鋼筋混凝土橋梁加固技術(shù)
2014-08-01
一、鋼筋混凝土橋面板缺陷及產(chǎn)生原因
混凝土開裂、混凝土剝離，斷面破損、鋼筋外露、銹蝕，混凝土質(zhì)量下降，異常變形等。這些是由于荷載增大（構(gòu)件承載力不足），構(gòu)造上的缺陷（橋面板端部等），支撐結(jié)構(gòu)不完整（主梁等構(gòu)件剛度不足等），施工上缺陷（保護(hù)層不夠、蜂窩麻面等），氣象作用（凍融作用、化學(xué)作用、鹽腐蝕等），災(zāi)害（地震、火災(zāi)、受落下物撞擊等），徐變及收縮過(guò)大等。橋面板損壞的維修方法有修補(bǔ)施工法、加蓋板施工法，支架施工法等。一般橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固方法有底面加固和頂面加固。底面加固主要是噴射鋼纖維砂漿，焊接鋼筋網(wǎng)并噴射鋼纖維混凝土或鋼纖維砂漿。頂面加固主要是采用鋼筋混凝土加厚或鋼纖維混凝土加厚、聚合物混凝土加厚、膨脹混凝土加厚等并在接合處鑿毛處理加錨固鋼筋。
目前國(guó)內(nèi)外許多大公司和科研結(jié)構(gòu)都投入很大力量對(duì)這一難題進(jìn)行研究，開發(fā)橋梁的養(yǎng)護(hù)、維修、加固及更換的系列技術(shù)，并相應(yīng)開發(fā)出一批新型修復(fù)材料，能夠有效的解決了上述“瓶頸”的難題。
二、體外預(yù)應(yīng)力加固
加固措施：通過(guò)體外預(yù)應(yīng)力索施加反向荷載的方法對(duì)該橋進(jìn)行加固，此外考慮箱梁兩側(cè)腹板出現(xiàn)大量的斜剪裂縫，為了約束斜裂縫進(jìn)一步發(fā)展，加強(qiáng)對(duì)腹板混凝土的約束，增強(qiáng)腹板抗剪承載能力和剛度，采用腹板內(nèi)側(cè)粘貼鋼板。預(yù)應(yīng)力施工工藝：1.錨固端部橫梁與跨中轉(zhuǎn)向橫肋、墩頂導(dǎo)向槽的施工，2.鋼絞線下料與穿束，3.鋼絞線張拉，4預(yù)緊，5.高應(yīng)力張拉，6.壓漿。
缺點(diǎn)：
1.預(yù)應(yīng)力的施工工藝，在鋼絞線下料與穿束中粘接段段的長(zhǎng)度和位置，新老混凝土之間的粘結(jié)，后加預(yù)應(yīng)力對(duì)原預(yù)應(yīng)力的影響，很難確定。
2.施加預(yù)應(yīng)力索加固現(xiàn)在存在的問(wèn)題：如合理的加固預(yù)應(yīng)力筋的位置和數(shù)量后加固的預(yù)應(yīng)力鋼筋對(duì)已經(jīng)存在的預(yù)應(yīng)力鋼筋的影響。
3.體外預(yù)應(yīng)力鋼筋松弛、斷筋等失效的現(xiàn)象也較為常見。
三、體外預(yù)應(yīng)力的加固另外的加強(qiáng)措施
1、彎曲加強(qiáng)
采用體外預(yù)應(yīng)力加固法可提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受彎承載力，預(yù)應(yīng)力筋布置應(yīng)符合優(yōu)化布置原則，即加固筋外形與外荷載產(chǎn)生的彎矩圖形相似，因此，加固梁式結(jié)構(gòu)時(shí)，體外預(yù)應(yīng)力筋多采用折線形連續(xù)筋，以充分發(fā)揮加固筋的抗拉強(qiáng)度。體外筋的靈活布置，可以有效地補(bǔ)強(qiáng)加固不同受力情況的簡(jiǎn)支梁和連續(xù)梁。若連續(xù)梁中僅有個(gè)別跨需要加固，則可采取在這些跨上單獨(dú)布置預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行局部加固；若連續(xù)梁普遍較差，則可用各跨布置給予整體加固，若連續(xù)梁普遍較弱，但個(gè)別跨更弱，則可采取通長(zhǎng)布置與局部布置相結(jié)合的辦法進(jìn)行加固。
2、剪切加強(qiáng)
梁的剪切強(qiáng)度可通過(guò)外部加設(shè)扁鋼、鋼板和鋼箍等方法來(lái)提高，扁鋼通常箍在構(gòu)件上用后張法拉緊并已開發(fā)了一種后張不銹鋼鋼箍的方法，后張法能使新材料平分恒載及活載，這樣就能更有效地利用新增材料。提高剪切強(qiáng)度的另外一種方法為采用后張的附加預(yù)應(yīng)力鋼筋。預(yù)應(yīng)力鋼筋可以加在垂直和傾斜方向上，而且既可安裝在梁腹板內(nèi)，又可安裝在箱內(nèi)，施加預(yù)應(yīng)力時(shí)應(yīng)當(dāng)小心謹(jǐn)慎，避免結(jié)構(gòu)某些部分出現(xiàn)超限應(yīng)力。若構(gòu)件中存在裂縫，一個(gè)好的實(shí)施方法是在施加預(yù)應(yīng)力之前，先在裂紋上注射環(huán)氧樹脂。
四、粘貼法
粘貼碳纖維法與鋼板粘貼加強(qiáng)法基本原理是一致的，均是將其增強(qiáng)材料粘貼在混凝土結(jié)構(gòu)的受拉邊緣或薄弱部位，使之與結(jié)構(gòu)形成整體，代替需增設(shè)的補(bǔ)強(qiáng)鋼筋，提高梁的承載能力達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)的目的。
1、粘貼碳纖維法
