钢板加固技术在土木工程中的应用现状与展望(1)

孔底扩成锥形, 将锚杆端部开成锲形槽, 通过端部锲 块 , 加压使锚杆张开自锁, 再灌注无机粘结剂 , 以达 到锚固的效果。该锚固技术的特点是可靠性高、 耐 老化、 耐高温、 耐水, 有效克服了粘钢加固法受环境 条件限制和易发生端部剥离脆性破坏的缺点 , 由此 可知锚栓钢板加固法将会有很广泛的应用前景。在 钢筋混凝土结构、 钢结构修补加固工程中比一般加 固方法有着非常明显的综合优势, 特别是在水工结 构中, 众所周知, 水工混凝土结构的特点是潮湿和有 水 , 而采用这种自锁锚杆锚固钢板加固水工结构 , 锚 杆的机械连接作用不仅可以大大增强钢板与混凝土 之间的共同工作性能 , 而且具有超强的防水防腐蚀 效果、 施工简便、 施工周期短、 质量容易保证等优点, 其优越性是其它加固方法无法相比的 , 因此, 可以预 料锚栓钢板在水工建筑物的修补加固工程中将会发 挥重大的作用, 有着非常好的发展前景。另外, 粘钢 加固法虽有其应用上的局限性, 但是不需要在原构 件和钢板上大量钻孔 , 不但对原结构构件截面损伤 小 , 而且一般在相同的条件下加固同样的构件所需 结构胶的费用要低于使用锚栓的费用, 又具有了经 济上的优势 , 因此在新的耐热、 耐湿及高强结构胶问 世之前 , 可结合锚栓钢板加固法共同加固建筑结构, 发挥各自的优势, 扬长避短 , 以达到加固效果最优性 价比的目标 , 能有效地避免二次修复。
我们把粘钢加固后截面的破坏形态可分为三种 情况 : ( 1) 钢筋应力达到屈服, 钢板应力还很低时, 混 凝土先行破坏, 这种破坏形态相当于混凝土受弯构 件的超筋性质破坏。 ( 2) 钢筋应力达到屈服以后 , 应变进入塑性流 变状态, 钢板因应力滞后还处于弹性变形阶段 , 但是 钢板的应力随荷载的增长继续增长 , 当钢板应力达 到较高时 ( 还未达到屈服 ) , 如果在这阶段受压区混 凝土先破坏, 称为准超筋破坏。 ( 3) 如果截面上钢筋应变保持流变状态, 随着 荷载的增加, 钢板应力也滞后达到了屈服应力 , 混凝 土随后破坏, 称为适筋破坏。 我国 混凝土结构加固设计规范! 对粘钢加固已 经做了详细的规定 , 因此要严格按照规范中相关计 算公式和构造要求进行加固设计 , 允许被加固构件 截面出现适筋破坏和准超筋破坏 , 而超筋构件并不 能提高截面的承载力 , 反而降低了截面的延性 , 因此 要避免超筋破坏的出现。 2. 3 施工技术要点 ( 1) 涂抹的结构胶厚度应为 1~ 3 mm, 胶层宜 中间厚, 边缘薄。 ( 2) 在加固前, 尽量对构件进行卸载, 以消除钢 板的应力滞后现象。 ( 3) 应按设计要求对钢板进行防腐处理。 2. 4 现存问题 通过结构胶高性能的粘结强度将钢板牢固地粘 贴在混凝土构件表面, 使其成为整体共同受力, 两者 的变形协调是利用结构胶的剪力传递。由于钢板粘 结的边缘不均匀扯离强度与剥离强度低, 容易造成钢 板与混凝土构件粘结的纵向端头首先发生剥离破坏, 从而导致钢板粘结失效。为避免这种情况的发生, 虽 可在端头增设锚栓或∀ U# 型箍板或压条, 但是构件在 临近破坏时可能无明显征兆突然发生剥离破坏。另 外结构胶在受外界紫外线辐射或处在环境潮湿、 高温 等某些特殊环境中易老化 , 常导致加固失效, 且其在 我国应用推广时间不长, 其长期抗老化性能尚不清 楚。以上这些都使得该加固方法的应用受到限制。
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3. 1
锚栓钢板加固法
特点及适用范围
锚栓钢板加固法是用高承载力锚栓将钢板固定 于钢筋混凝土构件表面而非采用粘胶固定钢板 , 此 法有效地克服了粘钢法对结构使用环境要求高 , 且 容易发生钢板与混凝土剥离的脆性破坏的缺点 , 具 有施工简便、 工期较短、 质量可靠等优点, 适合混凝 土承重结构的加固, 尤其适用于受弯构件的加固。
收稿日期 : 2009- 10- 16
作者简介 : 张玉新 ( 1959 - ) , 女 , 吉林长 春人 , 副 教授 , 硕士研 究生导 师 , 主要 从事结 构工程 教学 、 科研 工作 , E - mail: zhangyuxin1959 @ 126. com 。
