粘貼鋼板加固橋梁R.C偏心受壓構件的試驗研究進展與展望

摘 要：對已有橋梁的維修加固將是今后我國橋梁建設領域非常重要的工作任務和研究方向。本文分析目前采用的粘貼鋼板加固法在橋梁工程實踐中的優缺點，梳理粘貼鋼板加固R.C偏心受壓構件的實驗研究的進展，并指出目前對粘貼鋼板加固R.C偏心受壓構件的實驗研究中的構造布置、錨固措施、二次受力與加固承載力計算等方面研究的不足和需要。

關鍵詞：粘貼鋼板加固 偏心受壓構件 實驗研究 橋梁加固

中圖分類號：U445.72 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）07（b）-0064-02

我國隨著經濟高速發展，城鎮化明顯加快，目前已經建成了數量巨大的各類橋梁。按《2017年交通運輸行業發展統計公報》，截至2017年全國建造完成公路橋梁就有83.25萬座、5225.62萬米。在這些已經建成的橋梁中，部分橋梁因為自然或人為的原因，發生了不同程度的損壞，為了保證橋梁的使用功能，就要進行改造加固。按有關統計，改造加固比新建可節約投資40%左右，縮短工期50%左右，而投資回報率比新建高了近4倍。而且橋梁維修加固不但可以節約大量資源，還能減少大量固體廢棄物，具有重大的經濟和社會效益。可以預見，隨著新方法、新材料的不斷出現，對已有橋梁的維修加固將是我國今后非常重要的工作任務和研究方向。

1 粘貼鋼板加固法

粘貼鋼板加固法是用粘結劑將鋼板粘貼到構件需要加固的部分上，以提高構件承載力和剛度的一種加固方法。而對橋梁鋼筋混凝土偏心受壓構件的維修加固，如常見的公路橋梁樁柱式橋墩的墩柱、鋼筋混凝土桁架拱橋的上部結構中受壓構件等，基本上都是偏心受壓構件。當這些構件出現承載力不足和病害缺陷后，工程上常采用粘貼鋼板加固法。粘貼鋼板加固橋梁鋼筋混凝土偏心受壓構件有如下的優缺點。

（1）粘貼鋼板加固法施工簡單，操作方便，質量可靠，性能良好，加固施工所需工作空間都不大，而且施工周期短，一般鋼板粘貼到構件上三天即可受力使用，對生產、生活和環境影響很小，特別適用于應急加固工程。

（2）粘貼鋼板加固法在橋梁的混凝土構件加固中，一般在原構件的截面受拉區粘貼鋼板加固傳力直接，效果明顯。其只對原構件的表面進行處理而不破損結構，同時高強度的粘結劑將鋼板與原構件牢固粘結成一新的整體，共同受力，使鋼板和原構件很好地共同工作，充分發揮原構件和鋼板的作用，提高受拉區的配筋率，從而有效地提高了構件的承載力與剛度。

（3）粘貼鋼板加固還通過大面積的鋼板粘貼，限制了原構件的混凝土裂縫的產生，并使己有的裂縫得到控制，不再繼續擴展，從而有效地提高了提高構件的抗裂性。

（4）粘貼鋼板加固所用鋼板厚度一般不超過6mm，加固后基本不影響結構外形，自重增加也很少，特別適合于對不能加大截面加固的結構物。

（5）粘貼鋼板加固經濟適應性強，材料消耗少。一般加固用的鋼材需要量不多并且鋼材價格相對于PRF（纖維增強材料）等高強材料便宜，節約成本。

（6）粘貼鋼板加固法應用范圍廣，粘貼鋼板的方案比較靈活，可以任意地按設計需要粘貼，不僅可對構件的受拉區、受壓區還可以對受剪區進行加固。

（7）粘貼鋼板加固法中，以環氧樹脂為基料的建筑結構膠存在缺陷，如：結構膠的耐高溫、耐水、耐酸堿性能差，易老化，特別是膠液固化后呈脆性，與鋼材良好的延性性能不匹配、鋼與混凝土的熱傳導脹縮速度相差甚遠、易產生熱疲勞剪切應變等問題。但隨著建筑結構膠的研究與發展，建筑結構膠的種類越來越多，性能更加卓越，這將使粘貼鋼板加固技術能得到更為廣泛的應用。

