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桥梁粘贴钢板加固工艺及施工注意要点
浏览: 发布日期:2017-02-11
        1    粘贴钢板加固法的概念及优缺点

        粘贴钢板加固技术是指采用特制的建筑结构胶将钢板粘贴在钢筋混凝土结构物的受拉边缘或薄弱部位,使之与结构物形成整体,从而提高结构的承载能力的一种加固方法。钢板固定于受拉混凝土表面或薄弱部位,可以增加混凝土结构抗弯刚度,提高其抗弯、抗剪、抗拉性能,使结构挠度减小,并且能抑制裂缝的发展,其受力均匀,不会在混凝土中产生应力集中现象,除此以外,该方法还具有施工简便,快速,不影响结构外形,加固费用低,不减小桥梁净空以及增加荷载不多、对交通影响较小等优点。该方法的不足之处是粘贴钢板的受力存在应力滞后现象,且施工时原结构的荷载越大,应力滞后越多;粘结剂的质量及耐久性是影响加固效果的主要因素,并且受施工质量的影响显著。
由于粘贴钢板加固技术具有一系列的优点,虽然其应用于桥梁加固工程中的时间不长,但其发展迅速,应用越来越广泛。


        2    粘贴钢板加固法的工艺分类及工艺介绍

       2.1  粘贴钢板加固法的工艺分类

        根据施工工艺和适用范围的不同,本文将粘贴钢板加固法分为直接涂胶粘贴法(以下简称干粘法)和压力注胶法,顾名思义,前者是指直接通过在钢板和混凝土结构物表面涂抹建筑结构胶粘贴钢板的方法,后者是指通过在钢板和混凝土结构物表面之间压力灌注建筑结构胶粘贴钢板的方法。正是由于施工工艺的不同,也就决定了二种方法的适用范围不同,采用直接涂胶粘贴钢板的方法适用于钢板厚度不大于5mm的情况,而当钢板厚度大于5mm时,应采用压力注胶粘贴工艺。

          2.2  干粘法的施工工艺
         干粘法的施工工艺流程:混凝土表面裂缝处理      混凝土表面清理及钢板位置放样     混凝土粘合面表面处理      钢结构粘合面表面处理      混凝土上打孔植筋      钢板上配套打孔      配置建筑结构胶     涂胶安装钢板      安装锚固螺栓并加压      常温固化      切除锚固螺栓头      钢板防腐处理。

        (1)      混凝土表面裂缝处理:在进行粘贴钢板前,先期进行裂缝封闭或灌封工作,处理完成且达到养护时间后,再清理粘贴钢板的混凝土区域。

        (2)      混凝土表面清理:清理粘贴钢板的混凝土区域,去除油污等异物,打磨凸角,根据设计图纸的要求并结合现场测量定位,在需粘钢加固混凝土表面放出钢板位置大样,凿除需粘钢区混凝土表面6~8mm厚的表层砂浆,使坚实的混凝土石外露,并形成平整的粗糙面,表面不平处应用尖凿轻凿整平,再用钢丝轮清除表面浮浆,剔除表层疏松物,最后用无油压缩空气吹除表面粉尘或清水冲洗干净,待完全干燥后用脱脂棉沾丙酮擦拭表面。

        (3)      混凝土粘合面表面处理:用斩斧在粘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0.2~07.5px以露出砂石新面,并除去粉粒(用无油压缩空气吹除或用毛刷扫除表面粉粒);用无油棉丝蘸丙酮擦拭混凝土粘合面,除去油污;保持混凝土粘合面干燥清洁状态。

         (4)      钢板粘合面表面处理:钢板粘合面必须进行除锈和粗糙处理;钢板粘合面可用喷砂或平砂轮打磨除锈,直至出现金属光泽,钢板粘合面有一定粗糙度,打磨纹路应与钢板受力方向垂直。

         (5)      混凝土上打孔植筋:

       a)钻孔
       在需安装锚固螺栓的位置用记号笔标作出记号;

        用钢筋探测仪检查植筋部位的原混凝土钢筋位置,以确定钻孔位置;

       用冲击钻钻孔,钢筋或螺栓的钻孔直径参照相关的性能指标。标尺设定为成孔深度;

        初钻时要慢,待钻头定位稳定后,再全速钻进;

         钻孔时应尽量减少钻孔时的振动,防止造成蹦边破坏,但必须用凿毛器将孔壁凿毛;

