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外粘钢板对混凝土结构进行加固的应用研究始于上世纪60年代,至今已成为增强结构承载力、延长结构寿命的重要手段之一。粘钢加固具有施工占据空间小、工期短,加固效果好且基本不影响建筑空间等特点,在结构加固中正得到越来越广泛的应用。
粘钢加固中,主要施工材料为钢板与粘钢胶,同时还需锚栓配合加固施工。随着粘钢加固的应用越发普及,部分工程中锚栓的用量也在不断增多。如今甚至存在锚栓与粘钢共同受力,形成锚栓粘钢共同加固的想法,而这样的做法是否可行,还需要进一步分析才能得出答案。
锚栓在粘钢加固中的作用
粘钢加固,必须经历粘钢胶的固化流程才能正常工作。而在粘钢胶固化前,钢板要固定在混凝土基材上就必须依靠外力的作用;另一方面,为达到较佳加固效果,涂抹在钢板上的粘钢胶,需要挤压并控制胶缝较终厚度。化学锚栓施加的外力,能够有效对钢板起到固定与挤压的作用,但在加固完成结构受力时,国内外大量实验数据均表明,锚栓无法与钢板共同受力,需要引起注意。
另一方面,化学锚栓的存在,能够在粘钢胶未完全固化时,抵御动载的作用,这一点在桥梁加固中尤为重要。当然,为了避免动载对加固的影响,也可采用耐动载的加固之家结构胶来减小动载影响,避免锚栓过多。
锚栓过多对粘钢加固的影响
事实上,锚栓用量过多,不仅不会对受力起到积极的效果,反而会对粘钢加固造成负面影响。
首先,对于加固的混凝土基材来说,锚栓的施工,势必要在其上钻孔,这样对于混凝土的整体性难免会造成破坏。对于粘钢加固的混凝土梁来说,当锚栓数量过多时,随着荷载的不断增大,锚栓密集的部分将面临混凝土劈裂破坏的风险,成为加固中的薄弱之处。
锚栓布置过多,同样意味着加固所用钢板开孔增多。粘钢加固的钢板截面面积,与粘钢加固效果有直接的关联,截面面积大,代表钢板能为结构提供更高的承载力。钢板开动过多,会削弱钢板截面,降低加固效果。钢板开洞,还会在开洞处产生应力集中现象,最后导致更小的截面承担更大的应力,降低整体加固效果。
合理布置锚栓
既然锚栓布置过多危害严重,那么怎样布置锚栓较为恰当?规范中,对于锚栓的间距存在以下要求:固定钢板的锚栓,直径不应大于M10,锚栓边距和间距应分别不小于60mm和250mm;加压固定可选用锚栓加压法,加压点之间距离不应大于500mm。根据上述要求,就可以在满足规范要求的前提下,根据实际项目情况,灵活布置锚栓。
综上所述,在粘钢加固中,锚栓的布置对粘钢加固效果存在直接的影响。无论是在设计还是施工中,都要严格注意锚栓的用量与间距是否满足要求,防止因锚栓过多造成的加固失效。在粘钢加固中,提升加固效果较稳妥的方式就是采用长期**,报告齐全的粘钢胶,切莫因小失大,留下安全隐患。
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昨天,我们已经讨论过粘钢加固界面处理工艺,今天,加固之家继续跟大家探讨关于粘钢加固界面处理的其他需要注意的问题。
▋ 混凝土含水率问题
被粘钢板的混凝土部位,其表层的含水量不宜大于4%,且不应大于6%。这是因为,对一般粘钢胶而言,需在干燥的混凝土表面进行粘贴,若含水率高,则会影响其粘结强度。若混凝土含水率稍高,则可使用含水率测量仪进行测定再作处理。对于含水率**限的混凝土梁、柱、墙等,采用可在高潮湿表面可使用且性能达标的粘钢胶进行粘贴。对于俯贴的混凝土板加固,若有条件,亦可采用人工干燥进行处理以保证加固粘贴钢板的质量。
▋ 混凝土粘结正拉试验问题
这是一个复杂的必检项目。在处理混凝土粘合的同时应由机构派员到现场做粘贴定量检验的预布点工作。布点前应按相关规范(如《建筑结构加固工程施工质量验收规范》 GB 50550-2010)取样规则抽取受检构件,然后再邻近受检构件加固部位处选择一个100mm x100mm见方的混凝土表面进行同条件的界面处理,以备在粘钢施工时,粘贴受检用的标准钢试块。
