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結(jié)構(gòu)粘鋼加固
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1 鋼結(jié)構(gòu)加固概述
  鋼結(jié)構(gòu)加固的主要方法有:減輕荷載、改變計算圖形、加大原結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面和連接強度、阻止裂紋擴展等。當有成熟經(jīng)驗時,也可采用其他的加固方法。經(jīng)鑒定需要加固的鋼結(jié)構(gòu),根據(jù)損害范圍一般分為局部加固和全面加固。局部加固是對某承載能力不足的桿件或連接節(jié)點處進行加固,有增加桿件截面法、減小桿件自由長度法和連接節(jié)點加固法。全面加固是對整體結(jié)構(gòu)進行加固,有不改變結(jié)構(gòu)靜力計算圖形加固法和改變結(jié)構(gòu)靜力計算圖形加固法兩類。增加或加強支承體系,也是對結(jié)構(gòu)體系加固的有效方法。增加原有構(gòu)件截面的加固方法是最費料最費工的方法(但往往是可行的方法);改變計算簡圖的方法最有效且多種多樣,其費用也大大下降。

確定加固方案前,應搜集下列資料:
(1)原有結(jié)構(gòu)的竣工圖(包括更改圖)及驗收記錄。
(2)原有鋼材材質(zhì)報告復印件或現(xiàn)場材質(zhì)檢驗報告。
(3)原有結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作、安裝驗收記錄。
(4)原有結(jié)構(gòu)設計計算書。
(5)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破損情況檢查報告。
(6)現(xiàn)有實際荷載和加固后新增加荷載的數(shù)據(jù)。

2 鋼結(jié)構(gòu)損害的主要因素及加固技術措施
2.1鋼結(jié)構(gòu)損害的主要因素有:
(1)由荷載變化,超期服役,規(guī)范和規(guī)程改變導致結(jié)構(gòu)承載力不足;
(2)構(gòu)件由于各種意外產(chǎn)生變形、扭曲、傷殘、凹陷等,致使構(gòu)件截面削弱,桿件翹曲,連接開裂等;
(3)溫差作用下引起構(gòu)件或連接變形、開裂和翹曲;
(4)由于化學物質(zhì)的侵蝕而產(chǎn)生腐蝕以及電化學腐蝕致使鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面削弱;
(5)其它包括設計、生產(chǎn)、施工中的失誤及服役期中的違規(guī)使用和操作等。

2.2鋼結(jié)構(gòu)的加固技術措施主要有三種:
(1)截面補強法:在局部或沿構(gòu)件全長以鋼材補強,連成整體使之共同受力;
(2)改變計算簡圖:增設附加支承,調(diào)整荷載分布情況,降低內(nèi)力水平,對超靜定結(jié)構(gòu)支座進行強迫位移,降低應力峰值;
(3)預應力拉索法:利用高強拉索加固結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)或提高結(jié)構(gòu)整體承載力、剛度和穩(wěn)度。

3 預應力加固鋼結(jié)構(gòu)技術
3.1傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)加固存在的問題:
  焊接加固時,高溫作用使焊接部位的組織及性能劣化;而且焊縫必然存在缺陷,會產(chǎn)生新的裂紋;焊接結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在殘余應力,與其他作用結(jié)合可能導致開裂。焊接使結(jié)構(gòu)形成連續(xù)的整體,裂縫一旦失穩(wěn)擴展,就有可能一斷到底,引發(fā)重大事故。

  采用螺栓連接需要在損傷部位附近的母材上開孔,削弱了截面,形成新的應力集中區(qū);普通螺栓在動載作用下易松動,高強螺栓易發(fā)生應力松弛現(xiàn)象,降低了結(jié)構(gòu)的修補效果。粘鋼加固技術是在鋼結(jié)構(gòu)表面用特制的建筑結(jié)構(gòu)膠粘貼鋼板,依靠結(jié)構(gòu)膠使之粘結(jié)成整體共同工作,以提高結(jié)構(gòu)承載力。這些加固方法共同的缺點是使結(jié)構(gòu)重量增加很多,鋼板不易制作成各種復雜形狀,運輸和安裝也不方便,且鋼板易銹蝕,影響粘結(jié)強度,維護費用高。本文來源:考試大網(wǎng)

3.2粘貼加固鋼結(jié)構(gòu)的特點:
  粘貼加固鋼結(jié)構(gòu)是利用粘結(jié)劑將粘貼到鋼結(jié)構(gòu)損傷部位的表面,使一部分荷載通過粘結(jié)層傳遞到上,降低了結(jié)構(gòu)損傷部位的應力。粘貼加固技術具有明顯的優(yōu)勢:
(1)比強度和比剛度高,加固后基本不增加原結(jié)構(gòu)的自重和原構(gòu)件的尺寸;
(2)復合材料具有良好的抗疲勞性能和耐腐蝕性能;
(3)柔性的復合材料對于任意封閉結(jié)構(gòu)和形狀復雜的被加固結(jié)構(gòu)表面具有特別的優(yōu)勢。密封性好,減少了滲漏甚至腐蝕的隱患;
(4)簡便易行、成本低、效率高,在狹小空間亦可施工,特別適合現(xiàn)場修復;
(5)施工過程中無明火,適用于各種特殊環(huán)境。

