粘钢加固法设计原理与施工技术

陈赛亮

(河北联合大学建筑工程学院，河北唐山 063009)

0 引言

土木工程加固技术随着经济的发展、新材料的出现，新技术层出不穷，采取何种有效的加固技术措施对受损建筑物进行处理以恢复其正常使用功能是工程结构技术人员面临的重要课题。其中粘钢加固法是诸多加固法中较为有效的一种，有着多种独特的优点，如坚固耐用，施工速度快，不改变建筑结构外形，几乎不增加结构自重，经济合理等。因此，粘钢加固技术在结构加固中得到广泛应用。

1 工程概况

该工程为无锡某产权监理处加固改造。原建筑为1类高层建筑，框架剪力墙结构体系，七度抗震设防，剪力墙抗震等级为二级，框架抗震等级为三级。二楼局部使用功能发生改变，经检测，二楼梁板需要加固补强。梁主要运用钢筋混凝土加腋与粘钢加固，如图1所示。

图1 现场局部梁加固图

2 粘钢加固法设计原理

2.1 混凝土粘钢加固的受力特性

对原结构进行加固后，其受力性能与未加固结构有较大的差异。被加固结构在加固之前已经承受荷载，新加部分在加固后，在原荷载的作用下应变为0，即不立即承担荷载，只有继续施加荷载才分担荷载。整个结构在二次受力过程中，新粘钢板的应变始终滞后于原结构的累加应变。当原结构中受拉钢筋达到极限状态σs=fy时，新粘钢板的应变还很低，钢板的应力低于屈服应力。我们把粘钢加固后截面的破坏形态分为如下三种情况:

(1)钢筋应力达到屈服(或未达到屈服)，钢板应力还很低时，受压区混凝土先行破坏，这种破坏形态相当于混凝土受弯构件的超筋破坏。

(2)钢筋应力达到屈服以后，应力σs=fy保持不变，εs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。

加固设计允许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。

3.2 混凝土受弯构件粘钢加固计算的基本假定

混凝土加固计算应按照《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)的有关假定。

(1)“平截面假定”:假定变形前后仍保持平面。

(2)不考虑混凝土抗拉强度。

(3)混凝土轴心受压应力σc与应变εc的关系为抛物线，极限压应变εc0=0.002。方程式如下:

(4)混凝土非均匀受压时的应力σc与应变εc的关系为抛物线和水平线的组合线。方程式如下:

(5)钢板与原结构之间粘结牢固，可靠传递剪力、无相对滑移。

2.3 适用范围

(1)粘钢加固法适用于钢筋混凝土受弯构件正截面和斜截面加固、受拉及大偏心受压构件的加固。粘贴型钢加固法适用于需大幅提高截面承载力和抗震能力的混凝土梁柱构件的加固。

(2)使用环境温度不超过60℃、相对湿度不大于70%且无化学腐蚀和高温及放射性的恶劣条件。(3)原结构混凝土实测强度不得低于C15，且混凝土表面粘结受拉强度不得低于1.5 N/mm2。

2.4 计算方法分析

该工程梁采用粘钢加固如图2所示，原梁高为700 mm，宽250 mm，想梁底粘贴宽250 mm，厚4 mm的Q345钢板，梁端部用宽180 mm，厚4 mm的3道U型箍进行锚固，间距400 mm。加固部分间隔600 mm用化学锚栓锚固，使得钢板与混凝土之间更有效的粘结。

图2 粘钢加固梁

受弯构件正截面加固承载力计算公式:

3 粘钢加固施工措施

(1)混凝土表面处理。对混凝土粘结面进行打磨，除去3 mm左右厚表层，直至露出新表面，用压缩空气除支粉尘或清水冲洗干净，等完全干燥后用脱脂棉沾丙酮擦拭表面。

(2)钢板粘结面进行除锈处理。如钢板未生锈或轻微锈蚀，用砂布，磨光机等打磨，直到出现金属光泽，其后用脱脂棉沾丙酮擦拭干净。钢板如需焊接，焊接部位避免在钢板长度的三分之一处。

(3)卸荷。为减轻和消除粘贴钢板的应力和应变滞后现象，粘贴钢板前宜对构件进行适量的卸荷。卸荷方式有:①对老建筑拆除原有的装饰、抹灰层等;②卸除如办公用具等活荷载;③加压固定宜采用千斤顶、垫板、顶杆所组成的系统，该系统不仅能产生较大的压力，而且加压固定的同时能卸去部分荷载，提高加固效果。

(4)粘结剂的配制。粘结剂使用前需进行质量检验，合格后方可使用。使用时严格按产品使用说明书A、B两种粘结剂进行配比混合，配制时应避免污水、油污、粉尘等建筑垃圾进入容器，并按同一方向搅拌至色泽均匀为止。

(5)钢板粘贴。粘结剂配制后，用抹刀同时涂抹在已处理好的混凝土表面和钢板表面，厚度1～3 mm(中间厚，边缘薄)。将钢板粘贴在已涂抹粘结剂的混凝土表面。贴好钢板后，用木棰沿粘贴面轻轻敲击钢板。如无空洞声，表明已粘贴密实;否则应立即剥下钢板，经补胶后重新粘贴，以确保粘结施工质量。钢板粘贴好后，即U型箍与化学锚栓进行锚固，同时用木杆顶撑，以粘钢胶从钢板边缝挤出为度。

(6)锚固处理。按之前在钢板上留的锚固孔，对构件进行钻孔，钻孔时务必不对混凝土及钢筋产生伤害。用吹风机吹尽孔内灰层，然后用脱脂棉沾丙酮擦拭干净。孔内插入化学管，保证化学管不破坏。

(7)固化。粘结剂一般可在常温下固化，24小时可拆除支撑，72小时后即可受力使用。加固后，固化前严禁扰动。

(8)钢板防锈。构件粘钢加固后，为防止钢板锈蚀，可采用20 mm厚M15水泥砂浆抹面保护，也可对其涂刷防锈剂。

4 结语

粘钢加固施工速度快，施工技术易于掌握，所需的劳动力少，成本低，在加固过程中能满足结构强度的需要，施工质量取得良好的效果，因此，粘钢技术近年来在实际工程加固中得到广泛地应用，已成为诸多加固方案中优先考虑的方案。在施工过程中得到业主、监理的一致好评。

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