在大多数情况下,所加固的构件粘贴钢板后,无法再在该钢板粘结处进行直接切割并进行正拉伸检验,而只能采用间接方法进行粘贴定量检验。因此,尽量采取多种措施使试样的粘贴过程控制尽可能地与加固粘贴钢板施工一致。为此,从界面处理工序开始及以后每一工序都应该在尽可能相近的条件下进行。
▋ 粘贴钢板及钻孔与试装配的问题
现在的贴钢板施工,大都已不用老办法支**,而用螺栓加压固定,或者因其他需要,要在混凝土构件上、钢板上钻孔(打眼)。为此,先探明混凝土中原钢筋位置,并在划线定位时予以避让。若探明有困难,且已在钻孔过程中遇到钢筋的障碍,允许移位2d(d为钻孔直径)重钻,但必须用植筋胶将废孔填实。钻好的孔洞,应采用压缩空气吹净孔内及周边的粉尘、碎渣。若孔壁的混凝土含水率**限,宜采用电热棒吊入烘烤孔壁或用可带水粘结的胶种填实。
这些工作完成后,还应将已裁好并处理好的钢板与混凝土粘结界面,按加固图纸要求及实际尺寸进行试装配。此工作十分重要,因为胶粘剂的适用时间(可操作时间)有限,固化后便无法作任何调整和变动。故要求所有与钻孔、定位有关的作业均应在试装配过程中得到检查与修正。
▋ 表面的擦拭问题
在以上工作进行完成后,还要对表面用丙酮(或其他不含水分的物质)进行清洁。这样做的目的有两个:一是进一步清除粘附在加固粘合面上的不洁残留物和新落的灰尘,更好地保证胶接质量;二是通过擦拭工业丙酮,可以复查前道工序有无疏漏或欠缺之处,以便及时弥补,免得造成返工。这二工序也是前道工序质量合格的**措施。
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结构加固 1.粘钢加固的概念及特点
结构粘钢加固是一种建筑结构工程的加固新技术。加固机理是将钢板采用高性能的环氧类粘接剂粘结于混凝土构件的表面,钢板与混凝土形成统一的整体,利用钢板良好的抗拉强度达到增强构件承载能力及刚度的目的。特点如下:
1、施工简便、快捷、基本不增加被加固构件断面尺寸和重量。
2、钢板端部锚固非常重要,处理不当易出现撕脱现象,属脆性破坏。
3、加固钢板宜在2~6mm之间,若此厚度不能满足设计要求,可用湿式外包钢法或粘碳纤维法。
4、基层温度在5℃以下时使用粘钢法需辅以升温措施,加快固化。
5、若加固梁柱钢板较厚时,建议采用外包钢法。此方法在增层及抗震加固中经常使用。
6、当原构件处于高应力状态时,宜采用卸荷方案,消除新旧材料的应变不同步。
7、框架节点负弯矩段构造较难处理,建议采用局部调幅法,尽量**粘贴梁底。
结构加固 2.粘钢加固的设计
由设计单位的结构工程师,根据工程特点和使用要求,依据国家相关规范规定,进行专业专项设计。
结构加固 3.粘钢加固的适用范围
适用于承受静力作用的一般受弯及受拉构件。
使用环境温度不**过5~60℃,相对湿度不大于70%及无化学腐蚀的使用条件为限,否则应采取有效的防护措施。
当构件混凝上强度等级低于Cl5 时,不宜采用本法加固。
3.1钢筋焊接点断裂加固
3.2施工中漏放钢筋加固
3.3混凝土标号达不到,提高结构强度加固
3.4加层抗震加固
3.5阳台根部断裂加固
3.6牛腿接点加固
3.7悬挂式吊车梁提高荷载加固
3.8楼面荷载集中力加固
3.9火灾后梁柱砼烧坏加固
3.10混凝土柱子牛腿断裂加固
3.11桥式吊车梁加固
3.12薄腹梁断裂加固
3.13爆炸冲击波破坏梁体加固
3.14提高楼面荷载加固
*屋架梁下弦腐蚀严重露筋加固
3.16断梁加固
3.17截柱加固
3.18减震加固
3.19梁柱受化学腐蚀的粘钢加固
3.20旧房改造综合加固
3.21生命线建筑物抗震加固
3.22剪力墙开1.6M以下的圆洞加固,开1M X 2M以下的门洞加固
3.23桥梁断裂、旧桥维修加固
3.24提高柱子承载力解决柱子轴压比**标加固
