结构粘钢胶在火电厂栈桥改造中的应用

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0　概　述

在工业、民用建筑、桥梁、水利与电力工程建筑中，因设计、施工质量、维护、功能改变或风灾、地震、火灾、腐蚀等原因造成结构的强度和刚度下降，特别是已进入房屋老年期的一些工业厂房和民用建筑结构物等，需要进行检测，鉴别其是否可以通过技术改造(加固处理)恢复原有功能;常用的结构加固方法有增大截面法、外包钢加固法、结构外预应力法、喷射混凝土加固法等，但这些方法施工周期长，占用场地大以及施工设备多，基本上相当于一个小工程。一种新的加固技术——粘钢加固技术，根据加固需要，制成某一种特殊形状的材料，用树脂类胶将它们粘贴在被加固部位，与被加固结构紧密结合、共同受力，从而达到提高原结构承载力的目的。

1　粘钢加固的作用

1.1　增加构件的抗弯与抗剪能力

由于结构受损或改造等原因，可能使部分构件的抗弯与抗剪能力下降。如楼面荷载增加，则原结构的板、梁的主筋与梁的抗剪能力有可能不够，此时采用粘钢加固技术在缺少钢筋的部位补强，在抗剪力不够的部位粘箍板即可增加(甚至超过)原结构的抗弯与抗剪能力。根据实验结果，在基本不改变原结构的截面尺寸和不增加原结构重量的情况下，通过加固处理的构件的承载力可能提高2倍以上，可见粘钢加固技术的作用十分显著。

1.2　提高原结构的抗震能力

我国是地震多发国家，地震灾害十分严重。采用粘钢加固技术对建筑物的抗震可以起到很好的作用。一方面可提高原结构的强度，另一方面可大大改善结构的抗震性能。大多数建筑材料具有脆性特征，突发地震时易产生脆性破坏，导致建筑物坍塌，结构粘钢加固后可以进一步约束结构，提高结构的整体连接性，耗散建筑物中由于地震力作用而产生的能量，防止砖混、混凝土结构的脆性破坏。

1.3　提高构件的抗裂性

建筑裂缝是建筑结构的主要危害之一。由于其隐蔽性强，而且裂缝部位所产生的应力集中效应，常常给建筑物带来灾难性的后果。在结构构件上采用粘钢加固技术，除了可以增强结构的强度外，还可以利用结构胶的流动性，有效地封堵裂缝，限制其进一步扩展延伸。

2　粘钢加固的技术特点

2.1　施工方便

该技术用于结构加固时，在施工现场不需要大型施工机械，占用施工场地小，没有湿作业。粘钢技术在实施过程中不会引起原结构中应力场的变化，而这一点在采用焊接加固技术时是无法做到的，加固完成数小时后新老结构即可联合受力投入工作。

2.2　基本不增加原结构的重量和截面积

根据规范，粘钢一般选用2～6 mm的钢板材，加固处理后，原结构的截面积不会发生大的变化，增加的重量与原结构相比基本上可以忽略不计。这一点在某些空间受限的场合特别有用。

2.3　适用性好

工程中结构物或构件形状各异，特别在电力行业结构较多。粘钢加固技术不受行业限制，在很多场合都可以方便使用，根据统计，从20世纪80年代以来该技术已成功应用于包括电力行业在内的许多行业，产生了巨大的经济效益和社会效益。

2.4　结构胶的性能优良

粘钢加固技术中的关键材料以建筑结构胶为主。结构胶的主要成分是树脂，其特点是，固化时收缩率低，有良好的抗湿气渗透性能，力学性能优(见表1)。

3　工程应用

某电厂输煤栈桥于1979年建成，至今已运行20年。栈桥采用钢筋混凝土与钢桁架建造，其中钢桁架共计24榀，主要用作结构的支撑。钢桁架分2种形式，以桁架长度划分，其中MH-1共20榀，MH-2共4榀，采用Q23-F钢，手工焊接。电站建成以来，由于种种原因长期没有使用，且缺乏保养，致使栈桥屋面漏水严重，部分钢桁架出现严重的锈蚀，特别在支座处锈蚀严重。上述建筑物能否通过加固后继续使用，根据建筑结构的设计规范，建筑物的运行基准期是50年，故本栈桥还应有相当长的运行基准期，这对加固是有利的;同时对其进行深入细致的检测，对损坏部分进行补强加固，使其满足建筑设计的各项功能要求，从技术上讲是可行的。从经济上分析，加固只针对部分构件，大部份构件稍加处理即可投入使用，因而检测与加固费用低。从加固与拆除重建施工工期上分析，加固的时间初步测算约为2个月，而拆除重建在2个月内是难以完成的。经过分析比较决定采用加固方案。

