6钢筋混凝土柱外包粘钢加固技术研究与应用

CONSTRUCTIONTECHNOLOGY

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钢筋混凝土柱外包粘钢加固技术研究与应用

熊　非

(广东省电力第一工程局,广东广州　510735)

[摘要]外包粘钢加固技术是将包钢与粘钢方法结合起来,加强了外包粘钢与原混凝土结构共同工作能力,介绍了

用高强胶凝混凝土外包粘钢短柱的试验和工程应用实例。

[关键词]混凝土柱;外包粘钢;加固;胶凝混凝土[中图分类号]TU74613

[文献标识码]A　　　　[文章编号]100228498(2003)0620017203

StudyandApplicationofOuter2packingStickSteelStrengthening

TechnologyofReinforcementConcreteColumn

XIONGFei

(No.1ElectricPowerEngineeringBureauofGuangdong,Guangzhou,Guangdong　510735,China)2packingsteelmethodandthestickingsteelAbstract:Theouter2packingsticksteelstrengtheningtechnologycombinestheoutermethod,improvestheabilityofouter2packedsteeltoworkwithoriginalconcretestructures.Inthisarticle,theauthorintroducestestsandapplicationexamplesofshortcolumnsbyouter2packingsticksteelwithhigh2strengthgelatinizationconcrete.

Keywords:concretecolumn;outer2packingsticksteel;strengthening;gelatinizationconcrete

　　对老化或有病害的钢筋混凝土结构进行加固是提高其耐久性、延长其使用寿命的有效办法,其主要方法有:加大截面加固法、外包钢加固法、预应力加固法、增设支撑加固法、粘钢加固法、托梁抽柱技术、增设支撑体系及剪力墙加固法、增设拉结联系加固法、裂缝修补技术等。

粘钢加固法是在混凝土构件表面用特制的建筑结构胶粘贴钢板以提高结构承载力的一种加固方法。该方法优点是简单、快速、不影响结构外形,施工影响较小。外包钢加固法分湿式与干式两种。干式外包钢施工简便,但承载力提高量、整体工作性能及受力特点不如湿式外包钢有效。现将外包钢加固技术与粘钢加固技术结合起来,用新型结构胶代替乳胶水泥和环氧树脂化学灌浆,同时发挥了外包钢加固技术与粘钢加固技术的优点。本文通过对这种新型结构胶的外包粘钢柱的模型试验,探讨这种加固技术的受力性能,并以万益钢结构加工厂厂房作为工程加固研究实例,进一步说明该技术用于工程结构加固的可行性。

1　钢筋混凝土短柱外包粘钢加固试验111　试验目的与试件制作

不多,还要整体性强,可靠性高等要求,用高强胶凝混凝土少量增大柱子截面,并包外粘角钢和包粘钢

板,使外包钢套、高强胶凝混凝土与原柱之间可靠地联结成整体,使原混凝土柱产生良好的三向应力状态,因而可以大幅度提高柱子的承载力。

为了验证上述加固方法的加固效果,进行了钢筋混凝土的短柱轴压试验。未加固试件的截面尺寸150mm×150mm,柱长600mm,配4<6纵筋,箍筋采用<4@150。预制4组共27根不同等级的短柱试件,由于短柱试件尺寸不大,将外包角钢和钢板箍用外包钢板套筒代替。加固钢筋混凝土短柱试件的制作流程为:用2mm厚的A3钢板做成钢板套筒,要求套筒与柱子等长→将混凝土短柱表面和钢板套筒内壁进行表面处理,涂上WSI界面胶→将短柱置于钢板套筒中→在钢板套筒与柱之间浇筑高强胶凝细石混凝土。

