粘贴钢板加固法.doc

一、粘贴钢板加固法原理     钢板粘贴补强法是：采用环氧树脂系列粘接剂，将钢板粘贴在钢筋混凝土结构物的受拉区域薄弱部位，使之与结构物形成整体，用以代替需增设的补强钢筋，通过钢板与补强结构的共同作用，提高其刚度，限制裂缝开展，改善钢筋及混凝土的应力状态，提高梁的承载能力，以达到补强效果一种加固方法。 
用粘贴钢板来加固桥梁，在国外已得到广泛的应用，国内也有不少实例，这是因为这种加固法具有以下优点： 
   （1）不需要破坏被加固的原有结构物； 
   （2）加固工程质量要求很高，但施工时并不要求高级的专门技术人员操作；    （3）加固工程几乎不增大原结构物的尺寸；    （4）能在短期内完成加固工程； 
   （5）几乎可以不改变具有历史价值建筑的原有艺术特点。 
    粘贴钢板加固的常用形式有：板梁桥或T梁桥梁底粘贴纵向钢板加固、箱梁或T梁（或工字梁）梁腹粘贴斜向钢板加固、悬臂梁牛腿或挂梁端部粘贴钢板加固、拱桥拱圈粘贴钢板加固等。为保证钢板与被加固的构建形成整体，钢板必须有足够的锚固长度，粘结剂具有足够的粘结强度和耐久性。为避免钢板脱胶拉开，端部可用加紧螺栓固定，但必须注意不要对构建截面造成不必要的损伤。 
二、钢与混凝土的粘结强度 加固时粘贴上的钢板，能否与原构件混凝土整体协同工作，取决于钢板与混凝土之间的粘贴强度。就钢与混凝土的粘贴抗剪强度和粘贴抗拉强度进行如下实验： 
(1)在C40级的混凝土立方体试块上，用结构胶结粘合两块大小相同的钢板，在结构胶完全固化后，进行剪切实验（如图1）。结果表明，剪切破坏发生在混凝土，而不再粘结面上，混凝土的破坏面大于粘合面。可见，粘结抗剪强度大于混泥土的抗剪强度。
（2）粘结抗拉实验 
把两块钢板对称的粘结在C40级的混凝土立方体试块上，进行抗拉实验（如图）结构表面，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。 
上述实验表面，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钢板自身强度。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。 
三、粘贴钢板加固设计     首先，应对桥梁存在的病害与产生缺陷的原因进行分析，当确定采用粘贴钢板进行加固后，根据病害与缺陷的所在部位，确定钢板的规格和粘贴部位和形式。一般将钢板粘贴在被加固的桥梁结构受力部位的外边缘，以便充分发挥粘贴的钢板强度与作用，同时封闭粘贴部位的裂缝和缺陷，约束混凝土变形，从而有效地提高被加固构件的刚度和抗裂性。设计时，可根据需要与可能在不同的部位粘贴钢板，有效地发挥粘钢构件的抗弯、抗剪、抗压性能。 
(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（如图2），并垂直于剪切裂缝的方向斜向粘贴(斜度一般为45° - 60°)，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4-6mm，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，以减少钢板锚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。 
四、下面以粘贴钢板法加固箱梁为例 (1)加固前处理  
1)仔细凿除崩裂和起壳的混凝土保护层。为保证修补材料与老混凝土之间在周边教结 良好，凿除部分的周边应有碗口形明显轮廓，周边轮廓深度至少3cm. 
