1.工程概況
某工廠廠房朽架下弦大型工字梁下翼板,因長期受力疲勞出現橫間裂紋。裂紋位于大梁中部,長130mm。國內某權威檢測機構通過大梁疲勞與斷裂分析后指出,鋼梁在正常工作情況下隨時都有斷裂的危險,應盡快采取臨時加固措施。大梁材質為16Mn。
2.粘接補強方案及膠粘劑的選擇
因大梁無法卸載,所以不宜因采用焊接或鉚接,采用粘接與機械加固相結合的方法是最適宜的補強加固方案,即選用12mm厚的鋼板制域適當尺寸的補強板,首先用結構膠粘劑將補強板粘接到破損處,再用U型卡將二者緊固,補強加固。
因工字梁需長期承受高負荷,故應選擇高強度結構膠,其剪切強度應大于16MPa,且應有一定韌性。許多國產雙組分環氧樹脂型結構膠可供選用,如:中國科學院大連化學物理研究所生產的JGN-HT建筑結構膠、中國兵器工業第五三研究所生產的J-628膠粘劑等。
根據纖強鋼板所能承受的拉力,計算粘接總拉力,從而計算出粘接面積,即補強板面積。詳細計算附后。
3.粘接補強工藝
(1)備料
① 補強板的制作 按800mm×240mm×12mm的尺寸加工鋼補強板一塊備用;
② 用φ25的圓鋼和4塊300mm×100mm×16mm的鋼板作墊板制作4個U型卡備用。
(2)粘接補強工藝
① 為防止裂紋進一步擴大,在裂紋兩端各打一個φ15mm的止裂孔;
② 將被粘表面用角磨機、鋼挫或砂布除去銹跡及附著物,使之顯出金屬光澤;用棉紗或脫脂棉蘸丙酮等有機溶劑徹底擦拭表面,吹干或晾干表面;
③ 在一廠口容器中,加入規定量的膠粘劑甲、乙組分,用小刮刀或調膠棒將膠調勻;
④ 在兩被粘表面分別均勻地徐一薄層膠,立即疊合;
⑤將4個U型卡均勻分布在補強處,擰動緊固螺帽,擦凈溢膠,待膠完全固化即可,如有條件,待膠液常溫初固后,再加溫至60-80℃后固化2-4h,使膠液完全固化,效果會更好。
注意:
a.冬季施工時,膠粘劑會變稠,應對膠粘劑進行預熱(30-50℃),使之易于流動方能調配均勻;
b.冬季施工時,田工件溫度太低(特別是北方地區)會影響膠液在被粘表面的涂刷性,不利于在表面上浸潤,最好將被粘表面預熱,膠液固化也最好采取加溫措施。
4.粘接補強效果
采用上述工藝粘接補強后的大梁,在使用1個月后進行了現場觀察和應力測試,結果表明粘接補強達到了預期的效果。在大梁更換前,對大梁粘接補強的檢查結果為膠層無開膠、錯位等現象。從粘接面的背面觀察,原裂紋無擴展。
附:補強襯板尺寸的確定
根據受力分析及試驗結果,決定采用在工字梁底面粘接襯板,用U型卡加固的方法對大梁裂紋處進行補強,因裂紋長度只有板寬的一半,且補板太厚不利于粘接面的貼合,故補板厚度選用12mm,膠粘劑剪切強度值按15.6MPa計算。
補板所能承受的許用應力下的總拉力嚴為:
F=[σ]·S=17.30×9.8×240×12=488275.2N
其中[σ]為補板的許用應力,取17.30kg·mm-2。
為使補板的總拉力能夠傳遞到大梁,則粘按的總拉力應不小于補板總拉力F即:
L×b×≥F
其中L為補板長度;b為補板寬度;σ膠為膠粘劑的剪切強度,取15.6MPa,所以,在滿足許用應力狀態下的最小粘接長度為:
L=F/b/σ膠=488275.2/240/15.6=130.4mm
考慮到實際粘接面積比試驗粘接面積大,剪切強度值要降低,所以將實際粘接長度提高到400mm,即裂紋兩側共長800nlm,最后確定補板尺寸為800mm×240mm×12mm