑的老齡化的加劇,包括房屋、橋梁、隧道等結構在內,病害發(fā)生率正呈現上升的趨勢。結構加固的興起,為病害結構帶來了解決方案,對資源的可持續(xù)發(fā)展有著重要意義。
粘鋼加固是當前結構加固中常用的方法之一,它利用高強度結構膠粘劑,將鋼板粘貼至混凝土表面,與混凝土共同受力達到加固補強的目的。據工程項目統計,無論是在使用量還是使用范圍上,粘鋼加固都要多于纖維復合材加固與外粘型鋼加固。粘鋼加固優(yōu)點多,適用范圍廣,在各個領域中都有應用。長久以來,由于利用鋼板與碳纖維布加固有較高的相似程度,因此二者經常被互相參照、對比。碳纖維布加固中,存在多層運用的情況,粘鋼加固是否同樣適用呢?
粘鋼厚度的確定
在粘鋼加固中,加固鋼板的厚度與截面承載力提高幅度有直接的關聯。房屋加固方法有很多,很多人選擇粘鋼加固皆因為:(1)有針對性地對構件進行加固補強。鋼板厚度的計算過程,類似于鋼筋混凝土結構中鋼筋的用量計算。當采用鋼板對混凝土受彎構件加固例如混凝土梁加固時,首先需要通過加固后構件彎矩值求出混凝土受壓區(qū)高度,再通過受壓區(qū)高度計算出加固鋼板所需截面面積,后根據梁體寬度確定合理鋼板寬度,算出所需鋼板厚度。
經過上述計算過程,便可以求證出鋼板的厚度,但并不能夠代表可以無限增加鋼板厚度來無限制的提高結構承載力。0,且對A、B類鋼筋混凝土結構,原構件的材料強度設計值和抗震承載力,應按現行國家標準《建筑抗震鑒定標準》的有關規(guī)定采用。鋼板過厚,易導致鋼板與混凝土基材間發(fā)生粘結的劈裂破壞,使加固失效;另一方面考慮到結構整體的安全性,以及控制加固后構件的裂縫與變形,鋼板的厚度不應大于10mm。
多層粘鋼加固分析
從鋼板厚度的要求我們可以看出,多層鋼板要比多層碳布限制更多,而對于鋼板來說,無論是單層鋼板還是多層鋼板,厚度上同樣都有10mm的高限制,為何還要采用多層鋼板?這是由于根據大量工程經驗來看,厚度較高的鋼板,不宜采用人工施工的方式,規(guī)范也要求,采用人工涂膠粘貼鋼板的厚度不應大于5mm,大于5mm的情況下,應采用壓力注膠的形式,與外粘型鋼加固法較為類似。(4)采用本規(guī)范規(guī)定的膠粘劑粘貼鋼板加固混凝土構件時,其長期使用的環(huán)境溫度不應高于60℃。
也就是說,當我們根據計算,得出5mm厚鋼板無法滿足加固需求時,若要采用單層鋼板的形式,就需要采用注膠機進行注膠施工,相對常規(guī)粘鋼加固來說要稍顯繁瑣。多層粘鋼,便在一定程度上彌補了這樣的問題,在實際操作中,也有較多的使用。
然而,多層粘鋼是否能夠起到理想效果,還是有待商榷的。其外觀質量和尺寸偏差,應按現行國家標準《鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范》等的規(guī)定見證取樣做安全性能復檢,其質量必須符合設計和合同規(guī)定標注的要求。類似于多層碳布,多層粘鋼從第二層起(包含第二層),鋼板提供的強度便會發(fā)生折減,造成同樣10mm厚,多層粘鋼提供強度低于單層粘鋼提供強度的現象;受彎構件粘貼鋼板時,鋼板兩端由于邊緣效應會產生應力集中,是粘鋼中薄弱的部位,尤其對于多層粘鋼更是如此,因此在多層粘鋼加固中,必須高度重視鋼板端部錨固措施,防止發(fā)生剝離破壞。
多層粘鋼加固,對于所用粘鋼膠,也是一種考驗。膠體性能直接影響到鋼板是否能與基材形成整體,以及鋼板與鋼板間不發(fā)生剝離破壞有直接關系。
建筑加固改造采用粘鋼加固需具備哪些條件粘鋼加固施工建筑加固改造廣泛應用的加固方法之一,它是指用特的粘鋼結構膠,將鋼板粘貼在鋼筋混凝土等被加固構件上,相當于對被加固構件進行了體外配筋,能達到加固和增強原結構強度和剛度的目的,對構件裂縫展開及撓度發(fā)展也有抑制作用。鋼板粘貼結束后,為了讓鋼板固定,施工的3天內不要擾動鋼板,由于鋼板容易出現腐蝕的現象,可以用水泥砂漿涂抹在鋼板表面,厚度控制在20毫米,相當于涂抹了一層防腐蝕保護膜,除了涂抹水泥砂漿,也可以涂抹防銹漆。
建筑加固改造采用粘鋼加固方法加固需具備以下幾個條件:
