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教学楼抗震加固中粘钢加固技术探讨

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         教学楼抗震加固中粘钢加固技术探讨

  前言

  2008年5.12汶川大地震后,根据国标GB50223-2008“建筑工程抗震设防分类标准”规定,中小学的教学用房以及学生宿舍和食堂的房屋建筑应提高一类进行设防,即由原来的“标准设防类”(简称丙类)提高到重点设防类(简称乙类),由于抗震设防标准的提高,故须按新标准对此类房屋结构进行检测鉴定和抗震加固。

  1 工程概况

  南通市某中学教学楼为六层(局部为五层)框架结构,于1991年12月完成设计,1992年1月开工,1994年4月竣工验收合格后并投入使用。该建筑设抗震缝分为A(五层1~4轴)、B(六层5~15轴)、C(六层5~15轴)三栋,平面总长度53.53m,总宽度为46.95m,建筑高度为23.920m,总建筑面积约为6650m2。本工程为学校教学楼,抗震设防类别为重点设防类(简称乙类)。加固后其后续使用年限为40年,抗震加固设计依照B类建筑进行。本工程结构加固采用技术成熟、经济合理的加固方案。对承载力不满足的梁采用加大断面法、粘钢及粘碳纤维布-砂浆复合面层保护加固法。对不满足承载力要求的墙体,采用钢筋砼板墙加固或钢板网砂浆面层加固法。对轴压比不满足要求的柱采用加大断面法,对角柱及楼梯柱构造不满足要求的柱采用外包钢法加固。本文主要对柱外包钢粘钢加固技术进行探讨。

  2 粘钢加固技术

  2.1 粘钢加固技术应用范围

  2.1.1 适用于承受静力作用的一般受弯及受拉构件。

  2.1.2 使用环境温度不超过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。

  2.1.3 当构件混凝上强度等级低于C15时,不宜采用本法加同。

  2.2 材料选择

  水泥采用R42.5;乳胶采用805乳胶;钢材选用成钢Q235B钢;环氧树脂及固化剂为蓝星化工生产的E44及T31;水泥砂浆为广汉中砂;焊条采用大西洋E43型焊条手工焊;环氧树脂(A组份) 配比为环氧树脂(E44):增塑剂:稀释剂=100:15:15。

  2.3 工程设备

  加工钢材设备主要有钢材加工机具、焊机; 打磨设备主要有角磨机、金刚石磨片、砂轮片、空压机、棉布、护目镜、防尘口罩;制胶设备有搅拌器、容器、衡器、手套;固定设备有加压固定及卸荷系统、腻刀。

  3 粘刚加固施工

  3.1 角钢及扁钢除锈粗糙处理。钢板粘结面必须进行除锈和粗糙处理。如钢板未生锈或轻微锈蚀,可用喷砂、砂布或平砂轮打磨的方法,直至出现金属光泽。打磨纹路应与钢板受力方向垂直,打磨粗糙度越大越利于粘结牢度。

  3.2 混凝土表面处理。对原混凝土构件的粘合面应该凿除粉饰层、油垢、污物等,然后用角磨机打磨除去混凝土面上1~2mm厚表层,打磨完毕用压缩空气吹净浮尘,最后用棉布蘸丙酮拭净表面,保持干燥备,较大凹坑处用粘钢加固结构胶修补平整。

  3.3 现场配胶和乳胶涂刷。按产品使用说明书规定配制,注意搅拌时应避免雨水进入容器,按同一方向进行搅拌,容器内不得有油污,尽量避免混入空气形成气泡。严格按结构胶说明书提供的配比配制,搅拌均匀后方可使用。一次配胶量不宜过多,以40~50min用完为宜。乳胶需涂刷底胶,底胶应能充分浸透混凝土基材。粘结乳胶涂刷需均匀,不能出现涂刷白点。

  3.4 粘贴角钢。用小铲刀将配制好的结构胶均匀涂抹在钢材清理面和混凝土清理面上,抹胶厚度为1~3mm,中间厚、边缘薄。将钢材粘贴到混凝土表面,粘贴到位后,立即用夹具或支撑固定,并逐步加压,使胶从钢材边缘挤出,同时要不断清理挤出的胶,粘贴1h内应注意缺胶,及时补充。若是立面粘贴,为防止流淌,可加一层脱蜡玻璃丝布。

