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浅议公路桥梁粘贴钢板加固技术

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1. 引言随着交通运输业的发展, 超重超载车辆的迅猛增多, 公路桥梁维修加固任务也越来越繁重。 上世纪修建的旧桥, 由于受到当时经济、 技术条件的限制, 设计荷载等级较低; 有些桥梁修建时正处设计理论更替时,如 2004 年前后; 有些公路桥梁所处的外部环境较恶劣, 氯离子含量较浓,桥梁普遍受到腐蚀侵害, 急需进行维修加固。

2. 加固技术分类

公路桥梁从工作的原理进行划分, 可以分成两大类, 即主动加固和被动加固。 主动加固一般是指预应力的加固, 通过后预应力筋主动受力, 依靠预加力来产生反向的弯矩, 进而达到改善原桥梁应力状态的目 的和效果, 对其薄弱的构件进行有效的增强和加固。 被动加固一般是指在受拉区域直接粘贴一些钢板或是其他类型的高强度的复合纤维, 来达到相应的加固效果, 对被动受力进行补强, 对材料进行加固。 以下主要论述粘贴钢板技术中的特点及应用范围。

3. 粘贴钢板加固法

采用环氧树脂等系列粘贴剂将钢板粘贴在结构物的受拉边缘或薄弱部位, 使之与原结构物形成整体共同受力, 以提高其强度, 改善原结构的钢筋及混凝土的应力状态, 限制裂缝的进一步发展, 从而达到加固补强、提高承载能力。

3. 1 该加固方法有以下特点: 不需要破坏被加固的原有结构物; 加固工程几乎不增大原有结构物的尺寸; 尽管工程质量要求较高, 但是施工时并不要求高级的专业技术人员操作; 施工工期短, 经济性较好; 钢板所占空间小, 几乎不影响桥梁净空, 桥梁自重增加很少; 施工工艺简单, 施工质量容易控制, 而且可在不影响交通的情况下施工; 胶水及螺栓的质量及耐久性是影响加固效果的主要因素; 加固的钢板容易锈蚀, 必须进行严格的防锈处理。
3. 2 该加固方法主要应用: 在梁底板粘贴钢板加固可以提高梁的抗弯能力, 如板梁桥或 T 梁桥正截面承载力不足出现梁底裂缝时可在梁底粘贴钢板; 在梁腹粘贴斜向钢板, 此法可以使钢板与混凝土共同受力, 提高梁的整体刚度和抗剪强度; 在牛腿处或主梁靠近支座处梁腹粘贴钢板, 可提高桥梁的整体刚度; 当桥面底板破损, 可在底板部粘贴钢板, 补强受拉部位, 并与原面板形成整体, 以对桥面板的钢筋不足予以补强, 防止桥面板混凝土的脱落; 在拱桥拱肋、 立柱、 桥墩等受压部位粘贴钢板可提高构件的强度。

4. 粘贴钢板加固案例

4. 1 桥梁概况。 某国道桥长 158. 8m, 右偏角为 43° , 上部结构共六跨,主桥上部结构(2 号~4 号孔) 22. 9+43+22. 9m 为变截面预应力单悬臂 T 型梁, 悬臂长 9. 26m, 挂梁为 25. 6m 工字挂梁, 1 号、 6 号孔为 25m 预应力砼空心板, 5 号孔为 20m 预应力砼空心板。 桥梁下部 0 号、 6 号台为重力式桥台, 扩大基础; 桥墩为桩柱式桥墩。
4. 2 主要病害。 该桥技术状况等级综合评定为 3 类; 预应力空心板板底纵向裂缝, 部分裂缝伴有渗水钙化; 盖梁、 T 梁牛腿砼破损、 露筋、 锈蚀; 全桥桥面均有网裂现象, 露骨严重, 少数伴有坑槽, 并有纵向裂缝,单板受力趋势严重。
4. 3 加固方案。 由于本桥桥面铺装病害严重, 铰缝处反射的纵向裂缝也越来越严重, 理应打开铺装修复铰缝重做铺装层来解决梁板单板受力问题。 鉴于本桥交通无法中断, 且半幅施工半幅通车时混凝土浇筑质量无法控制, 因此采用下部措施来提高桥梁的整体性。 本桥最终方案为: 对空心板板底横向粘贴钢板加固; T 梁横隔板浇筑混凝土并粘钢加固; 其他病害采用裂缝封闭等常规处治。
4. 4 空心板粘贴钢板加固。
采用 3 种方式对比空心板在不同状态下, 得出 25m 空心板单板的横向分布系数变化, 并相互对比来印证粘贴钢板的效果。空心板横断面图

(1) 采用常规方式, 计算出空心板刚度参数Υ , 并根据铰接板法算出 2 号中板横向分布系数 m1=0. 182。

(2) 采用 midas FEA 程序模拟铰缝完好状态下, 2 号中板跨中在集中力 1000kN 作用下, 各个梁板的跨中弯矩。

铰缝完好状态挠度图

铰缝完好状态挠度表

根据 2 车道汽车轮距计算出 2 号中板的横向分布系数:m2=1/2(0. 125+0. 1036+0. 0858+0. 0651) =0. 190
(3) 采用 midas FEA 程序模拟铰缝完全破坏状态下, 板底横向粘贴横向钢板, 钢板规格 8mm 厚 100mm 宽, 横向间距 100cm。 2 号中板跨中在集中力 1000kN 作用下, 各个梁板的跨中弯矩。

粘贴横向钢板状态挠度图

粘贴钢板状态挠度表

根据 2 车道汽车轮距计算出 2 号中板的横向分布系数:m3=1/2(0. 123+0. 102+0. 083+0. 063) =0. 186

(4) 结果对比

不同状态下横向分布系数对比表项目 m1 m2 m32 号中板 0. 182 0. 190 0. 186从表中可看出, 采用粘贴钢板后梁板整体性与梁板自身铰缝较好时的整体性比较接近, 因此采用这种方案是可行的。

5、 粘贴钢板法的理论计算

在具体的理论计算过程当中, 需要注意多方面的问题。 首先认为钢板与被加固构件组成的截面仍然适合平面假定理论(实际钢板与被加固构件之间会产生一定的滑移)。 其次粘贴钢板加固桥梁构件的作用效应宜分别按二个阶段来计算, 二期恒载作用及可变作用之前及之后。

6、 结束语

通过大量的实践与理论研究, 粘贴钢板法在旧桥加固上有广阔的应用空间。 虽然粘贴钢板法是目前较为普遍的常规手段, 但应根据桥梁缺陷及病害选择合理加固方式, 对症下药, 以免造成不应该的浪费。 随着新材料、新材料、 新技术、 新工艺的发展, 桥梁加固方法也在不断改进和完善, 这更需要广大技术人员, 不断努力、 不断创新, 为其作出自己的贡献。



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