钢筋混凝土梁加固 铆粘钢加固钢筋混凝土梁的应用研究

　　引言　　粘钢加固混凝土构件是用钢板加固结构的常用方法之一，但粘钢加固对混凝土表面和钢板表面的清理要求严格，且粘贴效果在动荷载作用下难以保证。铆粘钢加固在粘钢的基础上加以特制异形铆钉锚固的一项新技术，尤其适用于混凝土表面难清理、构件表面弯曲及经常承受动荷载的构件，应用前景十分广泛。
　　本文在各文献研究的基础上，进一步讨论了适合工程应用的特制异性铆钉、设计计算公式、施工方法以及加固效果，表明了铆粘钢加固的优越性和可行性。
　　1 特制异形铆钉
　　铆粘钢板加固法是将传统的粘钢加固法和铆钢加固法相结合，通过在砼构件表面用专用异形铆钉将粘贴于砼构件表面的钢板再铆接于砼构件表面，从而将钢板与砼构件结合成一个牢固的整体，使其协同作用共同承载以达到加固原构件的目的。铆钉的性能对于铆粘钢加固的效果起着重要作用，需要专用特制，本文所讨论的专用异形铆钉的型号见表1。
　　
　　表1 专用异形铆钉属性
　　型号 材质 锚固抗拔力/kN 锚固抗剪力/kN 钉体对角线/mm 铆钉长度/mm 钢板钻孔直径/mm 砼孔直径/mm 适应钢板厚/mm
　　D-12 45#钢 ≥18 ≥18 11 55 12 10 3-4
　　D-14 45#钢 ≥35 ≥35 13 75 14 12 4-6
　　
　　2 计算方法
　　2.1 受弯计算
　　铆粘钢板加固钢筋混凝土梁的受弯承载力计算类似钢筋混凝土适筋梁 的计算，当保证异形铆钉的数量相对于钢板横截面积足够且混凝土相对受压区高度不超过界限受压区高度时，铆粘钢板加固梁的受弯承载力可以按以下计算公式计算：
　　〔1〕
　　〔2〕
　　〔3〕
　　〔4〕
　　〔5〕
　　——铆粘钢板上锚固区段铆钉的数量；
　　——铆粘钢板的抗拉强度设计值；
　　——铆粘钢板净横截面面积；
　　——单个异形铆钉的抗剪强度设计值；
　　——单个铆钉的横截面面积；
　　、 ——被加固梁混凝土的轴心抗压强度设计值和弹性模量；被加固梁的混凝土强度等级要求不低于C20，否则应对钢板的承载力进行折减，必要时应通过试验确定；
　　——铆粘钢板的厚度；
　　〔1〕、〔2〕式保证了铆钉数量的足够；〔4〕式使得混凝土区受压高度不超限；〔3〕、〔5〕可得出铆粘钢板梁的受弯承载力，考虑到实际工程中被加固的梁已承受一定荷载，存在铆粘钢板应力相比梁内钢筋应力滞后的状况，对铆粘钢板拉力乘以0.9的折减系数；
　　2.2 受剪计算
　　铆粘钢板箍加固钢筋混凝土梁的受剪承载力可按下列公式计算：
　　（6）
　　——按现行混凝土结构设计规范 计算的被加固钢筋混凝土梁的原受剪承载力；
　　——配置在同一截面面处U形钢箍板的全部截面面积；
　　——U形钢箍板的抗拉强度设计值；考虑到临近破坏时U形钢箍板可能未达到屈服强度，对其乘以0.8的折减系数；
　　——U形钢箍板的间距；
　　3 施工工艺
　　铆粘钢板施工简单快捷，工艺流程有以下六步：钢板条的制作→钢板条表面处理和钻孔→混凝土表面处理和划线→配胶涂于处理好的混凝土表面并粘贴钢板→对钢板打孔入混凝土内并注胶上钉→加固面的防护处理。
　　4 加固效果验证试验
　　4.1 试验方法
　　为了验证上述铆粘钢设计公式与施工方法的可行性，现设计如下对比试验：三根试验梁均为强剪弱弯适筋型、三分点加载的简支梁，梁长l=3200mm，宽b=160mm，高h=300mm，计算跨度 =3000mm， =33.2MPa,梁底受力纵筋为2根直径14mm的HRB235钢筋，架立筋为2根直径8mm的HPB235mm钢筋，弯剪段配直径8mm间距120mm的双肢箍筋，纯弯段不配箍筋，如图2所示。按照本文提供的计算方法进行加固设计计算，三根梁的加固方式如表2所示。加固施工操作按照本文提供的施工流程及注意事项进行，加固后的构件制作完成后，放置于试验机上进行加载试验。
　　
　　图2 试验梁布置图
　　Fig.2 Structural drawing of experimental beam
　　
　　表2 试验梁的加固方式及参数
　　Tab.2 strengthening type and parameters of experimental beam
　　
　　4.2 试验结果
　　通过同步千斤顶及反力梁施加荷载，利用压力传感器配合YD-88应变仪控制加载，试验数据为自动采集，试验结果如表3。梁1在荷载作用下发生典型的适筋破坏，当受拉边缘出现裂缝，挠度发生突变，钢筋发生屈服后挠度增加很快，最后受压区混凝土被压碎而破坏；梁2在受拉区边缘开裂后，由于梁底钢板的约束作用挠度改变不明显，钢筋和钢板都屈服，最后粘贴钢板从粱端剥离，受压区混凝土被压碎，破坏时梁的变形较小，预兆不明显；梁3前期受力状况与梁2基本相同，后期破坏时，钢板并未从梁上剥离，异形铆钉的嵌固作用使得钢板能与梁一起承受较大的变形，破坏时的变形较梁2大，有明显的预兆，延性较好。通过效果对比试验易发现，铆粘钢加固混凝土梁的破坏荷载相比未加固的梁大幅提高，相比粘钢加固的梁，破坏荷载提高16%，钢板在破坏时不剥离，延性调高，按文中公式计算得的破坏弯矩为实际破坏弯矩的81%，具有较大的安全储备。
　　表3 试验结果
　　Tab.3 The results of experiment
　　5 结论
　　应用铆粘钢加固混凝土梁时采用专用特制铆钉，铆钉头锥面拉紧钢板提高了高板的承载，设计计算可采用与现行规范中混凝土梁计算方法类似的公式(1)-(6),简单易行,施工步骤共六个，方便快捷，效果验证试验证明了铆粘钢加固梁破坏服荷载相比粘钢加固梁提高16%，并保证了构件的延性，公式计算的破坏弯矩为试验值的81%，有较大的安全储备，具有优越性和可行性。
　　参考文献
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　　[6]GB50367-2006,混凝土结构加固设计规范[S].
　　作者简介：
　　栗晓宇，性别：男，出生年月：1979.12.31，最高学历：本科，学位：学士，职称：工程师，职务：主任工程师，职业资格：国家一级注册结构师