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        桥梁上部构造加固技术

        作者:  发布时间:2020/2/10 23:43:36  点击率:453
        为了不影响行车质量及行车安全,加固技术就显得更加经济、实惠,且工期短、对现有交通影响小,故其应用前景越来越广泛。对桥梁上部构造加固常用方法、技术措施及特点等方面进行了阐述。
            关键词: 公路桥梁; 上部构造; 加固技术; 养护

            doi: 10. 3969 /j. issn. 1006 - 8554. 2016. 09. 061
            1· 桥梁上部构造加固基本原则
            预防养护为主; 维修加固应尽可能减少对原结构的损伤;加固工艺能满足结构耐久性要求; 施工设备简单、便于操作; 施工材料耗用少,费用经济合理; 后期养护工作量少; 加固施工时尽量不中断或者少中断交通; 加固完成后,经动静载试验验证合格方能开放交通; 加固设计需进行多方案比选及评价。
            2· 桥梁上部构造加固常用方法及技术措施
            桥梁上部构造主要病害类型有纵、横向裂缝,跨中超限下挠,砼表面破损、空洞、蜂窝、麻面,钢筋外露、锈蚀等。加固常用方法有加强薄弱构件、增加或更换桥梁构件、改变结构受力体系等,措施有粘贴钢板、粘贴纤维复合材料、增大构件截面、体外预应力、改变结构体系、更换疲劳构件等。下文将从这些加固方案技术优缺点、适用情况、设计及施工注意事项、工艺流程等方面进行简要论述。
            2. 1 粘贴钢板加固
            2. 1. 1 粘贴钢板加固技术优点
            该方法技术先进、性能良好、所占空间小、加固施工周期短、材料消耗小、工艺简便,适用于受弯及受拉构件、不承受大幅度疲劳荷载、动载构件、外部环境温度不高于60℃或相对湿度不大于70%构件、无化学腐蚀地区桥梁构件; 被加固构件砼强度不能小于C20( 预应力砼构件不应低于C30) 。粘贴钢板加固主要用材为胶粘剂、钢板、连接螺栓等。胶粘剂要求弹性模量高、线膨胀系数小、韧性及耐久性好; 钢板以Q235 钢板为宜,钢板、连接螺栓及焊缝的强度设计值按现行钢结构设计规范采用。
            2. 1. 2 加固设计注意事项
            当梁( 板) 受拉区粘贴钢板长度不能满足计算长度,可在钢板的端部锚固粘结U 型箍( 梁: U 型箍、加强箍; 板: 设置压条) 。
            斜截面承载力加固时,应粘贴成斜向钢板、U 型箍或L 型箍; 当梁斜截面受剪承载力不足时,可采用局部粘贴并联U 形箍板加固。
            2. 1. 3 粘贴钢板加固后上部构造破坏特征
            在适筋范围内,随着荷载的增加,梁中钢筋屈服,钢板随着也达到屈服,随即砼被压碎而破坏; 当粘贴在梁底的钢板未达到屈服强度,而钢板与砼间撕脱导致加固梁破坏时,其承载力远低于钢板到达屈服时承载力,此为脆性破坏,应避免出现。脆性破坏主要原因有锚固长度小于计算粘贴延伸长度、粘结剂的质量问题、施工质量的影响等。
            2. 2 粘贴碳纤维片加固
            2. 2. 1 粘贴碳纤维片加固技术优点及适用范围
            碳纤维片轻质高强、操作简单、易于粘贴、不锈蚀,但因桥梁粘贴碳纤维增加的抗弯承载力相对较小,所以该方法一般适用于小型构件( 如跨径小的板、楼板) 、应力复杂部位( 如箱梁腹板) 等部位。
            2. 2. 2 主要材料性能要求及力学特点
            1) 碳纤维片。碳纤维片材力学特点: 根据规范规定计算,粘贴一层300g /m2 ( 厚0. 167 mm) 碳纤维1m 宽,相当于增加了3 根Φ25( I 级) 钢筋,或2 根Φ25( Ⅱ级) 钢筋; 受拉时呈线弹性关系直至破坏,其脆性性能与钢筋的延性有明显的区别,结构设计中不能简单地将碳纤维片材作为钢筋的替代物; 碳纤维片材不具备钢筋所拥有的延性,加固后结构的延性将受到限制、应力重分布将受到约束。
            2) 环氧树脂粘结剂。环氧树脂粘结剂的主要性能指标,如表1 所示。
              