2)若钢筋仅外侧(靠保护层一侧)锈蚀，则只需凿除混凝土保护层部分即可;若钢筋内侧 也锈蚀，则沿钢筋周围的混凝土均要凿除内侧凿除深度至少2cm以上直至露出好混凝土为止。
3)锈蚀的钢筋必须严格除锈，直到露出金属光泽。 （2）修补材料的选择及相应的称结面处理方法  
1)凿除深度达5cm以上，可选择C30微膨胀快硬硫铝酸盐水泥拌制的小石子混凝土填 补，或采用C30水性微膨胀聚合物小石子混凝土填补。填补前必须充分湿润混凝土表面(无积水)，并在修补前涂刷双组分混凝土界面剂，在未凝固前就浇筑填补微膨胀小石子混凝土，并用模板顶压，防止流淌，潮湿养护至少7d。 2)凿除深度小于5cm者或正好位于粘钢部位，均应选择强度达C30以上的环氧树脂胶 砂浆填补。填补前，必须用无油棉丝蘸丙酬仔细清洁教结面(包括钢筋)并保持干燥;然后用元填料的树脂胶在教结面上涂敷设薄层，使其浸润秸合面表面;然后再填补含填料的树脂胶砂浆。对顶面及侧面修补时为了避免树脂砂浆流淌，应用包裹聚乙烯塑料薄膜的模板顶压着，并封闭缝隙。
（4）粘钢加固措施  
1)膨胀加固螺栓孔眼放样并钻孔。按施工图的加固位置，在混凝土黏合面处选用与膨胀加固螺栓相应直径钻头，并用电钻(冲击钻)钻孔。由于钢筋混凝土内部有钢筋，而且钢筋位置误差较大，容易在钻孔时碰到钢筋阻碍，故事先可用钢筋探测器确定钢筋位置，并容许为避开内部钢筋而适当移动孔眼位置。待混凝土黏合面上孔眼全部钻成后，用薄纸覆盖在混凝土面上画出混凝土孔眼位置;然后覆盖到钢板黏合面上，用电钻钻取相应孔眼，以使二者孔眼对准;然后把钻有孔眼的钢板覆盖到混凝土翁合面处。核对孔眼位置，如有不吻合还可修正。 
2）混凝土黏合面表面处理。
①用斩斧在教合面上依次轻斩混凝土表面，斩斧纹路应与受力方向垂直，除去表层0.2-O.3cm以露出砂石新面，并除去粉粒(可用无油压缩空气吹除或用毛刷扫除表面粉粒儿）。 
    ②用无油棉丝蘸丙酬擦拭混凝土结合面，除去油污。 
③保持混凝土秸合面干燥清洁状态。     3)钢板表面处理。 
①钢板教合面必须进行除锈和粗糙处理。 
②钢板教合面可用喷砂或平砂轮打磨除锈，直至出现金属光泽;钢板教合面应有一定粗糙度，打磨纹路应与钢板受力方向垂直。用冲击电钻在钢与混凝土底面上钻孔，钢板钻孔按一定间距和锚栓规格钻孔后运到工地，钻孔位置可采用梅花形，如图2。 
    ③用无油棉丝蘸丙四周擦拭钢板结合面，直到用新棉丝蘸丙酣擦拭后不见污垢为止。 
    (5)建筑结构胶配制  
1)建筑结构胶选择。选择矶-JGN型建筑结构胶。它由甲乙两组分组合而成，甲组料为结构胶基料，乙组料为固化剂。两组材料配合后必须在30min内使用，否则开 
     2)配合比(质量比)。矾-JGN型建筑结构胶两个组分的配合比例按该胶说明书采用，配合时称量必须准确。 3）拌和配合工艺。  
    ①使用易散热的宽浅软塑料(聚乙烯)盆或筒作为盛器，容器内不得有水和油污，保持清洁。 
    ②先称好并放入需要量的甲组料。 
    ③然后放入与甲组料相应的事先称好的一定量的乙组料。 
④必须充分拌和。拌和可用人工，也可用电动搅拌器拌和，一般以后者为好，省力，易拌均匀。搅拌应按同一方向进行，避免产生气泡;搅拌时，避免脏水分进入容器。 
   （6）建筑结构胶涂敷和黏合工艺      1）选择晴朗、干燥天气操作。  
    2）将新配好拌和均匀的建筑结构胶，用刮刀(铲刀)紧密地、均匀地分别涂抹在做过表面清洁处理的混凝土结合面和钢板结合面处，使之充分浸润在教合面上。 
    3）在混凝土孔眼中挤入结构胶。塞上胀锚螺栓(胀锚螺栓也要用丙酣擦拭除油污)。  
    4）然后再把结构胶涂抹在钢板教合面上，使之在板宽中央涂抹胶的厚度达3mm，两侧可薄一些，并由多人共同托住钢板，对准胀锚螺栓向混凝土教合面合上，并迅速拧紧胀锚螺栓锚固钢板，使钢板与混凝土教合面紧密蒙古合，挤出多余建筑结构胶。 
5）涂胶饱满程度检查。用于锤沿粘贴面轻轻敲击钢板，如元空洞声表示己粘贴密实，否则应剥下钢板，重新补胶粘贴。    （7）固化时间及粘贴质量检查  