共对2种方案进行了比较。方案一：采用焊接方法加固;方案二：采用粘钢加固技术。对于第1种方案，因建筑物已有20年历史，结构内部的应力场已形成，如果采用焊接方案，将破坏原结构应力场可能给整个建筑物带来安全隐患，zui后决定采用粘钢加固技术。

3.1　钢桁架检测结果

3.1.1　钢桁架图纸的复核

为了确保结构的安全可靠，我们对原始图纸进行了复核，杆件截面基本满足要求。但支座节点板厚度取值应该为8 mm，而原设计图纸上仅为6 mm，不满足新规范要求。

3.1.2　锈蚀状况检测

主要采用测厚仪对钢桁架的节点板、弦腹杆进行检测。通过检测得出以下结论：

a.钢桁架靠支座处等跨的下弦杆腐蚀严重，根据我国钢结构鉴定标准，锈蚀程度为D级。(*为良好，B级为局部锈蚀，C级为锈蚀较严重，D级为严重锈蚀)其他部位一般为B级;

b.部分下弦杆沿输煤栈桥方向发生扭曲变形;

c.桁架与桥墩之间的支座锈蚀严重，承载力已大大下降;

d.桁架腹杆和上弦杆锈蚀为B级，部分C级。

3.1.3　焊缝质量检测

根据《建筑钢结构焊接规程》(JGJ81-91)对钢桁架节点板上部分焊缝采用触头法进行了磁粉探伤，未发现裂纹等缺陷。

3.2　对结构危害程度的分析

通过检测分析认为，由于输煤栈桥长期未使用，接缝区段漏水严重，使钢桁架处于潮湿的环境中，且又没有进行必要的保养，致使部分构件发生严重的锈蚀，整个结构的现有强度达不到设计标准，部分构件丧失承载力，如不加固及保养，不能投入运行。

3.3　栈桥结构加固

加固工作主要集中在两方面：

3.3.1　对于节点板，通过加焊钢板以扩大、加厚节点板尺寸使其满足设计要求。即在节点板无杆件一侧加焊1块6 mm厚钢板;对两侧均有腹杆的节点板，可根据实际情况加焊钢板并加焊连接构件将内力传递到承载有保证的节点板区域。

3.3.2　对于弦、腹杆则沿杆件纵向用建筑胶粘2块钢板，尺寸为4 mm45 mm1 500 mm/(厚宽长)。

3.3.3　粘钢工序及要求如下：用砂轮机对粘贴面进行打磨、除锈。清洁度达到ST2级;在粘贴面上涂抹建筑结构胶凝固;加压固定24 h至建筑结构胶凝固;拆除加压装置;粘钢施工后不得焊接。

粘钢加固的方法与传统的方法比较起来有技术可靠，工作简便，不需对结构焊接，而且施工工期短，不破坏原结构外观等优点。

3.4　工程竣工情况

该加固工程于2001年8月21日开工，于2001年10月10日完工，总加固费用(包括检测、设计、材料、施工)为31万元。加固钢栈桥全长近90 m，若按拆除重建考虑，所需费用约225万元，所耗工期则更长，因此经济效益非常显著。该栈桥投入使用后，对栈桥进行了全面的观测，各项指标均满足设计要求。在节点板加厚区域及粘钢区域，各构件均能很好协同工作，满足预期设计要求。

4　结　论

4.1　粘钢加固技术为建筑物的加固和改造辟出了一条新的途径。

4.2　粘钢加固技术具有施工方便、施工周期短、没有湿作业、不需要大型施工设施等特点。

4.3　粘钢加固技术的关键材料为各种建筑结构胶。采用该技术施工时，不会改变原结构的受力性质，加固完成后数小时后即可投入工作。根据实验结果，采用该加固技术后，原结构的承载力可以提高2倍左右。

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