            2. 2. 3 粘贴碳纤维加固计算及施工构造要求
            1) 受弯构件加固。承载能力极限状态的验算通常要考虑粘贴碳纤维片材后能整体工作与不能整体工作两大类破坏模式; 加固施工时不能完全卸载,必须考虑二次受力; 尽量避免碳纤维片材间的搭接,平行布置多条或多处碳纤维片材加固时,各条或各层搭接位置应相互错开; 当在梁、板的正弯距区粘贴碳纤维片材加固时,片材宜采用多条密布方案,对于跨径20 m以内,宜将碳纤维片材末端延伸至支座边缘; T 形或箱形连续梁可在翼板底面粘贴碳纤维片材进行负弯距加固,其粘贴范围宜在4 倍翼板厚度以内; 当碳纤维片材用于侧面加固时,片材宜在距受拉区边缘1 /4 梁高范围内。
            2) 抗剪加固。在截面的转弯处粘贴碳纤维片材进行抗剪加固时,转角的最小半径不小于30 mm; 抗剪加固最好采用封闭粘贴或U 形粘贴,条件不允许时也可采用侧面粘贴,且宜设置端部锚固措施; 当采用碳纤维片材条带间隔粘贴时,其净间距不大于现行《公路桥涵设计通用规范》( JTG D60 - 2004) 规定的最大箍筋间距的0. 7 倍; 为确保水分散发路径,不提倡大面积粘贴片材。
            2. 2. 4 粘贴碳纤维片材加固施工
            施工流程: 基底缺陷修补—基底打磨—涂刷底层树脂—找平胶修补—涂刷浸渍胶—碳纤维布下料—粘贴碳纤维片材—罗拉滚压—涂刷面胶—表面防护—缺陷修补—质量检验。
            2. 3 增大构件截面加固法
            增大构件截面加固技术是在构件表面加大砼尺寸,增加受力钢筋,使其与原结构形成整体,从而增大构件有效高度和钢筋面积,使其成为二次受力的叠合构件,需按二次受力的叠合梁进行承载能力极限状态和正常使用极限状态的验算。增加构件的刚度,提高了桥梁整体承载能力; 加大构件截面,会使上部结构恒载增加,对原结构及基础承载能力有一定影响。该方案施工养护时间长、浇注不便、工期相对较长,广泛适用于界面牢靠而无相对错动的梁( 板) 、拱桥拱肋等受弯、受压构件。具体措施有加厚桥面板、增焊主筋、增大梁腋等。
            2. 4 体外预应力加固法
            改变原结构内力分布并降低原结构应力水平,使一般加固结构中所特有的应力应变滞后现象得以完全消除; 后加部分与原结构能较好地共同工作,结构的总体承载能力可显著提高。该方法适用于采用一般方法无法加固或加固效果很不理想的较高应力状态下的大跨桥梁。
            施工时注意: 在控制张拉力和伸长量的同时,应对旧桥控制截面和关键位置的应变及主梁挠度进行监控; 小跨径桥体外预应力加固体系中铁件应采用防锈漆进行防腐处理; 大跨径桥预应力加固使用的钢绞线采用PE 防腐处理等。
            2. 5 桥面补强层加固法
            2. 5. 1 桥面补强层加固技术特点及适用条件
            桥面补强层加固技术是在主梁顶面加铺一层钢筋砼层,与原有结构形成整体,增大桥面板或主梁有效高度和受压截面、增加桥面整体刚度、提高桥梁承载能力; 但也会使桥梁上部构造恒载增加,应通过计算判断是否可以提高桥梁的有效承载能力。主要适用于主梁或桥面板承载力不足、刚度不够、或铰接梁板的铰缝不能有效传力的中小跨径的桥梁。
            2. 5. 2 施工工艺及注意事项
            施工工艺: 清理桥面或铣刨桥面铺装→缺陷、病害及结合面处理→植筋及布设补强层钢筋网→浇筑补强层砼→养生→重铺桥面→安装附属设施→清理现场→开放交通。桥面清理避免大型设备,拱起位置避免损伤主筋; 桥面应做成凹凸不小于4 ~ 6 mm 的粗糙面,无表面浮浆,集料外露清晰,亦可在表面涂刷对砼黏结力强、抗化学腐蚀、强度高的界面剂以加强新旧砼的黏结; 结合面应植入结合抗剪钢筋,植埋深度符合胶黏材料的要求,伸入补强层的直线长度不宜小于5 d、大于6 cm; 新增补强层厚度不宜小于10 cm,且注意养护,防止收缩。
            2. 6 改变结构体系加固法
            常用措施有简支梁改连续梁法、将多跨简支梁改造为桥面连续简支梁法、八字支撑法、将梁式桥转换为梁拱组合体系法、改桥为涵洞加固法、钢索斜拉加固法等。
            2. 7 增设主梁加固法
            该方法需保证新旧主梁的整体性,新旧主梁间的横隔板和翼板联结要加强,可设置贯穿全桥宽的拉紧钢筋,以增强横向整体性; 新旧主梁的联结,应在新梁拆除模板之后进行,以免新梁荷重增加旧梁的附加应力,如图1 所示。

            2. 8 预应力高强钢丝网加固法
            预应力高强钢丝网—聚合物砂浆复合面层加固技术需要将被加固构件进行界面处理,然后将钢丝网敷设于被加固构件的受拉区域,再在其表面涂抹聚合物砂浆。
        该加固技术能同时显著提高结构刚度和承载力,施工简单、成本低,施工时不需要中断交通,极限阶段往往发生钢筋屈服、钢丝绳断裂、受压区砼压坏的延性破坏,疲劳性能理想,耐久性好,使现有其他加固技术中的缺点都得到了较好地解决或改善。
            主要施工工艺: 构件表面处理→高强钢丝网片现场下料→加固试件及钢丝网片表面涂抹界面剂→安装网片→分层涂抹聚合物砂浆→喷水养护→质量验收。
            2. 9 其他加固法
            加强横隔板( 梁) 、增设横隔板( 梁) 、对缝宽小于0. 15 mm时灌浆法修补裂缝、缝宽大于0. 15 mm 时灌浆处理等。
            3· 结语
            桥梁上部构造加固技术多种多样,各有适用范围及技术优缺点,我们在维修加固前首先要从加固费用系数、加固寿命系数等经济指标分析入手,确定该项工作的可行性; 在确定具体方案时要从损伤情况、经济投入、工期、环保、养护等方面综合比选,选择最佳方案。

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