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张玉新 , 张志超 : 钢板 加固技术在土木工程中的应用现状与展望
和现存问题 。 展望了采用钢板加固技术在土木工程中的 发展趋 势 , 并 指出两 种加固 方法应 优势互 补 , 为 土木工 程 结构加固提供切实可靠的技术支持 。 关键词 : 粘贴钢板 ; 锚栓钢板 ; 混凝土结构加固 中图分类号 : T U 746. 3 文献标识码 : B 文 章编号 : 1001- 408X( 2010) 01- 0100- 03
红水河 2010 年第 1 期
3. 4
现存问题
锚栓钢板加固法可有效提 高结构构件的 承载 力, 并能明显减小构件的挠度和裂缝宽度, 构件在破 坏前锚栓有明显的剪弯 变形征兆 , 属于延性破坏。 但是当在混凝土上过多钻孔设置锚栓时, 将会导致 构件截面削弱, 而且钻孔需避开钢筋。另外在价格 上也不具备优势 , 在提高相同承载力下 , 同样对 200 mm % 250 m m % 2 700 mm 的钢筋混凝土梁加固, 见 图 1、 图 2, 所需费用却相差很大, 见表 1。
参考文献 : [ 1] 王孔藩 , 庄文 华 , 高 金华 . 建筑 结构 加固新 技术 ∃ 粘 钢 加固法 [ J] . 建筑施工 , 1992, ( 1) : 25- 26. [ 2] 李英民 , 韩大刚 , 林文修 . 锚栓 钢板加固 法抗弯性能 试 验及设计方法 [ J] . 工程 抗震 与加固 改造 , 2006, ( 10) : 69- 71. G B 50367- 2006, 混凝土结构加固设计规范 [ S] . 张永胜 , 吴晓春 . 建 筑后锚 固技术的 应用 [ J] . 新型 建 筑材料 , 2006, ( 8) : 12- 14. 黄国兴 , 陈凯 新 . 水工 混凝 土建筑 物修 补技术 及应 用 [ M ] . 北京 : 中国水利水 电出版社 , 2001.
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前言wk.baidu.com
混凝土结构由于设计、 施工的失误 , 使用 过程
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粘贴钢板加固法
粘贴钢板加固法是当钢筋混凝土构件的承载力
2. 1 特点及适用范围 不足或由于过度的变形、 裂缝而影响结构的正常使 用时 , 通过建筑结构胶将钢板粘贴到钢筋混凝土构 件外部适当位置来满足结构承载力要求或正常使用 要求的一项技术措施。优点是该加固法现场湿作业 量少、 施工迅速, 对生产、 生活影响小 , 并且加固后对 原结构尺寸没有显著影响。它实质是 一种体外配 筋 , 提高原构件的配筋量, 从而相应提高结构构件的 刚度、 抗拉、 抗压、 抗弯和抗剪等方面的能力, 因此该 方法通常适用于承受静力作用下一般受弯、 斜截面 受剪、 受压和受拉构件的加固; 另外由于粘钢加固法 加固质量在很大程度上取决于胶粘材料和工艺水平 高低 , 所以该方法还局限于环境温度不超过 60 2. 2 加固设计的理论 采用粘钢对已建结构进行加固后, 其受力性能 与未加固的普通结构有较大差异, 这是因为新加部 分在原荷载作用下应变为 0, 并不立即分担荷载 , 只 有当继续增加 新荷载第二次受力时才 开始承担荷 载。这样整个结构在第二次受力的过程中 , 新粘钢 板的应变始终滞后于原结构的累加应变。当原结构 中受力钢筋达到极限应力时 , 新粘钢板的应力应变 可能还很低 , 此时 , 钢板应力可能低于屈服应力。 及 相对湿度不大于 70% 且无化学腐蚀的地区使用。