        成孔尽量垂直于植筋结构平面,钻孔中若遇到钢筋(螺栓)是主筋时,必须改孔。

         b) 清孔、吹孔

         植筋孔钻到设计深度后,用刷子刷落孔壁灰渣;

         将气筒导管插入孔底,来回打气吹出灰渣;

          成孔后,必须等孔内干燥,再用上述方法清孔,并保持孔内干净、干燥至注胶前;

         按上述工序需进行刷孔及吹孔各三遍,直至孔内清洁干燥为止。

         c) 注胶

          注胶前,须详细阅读植筋(螺栓)胶使用说明书,掌握其正确的使用方法,查看胶的有效期,过期的坚决不能使用;

            当环境.条件(温度、湿度)不满足时,应停止施工;

         检查植筋(螺栓)孔是否干净、干燥;

          当上述条件满足后,把植筋胶放入胶枪中,接上混合管(必要时接上延长管)。每支胶最先挤出的肢体颜色不均匀的部分(约10crn)应弃之,见到颜色一致的肢体后再将混合管插入孔底,从孔底向外注入粘结剂,注满孔洞的2/3,保证植筋(螺栓)后饱满;

        d) 植入钢筋(螺栓)

      将加工好并除锈后的钢筋(螺栓)轻砸击至孔底,钢筋(螺栓)插入要缓慢,防止粘结剂在钢筋(螺栓)的快速挤压下喷出,造成钢筋(螺栓)与肢体之间不能完全紧密结合;
²  钢筋(螺栓)插到孔底后,调整好外露部分位置,用绑丝或其他方法固定好钢筋(螺栓),应用钢板条模板定位钢筋;
²  由下向上进行植筋(螺栓)施工时,应先将内装结构胶的胶袋或玻璃管埋入植筋(螺栓)孔中,再用电钻将钢筋(螺栓)植入,通过钢筋(螺栓)的挤压将胶袋或玻璃管破碎,并使流出的植筋胶将孔洞填满,并对钢筋(螺栓)紧密包裹。
e) 养护
在不低于5℃的环境温度下养护30分钟,固化期间防止振动。
(6)      钢板上配套打孔:根据设计图纸进行钢板下料,并根据混凝土上实际的钻孔位置对所要粘贴的钢板进行配套打孔,打孔完成后,焊接钢板接缝(应在钢板安装前完成,严禁钢板安装后再进行钢板焊接)实现钢板的接长。
(7)      配置建筑结构胶:选择满足规范要求的建筑结构胶,按照其配比说明配置建筑结构胶,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。先放入称好需要量的甲组料,然后放入与甲组料相应的事先称好的一定量的乙组料;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,应避免水分进入容器。
(8)      涂胶安装钢板:
 a) 选择晴朗、干燥天气操作;
b) 将新鲜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粘合面和钢板粘合面上,使之充分浸润在粘合面上;
c) 然后再把结构胶涂沫在钢板粘合面上,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锚栓向混凝土粘合面合上,并迅速拧紧锚栓锚固钢板,使钢板与混凝土粘合面紧密粘合,挤出多余建筑结构胶;
d) 涂胶饱满程度检查。用铁锤沿粘贴面轻轻敲击钢板,如无空洞声表示已粘贴密实,否则应剥下钢板,重新补胶粘贴。
(9)      安装锚固螺栓并加压
钢板粘贴好后立即用特制U型夹具夹紧或用木杆顶撑,压力保持为0.05~0.1MPa,以使胶液刚从钢板边缝挤出为度
(10)   固化时间及粘贴质量检查
a) 拌和的建筑结构胶基本固化时间约24h,此后即可受力;
b) 固化后,应用小锤轻轻敲击钢板,从音响判断粘结效果,粘结面积应不少于95%,否则此粘结件不合格,应剥下重新粘贴或采取有效措施补粘或补强。
(11)   切除锚固螺栓头
a)螺栓头的切除必须采用冷切工艺,不得采用氧割或气割,不得敲击螺栓头,以保证钢板粘贴质量不受影响。
b)螺栓头的切除必须在钢板粘贴检查合格后进行。
(12)   钢板防腐处理
