淺議公路橋梁粘貼鋼板加固技術(shù)
2015-03-27
1.引言隨著交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，超重超載車輛的迅猛增多，公路橋梁維修加固任務(wù)也越來越繁重。上世紀(jì)修建的舊橋，由于受到當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件的限制，設(shè)計(jì)荷載等級(jí)較低；有些橋梁修建時(shí)正處設(shè)計(jì)理論更替時(shí)，如2004年前后；有些公路橋梁所處的外部環(huán)境較惡劣，氯離子含量較濃，橋梁普遍受到腐蝕侵害，急需進(jìn)行維修加固。
2.加固技術(shù)分類
公路橋梁從工作的原理進(jìn)行劃分，可以分成兩大類，即主動(dòng)加固和被動(dòng)加固。主動(dòng)加固一般是指預(yù)應(yīng)力的加固，通過后預(yù)應(yīng)力筋主動(dòng)受力，依靠預(yù)加力來產(chǎn)生反向的彎矩，進(jìn)而達(dá)到改善原橋梁應(yīng)力狀態(tài)的目的和效果，對(duì)其薄弱的構(gòu)件進(jìn)行有效的增強(qiáng)和加固。被動(dòng)加固一般是指在受拉區(qū)域直接粘貼一些鋼板或是其他類型的高強(qiáng)度的復(fù)合纖維，來達(dá)到相應(yīng)的加固效果，對(duì)被動(dòng)受力進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，對(duì)材料進(jìn)行加固。以下主要論述粘貼鋼板技術(shù)中的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍。
3.粘貼鋼板加固法
采用環(huán)氧樹脂等系列粘貼劑將鋼板粘貼在結(jié)構(gòu)物的受拉邊緣或薄弱部位，使之與原結(jié)構(gòu)物形成整體共同受力，以提高其強(qiáng)度，改善原結(jié)構(gòu)的鋼筋及混凝土的應(yīng)力狀態(tài)，限制裂縫的進(jìn)一步發(fā)展，從而達(dá)到加固補(bǔ)強(qiáng)、提高承載能力。
3.1該加固方法有以下特點(diǎn)：不需要破壞被加固的原有結(jié)構(gòu)物；加固工程幾乎不增大原有結(jié)構(gòu)物的尺寸；盡管工程質(zhì)量要求較高，但是施工時(shí)并不要求高級(jí)的專業(yè)技術(shù)人員操作；施工工期短，經(jīng)濟(jì)性較好；鋼板所占空間小，幾乎不影響橋梁凈空，橋梁自重增加很少；施工工藝簡(jiǎn)單，施工質(zhì)量容易控制，而且可在不影響交通的情況下施工；膠水及螺栓的質(zhì)量及耐久性是影響加固效果的主要因素；加固的鋼板容易銹蝕，必須進(jìn)行嚴(yán)格的防銹處理。
3.2該加固方法主要應(yīng)用：在梁底板粘貼鋼板加固可以提高梁的抗彎能力，如板梁橋或T梁橋正截面承載力不足出現(xiàn)梁底裂縫時(shí)可在梁底粘貼鋼板；在梁腹粘貼斜向鋼板，此法可以使鋼板與混凝土共同受力，提高梁的整體剛度和抗剪強(qiáng)度；在牛腿處或主梁靠近支座處梁腹粘貼鋼板，可提高橋梁的整體剛度；當(dāng)橋面底板破損，可在底板部粘貼鋼板，補(bǔ)強(qiáng)受拉部位，并與原面板形成整體，以對(duì)橋面板的鋼筋不足予以補(bǔ)強(qiáng)，防止橋面板混凝土的脫落；在拱橋拱肋、立柱、橋墩等受壓部位粘貼鋼板可提高構(gòu)件的強(qiáng)度。
4.粘貼鋼板加固案例