碳纖維加固橋梁構(gòu)件的部位：用粘結(jié)材料將碳纖維材料有序地纏繞粘貼于構(gòu)件表面，實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)件變形的約束并因此提高構(gòu)件的極限強(qiáng)度和承載能力。在橋梁加固%建設(shè)工程教育網(wǎng)%運(yùn)用中，可粘貼在混凝土梁的頂面或底板上，以提高混凝土梁的截面強(qiáng)度和剛度：也可粘貼在梁的腹板上，以提高其抗剪強(qiáng)度
2、具體的施工工藝
?。?）處理結(jié)構(gòu)混凝土表面，涂敷基底樹脂并整平
?。?）涂刮整平膠并對(duì)其表面作砂光處理
?。?）滾刷粘結(jié)劑粘結(jié)碳纖維
（4）對(duì)已貼的碳纖維作壓面處理
（5）表面整飾（如抹砂漿等）
粘貼鋼板（碳纖維）法：（1）對(duì)結(jié)構(gòu)抗彎和抗剪加固效果明顯，但對(duì)結(jié)構(gòu)靜剛度影響不大（靜剛度包括等直桿件扭轉(zhuǎn)剛度、受彎梁的彎曲強(qiáng)度、薄板受彎曲載荷作用、薄殼變形計(jì)算）。（2）在借用橋面鋪裝層參與受力時(shí)，新老混凝土的可靠連接，始終存在問(wèn)題如粘結(jié)劑的老化問(wèn)題。
此外粘貼鋼板法存在以下自己特殊的缺點(diǎn)：（1）鋼板面積大，剛度大，適型性差，很難與原結(jié)構(gòu)緊密粘接，此外，自重很大，加上銹跡等原因，底、側(cè)粘貼很易脫落（鋼板易受腐蝕或脫落）（2）對(duì)于大跨度梁來(lái)說(shuō)，鋼板的重量可能太重。
粘貼碳纖維法存在以下自己特殊的缺點(diǎn)：（1）碳纖維的抗剪強(qiáng)度低，延展性又不好，所以，其受力的不均勻性必須充分注意（2）碳纖維用于橋梁加固，其老化問(wèn)題不容忽視。
五、體系轉(zhuǎn)換法
體系轉(zhuǎn)換法是通過(guò)改變橋梁結(jié)構(gòu)體系以減少梁內(nèi)應(yīng)力，提高承載能力的一種加固方法這是一種“變被動(dòng)加固為主動(dòng)加固”的方法，該方法需要對(duì)原結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀進(jìn)行仔細(xì)的調(diào)查，對(duì)其承載潛能進(jìn)行正確評(píng)價(jià)，用周密、細(xì)致、可靠的汁算分析確定體系轉(zhuǎn)換的方法和施工工藝流程，以達(dá)到加固修復(fù)病橋的目的。一般可通過(guò)簡(jiǎn)支梁下增一設(shè)支架或橋墩；或把簡(jiǎn)支梁與簡(jiǎn)支梁加以連接，使結(jié)構(gòu)由簡(jiǎn)支變?yōu)檫B續(xù)等。
該加固方法主要對(duì)于大、中簡(jiǎn)支梁橋的加固，將多跨簡(jiǎn)支梁的梁端連接起來(lái)，變?yōu)槎嗫邕B續(xù)梁，可以有效改善結(jié)構(gòu)的受力狀況，提高橋梁的承載能力，但不適合連續(xù)剛構(gòu)橋的后期加固。
六、擴(kuò)大或增加原結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面
擴(kuò)大或增加原結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面以提高原結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度；該方法雖然能提高結(jié)構(gòu)承載力，但也會(huì)因而加大結(jié)構(gòu)自重。自重加大產(chǎn)生的內(nèi)力增量會(huì)消抵部分或全部結(jié)構(gòu)承載能力的提高。且新增結(jié)構(gòu)面積或體外施加的預(yù)應(yīng)力與原結(jié)構(gòu)體的界面能否良好結(jié)合。
此外，（1）擴(kuò)大或增加原結(jié)構(gòu)構(gòu)件%建設(shè)工程教育網(wǎng)%截面，以提高原結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度；（2）改變?cè)Y(jié)構(gòu)的受力體系，使其減小受力；（3）以新的結(jié)構(gòu)代替舊的應(yīng)力不夠的結(jié)構(gòu)這三種方法均不能用于大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋。
增大截面、粘貼鋼板（碳纖維）、體外預(yù)應(yīng)力等加固方法都屬于二次超靜定受力結(jié)構(gòu)。加固前原結(jié)構(gòu)已經(jīng)承受荷載（即第一次受力），特別是當(dāng)承載能力不足時(shí)，加固前原結(jié)構(gòu)的截面應(yīng)力、應(yīng)變水平一般都很高。新加固部分加固后并不立即承受荷載，而是在新荷載（即二次加載）下才開始受力。從而導(dǎo)致整個(gè)加固結(jié)構(gòu)在其后的第二次受力過(guò)程中新加部分的應(yīng)力、應(yīng)變始終滯后于原結(jié)構(gòu)的累計(jì)應(yīng)力、應(yīng)變，這決定了此時(shí)混凝土結(jié)構(gòu)加固計(jì)算分析不能夠完全按普通結(jié)構(gòu)概念進(jìn)行。加固結(jié)構(gòu)的承載力與新舊兩部分的應(yīng)力差值或應(yīng)變差值直接相關(guān)，與原結(jié)構(gòu)的極限變形值有關(guān)，與兩部分材料的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系有關(guān)。