粘贴加固的钢板应按照设计的要求进行防腐处理,对于常规的情况可在钢板表面粉刷水泥砂浆保护,如钢板面积较大,为了有利于砂浆粘结,可粘一层钢丝网或点粘一层豆石,并在抹灰时粉刷一道混凝土界面剂。水泥砂浆的厚度:对于梁不应小于20mm,对于板不应小于15mm。对于常规的钢板防腐,可采用以下防腐处理工艺(特防三涂):
a) 钢板外露部分在涂漆前必须除锈,用丙酮擦去油污,并保持干燥。
b) 防锈涂料可采用特防三涂,涂刷特防胶前,钢板必须除锈,呈金属光泽。由丙酮除油污,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。
对于处在特殊环境或者有特殊要求的桥梁,钢板的防腐处理应采用针对性提出的钢板防腐处理工艺执行。
2.3  压力注胶法的施工工艺
spacer.gifspacer.gifspacer.gifspacer.gifspacer.gifspacer.gifspacer.gifspacer.gifspacer.gifspacer.gifspacer.gif压力注胶法的工艺流程:混凝土表面裂缝处理      混凝土表面清理及钢板位置放样     混凝土粘合面表面处理      钢结构粘合面表面处理      混凝土上打孔植筋      钢板上配套打孔及安装      配置建筑结构胶      预留注胶孔及封边      压力注胶工艺施工     常温固化      切除锚固螺栓头      钢板防腐处理。
(1)      混凝土表面裂缝处理:在进行粘贴钢板前,先期进行裂缝封闭或灌封工作,处理完成且达到养护时间后,再清理粘贴钢板的混凝土区域。
(2)      混凝土表面清理:清理粘贴钢板的混凝土区域,去除油污等异物,打磨凸角,根据设计图纸的要求并结合现场测量定位,在需粘钢加固混凝土表面放出钢板位置大样,凿除需粘钢区混凝土表面6~8mm厚的表层砂浆,使坚实的混凝土石外露,并形成平整的粗糙面,表面不平处应用尖凿轻凿整平,再用钢丝轮清除表面浮浆,剔除表层疏松物,最后用无油压缩空气吹除表面粉尘或清水冲洗干净,待完全干燥后用脱脂棉沾丙酮擦拭表面。
(3)      混凝土粘合面表面处理:用斩斧在粘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0.2~7.5px以露出砂石新面,并除去粉粒(用无油压缩空气吹除或用毛刷扫除表面粉粒);用无油棉丝蘸丙酮擦拭混凝土粘合面,除去油污;保持混凝土粘合面干燥清洁状态。
(4)      钢板粘合面表面处理:钢板粘合面必须进行除锈和粗糙处理;钢板粘合面可用喷砂或平砂轮打磨除锈,直至出现金属光泽,钢板粘合面有一定粗糙度,打磨纹路应与钢板受力方向垂直。
(5)      混凝土上打孔植筋:
a)钻孔
²  在需安装锚固螺栓的位置用记号笔标作出记号;
²  用钢筋探测仪检查植筋部位的原混凝土钢筋位置,以确定钻孔位置;
²  用冲击钻钻孔,钢筋或螺栓的钻孔直径参照相关的性能指标。标尺设定为成孔深度;
²  初钻时要慢,待钻头定位稳定后,再全速钻进;
²  钻孔时应尽量减少钻孔时的振动,防止造成蹦边破坏,但必须用凿毛器将孔壁凿毛;
²  成孔尽量垂直于植筋结构平面,钻孔中若遇到钢筋(螺栓)是主筋时,必须改孔。
b) 清孔、吹孔
²  植筋孔钻到设计深度后,用刷子刷落孔壁灰渣;
²  将气筒导管插入孔底,来回打气吹出灰渣;
²  成孔后,必须等孔内干燥,再用上述方法清孔,并保持孔内干净、干燥至注胶前;
²  按上述工序需进行刷孔及吹孔各三遍,直至孔内清洁干燥为止。
c) 注胶
²  注胶前,须详细阅读植筋(螺栓)胶使用说明书,掌握其正确的使用方法,查看胶的有效期,过期的坚决不能使用;
²  当环境、条件(温度、湿度)不满足时,应停止施工;
²  检查植筋(螺栓)孔是否干净、干燥;
²  当上述条件满足后,把植筋胶放入胶枪中,接上混合管(必要时接上延长管)。每支胶最先挤出的肢体颜色不均匀的部分(约10crn)应弃之,见到颜色一致的肢体后再将混合管插入孔底,从孔底向外注入粘结剂,注满孔洞的2/3,保证植筋(螺栓)后饱满;
d) 植入钢筋(螺栓)
²  将加工好并除锈后的钢筋(螺栓)轻砸击至孔底,钢筋(螺栓)插入要缓慢,防止粘结剂在钢筋(螺栓)的快速挤压下喷出,造成钢筋(螺栓)与肢体之间不能完全紧密结合;