(1)采用粘鋼加固的混凝土結構構件,混凝土強度等級不需低于C15,受力結構表面的正拉粘結強度不需低于1.5MPa。若規(guī)范或設計有要求時,還應滿足相應規(guī)范的規(guī)定。
(2)粘鋼加固的承重構件忌在復雜的應力狀態(tài)下工作,故采用粘貼鋼板加固鋼筋混凝土結構構件時,鋼板受力方式應設計成僅承受軸向應力作用。
(3)粘鋼加固施工宜在環(huán)境溫度5-35℃、建筑的使用環(huán)境濕度不大于90%的條件下進行,且受力構件表面溫度也不宜高于35℃。當以上條件不能滿足時,應采取相應措施予以保證施工質量。
(4)粘鋼加固的構件部位的混凝土,其表層含水率不應大于4%。對含水率超限或澆筑不滿90d的混凝土需粘鋼時,應進行人工干燥處理。
(5)為了延緩膠層老化,防止鋼板銹蝕,在鋼板及鄰接混凝土表面,應進行防水防腐處理。接下來我們進一步討論粘鋼法如何提高混凝土梁的承載力以及使用粘鋼法都有哪些注意事項。當用M15加乳膠水泥砂漿抹面作保護層時(應加鋼絲網防裂),其厚度對于梁不應小于25mm,對于板不應小于15mm。也可采用其他具有防腐蝕和防火性能的飾面材料加以保護。
(6)采用粘鋼加固時,應采取措施盡量卸載。其目的是減少二次受力的影響,也就是降低鋼板的滯后應變,使得加固后的鋼板能充分發(fā)揮強度。
那么粘鋼加固方法一般會在什么建筑加固情況下被應用呢
1. 提高混凝土標號達不到的結構強度;
2. 鋼筋焊接點斷裂或施工漏放鋼筋加固;
3. 炸沖擊波破壞梁體加固;
4. 舊房改造加固或加層抗震加固;
5. 火災后梁柱砼燒壞加固;
6. 懸掛式吊車梁提高荷載加固 ;
7. 梁柱受化學腐蝕的粘鋼加固;
8. 橋式吊車梁加固 ;橋梁斷裂、舊橋維修加固等。
少了這一步,粘鋼加固效果降低90%
HM-120M粘鋼灌注膠的使用說明書,粘鋼灌注膠使用流程:鉆孔-表面處理-固定鋼板-封縫及排氣設置-配膠及灌膠-固化養(yǎng)護-檢驗-防腐處理。
粘鋼加固后必須做防腐處理,防腐處理:型鋼表面(混凝土表面)應該抹厚度不小于25mm的高強度等級水泥砂漿(應加鋼絲防裂)作為保護層,也可采用其他具有防腐性和防火性能的飾面材料加以保護。
少了這一步,粘鋼加固效果降低90%。
根據《混凝土結構加固設計規(guī)范》,粘鋼加固完成后,之所以還需要在型鋼表面噴涂高強度水泥砂漿保護層,主要是為了防腐蝕和防火。
防腐處理
鋼結構暴露在大氣環(huán)境下,大氣的氧和水分會造成鋼結構的化學腐蝕,而且鋼結構經過風霜雨露,溫度和濕度變化落差大,縮短鋼結構的使用壽命,須要進行防腐;
鋼結構在正常的情況下,它的強度都是很好的,但是如果腐蝕了,就會對鋼結構有不好的影響,腐蝕會對鋼結構有作用,腐蝕會使鋼構材料變薄,韌性變化,抗老化性能減低,所以需要對鋼構件進行防腐處理;
鋼構件不做防腐處理,鋼構件會發(fā)生結構上的破壞,沒有及時發(fā)現就會造成重要構件的損壞,可能會發(fā)生垮塌危險,所以,必須進行防毒處理。
防火處理
鋼構件本身是一種不會燃燒的建筑材料,但是如果溫度在450℃-650℃,不加防火處理的鋼構件的耐火極限是15分鐘左右。
溫度迅速增長,鋼構件就會失去承載力,發(fā)生過大的變形,而不能繼續(xù)承載,就會導致后的倒塌事故。
所以粘鋼加固必須進行防火處理,將鋼構件的耐火極限達到設計規(guī)范的限定范圍內。
但是型鋼表面積過大,很難保證抹灰質量,此時,可以在鋼構件表面先加設鋼絲網或者點粘一層豆石,然后在抹灰,便不會出現脫落和開裂。
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。4、粘鋼技術還有良好的經濟效益,與傳統的鋼筋混土加固方法相比一般可節(jié)約10%—20%的造價。 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。進場原材料要進行檢驗,檢驗合格方可使用,不合格品就地封存、銷毀。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。