  3.5 加压固定。加压固定采用螺栓、角钢、垫板所组成的系统,该系统在被加固构件上的合适位置钻孔,临时固定膨胀螺栓、钢,供压钢板使用。钢固定采用Φ12全丝螺杆,配L50mm×10mm的角钢双向固定,固定间距为400mm。此外,部分位置还采用了千斤顶、垫板、顶杆所组成的系统,该系统不仅能固定钢板,同时也卸去了构件承担的部分恒荷载,减少应力滞后,更利于后粘钢板与原构件的协同受力,加固效果良好。粘钢加固结构胶在常温、低温下均可以良好固化。施工如为5月,常温为25℃左右,24h即可撤除加压固定系统,72h即可投入使用(未拆卸前同时进行后续其他工作)。过实验可知,粘钢加固施工的最理想温度是20℃左右。

  3.6 焊接扁钢箍条。箍条焊接采用剖口焊,焊缝强度不小于母材,且要求在角钢粘结胶初凝前完成整柱的焊接,焊接时应分段交替完成。

  3.7 箍条底部密封。焊接扁钢箍条后,随即采用环氧树脂胶泥密封,密封时应保证底部无缝隙。

  3.8 灌环氧树脂砂浆。将配制好的环氧树脂砂浆用专用叉刀灌入箍条内部,并密实,同时在箍条及混凝土基材侧面分别预埋1~2根注浆管。

  3.9 防腐处理。钢板焊接完毕后,对加固的钢结构进行防腐处理。部粘钢加固,应按设计要求对钢板进行防腐处理,一般采用刷防锈漆、钢板网抹灰、喷防火涂料、环氧砂浆涂抹等方法进行保护,并且间隔一定周期进行检查与重处理。工程在钢板粘贴3d后,钢板宜采用20mm厚M15水泥砂浆抹面防腐蚀,部分柱子贴面涂防锈漆3遍。

  3.10 检查与验收。①粘贴检查:可采用超声仪检测。锚固区有效粘结面积小于90%,非锚固区有效粘结面积小于70%,应剥离钢板,重新粘贴。②加固效果验收:加固构件的粘钢质量采用无破损检验或现场做粘结试验。无破损检验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。锚固区有效粘结面积不得小于90%,非锚固区有效粘结面积不小于70%。

  4 粘刚加固施工技术措施及要求

  4.1 外墙柱子粘钢加固措施

  4.1.1 将与柱相连的剪力墙两侧20~30cm范围砼凿除,并剪断剪力墙水平筋。

  4.1.2 粘钢后用L型钢筋将水平筋与角钢焊接连接,焊缝满足规范要求。

  4.2 技术措施及要求

  4.2.1 工程验收时必须有钢板及建筑结构胶的材质证明、复试报告及胶的抗拉拔试验报告。

  4.2.2 每一道工序结束后均应按工艺要求及时进行检查,做好相关的验收记录,如出现质量问题,应立即返工。

  4.2.3 加固构件的粘钢质量一般采用非破损检验,即从外观检查钢板边缘溢胶色泽,硬化程度,用小锤敲击钢板表面,以回音来判断有效粘接面积,如出现空鼓等粘贴不密实的现象采用压力灌胶的方法进行补救,若粘结面积锚固区少于90%,非锚固区少于70%(锚固区由设计计算确定),则判定粘结无效,新施工。

  4.2.4 关键控制点。由于胶本身的性能要求操作时温度保持在5~60#。作环境的相对湿度不大于70%,如果相对湿度过大,胶容易受潮而起鼓泡,从而影响粘贴质量。

  结论

  (1)加固效果。柱子加固后,其轴压比和配筋都能满足设计规范要求,从而保证了结构的稳定性。采用粘钢、粘碳纤维技术进行结构加固,对构件外观无特别影响,操作简便,加固处理速度快,对生产和使用影响较小,而且科学经济,质量可靠,取得了较好的综合效果,值得很好的推广和应用。

  (2)粘钢补强施工中应选择可靠的粘结剂和合理的粘贴工艺。严格按照工艺规范施工,切实做好混凝土表面处理、钢板除锈和粘贴后加压固定等工作,确保有80%以上的可靠粘结,以保证补强加固的可靠性。

  (3)节约成本。经测算,采用此方法比其他传统加固方法降低造价约10%。

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