结构加固 4.粘钢加固的施工方法(一般情况)
4.1.粘贴面处理
4.1.1.混凝土面应该凿除粉饰层,油垢、污物,然后用角磨机打磨除去1-2mm厚表层,较大凹陷处用找平胶修补平整,打磨完毕用压缩空气吹净浮尘,最后用棉布沾bingtong拭净表面,待粘贴面完全干燥后备用。
4.1.2.钢板粘贴面应用角磨机进行粗糙、除锈处理,直至打磨出现光泽,使用前若洁净仅用干布擦拭即可。否则可用棉布沾bingtong拭净表面,待完全干燥后备用。
4.1.3.该工序所用主要物资:护目镜、防尘口罩、冲击电锤及扁铲、手锤、角磨机、金刚石磨片、砂轮片、空压机、棉布、bingtong。
4.2.加压固定及卸荷系统准备(根据实际情况和设计要求,卸荷步骤有时省去)
4.2.1.加固构件所承受的活荷载如人员、办公机具宜暂时移去,并尽量减小施工临时荷载。
4.2.2.加压固定宜采用千斤顶、垫板、**杆所组成的系统,该系统不仅能产生较大压力,而且加压固定的同时卸去了部分加固构件承担的荷载,能更好的使后粘钢板与原构件协同受力,加固效果较好,施工效率较高。
4.2.3.加压固定也可采用膨胀螺栓、角钢、垫板所组成的系统,该系统需要在加固构件上合适位置钻孔固定膨胀螺栓,仅能产生较小压力,不能产生卸荷效果,适合侧面钢板的粘贴。
4.3.胶粘剂配制
4.3.1.建筑结构胶为A、B两组份,取洁净容器(塑料或金属盆,不得有油污、水、杂质)和称重衡器按说明书配合比混合,并用搅拌器搅拌约5-10分钟至色泽均匀为止。搅拌时较好沿同一方向搅拌,尽量避免混入空气形成气泡,配置场所宜通风良好。
4.3.2.该工序所用主要物资:搅拌器、容器、衡器、腻刀、手套。
4.4.涂胶和粘贴
4.4.1.胶粘剂配制好后,用腻刀涂抹在已处理好钢板面上(或混凝土表面),胶断面宜成三角形,中间厚3毫米左右,边缘厚1毫米左右,然后将钢板粘贴在混凝土表面,用准备好的固定加压系统固定,适当加压,以胶液刚从钢板边缝挤出为度。
4.4.2.该工序所用主要物资:加压固定及卸荷系统,腻刀、手套。
4.5.固化、卸加压固定系统
该工序所用主要物资:扳手、手套、时钟、温度计。
4.6.检验
4.6.1.结构胶饱满度检验。可用小锤轻击粘贴钢板,从音响判断粘贴效果,也可采用**生仪。若锚固区有效粘结面积少于90%,非锚固区有效粘结面积少于70%,应剥离钢板,重新粘贴。
4.6.2.对重要构件也可采用载荷检验,一般采用分级加载至正常荷载的标准值,结果较直观、可靠,但费用较高,耗时也较长。需要千斤顶或配重(常用沙袋、砖块)、百分表、裂缝显微镜、衡器。
4.7.维护
加固后钢板宜采用20mm厚M15水泥砂浆抹面保护,也可采用涂防锈漆保护,以避免钢材的腐蚀。
结构加固 5.粘钢加固的优点
结构粘钢加固方法,与其他的加固方法比较,有许多*特的优点和先进性,主要有:
5.1.坚固耐用:经过多年来的工程实践,已经证明完**保证加固工程的质量,结构的强度和刚度都能满足设计的要求。
5.2.施工快速:在保证粘钢加固结构质量的前提下,快速完成施工任务,并能根据业务要求,在不停产不影响使用的情况下完成施工,受到用户的普遍赞扬。
5.3.简洁轻巧:与其它加固方法比较,粘钢加固的施工,干净利落,比较简便,现场无湿作业。完成加固后的结构外观不改变,比较轻巧,钢板薄,结构自重增加较微,不会导致建筑物内其他构件的连锁加固。
5.4.灵活多样:粘钢加固法的适应性很强,能够解决生产上和生活上各种有关问题。粘贴钢板的方案多种多样,灵活巧妙。还可粘贴型钢、加固钢结构及砖砌体结构等。
5.5.经济合理:由于施工快,避免或减少工厂停产时间,节约加固材料,与其它加固方法比较,粘钢加固的费用大为节省,经济效益很高。
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粘钢需要卸荷吗?