    1)拌和的建筑结构胶，其基本固化时间约24h，此后即可受力。  
2)同化后，应用小锤轻轻敲击钢板，由声响判断结结效果。结结面积应不少于90%，否则此结结件不合格，应剥下重新粘贴或采取有效措施补粘或补强。
（8）钢板防锈处理工艺  
    1)钢板外露部分在涂漆前必须除锈，用丙隅擦去油污，并保持干燥。  
2)防锈涂料可采用矶-JLN型特防三涂。涂刷特防胶前，钢板必须除锈，呈金属光泽，由 丙自同除油污，进行严格清洁处理后，才可进行涂刷。后涂必须在前涂固化后才能进行。     (9)注意事项  
   1)由于清洁剂丙酬是易燃物质，应由专人管理，使用时应严格禁止操作者吸烟，以防失火。 
    2)教合面处理必须严格按照要求执行，粘钢质量主要取决于建筑结构胶的质量和教合面清洁处理。 
    3)由于拌和配好的建筑结构胶使用期为30mim，因此教合前必须事先做好一切准备工作，然后再配胶。这样才能保证在使用期内完成结合操作。     4)关于钢板焊接接长工艺:  
①钢板采用对焊，焊缝与受力方向应成45°角。 
②焊缝不应布置在受力最大处，如板的跨中不应设置焊缝。 
    ③在粘钢前，应对钢板焊缝质量进行抽样试验，力学试验合格，才能使用。 
④粘钢现场工具:常用的工具有电钻器、电动搅拌器、计量工具、聚乙烯塑料容器等。 
（10）工程质量验收      1)撤除临时固定设施后，用小锤轻轻敲击钢板是否有空鼓现象，由声响效果判断是否密 实，或用超声波法探测教结密实度。如锚固区小于90%，非锚固区小于70%时，教结件无效，应重新教结。     2)必要时加固后进行荷载试验。
3.2构造规定 
  （1）采用手工涂胶粘贴的钢板厚度，不应大于5mm，采用压力注胶粘结的
钢板厚度，允许达到10mm。 
（2）对钢筋混凝土受弯构件进行正截面加固时，其受拉面沿构件轴向连续粘贴的加固钢板因延长至支座边缘，且应在钢板的端部（包括截断处）及集中荷载作用点的两侧，设置U形箍（对梁）或横向压条（对板）。 
（3）当粘贴的钢板延伸至支座边缘仍不满足规范延伸长度的要求时，应采取下列锚固措施： 
1．对梁，应在延伸长度范围内均匀设置U形箍（图1）且应在延伸长度的端部设置一道。U形箍的粘贴高度宜为梁的截面高度，若梁有翼缘（或有现浇板），应伸至其底面。U形箍的宽度，对端箍不应小于80mm对中间箍不应小于受弯加固钢板宽度的½，且不应小于40mm。U形箍的厚度不应小于受弯加固钢板厚度的½，且不应小于4mm，U形箍的间距应符合构造要求。 2．对板，应在延伸长范围内通长设置垂直于受力钢板方向的钢压条。钢压条应在延伸长度范围内均匀布置，且应在 的端部设置一道。压条的宽度不应小于受弯加固钢板厚度的½。 
（4）当应采用钢板对受弯构件负弯矩区进行正截面承载力加固时，应采取下列构造措施： 
  1．支座处于无障碍时，钢板应在负弯矩包络图范围内连续粘贴；其延伸长度的的截断点位于正弯矩区，且距正负弯矩转换点的距离不应小于1m，对端支座无法延伸的一侧，尚应埋设带肋L形钢板进行主胶锚固（图2）。   2．支座处虽有障碍，但梁上有现浇板时，允许绕过柱位，在梁侧4倍板厚（4h）范围内，将钢板粘贴于板面上（图3）。 
  3．当支座处的障碍无法绕过时，宜根据实际情况选择下列措施进行处理： 将钢板锚入柱内（图4），锚孔可采用半重叠钻孔法扩成扁形孔，用结构胶将板埋入，其埋深应不小于200mm。 
若这种锚固尚不满足设计要求时，应加设机械锚固件予以增强。 
采用结构胶粘剂将L形钢板、或加肋角钢、或L形加肋钢板粘贴于梁柱之间，并加以锚固（图5）。 
  4．当采取以上三款构造措施时，对下列易剥离的部位尚应加设横向压条或U形箍增强锚固。 支座边缘处。 
受弯加固钢板截断处。 
L形板与钢板或砼粘接的邻近部位时。 
 （5）当加固的受弯构件为板、壳、墙或筒体时，钢板选择多条密布的方式进行粘贴，不得使用未经切割成条的整块钢板满贴。 
 （6）当加固的受弯构件需粘贴不止一层钢板时，相邻两层钢板的截断位置应错开一定距离，并应在截断处加设U形箍。 
