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桥梁下部结构的加固――粘贴高强复合纤维加固
粘贴高强复合纤维加固法是采用环氧树脂胶(或其它建筑结构胶)将高强符合纤维布(或板)直接粘结在被加固混凝土结构薄弱部分,与被加固结构形成整体,共同受力,以限制裂缝的发展,提高结构的承载力。采用粘贴高强复合纤维法进行受弯构件正截面承载力和斜截面承载力加固补强时,纤维布的布置方案与粘贴钢板加固法相同。后粘贴的高强复合纤维可以限制裂缝的开展、提高梁的抗弯和抗剪承载力。
1、混凝土基面处理:对待加固的混凝土基面的劣化层(剥落、起皮、浮浆和风化层)用砂轮机处理宽较大的裂缝应注入环氧树脂浆封堵。然后,用铁刷或压缩空气清除松散浮渣和粉尘,再利用清洗。
2、涂刷底层胶:将配置好的底层胶搅拌均匀,用滚筒或刷子均匀地涂抹在混凝土表层,胶层不宜太厚,自然风干硬化后,对表面有凸起部分,用磨光机或砂纸打平。待底层胶指触干燥后,方可进入下一步工序。
3、粘贴面的修补:若发现粘贴面上凹入部位,应用找平胶进行修补,保证粘贴面的平整。待找平胶干燥固化后,方可进行下一步工序。
4、粘贴纤维布在待粘贴面上划出各层粘贴位置,依据设计尺寸:截剪纤维布。纤维布一般不宜在主纤维方向搭接。若需要接长时,搭接长度不得小于150~。按设计位置由上至下、由左向右有序进行,并以滚筒压挤贴片,使纤维布与浸渍树脂充分浸透。通常,桥梁加固往往以上部结构加固为主,而忽视对下部结构的再利用,而下部结构再利用是技术上可行、经济上合理的举措。下部结构的检测与加固随着检测与加固技术的变革,会有更广阔的应用前景,并带来更大的资源节约,从而提高经济效益。
碳纤维布加固具有很多优点:
一、碳纤维布的自重仅为200~300克/平方米,设计厚度为0.111-0.167mm,加上环氧树脂系列的粘结材料的自重也很轻,对整个结构重量及桥下净空的影响微乎甚微,并且不影响原结构外观。
二、碳纤维材料具有优异的物理力学性能,抗拉强度高,是普通钢材的4-8倍,及适合于钢筋混凝土结构的加固补强;
三、碳纤维布柔软,可自由裁切,适用于各种形状构件,可与钢筋混凝土表面紧密粘接,施工质量易于保证,且不需要中断交通。
四、采用碳纤维布加固补强,对原结构不产生新的损伤。碳纤维布加固不需要设置锚固及开凿混凝土等,因而不会对已经损伤的结构产生新的破坏,更可避免钻孔时与结构内原有钢筋和预应力素发生冲突而引起新的问题。
五、碳纤维布加固厚度小,可不增加原结构的恒载,特别适用于建筑高度受限制情况下加固补强,不增加恒载及断面尺寸。
六、碳纤维布粘贴在混凝土的表面,不仅封闭了混凝土的裂缝,其高强高模量的特性还约束了混凝土结构裂缝的生成与扩展,改变了裂缝的形态,使宽而深的裂缝变成分散的细微裂缝,从而提高了混凝土构件的整体刚度。
粘钢加固受力分析
对于粘钢加固梁而言,虽然加固梁钢板比钢筋有应力滞后现象,但在破坏时,钢板一般均能达到屈服强度,因此,其截面受力可按一般受弯构件计算。因撕脱而造成加固梁破坏的原因主要有以下几个方面:
(1)锚固长度不够
在混凝土表面粘结钢板与埋在混凝土中的钢筋相比,受力较为不利。钢板的拉力仅仅依靠单面的粘结应力来平衡。钢板的合力与粘结应力不在一条线上,它们形成一个力偶,使钢板产生与梁的弯曲方向相反的变形。起着剥离钢板的作用,*使钢板撕脱,因而要求有较长的锚固长度。
(2)粘结剂的质量问题
钢板能否有效地参与原梁的工作,主要取决于钢板与混凝土之间粘结力的抗剪和抗拉强度。胶黏剂的质量对强度影响及大,应认真选择。由于原材料质量、工艺操作变化,不同厂家管理不同,可能生产出来的结构胶质量有较动,若质量不佳,粘钢加固受力时,*出现钢板撕脱而破坏。为此现场使用的结构胶应该及时检验,其强度指标应不低于混凝土强度,但检验结构胶的方法尚无统一标准,只能参照已有经验进行。
(3)施工质量的影响
粘钢加固的效果与施工质量密切相关,粘钢加固梁钢板撕脱主要是施工质量不佳引起的。其中表面处理,包括加固构件结合处理及钢板粘合处理,是关键的工序,应根据构件表面的新旧程度、坚实程度、干湿程度,分别对待,认真处理。粘贴、固定与加压追踪检查,保证粘贴密实。否则非常*出现粘贴钢板受力撕脱。为了保证工程质量,粘贴加固必须由傳业化施工队伍施工。
粘贴钢板加固设计
(1)一般将钢板粘贴在被加固梁的受力部位的外边缘,以便充分发挥粘贴钢板的强度与作用,同时封闭粘贴部位的裂缝和缺陷,约束混凝土变形,从而有效地发挥粘贴钢板梁的抗弯、抗剪等性能。
(2)为了提高梁的抗弯能力,一般在其受拉缘表面粘贴钢板,使钢板与梁形成整体来受力,此时以钢板与混凝土黏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,黏结处混凝土不出现剪切破坏。
(3)当梁的主拉应力区斜筋不足,为了加固和增加梁的抗剪切强度时,可将钢板粘贴在梁体的侧面,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。
(4)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,但此钢板仅承受原梁承受不了的那部分活载。
(5)在构造设计时,加固用的前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,较薄的钢板有足够的弹性来适应梁体表面形状。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10~15 mm。
(6)设计钢板长度时,应将钢板的两端延伸到低应力区,以减少钢板锚园端的黏结应力集中,防止黏结部位的混凝土出现裂缝或粘贴钢板被拉脱现象的发生。
(7)如何确保钢板和被加固的梁体形成整体受力是加固成功与否的关键。所以,在进行补强设计时,除应考虑钢板具有足够的锚固长度、黏结剂具有足够的黏结强度和耐久性外,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形箍板、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黏结力满足抗拉或抗剪强度的需要。
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