是的。但是现在我所知道的加固施工时一般都没这样做。我个人认为,如果是因为增加设备而需要结构加固的,加固前没有增加设备就不用卸载,如果已经增加了设备而需要进行加固的话,必须卸荷!
卸荷系统准备工作如下:
1、加固构件所承受的活荷载如人员、办公机具宜暂时移去,并尽量减小施工临时荷载。
2、加压固定宜采用千斤顶、垫板、**杆所组成的系统,该系统不仅能产生较大压力,而且加压固定的同时卸去了部分加固构件承担的荷载,能更好的使后粘钢板与原构件协同受力,加固效果较好,施工效率较高。
3、加压固定也可采用膨胀螺栓、角钢、垫板所组成的系统,该系统需要在加固构件上合适位置钻孔固定膨胀螺栓,仅能产生较小压力,不能产生卸荷效果,适合侧面钢板的粘贴。
粘钢加固施工工艺流程图
01表面处理
应认真进行钢板及混凝土粘贴面的表面处理。除锈、打磨处理钢板,混凝土粘合面也要进行打磨或凿毛处理,并且还要用棉布蘸酒精擦拭。
02钢板上钻孔及清空
在钢板上钻膨胀螺栓孔和注胶孔,一般每平方米可设固定螺栓孔6-7个,注胶孔3-4个。注胶孔的大小应与灌浆嘴相匹配,并保证注胶孔周边能密封;钻孔后应注意清孔,清空用毛刷蘸酒精伸入孔中擦拭,清孔工作应细致并清理干净。
03在混凝土中相应位置钻孔
把钢板紧靠粘合面,在混凝土上相应位置钻固定膨胀螺栓孔。也可用放样的方法确定混凝土中的固定孔位置。
04固定钢板
将钢板托起悬挂在各螺栓上,一次拧紧螺母。为控制注胶层的厚度,可在每个紧固螺栓孔周围塞垫一定厚度的垫片。
05留排气孔
在灌浆粘贴面周边每隔0.5米左右插入一软管作为排气管,钢板周边各角都应设置排气管,倾斜或垂直安装的钢板只需在**边设置排气管。
06周边密封
按推荐配胶比例称取并调配封口胶,用抹刀将钢板周边缝隙、膨胀螺栓及注浆嘴周围间隙用封口胶密封,不允许出现密封不严现象。封口胶在25℃时的可操作时间约为60分钟,可根据施工具体情况确定每次配胶量,以免造成不必要浪费。密封施工一天(25℃)后即可进行灌浆粘贴施工。
07配胶
配胶前对灌注胶两组分进行充分的上下搅拌。根据估计的用胶量按推荐配胶比例准确称取A、B两组分,用胶料搅拌器搅拌均匀后倒入灌浆容器。
08压力灌胶
用脚踏泵或其它灌浆机具从注浆嘴压力注入胶液,注胶工作应从一端开始,当邻近注胶嘴有胶液流出时,将当前的注胶嘴封闭,移至出胶的注胶嘴继续注胶。
当排气管中有胶液流出时则将其弯折扎紧。注胶的同时用橡皮锤敲击钢板,由声音判断胶液流动情况及胶液是否注满。倾斜及垂直安装的钢板要从较低位置开始注入。最后一个排气管应在维持注入压力的情况下封堵,以防胶层脱空。
09固化
注胶施工后较初几小时应注意检查是否有流胶现象,以防脱胶。常温(25℃)下,固化不少于3天;固化温度降低,固化时间应相应延长。若固化温度低于5℃,应采取红外线灯(或碘钨灯)加热等加温措施或使用低温固化改性产品。
10检验
先查看钢板周边是否有漏胶,观察胶液的色泽、硬化程度,并以小锤敲击钢板检验钢板的有效粘结面积。锚固区有效粘结面积不应小于90%,非锚固区有效粘结面积不应小于70% 。不密实区可补钻注胶孔和排气孔进行补注。
11防腐处理
灌注粘钢施工后,应按设计要求进行防腐处理。当外抹砂浆保护层防腐时,为有利于砂浆粘结,可于钢板表面粘结或外包一层钢丝网或涂刮胶后点粘一层豆石,较好在抹灰时涂刷一道混凝土界面剂。
二、注意事项
进场原材料要进行检验,检验合格方可使用,不合格品就地封存、销毁。
施工时,要严格按照施工工艺流程进行施工,严禁颠倒。
一定按规定要求精配制结构胶,保证施工质量和安全。
抹胶前要清理干净,不得有灰尘。
使用结构胶时,如不慎溅入眼中应立即用清水冲洗后尽快到医院进行救治。
施工现场保持良好通风。
现场施工人员应采取相应的劳动保护措施。材料使用后,应将残余物及包装用品进行妥善处理,注意环境保护。
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粘钢加固亦称粘贴钢板加固,是将钢板采用高性能的环氧类粘接剂粘结于混凝土构件的表面,使钢板与混凝土形成统一的整体,利用钢板良好的抗拉强度达到增强构件承载能力及刚度的目的。近年来,采用粘钢加固混凝土梁柱构件得到了广泛推广,那么,采用粘贴钢板加固梁柱时应符合哪些要求?
