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        粘鋼加固法在建筑改造中的應用

        2017-01-01 00:00:00黃金勝

        【摘要】對結構構件的外部粘鋼加固法,是一種新穎的加固方法。本文結合工程實例,對粘鋼加固的設計原理、受力特點、應用限制條件進行了論述。并對構造處理、施工要點加以闡述。

        【關鍵詞】粘鋼加固;受力特點;施工方法

        1、引言

        近年來,由于我國以前的結構設計中未考慮建筑物的耐久性和抗震設防,致使我國現(xiàn)存混凝土結構中存在不同程度的安全隱患問題。另外,由于使用性能改變等原因,導致建筑物荷載有不同程度的提高,也造成大量結構需要加固。在我國,混凝土結構的加固主要采取截面加大法、預應力法、外包鋼法、增加支承與支撐、改變傳力途徑法等。這些方法都要求有一定的空間(加固體本身和加固施工空間)、時間和材料,因而引起結構周圍管、線、設備轉移和停產(chǎn)或停止使用。與其它加固方法相比,粘鋼加固法具有以下優(yōu)點:(1)基本不增加原結構的荷載;(2)不改變原設計的結構體系和受力形式;(3)周期短,基本不影響正常使用;(4)加固后不影響外觀。因此,該方法現(xiàn)已成為工程建設中一種重要的技術手段和加固方法。

        2、粘鋼法原理及受力特點

        粘鋼加固原理與鋼筋混凝土結構中的鋼筋與混凝土之間的關系一樣,將鋼板粘附于鋼筋混凝土構件的表面,利用其粘結力來傳遞剪力,使鋼板與原有鋼筋混凝土構件一體,形成二次組合構件,將鋼板作為受力鋼筋的一部分,起著受力鋼筋的作用。粘鋼加固設計主要是依據(jù)《建筑抗震加固設計規(guī)程》(JGJ116-98)、《混凝土結構設計規(guī)范》(GB50010)等進行計算的。

        粘鋼法應注意的受力特點: 1)加固之前,原構件已承受部分荷載(即第一階段受力),構件截面已存在一定的應力、應變。加固后,繼續(xù)施加的荷載(即第二階段受力)將由原構件和鋼板共同承擔。由于鋼板是第一次受力。鋼板的應力、應變將滯后于原結構累計的應力、應變,見圖1??紤]二次受力,應根據(jù)具體的受荷情況,在加固前對原構件進行一定限度的卸載,減少鋼板的應力滯后現(xiàn)象,以增加粘貼鋼量,提高加固構件的承載能力,但應注意粘鋼量的控制,防止發(fā)生超筋破壞,降低構件延性。因鋼板的二次受力現(xiàn)象,計算時應對粘貼鋼板強度進行折減。2)在達到承載力極限狀態(tài)時,要保證原構件與鋼板之間粘結可靠,不可發(fā)生粘貼錨固破壞,以有利于粘貼鋼板充分發(fā)揮作用。

        3、工程簡介

        本工程實例為某醫(yī)院住院樓,原設計于1979年,主樓為地下一層,地上十層,檐口高度35.7米,基礎為鋼筋混凝土箱形基礎,上部結構為框架-剪力墻結構,其中框架為現(xiàn)澆注,預制梁為二次疊合的半整體式框架,剪力墻為現(xiàn)澆整體式。除二至九層的樓板有少數(shù)因使用要求必須現(xiàn)澆外,其余樓板均為單向預應力空心大板。原抗震設防烈度為7度,而根據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范》(GB50011-2001)要求該地區(qū)抗震設防烈度提高為8度,另甲方要求對原有結構進行改造,所以在此基礎上對結構進行重新分析計算,原有結構梁、柱、剪力墻強度不能滿足要求,故需進行加固處理??紤]到工程造價、加固工期以及結構抗震延性等重要因素,經(jīng)分析比較,決定采用粘鋼加固法對結構進行加固補強。

        4、加固改造及設計計算方法

        (1)新增外挑部分混凝土采用C30,鋼筋采用HPB235、HRB335;粘貼鋼板采用Q235,16Mn;粘鋼用膠采用YJJ建筑結構膠、YJJ-M建筑錨固膠。

        (2)二至十層由J/4~15軸向外挑1.6M,以補充病房使用面積,陰影部分為新增梁板(以五樓為例),見圖2。由于原建筑多為預制構件,保護結構構件的安全穩(wěn)定性,應盡量避免人為鉆孔、敲打等破壞原有預制框架梁柱;新增樓板采用角鋼搭接在原有預制框架梁上,角鋼上端與梁上部剝?nèi)ケWo層后裸露出的鋼筋焊接牢固,見圖3。

        (3)除原設計樓梯間隔墻、一層和十層外墻以外,其余各處外墻、內(nèi)墻均予拆除,更換為輕質砌體材料,以降低結構荷載,減少鋼板的應力滯后現(xiàn)象,增加粘鋼量,提高加固后構件的承載能力;一至九層病房內(nèi)增設整體盒式衛(wèi)生間。對原有建筑改造后,采用SATWE軟件進行計算,并與原結構設計對比后得:K-J軸主梁配筋不足,計算出新的配筋率,利用文獻[1]中公式即可得加固截面的粘鋼量。粘剛方法見圖4。

