淺談公路橋梁加固技術(shù)方案
2011-12-26
隨著我國交通量日益增加,單車重量也不斷增大。為了適應(yīng)道路運(yùn)輸載重量不斷發(fā)展的要求,人們發(fā)現(xiàn)橋梁的混凝土開裂、剝落、衰變及鋼筋的銹蝕（管道灌漿不飽滿普遍存在）對橋梁的損害問題非常嚴(yán)重,需要大量的資金來維護(hù)或改建,現(xiàn)實(shí)使人們開始重視混凝土橋梁的耐久性。提高混凝土橋梁耐久性的技術(shù)途徑有兩個,一是采用高性能混凝土,以提高混凝土的抗?jié)B性、勻質(zhì)性、抗凍性,從而提高混凝土抵抗碳化和冷凍侵襲的能力；另外一種是提高既有橋梁耐久性的有效途徑即對缺陷橋梁進(jìn)行加固改造,延長其使用壽命。
一、工程概況
某橋?yàn)橐恍蓖葎偧茕摻罨炷翗?1973年建成,通車至今已30多年。全橋在橫橋向由六個剛架片組成,剛架片之間通過橋面連續(xù)以及橫隔板連接,每個剛架片在拱腳和跨中鉸接,形成三鉸斜腿剛架橋。邊跨梁一端直接擱置在橋臺上,另一端擱置在中跨主梁端部的牛腿上。主橋計算跨徑21.65M。全橋長26M,橋面凈寬7M。設(shè)計荷載汽一26,拖一100。由于種種原因,橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了一些病害,主要有斜腿主筋、箍筋出現(xiàn)銹蝕,鐵銹膨脹引起混凝土保護(hù)層剝落等。
二、橋粱加固的基本方法與原則
1、加固原則
加固設(shè)計以原橋?yàn)榛A(chǔ),在不改變原橋結(jié)構(gòu)型式的前提下,對原橋主要受力構(gòu)件進(jìn)行加固,加固設(shè)計必須考慮以下幾個重點(diǎn)：
1、下部結(jié)構(gòu)具有足夠的潛力。
2、加固后必須要達(dá)到能通過重噸的單車的要求。
3、因?yàn)橄虏渴呛降?所以在跨中腹板和斜腿加固過程中,應(yīng)盡量保持原有凈空,不得使下部空間削減過多。
4、對各開裂構(gòu)件的表面進(jìn)行修補(bǔ),保證構(gòu)件表面光滑而連續(xù)。
5、在補(bǔ)強(qiáng)的同時,應(yīng)注意加固物本身自重對原橋的影響。
6、加固后保持橋梁的整體美觀。
2、加固方法
根據(jù)目前該橋的交通情況,通過加固,將原橋設(shè)計荷載提高為能通過單車重車噸加固設(shè)計、加固施工完成后,還要對該橋進(jìn)行靜力荷載試驗(yàn),以檢測橋梁加固工程是否合格,確保其安全性。加固蓋梁和橋墩,待橋墩壓漿完畢,橋梁整體穩(wěn)定后再進(jìn)行封閉蓋粱與橋墩裂縫,蓋梁底部出現(xiàn)裂縫的部位作環(huán)氧硅,增加蓋梁截面積,蓋梁側(cè)面粘貼鋼板橋墩外側(cè)先縱向粘貼碳纖維片,再環(huán)向粘貼碳纖維片將裂縫部位封住。
橋梁加固一般是通過對構(gòu)件的補(bǔ)強(qiáng)和結(jié)構(gòu)性能的改善來恢復(fù)或提高現(xiàn)有橋梁的承載能力,以延長使用年限,適應(yīng)現(xiàn)代交通運(yùn)輸?shù)囊?。其改造的主要技術(shù)途徑有加強(qiáng)薄弱構(gòu)件、增加輔助構(gòu)件、改變結(jié)構(gòu)體系、減輕恒載、加固墩臺及基礎(chǔ)等。
三、加固理論計算
為了從整體上把握橋身在加固前各個部分在外部荷載作用下所產(chǎn)生的應(yīng)力分布特征,找到最不利截面,為加固方案提供詳細(xì)的理論依據(jù),特利用大型有限元計算軟件ANSYS對該橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。
1、計算模型采用數(shù)據(jù)
主跨、邊跨型梁截面基本尺：T梁全高；H=800MM，上翼緣寬：B1=1250MM，翼緣高度：T=220MM；T梁下寬：B=250MM。
斜腿支點(diǎn)附近矩形截面基本尺寸：截面高度：H=500MM，截面寬度：B=250MM，材料特性：C30混凝土強(qiáng)性模量：E=3.0*10MPA；混凝土泊松比：V=0.1667。鋼材泊松比：V=0.3。
2、有限元模型建立
全橋橫向共由六榻梁組成,各棍梁的形態(tài)結(jié)構(gòu)均一致,因此,先對單榻梁以及斜腿建立有限元計算模型。考慮到主梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜,斜腿截面沿縱橋向變化,為了能更真實(shí)的反映結(jié)構(gòu)的空間特性,采用8節(jié)點(diǎn)的solid45空間實(shí)體單元進(jìn)行模擬共劃分節(jié)點(diǎn)6868個單元,4202個離散;如圖1所示:
3、支承條件
由于加固將改變整個橋梁的支承條件,即將中跨跨中的鉸接改回原設(shè)計方案中的固接,同時,將斜腿趾部的鉸接改為固接,這會導(dǎo)致整個剛架片的應(yīng)力重分布,而后的加固正是針對應(yīng)力重分布后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理的,因此,在有限元模擬加固前的結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布時,各截面尺寸雖然按照加固前計算,但支承條件,在中跨跨中和斜腿趾部按照固接計算,而其他部位按鉸接算。
四、加固措施
1、封縫處理
先用鋼絲刷清除裂縫表面的灰塵、浮碴及松散物,確定需要封閉的范圍,用氣壓0.2MPA的壓縮空氣清除縫內(nèi)浮塵,用工業(yè)丙酮將裂縫刷洗干凈。沿清理好的縫涂一層環(huán)氧樹脂膠留出埋設(shè)灌漿底座的位置,待膠干后用樹脂膠埋設(shè)灌漿底座。灌漿材料選用一灌漿材料,在干燥或潮濕環(huán)境下固化具有收縮性小、強(qiáng)度高、韌性好、可灌性好等特點(diǎn),漿液配比均有說明。
施工順序先將配制好的漿液吸人軟管,裝好注漿器,逐孔灌漿,如單孔不足可取下灌漿器補(bǔ)充后再繼續(xù)灌注,灌后及時堵死灌漿孔。灌漿完畢待樹脂初凝后鑿除灌槳底座,并用環(huán)氧樹脂膠封縫.