²  钢筋(螺栓)插到孔底后,调整好外露部分位置,用绑丝或其他方法固定好钢筋(螺栓),应用钢板条模板定位钢筋;
²  由下向上进行植筋(螺栓)施工时,应先将内装结构胶的胶袋或玻璃管埋入植筋(螺栓)孔中,再用电钻将钢筋(螺栓)植入,通过钢筋(螺栓)的挤压将胶袋或玻璃管破碎,并使流出的植筋胶将孔洞填满,并对钢筋(螺栓)紧密包裹。
e) 养护
在不低于5℃的环境温度下养护30分钟,固化期间防止振动。
(6)      钢板上配套打孔:根据设计图纸进行钢板下料,并根据混凝土上实际的钻孔位置对所要粘贴的钢板进行配套打孔,打孔完成后,焊接钢板接缝(应在钢板安装前完成,严禁钢板安装后再进行钢板焊接)实现钢板的接长,然后在混凝土和钢板之间垫入3mm厚的垫片,将钢板套在螺栓上调整水平和固定,完成钢板安装。
(7)      配置建筑结构胶:选择满足规范要求的建筑结构胶,按照其配比说明配置建筑结构胶,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。先放入称好需要量的甲组料,然后放入与甲组料相应的事先称好的一定量的乙组料;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,应避免水分进入容器。
(8)      预留注胶孔及封边:
 在钢板上为注入座预留孔洞位置,并将密封材料注入座的周边,用密封材料密封钢板及锚固螺栓的周边,同时按加固方案要求安置排气管。
(9)      压力注胶工艺
a) 选择晴朗、干燥天气操作;
b) 压注粘结剂前首先将主剂和固化剂充分混合,然后倒入压力罐内;
c) 压力罐出胶口和设置在钢板上的注入口用透明塑料软管联接,接口处绑扎密实,通过给压力罐施加低压,将罐内粘结剂压入钢板与混凝土板之间的空隙中;
d) 涂胶饱满程度检查:待注胶的注入座四角透气管均开始流胶时,封闭这些透气管,并取下透明胶管,用封堵管封堵注入座,开始下一注入座位置的灌胶。
(10)   固化时间及粘贴质量检查
 a) 拌和的建筑结构胶基本固化时间约24h,但注胶结束后应进行72小时养护,期间钢板不得受到撞击或震动,此后即可受力;
b)在注胶过程中及完成后,及时用小锤敲打钢板,检查粘结剂的饱满程度,如发现不饱满,则应重新灌胶。粘结剂的饱满度不小于整个灌胶面积的95%。
(11)   切除锚固螺栓头
a)螺栓头的切除必须采用冷切工艺,不得采用氧割或气割,不得敲击螺栓头,以保证钢板粘贴质量不受影响。
b)螺栓头的切除必须在钢板粘贴检查合格后进行。
(12)   钢板防腐处理
粘贴加固的钢板应按照设计的要求进行防腐处理,对于常规的情况可在钢板表面粉刷水泥砂浆保护,如钢板面积较大,为了有利于砂浆粘结,可粘一层钢丝网或点粘一层豆石,并在抹灰时粉刷一道混凝土界面剂。水泥砂浆的厚度:对于梁不应小于20mm,对于板不应小于15mm。对于常规的钢板防腐,可采用以下防腐处理工艺:
a) 钢板外露部分在涂漆前必须除锈,用丙酮擦去油污,并保持干燥。
b) 防锈涂料可采用特防三涂,涂刷特防胶前,钢板必须除锈,呈金属光泽。由丙酮除油污,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。
对于处在特殊环境或者有特殊要求的桥梁,钢板的防腐处理应采用针对性提出的钢板防腐处理工艺执行。
3    粘贴钢板加固工艺的构造规定
(1)      按照现场检测结果确定的原结构构件混凝土强度应满足下列要求:
a)钢筋混凝土受弯构件不应低于C20,受压构件不应低于C15。
b)预应力混凝土构件不应低于C30。
(2)      采用直接涂胶粘贴的钢板厚度不应大于5mm;钢板厚度大于5mm时,应采用压力注胶黏结。
(3)      对钢筋混凝土受弯构件进行正截面加固时,钢板宜采用条带粘贴,钢板的宽厚比不应小于30。
(4)      对受弯构件正弯矩区的正截面加固,受拉钢板的截断位置距其充分利用截面的距离不应小于规范规定的延伸长度要求(见《公路桥梁加固设计规范》JTG/T J22-2008)。
(5)      当粘贴的钢板延伸至支座边缘仍不满足规范对延伸长度的要求时,应采取下列锚固措施:
