某墩梁固结吊车梁结构的粘钢加固法研究＊

洪 涛，周储伟，张 剑，梁清宇，叶见曙

（1.江苏省镇江市工程勘测设计研究院，江苏 镇江212003；2.南京航空航天大学，江苏 南京210016；3.机械结构力学及控制国家重点实验室，江苏 南京210016；4.浙江省水利河口研究院，浙江 杭州310020；5.东南大学，江苏 南京210096）

结构粘钢加固是一种结构工程的新加固技术，用特制的结构胶粘剂将钢板粘贴在混凝土结构的表面，可以达到加固和增强原结构强度和刚度的目的［1－2］，粘贴可分为干式粘钢和湿式外包钢（压力灌注粘钢）。工程结构加固技术的原则是在经济合理的条件下对原结构进行加固，以满足安全性、适用性和耐久性的要求。工程上常用的混凝土结构补强加固方法主要有加大截面加固法、外包钢加固法、增设支点法、粘钢加固法、预应力加固法、体系转换法、玻璃钢加固法和喷射混凝土技术等［3－4］。

加固方法的选择应综合考虑加固的效果、费用、加固后桥下净空是否满足要求、施工是否简捷易行、加固中是否影响桥上交通、结构耐久性以及景观学和环境等因素。浙江大学、清华大学、苏州城建环保学院、同济大学、东南大学、汕头大学、国家工业诊断与改造加固工程技术中心、大连理工大学等国内高校和研究院所相继进行了加固试验研究［5－7］。

粘贴钢板加固技术从20世纪70年代初用于混凝土结构外部补强以来，得到较快发展，与其他传统的加固方法相比，其最大优点是施工简便，不减小桥下净空，并可在不影响或少影响桥上交通的情况下进行加固施工［8－9］。本文以提高某吊车梁、柱加固效果为目的，对适用于该种结构的粘钢加固方法展开了研究，相应的研究结论可供同类工程加固设计时参考。

1 吊车梁的粘钢加固研究

1.1 吊车梁加固方案

吊车梁工程概况如图1所示。吊车梁下表面粘贴厚度为5mm的钢板，钢板长度为3 100mm，粘贴于梁跨中，如图2中深色部分所示。钢板两端采用M12膨胀螺栓锚固，钻孔深度为110mm，锚固螺栓钻孔位置如图3所示。为防止加固钢板两端产生应力集中，钢板两端加工成变截面。

图1 吊车梁工程概况

图2 吊车梁粘钢设计

图3 吊车梁粘贴钢板锚固设计

1.2 边柱加固方案设计

吊车梁边柱外层上端表面粘贴厚度为5mm的钢板，钢板长度为2 500mm，如图4中深色部分所示。钢板采用M12膨胀螺栓锚固，钻孔深度为110 mm。为防止加固钢板两端产生应力集中，钢板上、下两端也加工成变截面形式。

2 加固工艺技术

选用Q235热轧扁带钢板，厚度为5mm。粘贴钢板加固施工工艺流程要求清理粘贴钢板的混凝土区域，去除油污等异物，打磨凸角，按要求在混凝土和钢板上钻孔，以备安装锚固螺栓。

2.1 钻孔

1）对照原施工图和竣工图，掌握梁受力主钢筋和结构钢筋的分布情况，在箱梁上精确放出需植螺栓的具体位置，用记号笔标出记号，与受力主筋以及结构钢筋错开布置。

2）采用钢筋探测仪测量原有钢筋位置，确保钻孔不会损伤原箱梁主筋。

3）植螺栓孔位与设计位置最大偏移量≤5cm。

图4 吊车梁边柱粘钢加固设计

4）钻孔前用相应的标尺标出钻孔的深度从而控制钻孔深度，尽量采用专用电锤或振动小的施工工艺，以保证不损伤原结构。钻孔施工垂直于植筋部位的结构混凝土，避开原结构受力主筋和结构钢筋，钢筋或螺栓的钻孔直径按材料要求控制。