2、蓋梁加固
蓋梁側(cè)面粘貼的鋼板應(yīng)預(yù)先設(shè)計尺寸裁出備用,在蓋梁側(cè)面放出粘鋼位置大樣用切割機(jī)沿邊線切割砼深1CM,然后用鋼釬鑿毛,剔出帶槽，在剔好的槽內(nèi)按設(shè)計錨固間距鉆孔,空乓機(jī)吹凈孔內(nèi)粉塵后用配好的環(huán)氧樹脂在孔內(nèi)植人螺栓。根據(jù)蓋梁預(yù)埋螺栓情況確定鋼帶鉆孔位置,用角磨機(jī)對鑰板貓合面除銹并打出橫紋貓結(jié)前用丙酮對鋼板貓結(jié)面及鹼表面進(jìn)行擦拭,以去除灰塵及油漬。硅表面用毛刷涂一道環(huán)氧膠液,鋼板翁結(jié)面涂抹配好的環(huán)氧砂漿,砂漿涂抹宜中厚外薄,均勻一致,然后對準(zhǔn)孔位粘合到硅表面。鋼板粘好后立即緊固螺母,交替間隔緊固,同時不斷輕敲鋼板使砂漿擴(kuò)散,排出氣泡,使鑰板平整,漿體飽滿密實(shí)。粘完鋼板30H后,用小錘輕敲鋼板表面,判斷密實(shí)程度如鋼板貓結(jié)面小于此應(yīng)剝下重粘。鋼板貓結(jié)合格后應(yīng)及時刷防銹漆。鋼板的環(huán)氧砂漿固化后,支立模板在蓋梁底部澆筑環(huán)氧砂漿。環(huán)氧鹼應(yīng)澆筑密實(shí),與原硅結(jié)為一體。
3、橋墩加固處理
設(shè)計要求橋墩側(cè)面裂縫封縫后先在側(cè)面縱向粘貼兩層碳纖維片,再環(huán)向粘貼兩層碳纖維片。碳纖維片與其他加固方法相比具有高強(qiáng)、耐腐蝕、不增加構(gòu)件自重、便于施工等特點(diǎn)。加固前對加固橋面進(jìn)行交通控制,盡可能對加固構(gòu)件卸荷對加固底面的硅表層出現(xiàn)的剝落、空鼓、腐蝕等部位應(yīng)先鑿除,用角磨機(jī)、砂紙等除去鹼表面的浮漿、油污,構(gòu)件表面打磨平整,轉(zhuǎn)角處打成圓弧狀。硅表面清理干凈并保持干燥。將底層樹脂均勻刷于鹼表面,待固化后以指觸干燥為準(zhǔn),再將構(gòu)件表面凹陷部位用找平膠填平。浸潤膠調(diào)好后均勻涂于待粘貼部位,將裁好的碳纖維片粘于構(gòu)件上用滾筒反復(fù)滾壓去除氣泡,將浸潤膠充分浸透碳纖維片,待碳纖維片表面指觸干燥后可進(jìn)行下一層的粘貼。在最后一層碳纖維片表面均勻涂抹浸潤膠。碳纖維片端部用橫向碳纖維片固定。碳纖維片與鹼的粘結(jié)質(zhì)量可用手壓碳纖維片表面的方法檢查,總有效面積不應(yīng)小于95%,當(dāng)空鼓面積小于10000MM2時,可用針管注膠的方法進(jìn)行修補(bǔ),當(dāng)空鼓面積大于10000MM2時應(yīng)將空鼓部位的碳纖維片切除重新搭接等量的碳纖維片,搭接長度不應(yīng)小于100MM。加固后的碳纖維片表面應(yīng)涂一層水泥漆進(jìn)行保護(hù)。
五、結(jié)束語
總之,公路橋梁加固技術(shù)是二十一世紀(jì)公路橋梁施工領(lǐng)域發(fā)展速度最快、用途最廣的一門科學(xué)技術(shù)。然而加固施工工藝相對較復(fù)雜，要求橋梁加固工程取長補(bǔ)短,不僅延長了原橋的使用壽命,同時還增強(qiáng)了原橋的承載能力。因此,加速我國舊橋加固或改造技術(shù)的研究,不僅能更好地、及時地為現(xiàn)代交通運(yùn)輸服務(wù),而且能為國家?guī)砭薮蟮慕?jīng)濟(jì)效益和社會效益。