a)对梁,应在延伸长度范围内均匀设置U形箍,且应在延伸长度的端部设置一道加强箍。U形箍应延伸至梁翼缘板底面。U形箍的宽度,对端箍不应小于200mm;对中间箍不应小于受弯加固钢板宽度的1/2,且不应小于100mm。U形箍的厚度不应小于受弯加固钢板厚度的1/2。U形箍的上端应设置纵向钢压条;压条下面的空隙应加胶粘钢垫块填平。
b)对板,应在延伸长度范围内通长设置垂直于受力钢板方向的压条。压条应在延伸长度范围内均匀布置,且应在延伸长度的端部设置一道。钢压条的宽度不应小于受弯加固钢板宽度的3/5,钢压条的厚度不应小于受弯加固钢板厚度的1/2。
(6)      当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:
a)对负弯矩区进行加固时,钢板应在负弯矩包络图范围内连续粘贴;其延伸长度的截断点应满足规范规定的要求。
b)对无法延伸的一侧,应粘贴钢板压条进行锚固。钢压条下面的空隙应加胶粘钢垫块填平。
(7)      当加固的受弯构件需粘贴一层以上钢板时,相邻两层的截断位置应错开一定距离,错开的距离不应小于300mm,并应在截断处加设U形箍(对梁)或横向压条(对板)进行锚固。
(8)      当采用钢板进行斜截面承载力加固时,应粘贴成斜向钢板、U形箍或L形箍。斜向钢板和U形箍、L形箍的上端应粘贴纵向钢压条予以锚固。
(9)      直接涂胶粘贴钢板宜使用锚固螺栓,锚固深度不应小于6.5倍螺栓直径。螺栓布置的间距应满足下列要求:
a)螺栓中心最大间距为24倍钢板厚度;最小间距为3倍螺栓孔径。
b)螺栓中心距钢板边缘最大距离为8倍钢板厚度或120mm中的较小者。最小距离为2倍螺栓孔径。
如果螺栓只用于钢板定位或粘贴加压时,不受上述限制。
4    粘贴钢板施工时的注意事项
本文使用大型通用有限元软件ANSYS对全桥进行精细化的三维空间模型仿真分析。一次建立全桥的板-壳实体模型,再利用软件里的荷载步和单元生死技术来模拟施工过程。
(1)      由于清洁剂丙酮是易燃物质,应由专人管理,使用时应严格禁止操作者吸烟,以防失火;
(2)      粘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粘合面清洁处理;
(3)      由于拌和好的建筑结构胶使用期仅30min,因此粘合前必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粘合操作;
(4)      施工中应避免钢板弯折,且钢板为导电材质,施工钢板时应注意远离电气设备和电源,或采取可靠的防护措施;
(5)      为了减轻粘贴钢板的应力、应变滞后现象,粘贴钢板时应尽量卸除临时荷载,粘贴钢板及胶液固化期间应封闭交通;
(6)      现场施工工作人员应采取相应的劳动保护措施,如佩戴口罩和手套等;
(7)       关于钢板焊接接长工艺
²  钢板连接采用对接焊缝,焊缝与受力方向应成45°,多条钢板焊缝接头不宜设置在同一断面;
²  焊缝不应布置在受力最大处,如板的跨中不应设置焊缝;
²  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;
(8)      如遇冬期施工,应注意采取必要的措施满足冬期施工的各项要求;
(9)      钢板成孔禁止采用火焰切割,这样人为因素影响过大,切割残余应力对钢板材质影响较大,应采用冷成孔方式,并先在混凝土上打孔完成后,再对应在钢板上配套打孔,安装时个别孔如有问题,可采取单独修孔的方式。

     5    结语

       正如前文所述,影响粘贴钢板加固效果的最主要因素是混凝土结构物粘合面表面和钢板粘合面表面的处理、建筑结构胶的质量、以及施工的质量,在笔者参与的粘贴钢板加固项目中,施工单位的施工存在很多的不足,将使粘贴钢板加固的效果大打折扣,所以一定要加强施工质量的监管,这样才能真正的保证所粘贴钢板充分的发挥作用,达到想要的加固效果。

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