型鋼組合梁加固和粘鋼加固比較分析
在當前的建筑工程加固中,鋼筋混凝土加固方法很多,各種方法均有著一定的適用性和片面性。對于框架結構的加固分析,目前研究和應用最多的便是型鋼-鋼筋混凝土組合加固以及粘鋼加固方法。但是在實際應用中,大多數工程設計人員都已經形成了定性思維,對于加固設計缺陷和應用優勢的分析較少,以致在方案選擇中所列出的方案并非是最優的設計要求,是一個承載不足或者存在著嚴重受力缺陷的問題,或者因為設計保守而造成了材料、人力、物力的浪費。因此在目前的設計工作中我們有必要對這兩種工程加固方法進行分析和比較。
1、受力特點h
在目前的設計工作中,為了簡化加固設計工作力度和工作要求,在設計工作中一般都提前假定加固后梁截面應變,且仍然滿足平截面的假定要求,使得受拉區域的鋼筋混凝土不參與到工作中來,這就忽略了型鋼與鋼筋混凝土之間的滑移問題,最終導致鋼筋在采用中產生了一定的塑性應力變化。如果在目前的工作中我們不考慮梁和膠粘劑收縮、變形的問題,其在應用中也會產生以下兩種情況:
1.1.完全卸荷之后的粘鋼加固問題
一般來說,完全卸荷后粘鋼加固技術是目前應用最多的一種,是隸屬于一次受力加固的一個技術要求。在工作中,鋼板粘接后可以和原來的框架結構形成一個綜合整體,共同承擔各種荷載作用下引起的混凝土隱患。在其承載力計算中,可以現有粘貼加固機理制度來進行綜合計算。
1.2、部分荷載粘鋼加固
部分卸荷粘鋼加固,屬于二次受力加固結構,現實中這種情況是普遍存在的。對于這種受力構件,新加鋼板只有在框架梁有新的變形才能發揮作用,這樣原梁內配筋和新加鋼板共同工作能力差,存在應力滯后的現象。
型鋼一混凝土組合梁的受力機理
這里型鋼加固梁是指采用一根型鋼置于原有鋼筋混凝土梁下,有兩種方案:(1)為充分利用原有混凝土的承載力,可將型鋼與混凝土用抗剪連接件或結構膠將兩者結合,使之協同工作;(2)將原有混凝土梁及所有荷載全部作為外加荷載傳遞給型鋼梁。這樣不必設置抗剪連接件,但同時梁高度將加大,影響使用功能。第二種方案的設計方法與普通鋼梁無異,因此本文只討論一種方案。
根據傳統經驗所做的實驗研究,在加載至破壞荷載的近50%前,型鋼組合梁位移和應變均保持彈性, 隨著荷載增加,混凝土梁與型鋼梁結合面處水泥砂漿層開始有水平裂縫出現,且鋼板與混凝土采用結構膠粘結處,沿梁長方向出現滑移現象,并不斷增大。當受力較小的時候,型鋼組合梁的中和軸在混凝土中通過,型鋼為全截面受拉,一般均能滿足承載力要求。從理論上說,只要混凝土沒有達到極限壓應變,型鋼組合梁加固的極限承載力決定因素是型鋼尺寸和強度。
粘鋼加固法的理論發展及工程應用
在理論上,20世紀80年代末國內學者開始對粘鋼加固分析和研究:1989年,成立粘鋼加固技術課題研究協作組,對其進行全面研究,一次編寫了相關規定;1990年,羅競寧、顧慧娟等也進行了少筋梁、適筋梁和超筋梁粘鋼加固的試驗研究;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》;1995年,萬墨林、韓繼云等對混凝土加固結構受力特征及破壞機理進行了分析,提出了加固結構與原普通結構在設計概念上的本質差異;1996年,同濟大學顏德恒教授及其研究生通過理論計算和試驗結果進行對比,探討了粘鋼加固的受力機理;1998年吳耀輝通過粘鋼加固的試驗進行了粘鋼加固梁的粘貼滑移、早起破壞、錨固長度等方面的研究;2000年,梁叢中通過兩榀框架構件的低周反復荷載試驗,對用粘鋼方法加固框架梁在地震作用下的抗震性能進行了分析;2003年,劉敏對靜力條件下的粘鋼加固混凝土梁進行了數值仿真分析;2006年我國新頒布了《混凝土結構加固設計規范》(GB50367-2006),為混凝土結構的加固設計、施工提供了的技術性標準和理論性指導。
粘鋼加固當前在工程中的應用主要為混凝土柱和梁,主要應用范圍涵蓋以下幾類:①上世紀早期、中期設計的建筑,一方面當時的設計要求較低,另一方面至今也已經達到或者接近使用年限,在各種使用條件自然條件下已經遭到嚴重破壞,隨時有可能發生倒塌。例如山西紡織印染廠、山西省圖書館舊藏書樓。②設計階段假設錯誤或者配筋不足引起的局部破壞結構。例如山西省人大常委辦公大樓、國內一個工程遼陽化纖總廠變電所大樓承載梁裂縫處理。③施工階段的不當操作引起混凝土強度不足、保護層偏大等問題也越來越多的采用了粘鋼加固法。如山陰縣七里溝新村小學教學樓。④結構改造也是一個非常重要的方面,結構加層、功能改變,粘鋼加固法能夠有效的解決這類問題,并且已經越來越多的應用到其中。
粘結型鋼加固設計
在加固過程中,如果要求大幅提高設計荷載,大幅提高構件的承載能力,粘鋼加固往往很難滿足要求。因為在已有的鋼筋混凝土梁上大量粘鋼板,有可能出現超筋,這在工程上是不允許的,這時采用粘型鋼加固就是一種有效的方法。粘型鋼加固就是在梁的受拉邊粘結型鋼,使型鋼和混凝土共同承受外荷載。粘結的型鋼可采用工字鋼或組合型鋼。為保證型鋼和混凝土共同工作,除保證結構膠的粘結外,主要通過箍板與植筋錨固的方式,以防止型鋼和混凝土之間的剪切滑移破壞。在梁底粘貼型鋼加固,可大幅度提高梁的極限承載能力,還能顯著地提高梁的剛度,減小梁的變形。加固后,型鋼主要受拉,混凝土受壓,有效地限制混凝土的裂縫開展,提高了混凝土的耐久性。加固梁塑性設計時的基本假定為:加固梁的軸向應變符合平截面假定;極限狀態時,受壓區混凝土達到彎曲抗壓強度設計值;不考慮受拉區混凝土的作用。