大型工字梁裂纹的粘接补强

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