（8）粘貼鋼板加固法施工中還有一些不足之處，如：鋼板端部不能伸入支座，沒有可靠的錨固條件；粘貼工藝和操作水平將直接影響加固的效果，從而粘貼鋼板加固人工的要求和費用較高；在鋼板粘貼好后，膠固化階段需要夾具夾緊或采用其他的固定措施；鋼板易腐蝕需定期防銹維護；對于形狀復雜的區域難以加工鋼板。

2 粘貼鋼板加固偏心受壓鋼筋混凝土結構的實驗

粘貼鋼板加固技術從20世紀60年代中期到今天已經做了大量的試驗研究工作，取得了不少成果，并已在實際工程中應用。粘貼鋼板加固法最先在南非德班得到應用：由于在施工時疏忽，在混凝土梁中未放置受拉鋼筋，只好在受拉區粘貼鋼板補救，加固后使混凝土梁強度達到設計要求。1978年法國斯貝西姆公司首次在我國采用了法國的STADUR-31建筑結構膠對遼陽化工廠的部分混凝土梁進行了粘貼鋼板加固補強。1983年中國科學院大連化學物理研究所等單位研制的JGN建筑結構膠通過鑒定，對我國的粘鋼技術的發展起到了極大的推動作用。90年代初開始國內一些學者相繼進行了鋼筋混凝土柱的粘貼鋼板加固試驗的分析和研究。1990年，四川省建筑科學研究院組織編寫了《混凝土結構加固技術規范》（CECS25-90）[1]。1995年，萬墨林、韓繼云等提出了加固結構與原普通結構在設計概念上的本質差異，不同粘貼鋼板加固法要遵循的原則、設計構造措施和施工要點[2]。1996年，顏德恒等對比理論計算和試驗結果，討論了粘貼鋼板加固的受力機理，分析了混凝土強度等級、厚度等設計參數對梁強度和剛度的影響[3]。1999年，高作平等對27根未加固與外包粘貼鋼板加固的短柱進行了試驗研究，結果顯示粘貼鋼板加固可以大幅度提高柱的承載力，采用的新加固材料與原柱有良好的整體工作性能，加固后的柱子能抗沖撞，有良好的外觀，而且施工工藝簡便，占用空間小，工程費用低。

3 結語

（1）粘貼鋼板加固偏心受壓鋼筋混凝土構件的構造布置、粘貼鋼板的錨固措施及布置與承載力計算的協調等，都是目前工程研究的重要問題。

（2）雖然對粘貼鋼板加固鋼筋混凝土構件的試驗研究成果己經比較豐富，但主要集中在軸心受壓或對一次受力偏心受壓構件的研究上，對于二次受力的混凝土偏心受壓柱粘貼鋼板加固的研究幾乎空白。二次受力粘貼鋼板加固的受力狀況和加固后構件承載力的影響程度，都要通過大量實驗來分析研究。盡管對于橋梁鋼筋混凝土偏心構件，國內加固設計規范列入了粘貼鋼板加固矩形截面鋼筋混凝土偏心受壓柱二次受力的設計計算公式，還主要是基于設計規范方法來考慮截面初應力影響，需要通過大量實驗驗證。

（3）在橋梁鋼筋混凝土偏心構件加固計算方法上也存在深入不夠的問題，對公路橋梁混凝土受壓構件的粘貼鋼板加固法，我國《公路橋梁加固設計規范》（JTG/T J22-2008）與《公路橋梁加固施工技術規范》（JTG/T J23-2008）都提出了加固設計方法與施工技術要求，其中加固設計計算方法是按橋梁加固兩階段受力圖式得到承載力復核公式，公式原理很明確，但是不方便在加固設計中使用，尤其是粘貼鋼板加固的截面設計計算，十分復雜。因此需要研究粘貼鋼板加固受壓構件的截面設計計算簡化公式，以便應用于實際工程。

（4）粘貼鋼板加固偏心受壓鋼筋混凝土構件的受力實質上是復合構件受力，雖然不改變原構件的受力性質，但加固粘貼的鋼板和原構件受力的相互影響還需要深入研究。

參考文獻

[1] 中國工程建設標準化協會.混凝土結構加固技術規范（CECS25：90）[S].北京：中國建筑工業出版社，1985.

[2] 肖建平.橋梁工程施工[M].北京：機械工業出版社，2016.

[3] 黃勤.粘鋼加固鋼筋混凝土梁受力機理的研究[D].上海：同濟大學，1996.