粘钢工艺在桥梁中的应用

1　粘钢工艺简介 1.1　粘钢加固的方法就是在(钢筋)混凝土构件表面用特制的结构胶粘帖钢板,以提高构件承载能力及耐久性等功能的一种结构加固方法。此方法在建筑结构加固工程中应用较多,近年来在桥梁加固工程中也逐渐得到应用。粘钢加固的方法具有如下的特点: ①施工工艺简单,施工速度快,对交通影响较小,同时对结构物的外形几何尺寸改变较少或不改变外形几何尺寸。 ②施工时产生的污染和噪音较小,对生产和生活基本没有影响。 ③此方法能适用于多种桥梁结构及不同的结构部位。 1.2　相对于建筑结构加固工程而言,粘钢加固的方法在桥梁加固工程中具有特殊的区别于建筑结构加固工程的特点: ①在建筑结构使用过程中,一般而言,结构所承受的荷载以静荷载占主要部分,动荷载占的比重较小,即使动荷载占的比重较大,也是瞬时的或者应力变化幅度较小(如高层建筑的风载等),结构胶粘剂疲劳破坏的可能性很小。但在桥梁加固过程中,桥梁结构除主要承受恒载外,承受的汽车、日(年)温度(周期性)动荷载也占相当大的比重,这也是粘钢加固的方法在桥梁加固工程中应用较少的原因之一。 ②粘钢加固的方法对结构的环境有一定的要求,一般适用于环境温度不超过60℃,相对湿度小于70%的环境空间。桥梁工程结构物一般在野外,环境比较恶劣,一般需要采取防腐蚀等保护措施。 ③建筑结构构件卸载比较容易,桥梁结构构件卸载个别桥梁及构件非常困难,甚至需要经过复杂的结构计算。 ④粘钢加固的方法对结构的混凝土强度等级有一定的要求,早期修建的桥梁结构有的构件混凝土强度等级偏低。 2 粘钢加固材料ＥＹ其主要技术指标粘钢加固的方法本身在桥梁加固过程中所用的主要材料有钢板、胶粘剂,辅助的材料有(膨胀)螺栓等。 2.1 钢板钢板一般选用Ａ3钢板,工业中常用的3号钢或者16Ｍｎｑ钢板均可,厚度一般在2ｍｍ-6ｍｍ之间,可根据工程实际需要设计确定,特殊情况时可适当加厚,材料的各项性能指标应符合相应行业及有关规范的要求 2.2 胶粘剂胶粘剂目前种类很多,主要有ＪＧＮ(中科院大连化学物理研究所)、ＹＪＳ-1(冶金建筑研究总院)、ＥＴ(苏州混凝土制品研究所)、ＷＳＪ(武汉水利电力学院)等系列产品,各种胶粘剂的各项性能指标可查阅相关书籍或者直接向有关企业索取,其中特别值得一提的是,ＪＧＮ系列中的ＪＧＮ-(Ａ)胶粘剂是专为桥梁动(周期性)荷载而研究设计的产品,尽管其抗疲劳等性能需在工程实践中检验,但它的出现仍必将促进粘钢加固方法在桥梁加固工程中的应用。在桥梁加固工程中应根据工程的不同特点和部位选择不同品种的胶粘剂。 3 粘钢加固方法的设计理论粘钢加固方法的设计理论在有关规范及书籍中均有介绍,针对桥梁加固工程应注意如下几点: ①由于粘钢加固的破坏要求发生在混凝土上,因此粘帖钢板所分担的荷载应有一限值,且应考虑与结构中原承载部分(钢筋)共同受力。 ②桥梁结构构件几何尺寸比较大,计算中必须全面、正确地计算荷载及钢板的各项取值。 ③必要情况下,预应力混凝土桥梁加固时,如果粘钢加固的范围较大或者跨越不同的结构体系,尚应考虑混凝土收缩等的影响。 ④粘钢加固时如对原结构有破坏,应对结构整体和局部构件进行强度及稳定验算。 4　粘钢加固方法的施工工艺 4.1　粘钢加固方法的施工工艺由如下主要工序组成: ①混凝土和切割好的钢板表面处理。 ②被加固构件卸荷。 ③粘胶剂配制并涂敷胶。 ④固定钢板并加压、固化。 ⑤卸支撑检验。 ⑥防腐处理。对于以上的工序,专业的施工队伍均能掌握。 4.2 针对桥梁工程应注意如下几点: ①桥梁加固工程中结构构件几何尺寸较大,因此在混凝土表面处理过程中应严格保证构件表面平整,并且构件表面凿毛凹凸程度应尽量一致,如挂梁的牛腿部位等,构件表面凿毛选用一字形刀刃式凿具较合适。 ②桥梁粘钢加固的范围一般较大,多采用5ｃｍ-15ｃｍ的长钢板条,切割钢板时必须采取措施保证钢板条整齐、无毛刺、反口、缺肉及翘曲等缺陷,必要时优先采用精密切割或者自动、半自动切割,实际操作时顺钢板长条方向间断切割的方法能比较有效地防止翘曲的发生。钢板条加压后(采用膨胀螺栓等方式)必须使钢板条保持平整,防止初变形,当钢板条不平整时,宜重新凿毛修整混凝土表面,尽量避免用胶粘剂找平。 5 粘钢加固方法中混凝土被加固构件的卸荷在桥梁粘钢加固设计施工中,混凝土被加固构件卸荷设计及施工技术相应于建筑结构工程占有更加重要的地位,必须引起高度重视。卸荷的目标应使粘帖钢板无论是临时措施还是永久受力构件均应达到设计目的,同时保证结构的稳定。桥梁工程卸荷常用方法如以下所示: 5.1 牛腿部位牛腿部位卸荷常用方法如下图,图中Ａ值为安全距离。图一方式适用于桥下有水等情形,图二方式适用于桥下净空较抵、交通流量较小等方便搭支架的情形。 5.2 简支梁结构简支梁卸荷一般在梁板跨中设一个支点,施工时要在支顶点设置承托,条件不具备时也可设置两个支点,但由于采用两个支点时设备一次投入多,对于宽桥尤其如此,设计施工技术要求比较高,应尽量避免使用。 5.3 连续梁及悬臂构件连续梁及悬臂结构构件卸荷比较复杂,工程实践中经常遇到的有箱梁悬臂卸荷及桥墩上桥梁横、纵桥向墩顶卸荷等,方法分别如下示意图所示:总之,桥梁工程采用粘钢加固时结构构件卸荷必须针对实际情况采取合适的方法安全、科学地进行,尤其要对支架顶力、梁体变形等进行周密、准确的计算。当桥梁有纵、横向预应力时,更应注意安全。 6　结语随着技术的进步和工程新材料的不断出现,粘钢加固方法在桥梁加固工程中将逐渐得到广泛的应用,本文中不妥之处,敬请专家批评指正。