钢板套筒采用3种断面形式:①a型,边长为180mm的正方形;②b型,边长为188mm的正方形;③c型,直径212mm的圆形。a型使柱横截面面积

[收稿日期]2003201221;[修订日期]2003203220

),男,湖北武汉人,广东省电力第一[作者简介]熊　非(1968—

工程局工程部副经理,工程师,广州市黄埔东路3375号　510735,电话:(020)822969

为了满足实际工程中提出的在柱子加固时既要大幅度提高其承载力,又要使柱子的横截面积增大

18施工技术第32卷

增加44%,b型与c型均使柱截面面积增加57%,如图1所示。

11212　试验结果分析

(1)由第1组未加固短柱的试验结果可知,荷载

较小时,柱子的轴向应变和横向应变与轴压力大致成正比。当荷载增大到一定程度,应变急剧增大,最后应变失效,表明柱中混凝土的微裂缝迅速发展。

(2)当轴压力小于600kN时,钢板套筒与混凝土

图1　钢板套筒断面形式

第1组试件9根,其中3根不加固,3根按b型

方截面加固,3根按c型圆截面加固;另外3组,每组6根试件,其中3根不加固,3根按a型方截面加固。钢板与混凝土柱间浇筑高强胶凝细石混凝土的立方体抗压强度fcu=3312NΠmm。

为了观测试件在加载过程中的轴向变形和钢板箍的横向约束效果,在第1组试件的中部贴有横向和纵向应变片,应变片在前后两面对称布置。加固柱除原混凝土柱贴片外,钢板外套筒也贴有应变片。112　试验结果及其分析11211　试验结果将每3根一批的试件在压力试验机上做轴压试验,应变值取试件前后两面应变的平均值。极限承载力取3根一批的均值。第1组试件未加固柱、方形套筒加固柱和圆形套筒加固柱的轴压力和应变关系曲线如图2所示。全部4组试件的承载力结果如表1所示。

0

2

柱的应变同步增加,表明钢板套筒与混凝土柱共同工作情况良好。当轴压力大于600kN时,轴向应变差别明显,分析其原因可能是钢板套筒与混凝土柱的长短不一致造成的。

(3)圆形套筒加固短柱轴压力与应变的关系,与方形套筒加固柱的轴压力与应变关系基本相同。

(4)从最后破坏形态看,未加固短柱混凝土被压碎而破坏,方形钢板套筒加固柱破坏时中部向外凸起,钢板纵向失稳,圆形钢板套筒加固柱因套筒轴向受压屈服,起皱失稳而破坏。(5)比较第1组试件的极限承载力,方形钢板套筒加固短柱的承载力比未加固短柱提高了195%,圆形钢板套筒加固短柱的承载力提高了353%,后者比前者承载力高出5313%,而用钢量少1114%。

(6)由第2、3、4组的试验结果可以看出,对于不同强度等级的混凝土柱采用相同的加固方法,其混凝土的强度越低,加固后提高的百分比越大,加固的效果愈佳。2　万益钢结构厂厂房加固应用实例万益钢结构加工厂位于广州番禺万顷沙滨的软土地基上,厂房结构于1996年4月建成,1996年10月投入使用。使用1年后发现除基础沉陷外,柱子出现水平裂缝,吊车梁及牛腿处均有破损现象,地梁破损严重。对厂房构件进行全面检测后发现:①基础最大绝对沉降量达350mm,相对沉降量达17mm,沉降时间长,难以稳定;②108根吊车梁中,混凝土强度满足设计要求的仅27根,75%的吊车梁均不合格;③柱子设计混凝土强度为C25,符合设计要求的为50根,不符合设计要求的有70根。柱子破损现

图2　加固前后短柱的轴压力和应变关系

表1　试件承载力试验结果

组号

1234

混凝土立方未加固短方形套筒加固柱圆形套筒加固柱体抗压强度Π柱承载力Π承载提高承载提高

2

(NΠkNmm)力ΠkN率Π%力ΠkN率Π%141728351951308353221170132231844099012526104771033117

状有水平裂缝,裂缝是明显的偏心受压性质,有的裂

缝使柱横截面三分之二裂开,最大裂缝宽度达015mm,牛腿与梁连接处有4处局部破坏,其中1处为破碎性破坏。211　加固方案截至1997年12月的观测资料发现,各柱的沉降量已达到规范允许沉降范围以内,表明厂房基础已趋于稳定,可不进行地基加固,只对上部结构进行加固处理。