1.原构件的混凝土实际强度等级不应低于C15,混凝土表面的受拉粘结强度不应低于1.5MPa,粘贴钢板应采用粘结强度高且耐久的胶粘剂,钢板厚度宜为25mm。
2.钢板的受力方式应设计成仅承受轴向应力作用。钢板在需要加固的范围以外的锚固长度,受拉时不应小于钢板厚度的200倍,且不应小于600mm;受压时不应小于钢板厚度的150倍,且不应小于500mm。
3.粘贴钢板与原构件尚宜采用**金属胀栓连接。
4.粘贴钢板加固钢筋混凝土结构的胶粘剂的材料性能、加固的构造和承载力验算,可按现行国家标准《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2013的有关规定执行,其中,对构件承载力的新增部分,其加固承载力抗震调整系数宜采用1.0,且对A、B类钢筋混凝土结构,原构件的材料强度设计值和抗震承载力,应按现行国家标准《建筑抗震鉴定标准》GB50023的有关规定采用。
5.被加固构件长期使用的环境和防火要求,应符合国家现行有关标准的规定。
6.粘贴钢板加固时,应卸除或大部分卸除作用在梁上的活荷载,其施工应符合专门的规定。
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1.粘钢加固施工时,混凝土粘结面除应按规定进行清理和修整外,尚应按设计要求进行喷砂糙化或砂轮打磨处理,糙化或打磨的纹路应均匀。当采用砂轮打磨时,其纹路尚应垂直于钢板受力方向。混凝土表面糙化或打磨后应清理洁净。
检查数量:全数检查。
检验方法:观察,触摸。
2.粘钢加固施工部位的混凝土,其表层含水率不宜大于4%,且不应大于6%。对含水率**限的混凝土应进行人工干燥处理,或改用潮湿面**的胶粘剂。
检查数量:每根需粘接的构件不少于一处。
检验方法:含水率测定仪测定。
3.粘钢加固施工钢板粘结面应进行除锈、糙化和展平。除锈后的钢板表面露出金属光泽。糙化的纹路应垂直于钢板受力方向。展平后的钢板与混凝土表面应平整粘贴,且轮廓尺寸与所画粘贴线基本吻合。
钢板粘结面经处理后擦拭洁净并妥善保护,不得再受水、油和粉尘的污染。
4.在混凝土粘结面处理的同时,尚应由机构派员到现场做好粘贴质量检验的预布点工作,即按抽样规则随机抽取受检构件。在受检构件的非加固部位选择一处混凝土表面进行同条件的界面处理,以备在粘钢加固施工的同时,粘贴检验用的钢标准块。
当按钢板钻孔位置在混凝土上叠合画线钻孔时,除其允许偏差应符合设计要求,且不应伤及原钢筋外,尚应进行试装配;若有个别孔洞需移位,且移位距离**过20mm,应由设计单位提出处理方案。
钻好的孔洞,应采用压缩空气吹净孔内及周边的粉尘、碎渣;若孔壁的混凝土湿度大,尚应按要求进行处理。
检查数量:全数检查。
检验方法:观察,触摸,测量孔壁混凝土含水率。