钢筋混凝土梁粘钢结构加固施工工法

钢筋混凝土梁粘钢结构加固施工工法

邯郸市邯三建筑工程有限公司

1.前言

钢筋混凝土结构是我国工业与民用建筑中常用的一种结构，近年来随着人们对结构的安全性、适用性和耐久性要求的不断提高，对现有混凝土结构的维护、维修和加固也越来越受到关注和重视。目前国内常用的混凝土梁加固方法有加大截面法、混凝土置换法、粘贴纤维复合材料加固法、预应力加固法、增设支点加固法等。增大截面加固法施工湿作业时间长，在混凝土养护期间需限制荷载，且加固后结构自重增大、建筑使用空间减小。置换混凝土加固法剔除旧混凝土的工作量大，易伤及原构件的钢筋，湿作业时间较长。粘贴纤维复合材料作为连续梁和悬挑梁负弯矩加固处理时，缺乏锚固措施，且易遭受火灾和人为损坏。预应力加固法施工工艺复杂，施工费用高，在热环境中防护处理难。增设支点加固法改变了原结构的受力状态和外观，对原建筑空间使用影响大。

如何对混凝土连续梁、悬挑梁负弯矩承载力不足引起的构件开裂进行快捷、简便、经济、可靠地加固目前尚未有很好的解决办法。邯郸市邯三建筑工程有限公司在总结多年类似工程施工经验的基础上，利用科技创新手段，完成了“钢筋混凝土梁粘钢结构加固施工技术研究”课题，该技术通过粘钢板、粘U型箍板，植负弯矩加强筋、植螺栓固定等措施的综合应用很好地解决了梁支座处负弯矩承载力不足引起的质量缺陷。该成果于2010年7月通过河北省住房和城乡建设厅组织的技术鉴定，达到国内先进水平。该成果具有技术先进、质量可靠、施工速度快、成本低等优点。

2.工法特点

2.1基本不增加被加固构件断面尺寸和重量，不改变构建外形和使用空间。

2.2施工简便、快捷，湿作业少，施工速度快，可避免或减少停用时间。

2.3可以有效封闭混凝土结构裂缝，延长结构使用寿命。

2.4对原结构加固效果显著，坚固耐用。

2.5节约加固材料，节省加固费用，经济效益高。

3.适用范围

3.1适用于因设计或施工不当、使用功能改变等引起的承受静荷载作用的梁支座处负弯矩承载力不足的构件。

3.2加固构件长期使用的环境温度不高于60℃，相对湿度不大于70％及无化学腐蚀，否则应采取有效的防护措施。

3.3加固钢板厚度宜在2～6mm之间，若此厚度不能满足设计要求，应选用别的加固方法。

3.4被加固混凝土结构构件，其现场实测混凝上强度等级不低于Cl5，且混凝土表面的正拉粘结强度不低于1.5Mpa。

3.5被加固构件的最小配筋率不得少于国家现行标准《混凝土结构设计规范》GB50010规定的最小配筋率。

4.工艺原理

4.1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共同工作，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。

4.2在梁上口侧面粘贴钢板，将钢板采用高性能的结构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钢筋混凝土大梁负弯矩承载力及刚度的目的。为使钢板与原混凝土大梁更好的一体受力，采用植螺栓的方法在梁上口侧面钢板与梁底侧面U型箍筋相交处定出螺栓位，用专用植筋胶将螺栓植入梁内，螺栓外露端头加螺母进行紧固，加强梁的整体性。钢筋混凝土梁支座处由于钢板无法穿过下端支座，在该处植负弯矩加强筋，采用在梁两侧面打孔，植入负弯矩加强钢筋，将两端伸出部分与钢板连接，加强整体性，提高梁在支座处负弯矩承载能力。

5.工艺流程及操作要求

5.1工艺流程

5.2操作要点

5.2.1加固材料的制作加工

1、加固用的钢板按设计要求的型号、尺寸进行裁割，裁割时要冷切，不可热割，以防止钢件变形及产生内应力。如钢件长度和宽度不能满足设计要求时，可采用焊接，但焊接后的钢件应在平台或较平滑的地面上进行找平和整形。

2、U型箍板按设计尺寸在与梁上侧加固用的钢板相交处做煨弯处理。

3、负弯矩加强筋按设计的规格、尺寸进行截割，锚固螺杆采用成品全丝螺杆，进场后按设计尺寸进行截割。

4、按设计尺寸和位置在钢板和U型箍板上打孔，孔径要符合设计要求。

5.2.2除锈，打磨

1、钢板、U型箍板应根据其锈蚀情况，用砂轮机打磨进行除锈和粗糙处理，使钢板出现金属光泽、粗糙度越大越好，打磨纹路尽量与受力方向垂直。用脱脂棉蘸丙酮拭净表面，待完全干燥后备用。