5）初钻时要慢，待钻头定位稳定后再全速钻进。

6）在顶板上钻孔时可用水钻，以减少钻孔时的振动，防止造成蹦边破坏，但应用凿毛器将孔壁凿毛。

7）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，应改孔。

8）在较高的位置施工需搭设脚手架时，应增设安全防护设施。

9）成孔后首先检查钻孔深度和直径，并用需要植进的钢筋或螺栓试插。

10）当确保植筋孔深度满足设计要求后，再用压缩空气吹出孔内积灰，用毛刷擦刷孔壁，然后用压缩空气吹灰，如此反复刷孔和吹孔至少3次，确保孔内清洁、干燥。

11）禁止用水清洗空洞。

12）用水钻成孔时应等孔内干燥后再用上述方法清孔，并保持孔内清洁、干燥。

2.2 注胶

1）注胶前应详细阅读锚栓锚固胶使用说明书，掌握其正确的使用方法，查看胶的有效期，过期的不能使用。

2）当环境条件（如温度、湿度）不满足时，应停止施工。

3）检查植筋（螺栓）孔是否清洁、干燥。

4）当上述条件满足后，将锚固胶安装在专用的注胶枪内，抠动扳机，使胶在通过前端混合器后自动混合，前端的胶体（胶体颜色不均匀部分约10cm）舍去不用。将混合嘴插入孔的底部，扳动注射扳机，当孔内压入一定量的锚固胶，注胶枪有3～5cm埋在已注胶中间后，慢慢抽出混合嘴，在向外退出的时候注胶枪沿孔壁旋转退出，以防孔内有空气，胶不密实将影响钢筋与混凝土的粘接强度。当锚固胶注入孔内达孔深的2／3时，停止注射锚固胶。

2.3 混凝土表面处理

1）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0.2～0.3cm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）。

2）用无油棉丝蘸丙酮擦拭混凝土粘合面，除去油污。

3）保持混凝土粘合面的干燥、清洁状态。

2.4 钢板表面处理

1）钢板粘合面应进行除锈和粗糙处理。

2）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。

3）用无油棉丝蘸丙酮擦拭钢板粘合面，直到用新棉丝蘸丙酮擦拭后不见污垢为止。

2.5 钢板防锈处理工艺

1）钢板外露部分在涂漆前应除锈，用丙酮擦去油污，并保持干燥。

2）涂刷阻锈剂前钢板应除锈，使其呈金属光泽，用丙酮除油污并进行严格清洁处理后才可进行涂刷，后涂应在前涂固化后才能进行。

3 结语

通过对某吊车梁的粘钢加固进行研究，提出了在混凝土构件表面用结构胶粘贴钢板，以提高结构承载力的加固方法。该方法具有适用面广、不影响结构外形和施工简单快速等优点，其适用范围为正常情况下的一般受拉、受弯构件的吊车梁，加固结果表明粘钢加固具有良好的加固效果，各项指标检验均能通过。

［1］何任远，阳春龙，夏咏明.体外预应力在江阴大桥北引桥加固中的应用［J］.桥梁建设，2006，S（2）：183－186.

［2］杨莉.体外预应力混凝土连续梁受力行为研究［D］.成都：西南交通大学，2001.

［3］胡风庆，张玉刚，孙宝俊.对一体外预应力加固梁桥失败的分析［J］.南京建筑工程学院学报，2001（3）：71－75.

［4］王彤.体外预应力混凝土桥梁设计理论研究［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2003.

［5］熊学玉，顾炜，李亚明.体外预应力结构体系探讨［J］.工业建筑，2004，34（7）：50－60.

［6］曹平周，朱召泉.钢结构［M］.2版.北京：科学技术出版社，2002.

［7］李卫民，杨红义，王宏祥，等.ANSYS工程结构实用案例分析［M］.北京：化学工业出版社，2007.

［8］吴泽迁.体外预应力桥梁中转向块对预应力筋的影响［J］.技术经济，2007（3）：87.

［9］华毅杰，熊学玉，刘华波.体外预应力技术在加固和改造工程中的应用［J］.结构工程师，1999（4）：38－41.