浅谈粘贴钢板加固桥梁
2010-09-08
采用环氧树脂系列粘结剂将钢板粘贴在钢筋混凝土结构物的受拉缘或薄弱部位，使之与原结构物形成整体共同受力，以提高其刚度，改善原结构的钢筋及混凝土的应力状态，限制裂缝的进一步发展。从而达到加大补强、提高桥梁承载能力，是粘贴钢板加固法的目的。
1.钢与混凝土的粘结强度
1．1 粘结抗剪试验
在C40级的混凝土立方体试块上，用结构胶粘合两块大小相同的钢板，在结构胶完全固化后。进行剪切试验，结果表明，剪切破坏发生在混凝土，而不在粘结面上，混凝土的破坏面大于粘合面。可见，粘结抗剪强度大于混凝土的抗剪强度。
1．2 粘结抗拉试验
把两块钢板对称地粘结在C40级的混凝土立方体试块上，进行抗拉试验。结果表明，拉断面发生在混凝土试块上。而粘结面完好，混凝土的破坏面大于粘合面。可见，粘结抗拉强度大于混凝土的抗拉强度。
上述试验表明，用结构胶粘结的钢板与混凝土，无论其粘结抗剪，还是粘结抗拉，破坏均发生在混凝土，粘结强度取决于混凝土的自身强度。因此，钢板与混凝土的粘结抗剪、粘结抗拉强度，可取等于混凝土的抗剪强度、轴心抗拉强度。
2.粘贴钢板加固设计
(1)为了提高桥梁结构的抗弯能力，一般在构件的受拉缘的表面粘贴钢板，使钢板与原结构形成整体来受力，此时以钢板与混凝土粘结处的混凝土局部抗剪切强度控制设计。合理与安全的设计应控制在钢板发生屈服变形前，粘结处混凝土不出现剪切破坏。
(2)当桥梁结构的主拉应力区斜筋不足，为了加固和增加结构的抗剪切强度时。可将钢板粘贴在结构的侧面，并垂直于剪切裂缝的方向斜向粘贴(斜度一般为45°-46°)，以承受主拉应力。
(3)补强设计时，钢板可作为钢筋的断面来考虑，将钢板换算成钢筋，原有构件承受恒载与活载，增加的钢板承受原有构件承受不了的那部分活载。
(4)在构件设计时，加固用的钢板可按实际需要采用不同的形状，但钢板的厚度必须比计算出的厚度大些。用于抗弯能力补强的钢板尺寸应尽可能薄而宽、厚度一般为4～6 mm，较薄的钢板可有足够的弹性来适应构件表面形状。用于抗剪能力提高的钢板厚度宜厚点，可依设计而定，一般采用10～15mm。
(5)设计钢板长度时，应将钢板的两端延伸到低应力区，以减少钢板钳固端的粘结应力集中，防止粘结部位构件出现裂缝或粘贴钢板被拉脱现象的发生。
(6)粘钢法加固桥梁，如何确保钢板和外加固构件形成整体受力是加固成功与否的关键，所以，在补强设计时，除应考虑钢板具有足够的锚固长度、粘结剂具有足够的粘结强度和耐久性外，为避免钢板在自由端脱胶拉开，端部可用夹紧螺栓固定，或设置u型箍板、水平锚固板等，并在钢板上按一定的距离用螺栓固定，确保钢板与混凝土之间的粘结力满足抗拉或抗剪强度的需要。
3.材料与构造要求
(1)加固所用的粘结剂，必须是粘结强度高、耐久性好、具有一定弹性。
(2)加固使用的钢板，一般以3号钢或16号锰钢为宜。钢板、连接螺栓及焊缝的强度设计值，应按现行国家标准《钢结构设计规范》规定采用。
(3)粘钢加固结台面的粘结强度，除粘结剂本身强度应确保外，主要取决于被加固构件混凝土强度。因此，粘钢加固基层的混凝土强度等级不应低于C15 。
(4)对于受压粘结钢加固，当采用梁侧粘钢时，钢板宽度不宜大于梁高的1/3。
(5)粘结钢板在加固点外的锚固长度，除满足计算值外，尚应保证一定的构造要求；对于受拉区，不得小于200t（t为钢板厚度），亦不得小于600mm；对于受压区，不得小于160t，亦不得小于480mm；同时，锚固区尚宜增设U型箍板或螺栓等附加锚固措施。
(6)为防止钢板锈蚀，延缓粘结剂的老化，钢板表面应作密封防水防腐处理。
4.粘贴钢筋法特点
粘贴钢筋加固法一般用在桥梁结构的抗拉强度不足，受拉部位产生裂缝时，在受拉部位粘贴钢筋对桥梁进行加固，以便增强桥梁抗弯部位外纤维的抗拉能力。粘贴钢筋具有与结构物粘附性能较好、加工成型容易、用钢量少、锚圊牢靠方便、加固效果明显等特点。一般采用环氧砂浆粘贴钢筋，环氧砂浆的厚度以不使钢筋外露为标准。为便于施工和加强补强钢筋和原结构更好地形成整体，可在原结构上间隔一定距离设置短钢筋锚杆。
5.加固施工工艺要点
(1)搭设支架，在支架上设有支承梁和成型模板。
(2)对原结构被加固部位的混凝土表面进行处理，确保粘贴效果更好。混凝土表面要清除破碎部位、凿平拉毛，使骨料露出，用钢丝刷或压缩空气把浮尘清除掉。
(3)安装锚杆和布设钢筋。钢筋布设前，应先把钢筋接被加固部位的外形整形截好，除锈后再用丙酮擦拭干净，放在模板上扎成排栅，或在桥下点焊成排栅再就位。就位前，先在钢筋排栅表面涂一层环氧树脂胶浆，然后再用锚杆固定在构件的底面上。
(4)粘结。为便于脱模，粘贴钢筋前先在模板上铺一层塑料薄膜，再将环氧树脂砂浆均匀地摊铺在模板上，厚度稍大于设计值。粘贴时，在模板与支承梁之间打人木楔，将模板顶起压在构件底面的补强钢筋上，使环氧砂浆压入钢筋的间隙，与原结构的混凝土粘为一体。
(5)待环氧砂浆固化后拆除模板，并立即对粘贴质量进行检查，若发现空洞等缺陷，应及时用环氧砂浆进行修补。
(6)对加固部位表面进行防护处理。一般先清除补强钢筋表面的锈斑和尘污，然后涂一层环氧树脂薄浆罩面，再涂两层防锈漆在上面进行保护。也可在加固部位表面喷射一层混凝土保护层，防止补强钢筋锈蚀。