2、加固用加强筋及螺杆根据设计要求在相应位置做上标记，标示好除锈清理的长度范围，用磨光机或钢丝刷将除锈清理长度范围内的钢筋表面打磨出金属光泽为止，用脱脂棉蘸丙酮，将除锈清理长度范围内的钢筋表面擦拭干净。

5.2.3卸荷

1、为减轻和消除后粘贴钢板应力、应变滞后现象，在结构加固前宜对混凝土梁进行适量卸载。

2、卸荷方式

1）对老建筑采用拆除原有的吊顶、墙面装饰、地面面层、设备等方法，以达到卸静荷的目的。

2）卸除活荷载。

3）对一些不能卸静荷的构件，可采用千斤顶顶升的方式卸荷。

3、卸荷要点

1）对承受均布荷载的梁，应采用多点（至少2 点）均匀顶升；对于有次梁作用的主梁，每根次梁下需设1台千斤顶，顶升吨位由设计计算确定。

2）施工中采用千斤顶、挠度计及其支承体系作为支撑系统。采用以挠度值和千斤顶施力数值的双向控制参数作为卸荷依据。

3）在梁上确定粘贴钢板部位、卸荷点位、挠度计测点位，组装支撑系统各构件，在支承构件下部铺设厚度不小于50mm的木垫板。用手动砂轮机磨平挠度计测点位置，将挠度计固定到测点处。

4）将支撑柱根部和顶部垫平、固定，千斤顶施力将支撑柱对准支点顶紧，在施工时如发现挠度计示数或千斤顶压力值发生较大变化时，应停止工作，在确认安全，稳定支撑后方可继续施工。多个千斤顶卸荷应保持同步。

4、卸荷注意事项

1）无论采用那种卸荷方法，卸荷值的大小应严格按加固设计的要求来确定，不能因卸荷使被加固构件产生新的裂缝或损伤。

2）利用千斤顶卸荷时，支撑系统传力应合理可靠，防止因支撑系统传力不当，造成结构其它部位裂缝或受损。

3）支撑系统应有足够的强度和刚度，保证其承载力和变形能满足加固过程的需要。

5.2.4混凝土构件基层处理

1、若混凝土表层出现空鼓、剥落、蜂窝、腐蚀等现象，应将该部位予以凿除，凹陷处用环氧砂浆修补平整。钢筋保护层脱落处，应凿除保护层，露出钢筋，对钢筋进行除锈，用环氧砂浆修补、找平。

2、将加固区域内的梁基面不平整处用角磨机进行磨平处理，除去表层浮浆、油污等杂质，直至完全露出结构新面，并用空气压缩机将粉尘吹干净，直至用手触摸不粘灰为止。转角粘贴处要进行倒角处理打磨成圆弧状，圆弧半径不应小于20mm。

5.2.5混凝土构件裂缝封闭

按设计要求用灌缝结构胶对混凝土构件裂缝进行封堵和灌缝封闭处理。

1、封缝应根据裂缝情况采取相应的方法：

1）环氧树脂胶泥封缝：对于不凿槽的裂缝可用环氧树脂胶泥封闭，先在裂缝两侧（宽20~30mm）涂一层环氧树脂基液后抹一层厚1mm 左右，宽20~30mm的环氧树脂胶泥，抹胶泥时应防止产生小孔和气泡，要刮平整保证封闭可靠。

2）粘贴玻璃丝布封缝：先在裂缝两侧（宽80~100mm）涂一层环氧树脂基液后将已除去润滑剂的玻璃丝布沿缝从一端开始粘贴密实，不得有鼓泡和皱纹，玻璃丝布可粘贴1~3层。

3）水泥砂浆封缝：对凿“V”形槽的裂缝，可用水泥砂浆封缝，可先在“V”形槽面上用毛刷涂刷一层（厚1~2mm）环氧树脂浆液，涂刷要平整均匀，防止出现气孔和波纹，再抹水泥砂浆。

2、灌缝

1）封闭后应进行压气试漏，检查密闭效果，试漏需待封缝胶泥或砂浆有一定强度时进行，试漏前沿裂缝涂一层肥皂水，从灌浆嘴通入压缩空气凡漏气处，应予修补密封至不漏为止。

2）灌浆前用压缩空气将孔道及裂缝吹干净，根据裂缝区域大小，可采用单孔灌浆或多孔灌浆，在一条裂缝上灌浆可由一端到另一端，灌浆时应待下一个排气嘴出浆时立即关闭转芯阀，如此顺序进行，化学浆液的灌浆压力用0.2Mpa。压力应逐渐升高，防止骤然加压，达到规定压力后，应保持压力稳定以满足灌浆要求。