4.1橋梁概況。某國(guó)道橋長(zhǎng)158.8m，右偏角為43°，上部結(jié)構(gòu)共六跨，主橋上部結(jié)構(gòu)（2號(hào)～4號(hào)孔）22.9+43+22.9m為變截面預(yù)應(yīng)力單懸臂T型梁，懸臂長(zhǎng)9.26m，掛梁為25.6m工字掛梁，1號(hào)、6號(hào)孔為25m預(yù)應(yīng)力砼空心板，5號(hào)孔為20m預(yù)應(yīng)力砼空心板。橋梁下部0號(hào)、6號(hào)臺(tái)為重力式橋臺(tái)，擴(kuò)大基礎(chǔ)；橋墩為樁柱式橋墩。
4.2主要病害。該橋技術(shù)狀況等級(jí)綜合評(píng)定為3類；預(yù)應(yīng)力空心板板底縱向裂縫，部分裂縫伴有滲水鈣化；蓋梁、T梁牛腿砼破損、露筋、銹蝕；全橋橋面均有網(wǎng)裂現(xiàn)象，露骨嚴(yán)重，少數(shù)伴有坑槽，并有縱向裂縫，單板受力趨勢(shì)嚴(yán)重。
4.3加固方案。由于本橋橋面鋪裝病害嚴(yán)重，鉸縫處反射的縱向裂縫也越來越嚴(yán)重，理應(yīng)打開鋪裝修復(fù)鉸縫重做鋪裝層來解決梁板單板受力問題。鑒于本橋交通無法中斷，且半幅施工半幅通車時(shí)混凝土澆筑質(zhì)量無法控制，因此采用下部措施來提高橋梁的整體性。本橋最終方案為：對(duì)空心板板底橫向粘貼鋼板加固；T梁橫隔板澆筑混凝土并粘鋼加固；其他病害采用裂縫封閉等常規(guī)處治。
4.4空心板粘貼鋼板加固。
采用3種方式對(duì)比空心板在不同狀態(tài)下，得出25m空心板單板的橫向分布系數(shù)變化，并相互對(duì)比來印證粘貼鋼板的效果。
?。?）采用常規(guī)方式，計(jì)算出空心板剛度參數(shù)Υ，并根據(jù)鉸接板法算出2號(hào)中板橫向分布系數(shù)m1=0.182。
?。?）采用midas FEA 程序模擬鉸縫完好狀態(tài)下，2號(hào)中板跨中在集中力1000kN作用下，各個(gè)梁板的跨中彎矩。
根據(jù)2車道汽車輪距計(jì)算出2號(hào)中板的橫向分布系數(shù):
m2=1/2(0.125+0.1036+0.0858+0.0651)=0.190
?。?）采用midas FEA 程序模擬鉸縫完全破壞狀態(tài)下，板底橫向粘貼橫向鋼板，鋼板規(guī)格8mm厚100mm寬，橫向間距100cm。2號(hào)中板跨中在集中力1000kN作用下，各個(gè)梁板的跨中彎矩。
根據(jù)2車道汽車輪距計(jì)算出2號(hào)中板的橫向分布系數(shù):
m3=1/2(0.123+0.102+0.083+0.063)=0.186
?。?）結(jié)果對(duì)比
不同狀態(tài)下橫向分布系數(shù)對(duì)比表
項(xiàng)目 m1 m2 m3
2號(hào)中板 0.182 0.190 0.186
從表中可看出，采用粘貼鋼板后梁板整體性與梁板自身鉸縫較好時(shí)的整體性比較接近，因此采用這種方案是可行的。
5、粘貼鋼板法的理論計(jì)算
在具體的理論計(jì)算過程當(dāng)中，需要注意多方面的問題。首先認(rèn)為鋼板與被加固構(gòu)件組成的截面仍然適合平面假定理論（實(shí)際鋼板與被加固構(gòu)件之間會(huì)產(chǎn)生一定的滑移）。其次粘貼鋼板加固橋梁構(gòu)件的作用效應(yīng)宜分別按二個(gè)階段來計(jì)算，二期恒載作用及可變作用之前及之后。
6、結(jié)束語(yǔ)
通過大量的實(shí)踐與理論研究，粘貼鋼板法在舊橋加固上有廣闊的應(yīng)用空間。雖然粘貼鋼板法是目前較為普遍的常規(guī)手段，但應(yīng)根據(jù)橋梁缺陷及病害選擇合理加固方式，對(duì)癥下藥，以免造成不應(yīng)該的浪費(fèi)。隨著新材料、新材料、新技術(shù)、新工藝的發(fā)展，橋梁加固方法也在不斷改進(jìn)和完善，這更需要廣大技術(shù)人員，不斷努力、不斷創(chuàng)新，為其作出自己的貢獻(xiàn)。