        (4) 在原結構構件截面不變的情況下,抗震設防烈度提高到8度。采用SATWE軟件重新對結構進行整體內(nèi)力分析計算。將分析計算結果與原設計對比得:剪力墻、柱強度不滿足要求;再對比原結構設計確定用鋼量,進行粘鋼加固。見圖5。

        5、適應范圍及施工要求

        5.1適應范圍

        (1)本方法適用于對鋼筋混凝土受彎、大偏心受壓和受拉構件的加固。本方法不適應用于素混凝土構件,包括縱向受力鋼筋配筋率低于現(xiàn)行國家標準《混凝土結構設計規(guī)范》(GB50010)規(guī)定的最小配筋率的構件加固。

        (2)環(huán)境溫度不超過60℃,處于特殊環(huán)境的混凝土結構采用本方法加固時,應采用耐環(huán)境因素作用的膠粘劑,并按專門的工藝要求進行粘貼。當被加固構件表面有防火、防腐要求時,應采取有效防護措施。

        (3)被加固的混凝土結構構件,其現(xiàn)場實測混凝土強度等級不得低于C15,且混凝土表面的正拉粘結強度不得低于1.5MPa。

        5.2施工要求

        (1)鋼筋的植筋深度均為L=16d,鉆孔須在干燥清潔狀態(tài)下灌膠,并在施工中隨機抽樣對植筋進行抗拔試驗。

        (2)粘結前對粘結物進行表面處理,使其表面清潔、無油、無浮灰以及松散結構,保持干燥、粗糙,混凝土構件粘合面可用硬毛刷蘸高效洗滌劑,刷除表面污垢物后用水沖洗,對結合面進行打磨,除去2~3MM厚表層,直至完全露出新面,并用無油壓縮空氣吹除粉粒。如果混凝土表面不是很臟,則可直接對混凝土進行打磨,去除1~2MM厚,用無油壓縮空氣除去粉塵或清水沖洗干凈,待完全干燥后用脫脂棉蘸丙酮擦拭表面即可。

        (3)鋼板粘結前須進行除繡和粗糙處理,如鋼板未生銹或輕微生銹,可用噴砂砂布或平砂輪打磨,打磨粗糙度越大越好。打磨紋路應與鋼板受力方向垂直。其后用脫脂棉蘸丙酮擦拭干凈。

        (4)粘貼鋼板前應對加固構件進行最大限度的卸載。

        (5)粘貼鋼板與原構件間采用脹管螺栓連接作為附加錨固措施來加強鋼板與原構件的連接效果,脹管螺栓的直徑不宜小于8mm,開孔時不得損傷到原構件的縱向受力筋,然后清除空洞的灰渣,并予埋好脹管螺栓。

        (6)鋼板粘貼好后,應立即用夾板夾好或用支撐固定,并適當?shù)募訅骸?/p>

        (7)嚴格按照工藝標準以及施工工序粘貼鋼板,先焊接再進行壓力灌膠。

        (8)撤除臨時固定設施后,應用小錘輕輕敲擊粘結鋼板,從聲音判斷粘結質量或用超聲波法探測其粘結密實度。如錨固區(qū)粘結少于90%,非錨固區(qū)粘結面積小于70%,則此粘結件無效,應揭下重新粘貼。

        結語:

        粘鋼加固法可大幅度提高其承載力,增強其延性。適應于鋼筋混凝土結構修補、加固處理和提高設計標準等一些改擴建工程。粘鋼加固施工中,應選擇可靠的粘結劑和合理的粘貼工藝,嚴格按照工藝規(guī)范施工。粘鋼加固技術具有施工方便,技術先進,性能優(yōu)良,占用空間小,經(jīng)濟效益好等優(yōu)點,是補強加固最合理的方案之一。

        參考文獻:

        [1]《混凝土結構加固技術規(guī)程》(CECS25:90).

        [2]《混凝土結構設計規(guī)范》(GB50010-2002).

        [3]李文盛,符晶華,盧哲安.不同卸載條件下粘鋼加固梁的研究[J].武漢理工大學學報,2002.

        [4]賀學軍,周朝陽.粘鋼加固鋼筋混凝土結構粘結性能影響因素的研究.2002.

        [5]皺均,周定松.粘鋼加固混凝土梁抗彎強度理論研究.四川科學研究,2005.

        [6]候發(fā)亮,關喜才,毛星明,等.抗震結構粘鋼加固動力計算、試驗與實踐.四川建筑科學研究,2000.

        [7]劉兵義,王梅.鋼筋混凝土梁粘鋼加固設計[J].煤炭工程.

        作者簡介:

        黃金勝(1978~),男,安徽人,碩士,研究方向:結構工程。

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