中遭受损坏 , 以及 设备更 新等 原因常 导致 结构 的 抗力不足而需要对结构 进行补强加固。另外 以设 计基准推算 , 上世 纪七八 十年 代建造 的混 凝土 结 构经过了多年 的利用 , 都 会有 不同程 度的 损坏 或 老化 , 也 需要进 行修 复加固。 而土木 工程 加固 技 术随着新思想、 新 材料的 出现 , 新 技术 层出 不穷 , 其中采用钢板加固技术是一门 即古老又年轻 的技 术, 它包括 粘 贴钢 板 加固 法 和 锚栓 钢 板 加固 法。 粘贴钢板加固法在国外开始于 上世纪 60 年代 , 在 我国于 80 年代后期才开始推广使用 , 在国际 上是 一种技术成熟适用面较 广的加固方法。关于 粘钢 加固国内外都 做了大 量的 试验和 理论 研究 , 它 不 仅被证明能应 用于房 屋建 筑结构 中 , 在桥 梁和 水 工结构中的加固效果也 相当显著。但也存在 一些 不足之处, 比如结 构胶长 期抗 老化性 能还 没有 被 工程实践所验 证等 , 这就 需要 对结构 胶的 耐久 性 做进一步的研究 , 只有这样 , 粘 钢加固才可能 具有 持续的生命力 ; 锚 栓钢板 加固 法是近 几年 发展 起 来的一门新加 固技术 , 虽 然目 前在国 内外 的应 用 尚不广泛 , 特别是在我国该技术才刚 刚起步 , 相关 的试验和理论 研究基 本处 于空白 , 但 是随 着国 内 外关于 该加 固 方法 的 试验 和理 论 研 究的 不 断 深 入, 锚栓钢 板加固 法同样 将被 证明是 一种 很有 效 的前景良好的加固技术。
3. 2 加固设计的理论 锚栓钢板加固技术是一种新型加固技术 , 在国 外已经有了不少相关的试验和理论研究 , 但是在我 国该加固方法 的研究和应用基本上都 处于起步阶 段 , 为了更好地规范该加固技术的发展, 国内已经颁 布了 混凝土结构后锚固技术规程! 。 锚栓是一切后锚固组件的总称 , ∀ 锚固# 意为将 被安装的物体可靠地固定在基材上, 其中涉及到三 种客体 ∃ 基材、 锚固件和被连接体。锚固件不但要 完成被锚固件与基材的连接作用, 更重要的是能有 效地将外加荷载直接传递到基材上, 从而达到安全、 稳定、 牢靠的功效 , 它的性能在很大程度上决定加固 效果的好坏。目前锚栓按工作原理及构造主要分为 膨胀型锚栓、 扩孔型锚栓和化学锚栓等。 3. 2. 1 膨胀摩擦型锚栓 膨胀摩擦型锚栓简称膨胀锚栓, 是利用锚杆锥体 与膨胀套间的相对移动, 使膨胀套膨胀, 与混凝土孔 壁产生膨胀挤压力, 并通过剪切摩擦作用, 实现对固定 件的锚固。膨胀锚栓由于定型较为粗短, 埋入较浅, 受 力时易产生脆性破坏, 不符合我国规范中关于结构延 性设计的理念, 因此使用范围受到较大的限制。 3. 2. 2 扩孔型锚栓 扩孔型螺栓是通过对钻孔底部混凝土的再次切 槽扩孔, 利用扩孔后形成的混凝土承压面与锚栓膨 胀端头间的机械互锁 , 实现对被连接件锚固的一种 组件。与膨胀锚栓相比 , 扩孔锚栓膨胀剪切摩擦作 用较小 , 在破坏形态上并无实质改变 , 故其适用范围 与膨胀锚栓相同。 3. 2. 3 化学锚栓 用化学胶剂将栓杆或带肋钢筋等胶结固定于混 凝土基材中的一种后锚固技术, 依靠栓杆与孔壁之间 的粘结抗剪作用获得抗拉拔承载力, 具有抗冲击、 抗 振动及耐疲劳等特点, 可以在建筑的各个部位埋设。 锚栓一般会承受拉力、 压力、 剪力 , 或者拉剪组 合、 弯剪组合等, 这些力可能是静荷载也可能是动荷 载。锚栓钢板加固法破 坏形态通常有 锚筋钢材破 坏、 基材混凝土破坏、 锚筋拔出破坏。其中钢材破坏 是指锚栓本身被拉断、 剪坏 , 只有这种类型的锚固失 效模式是延性破坏, 因此加固设计中应控制为这种 破坏形式。 3. 3 施工技术要点 ( 1) 锚栓要选择合适的埋深。不同的埋置深度 将得到不同的破坏形态。 ( 2) 要满足锚栓最小间距和边距的要求。避免 基材混凝土破坏。 ( 3) 钻孔和清孔的质量。避免孔道内的残余浮 灰削弱锚栓的锚固力。 101
第 29 卷第 1 期 2010 年 2 月
红水河 Hong Shui R iver
V ol 29, No 1 F eb 2010
钢板加固技术在土木工程中的应用现状与展望
张玉新, 张志超
( 广西大学土木建筑工程学院 , 广西 摘 南宁 530004)
要 : 简要论述了粘贴钢板加固法与锚栓钢板加 固钢筋 混凝土 结构的 特点 、 适用范 围 、 加 固理论 、 施工 技术要 点