3）当吸浆率小于0.1L/min，再继续压注几分钟即可关掉进浆嘴上的转芯阀门停止灌浆。

3、将混凝土表面清理干净，保持混凝土表面光洁、平整。在粘结钢板部位用脱脂棉

蘸丙酮擦拭干净，待粘贴面完全干燥后备用。

5.2.6植负弯矩加强筋

1、根据施工设计方案，结合原设计施工图纸，在支座部位梁的两侧面定出打孔位置线，做出标记。打孔处应避开梁、框架柱的主筋和箍筋位置，确保钢筋植入的位置准确，即不能浮于梁上，也不可太靠下，以保证能起到抵抗负弯矩的作用。加固示意图见图5.2.6-1、5.2.6-

2、5.2.6-3。

预制空心板Φ25负弯矩加强筋

2、用冲击电钻钻通孔，保证孔壁的粗糙度。孔径的选择要严格按规范进行。

3、清孔：用钢丝刷或硬质尼龙刷清刷孔壁，将孔周围灰尘清理干净，然后用压缩空气将孔内灰尘吹出，如此反复三次清孔，清刷完毕后，用脱脂棉蘸丙酮，清刷孔洞内壁，使孔洞内最终达到清洁干燥。如遇较潮湿的情况，还须用加热棒，进行干燥处理。最后用干净脱脂棉将清洁过的孔洞严密封堵，以防有灰尘和异物落入。

4、钢筋埋植：先将处理好的钢筋插入孔内，孔两端用环氧砂浆封堵，封堵时，在一端留出注胶孔，另一端留出出气孔，待环氧砂浆凝固后方可进行高压注胶。将配制好的锚固用胶装入打胶筒内，安装打胶嘴。将锚固用胶通过注胶孔注入孔洞内，直至另一端出气孔溢出胶为止。而后，用环氧砂浆或其它材料将注胶孔及出气孔封堵死。

5、固化：插入钢筋后，应保持螺杆静止至植筋胶固化，避免外力影响。在适当位置设置警示板，防止粘胶在固化前受到碰撞或移动。

5.2.7植螺栓

1、定位：根据施工设计方案，结合原设计图纸，在混凝土梁上对需要植螺栓的部位放线定位，做出标记。定位应避开梁主筋和箍筋位置，减少对原结构的损伤，以保证一次钻孔成功，避免重钻。

2、钻孔：用冲击电钻钻孔，以确保孔壁的粗糙度。根据设计螺杆的直径和植筋技术规范确定钻孔直径。

3、清孔：清孔同植负弯矩加强筋的清孔。

4、注胶：采用专用注射胶枪注胶。胶枪的注射管应伸入孔底开始注胶，边注射边外拔。注胶量应以插入螺栓杆后有少许溢出为准，一般为孔深的2/3。

5、插螺栓：将处理好的螺栓杆慢慢的插入孔内，插入时一边向同一方向旋转，一边缓慢将螺杆插入，直至到达孔洞底部为止，应一次插入。必要时可用铁锤敲击外露螺杆端部，以确保螺杆完全插入，此时，如无锚固用胶从洞内溢出，说明注胶量不够，须将螺杆拔出，重新注胶，再次插入螺杆，直至能使胶溢出洞口。

6、固化：固化同植负弯矩加强筋。

5.2.8钢板粘结

1、结构胶调制与涂刷：JGN-II型建筑粘钢胶是由改性环氧树脂，化学助剂，固化剂及填充料组成，是双组份室温固化的高分子化学材料。A组份为稠膏状粘合剂，B组份为固化剂，A、B组份按重量比2：1（严格按产品说明书要求）比例配制并搅拌均匀。使用时按上述比例将A、B两种组份混合在一起，用转速100-300r/min的搅拌器进行搅拌，当色泽均匀，无单组份条块时即可涂胶使用。一般情况下，每平方米粘贴面积用胶量为5-7kg 。由于胶粘剂固化速度较快，故每次加固时需准确核算配胶量。涂胶前，将钢板和混凝土粘贴表面再次用丙酮擦干净，并先做好预贴试验，以防发生涂胶后两贴合面不合，预埋螺栓与孔尺寸不符等情况。预贴试验合格后，钢件和混凝土表面都要涂，胶层厚度约2-3mm左右，胶粘剂分布要均匀，以胶层内稍厚，周边稍薄为宜。JGN-II型建筑粘钢胶的工作温度宜为25℃，混合后的胶粘剂随环境温度的升高，固化速度将加快，环境温度过低或雨天湿度过大时不宜进行涂胶施工。