3.3預應力加固的優(yōu)點:
(1)加固工作可在不卸載、不停產(chǎn)的條件下進行;
(2)施加預應力可直接減小變形,迅速消除超逾應力和內(nèi)力峰值;
(3)與非預應力方式相比,可消除應力滯后現(xiàn)象,充分利用的高強特性,提高加固效率。
(4)結(jié)合可靠錨固,可降低粘結(jié)界面的剝離應力,避免整體剝落,提高加固的可靠性;
(5)降低加固費用和使用成本。

4 纖維布安裝工藝
4.1表面處理:
(1)先用粗砂紙打磨構(gòu)件的粘結(jié)區(qū)域,清理構(gòu)件表層,用丙酮或酒精溶液擦洗表面,去除污染物,晾置干燥,用粘結(jié)劑浸潤表面。
(2)在設計要求的位置打孔,應遠離待加固部位以免造成二次損傷;
(3)在纖維布表面抹膠,將纖維束間的空隙初步封閉,稍干硬后進行灌膠;
(4)膠稍干后第二次施加預應力至設計的控制應力(利用擠壓效應,提高粘貼質(zhì)量),用膠將纖維束充分浸透,提高共同工作性能。
(5)常溫下48小時后(氣溫較低時應適當延長時間),膠充分硬結(jié)后,割除多余的螺桿,根據(jù)結(jié)構(gòu)的實際要求進行表面防護處理。

4.2預應力加固的設計與計算原則預應力加固鋼結(jié)構(gòu)除遵守一般鋼結(jié)構(gòu)加固的準則與規(guī)定外,還具有以下的特點:
(1)進行靜力計算時必須首先確定一些與調(diào)整應力有關的參數(shù),例如輔助平衡力大小、預應力力度、預應力卸載彎矩值、支座標高的位移值等;
(2)要確定調(diào)整應力時的合理荷載值或應力水平,換言之,要分析判斷加固結(jié)構(gòu)時是否需要全部卸載,或卸載至某一水平。

4.3在加固結(jié)構(gòu)的設計計算中應遵守下列原則:
(1)加固件與被加固件皆在材料彈性范圍內(nèi)受力,兩者在荷載下同時達到材料的強度設計值;
(2)充分發(fā)揮材料強度潛力,加固件的預應力度可使被加固件的應力卸載至其反向應力的極值;
(3)預應力加固設計中同樣應當考慮預應力加載系數(shù)、預應力損失系數(shù)、工作條件系數(shù)、荷載系數(shù)等。

5 預應力加固鋼結(jié)構(gòu)施工工藝及步驟
  預應力加固鋼結(jié)構(gòu)方案可分為兩種,一是直接粘貼法,將兩端錨固并施加預應力后,通過膠粘劑粘貼在鋼結(jié)構(gòu)的表面;一般適用于構(gòu)件表面較平整的拉桿,對構(gòu)件或其局部進行加固;二是將束作為預應力拉索調(diào)整應力,一般適用于對整個結(jié)構(gòu)進行整體加固。

5.1選材:用于結(jié)構(gòu)加固用碳纖維主要選用PAN基碳纖維,極限強度可達3500MPa,彈性模量約為2.35×109MPa。樹脂體系采用環(huán)氧類材料。

5.2設計:根據(jù)待修補結(jié)構(gòu)的受力特點、傳力路徑和應力-應變場,確定布的用量、尺寸和鋪設方向等。纖維方向應盡量與損傷構(gòu)件中最大受力方向保持一致。如果損傷部位處于復雜應力狀態(tài),則纖維取向和鋪層順序應盡量與控制主應力方向一致。

5.3嵌入式預應力張拉技術:鋼結(jié)構(gòu)加固的特殊性,需要一種簡便的預應力施加方式,傳統(tǒng)的預應力施加方式往往是先張拉后錨固,需要相對復雜的張拉機具,以及相應的反力裝置。在錨固的時候,預應力損失也比較大。嵌入式預應力張拉技術,其特點就是先錨固后張拉,以構(gòu)件本身和先前的錨固作為張拉受力裝置,無需復雜的張拉機具。嵌入式預應力張拉技術可分次施加預應力,可對粘結(jié)層產(chǎn)生擠壓效應,提高粘貼的可靠性。同時,因采用先錨固后張拉技術,預應力損失小,方法簡便有效。

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