（7）当采用粘钢钢板对钢筋砼梁或大偏心受压构件的斜面承载力进行加固
时，其构造应符合下列规定： 
  1．宜优先选用封闭箍或加锚的U形箍；若计算满足要求，也可采用一般U形箍； 
  2．受力方向应与构件轴向垂直；   3．封闭箍和U形箍净间距应不大于现行设计规范GB50010规定的最大箍筋间距的0.7倍，且不应大于梁高的0.25倍； 
  4．箍板的粘贴高度应符合规范要求；一般U形箍的上端应粘贴纵向钢压条予以锚固； 
  5．当梁的高度h≥700mm时，应在梁的腰部增设一道纵向腰间钢压板（图6）。 
4粘钢加固施工工艺 
粘贴面处理→加压固定及卸荷系统准备（根据实际情况和设计要求，此步骤有时省去）→配制结构胶→涂胶和粘贴→固化、卸加压固定系统→检验→维护。 
4.1粘贴面处理 
  （1）砼粘贴面应凿除粉饰层，油垢、污物，然后用角磨机打磨除去砼面1~2mm
厚表层，打磨完毕用压缩空气吹净浮尘，最后用干棉布拭净表面，保持干燥备用。较大凹坑处用胶修补平整。 
   （2）钢板粘贴面应用角磨机进行粗糙处理，直至打磨出现金属光泽，然后并
用干棉布拭净表面。 
4.2加压固定及卸荷系统准备 
  （1）构件所承受的活荷载如人员、办公机具宜暂时移去，并尽量减小施工临
时荷载。 
   （2）加压固定宜采用千斤顶、垫板、顶杆所组成的系统，该系统不仅能产生
较大压力，而且也同时卸去了构建承担的部分恒荷载，能更好的使粘钢板与原构件协同受力，加固效果较好，施工效率较高。 
   （3）加压固定也可采用螺栓、角钢、垫板所组成的系统，该系统在加固构件
上适合位置钻孔固定膨胀螺栓。若在钢板上钻孔，并将螺杆用胶锚固，则将对钢板产生符合锚固力，效果极好，最适合侧面钢板的粘贴。    （4）实际施工中两种系统常结合采用。 
4.3配置结构胶 
   （1）结构胶一般分AB两组份，配胶宜采用机械搅拌，搅拌器可由电锤和搅
拌齿组成，搅拌池可采用电锤钻头端部焊接十字形Φ14钢筋制成。也可用细钢筋棍人工搅拌。 
   （2）取洁净容器（塑料和金属盆，不得有油污、水、杂质）和称重衡器按配
合比混合，并用搅拌器搅拌约5~10分钟左右至AB组份混合均匀为止。搅拌时最好沿同一方向搅拌，尽量避免混入空气形成气泡。每次配胶量不宜过多，现配现用。 
4.4涂胶与粘贴
1）胶粘剂配置好后，用腻刀涂抹在已处理好钢板面上（或砼表面），胶断
面宜成三角形，中间厚3mm左右，边缘厚1mm左右，然后将钢板粘贴在的砼表面用准备好的固定加压系统固定，适当加压，以胶液刚从钢板边缝挤出为度。 
   （2）所用主要起居：加压固定及卸荷系统，腻刀、手套。 
4.5固化、卸加压固定系统 
     结构胶在常温、低温下均可良好固化，若固化温度25℃左右，24小时可撤
除加压固定系统，72小时即可正常使用。若固化温度5℃左右，48小时可撤除加压固定系统，96小时即可正常使用。 
4.6检验 
    （1）结构胶有高触变性，正常操作可达到100%的饱满度。检验时可用小锤
轻击粘贴钢板，从从音响判断粘贴效果，也可采用超声仪检测。若锚固区有效粘结面积少于90%，非锚固区有效粘结面积少于70%，应剥离钢板，重新粘贴。 
    （2）对重要构件也可采用载荷检测，一般采用分级加载至正常荷载的标准
值，检测结果较直观、可靠，但费用较高，耗时也较长。需千斤顶或配置（常用沙袋、砖块）、百分表、裂缝显微镜。 
4.7维护 
     粘贴3天后，钢板宜采用20mm厚MI15水泥砂浆抹面防腐，也可涂防锈漆3道。 
4.8注意事项 
    （1）粘贴面是否按要求处理、配胶比是否准确、是否搅拌均匀、胶层是否
均匀、密实决定了 粘贴效果的好坏。搅拌时间应予以保证。 
    （2）粘钢构造措施尚宜满足《砼结构加固技术规范CBCS25,90》的有关规
定。 
    （3）结构胶对皮肤有刺激性，个别人员有过敏反应，胶固化后也不易清除，
人体直接接触后应用清水冲洗干净；如不慎溅入眼睛里，大量清水冲洗后立即就医。施工人员应注意适当的劳动保护，如佩戴安全帽、工作服、手套等。