2、钢板粘贴与加压：钢板粘好后，应立即用特制U 形夹具夹紧，并适当加压，以使胶液刚从钢板边缘挤出为度。待U形箍粘贴完毕后将预先植入的螺栓加螺母拧紧作为钢板的永久附加锚固措施。

3、固化：结构胶粘剂常温下固化，24h 可达到强度值的90%以上，此时可拆除夹具或支撑，72h可固化完全，可受力使用，若气温低于5℃，应采取人工加温，一般用红外线灯或电热毯加热保温，固化期中不得对钢板有任何扰动。

5.2.9钢板U型箍的粘结

1、依据设计施工方案的尺寸和间距在梁底及梁侧面放出钢板U型箍粘贴边线。

2、按比例将结构胶粘剂拌和均匀后，用短毛滚均匀涂抹于工作面上。

3、粘贴钢板时要从梁底部中间向两侧进行粘贴，避免施工时产生空隙影响加固效果，使U型钢板与工作面紧密结合。

4、U型钢板粘结完毕后应立即将预先植入的螺栓加螺母拧紧作为钢板的永久附加锚固措施。

5、钢板U型箍在粘贴后，养护24小时，不宜使钢板粘结面受潮、受震。

5.2.10负弯矩加强筋与钢板的连接

将负弯矩加强筋端头部分与梁口上侧的钢板进行焊接，焊缝要饱满。

5.2.11卸压检验

1、粘钢加固结构胶在常温、低温下均可良好固化。若固化温度25℃左右，24小时可撤除加压固定系统，72小时即可投入使用。若固化温度5℃左右，48小时可撤除加压固定系统，96小时即可投入使用。

2、加固构件的粘钢质量采用无破损检验方法。即外观检查钢板边缘溢胶状况，用小锤敲击钢板，检验钢板粘结密实度。检验时可用小锤轻击粘贴钢板，从音响判断粘贴效果。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。

3、对于重大工程为真实检验其加固效果尚需抽样进行荷载试验，一般仅作标准使用荷载试验，即将卸去的荷载重新全部加上，其结构的变形和裂缝开展应满足设计使用要求。

5.2.12防腐粉刷

加固后，钢板表面应粉刷水泥砂浆保护。如钢板表面积较大，为利于砂浆粘结，可粘一层铅丝网或点粘一层豆石，然后采用20mm厚M15水泥砂浆抹面保护，以避免钢材的腐蚀。

6.材料和机具设备

6.1材料

粘钢加固修补混凝土结构所用材料主要为钢板、螺杆、钢筋和粘贴用的建筑结构胶粘剂。

6.1.1加固用钢材

1、钢筋混凝土加固用的钢板，其品种、质量和性能应符合下列规定：

1）应采用Q235级（3号钢）或Q345级（16Mn钢）钢材，对重要结构的焊接构件，若采用Q235级钢，应采用Q235-B级钢。

2）钢材质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T700,《低合金高强度结构钢》GB/T1591的规定。

3）钢材性能的设计值应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的规定采用。

4）不得使用无出厂合格证、无标志或无进场检验的钢材。

2、锚固件为钢螺杆时，应采用全螺纹的螺杆，不得采用锚入部位无螺纹的螺杆，螺杆的钢材等级应为Q235级或Q345级，其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》

GB/T700,《低合金高强度结构钢》GB/T1591的规定。

4、焊接材料的型号和质量应符合下列要求：

焊条型号应与被焊接的钢材的强度相适应。

焊条的质量应符合现行国家标准《碳钢焊条》GB/T 5117、《低合金钢焊条》GB/T 5118的规定。

6.1.2建筑结构胶

1、承重结构用的胶粘剂按其性能分为A级胶和B级胶，对重要结构、悬挑结构、承受动力的结构采用A级胶，一般结构采用A级胶或B级胶。

2、承重结构用的胶粘剂，必须进行安全性能检验。检验时，抗剪强度标准值应根据置信水平C=0.90、保证率为95%的要求。

3、胶粘剂采用粘钢专用的改性环氧树脂胶粘剂，本工法采用JGN-Ⅱ结构胶粘贴，其安全性能指标应符合表6.1.2-1要求，其技术参数应符合6.1.2-3的要求。

表6.1.2-1 粘钢用胶粘剂安全性能指标

4、锚固用胶粘剂，其安全性能指标应符合表6.1.2-2要求。