1.工程概况
某工厂厂房朽架下弦大型工字梁下翼板,因长期受力疲劳出现横间裂纹。裂纹位于大梁中部,长130mm。国内某权威检测机构通过大梁疲劳与断裂分析后指出,钢梁在正常工作情况下随时都有断裂的危险,应尽快采取临时加固措施。大梁材质为16Mn。
2.粘接补强方案及胶粘剂的选择
因大梁无法卸载,所以不宜因采用焊接或铆接,采用粘接与机械加固相结合的方法是最适宜的补强加固方案,即选用12mm厚的钢板制域适当尺寸的补强板,首先用结构胶粘剂将补强板粘接到破损处,再用U型卡将二者紧固,补强加固。
因工字梁需长期承受高负荷,故应选择高强度结构胶,其剪切强度应大于16MPa,且应有一定韧性。许多国产双组分环氧树脂型结构胶可供选用,如:中国科学院大连化学物理研究所生产的JGN-HT建筑结构胶、中国兵器工业第五三研究所生产的J-628胶粘剂等。
根据纤强钢板所能承受的拉力,计算粘接总拉力,从而计算出粘接面积,即补强板面积。详细计算附后。
3.粘接补强工艺
(1)备料
① 补强板的制作 按800mm×240mm×12mm的尺寸加工钢补强板一块备用;
② 用φ25的圆钢和4块300mm×100mm×16mm的钢板作垫板制作4个U型卡备用。
(2)粘接补强工艺
① 为防止裂纹进一步扩大,在裂纹两端各打一个φ15mm的止裂孔;
② 将被粘表面用角磨机、钢挫或砂布除去锈迹及附着物,使之显出金属光泽;用棉纱或脱脂棉蘸丙酮等有机溶剂彻底擦拭表面,吹干或晾干表面;
③ 在一厂口容器中,加入规定量的胶粘剂甲、乙组分,用小刮刀或调胶棒将胶调匀;
④ 在两被粘表面分别均匀地徐一薄层胶,立即叠合;
⑤将4个U型卡均匀分布在补强处,拧动紧固螺帽,擦净溢胶,待胶完全固化即可,如有条件,待胶液常温初固后,再加温至60-80℃后固化2-4h,使胶液完全固化,效果会更好。
注意:
a.冬季施工时,胶粘剂会变稠,应对胶粘剂进行预热(30-50℃),使之易于流动方能调配均匀;
b.冬季施工时,田工件温度太低(特别是北方地区)会影响胶液在被粘表面的涂刷性,不利于在表面上浸润,最好将被粘表面预热,胶液固化也最好采取加温措施。
4.粘接补强效果
采用上述工艺粘接补强后的大梁,在使用1个月后进行了现场观察和应力测试,结果表明粘接补强达到了预期的效果。在大梁更换前,对大梁粘接补强的检查结果为胶层无开胶、错位等现象。从粘接面的背面观察,原裂纹无扩展。
附:补强衬板尺寸的确定
根据受力分析及试验结果,决定采用在工字梁底面粘接衬板,用U型卡加固的方法对大梁裂纹处进行补强,因裂纹长度只有板宽的一半,且补板太厚不利于粘接面的贴合,故补板厚度选用12mm,胶粘剂剪切强度值按15.6MPa计算。
补板所能承受的许用应力下的总拉力严为:
F=[σ]·S=17.30×9.8×240×12=488275.2N
其中[σ]为补板的许用应力,取17.30kg·mm-2。
为使补板的总拉力能够传递到大梁,则粘按的总拉力应不小于补板总拉力F即:
L×b×≥F
其中L为补板长度;b为补板宽度;σ胶为胶粘剂的剪切强度,取15.6MPa,所以,在满足许用应力状态下的最小粘接长度为:
L=F/b/σ胶=488275.2/240/15.6=130.4mm
考虑到实际粘接面积比试验粘接面积大,剪切强度值要降低,所以将实际粘接长度提高到400mm,即裂纹两侧共长800nlm,最后确定补板尺寸为800mm×240mm×12mm