2003No.6熊　非:钢筋混凝土柱外包粘钢加固技术研究与应用19

根据万益钢结构厂房柱混凝土回弹试验结果,

把原设计的混凝土强度等级C25降到C20,仍有22根柱达不到要求,占实测数的30%。为了不影响生产,只能采取边生产边加固的方法。由此选择如图3所示的外包粘钢加固方案。

对上述加固方案进行了计算。以6根不合格柱

2

中最低的混凝土强度1711NΠmm计算,加固后承载

6

能力可达到610×10N;以C20混凝土强度

2

1214NΠmm计算,加固后的承载力可达到716×6

10N;由此,加固后的柱均可在降低使用标准的前提下满足要求。

钢板随即灌浆1次,保证所灌的结构胶凝砂浆密实。灌胶后,立即用方木加压。

(7)对加固的钢结构进行防腐处理。21213　外包粘钢施工检验

(1)粘钢混凝土表面应清理干净,无粉尘,无污物。

(2)所粘钢板的抹胶表面,必须打磨出金属光泽。

(3)严格按组分比例配胶,并进行充分搅拌。(4)钢板上抹胶应两边薄、中间厚,100%抹满;混凝土表面凹处应抹胶补平,混凝土上钻孔,应灌胶入孔内。

(5)检验灌胶时以钢板两边缘有胶溢出为合格。(6)20℃时固化时间大约为20h,温度越高,时间越短。(7)粘钢拆模后,检验钢板边缘溢胶色泽、硬化程度,以小锤敲击钢板的有效粘结面积,标准锚固区的粘结面积S≥90%,非锚固区S≥70%。

(8)防腐处理应满涂所粘钢板并包括钢板溢出胶的部分。

参考文献:

[1]　万墨林,韩继云.混凝土结构加固技术[M].北京:中国建筑工

业出版社,1995.

[2]　CECS25:90,混凝土结构加固技术规范[S].

注:图中外粘钢板未注明尺寸者,其宽度均为100mm,长度等于柱断面相应尺寸

图3　外包粘钢加固柱断面

(上接第11页)

212　加固施工及检验21211　粘钢施工流程

重视,很多设计单位仍习惯采用传统的加固方法,很多建设单位对碳纤维加固技术不认可,仅看到碳纤维加固成本比较高,未从长期效益及综合成本考虑。

(2)目前我国还没有碳纤维加固技术的国家标准,碳

粘钢加固的效果主要取决于粘结施工质量。粘

钢加固施工应严格按下列工艺流程进行,并由专业化施工队伍施工:表面处理→配胶、卸荷→粘贴→固定及加压→固化→检验→防腐处理。21212　柱子外包粘钢加固施工步骤

(1)实测柱子各细部尺寸。

(2)根据加固设计图纸及柱子实际尺寸,进行材料(钢板和型钢)剪裁。

(3)在地面上将各种钢材件进行组焊,形成几个

纤维加固设计和施工缺少规范和标准的指导,因而制约了碳纤维加固技术的推广应用。

(3)国内碳纤维材料市场比较混乱,市场压价严重,过

低的价格使应用者对碳纤维材料的质量及加固效果产生怀疑。

参考文献:

[1]　铃川研二,谷口贵昭,王文俊等.日本碳素布的接着工法和混凝

部分。

(4)通过定滑轮将各部分吊装在柱子上就位,然后将其焊接在一起,形成加固框架。

(5)对灌胶凝砂浆部位的柱混凝土及外粘钢板进行清洁并涂刷界面胶剂。

(6)由下而上焊接粘钢板,每焊接1块50cm高

土建筑物的补强现状[A].尚守平,施楚贤,王济川.工程结构鉴定与加固改造———第六届全国建筑物鉴定与加固改造学术会议论文集[C].长沙:湖南大学出版社,2002.

[2]　周朝阳,英令文,贺学军等.工程结构外粘FBR加固技术的发

展[A].尚守平,施楚贤,王济川.工程结构鉴定与加固改造———第六届全国建筑物鉴定与加固改造学术会议论文集[C].长沙:湖南大学出版社,2002.