淺談?wù)迟N鋼板法在橋梁加固設(shè)計中的應(yīng)用
2015-09-22
前言
據(jù)交通部數(shù)據(jù)統(tǒng)計，截至2010年底，我國公路通車總里程達到398.4萬公里，公路、水路、民航等交通基礎(chǔ)設(shè)施的跨越式發(fā)展為國民經(jīng)濟發(fā)展做出了重要貢獻。橋梁是公路的重要組成部分，且我國橋梁絕對多數(shù)以鋼筋砼或預(yù)應(yīng)力砼為主修建。隨之而來的橋梁病害問題也日益嚴重，如何加強對橋梁的維修與加固，延長其使用壽命，保證其承載及通行能力，具有十分重要的意義。粘貼鋼板法就是其中一種行之有效的加固方法。
1、粘貼鋼板法適用情況及病害誘因
1.1 舊橋受彎構(gòu)件不滿足現(xiàn)行使用荷載
由于近些年來許多地區(qū)交通流量增大及重車、超載車增多，在現(xiàn)行使用荷載下，原受彎構(gòu)件受拉鋼筋或斜筋配筋不足，構(gòu)件出現(xiàn)較多橫向裂縫、縱向裂縫、斜向裂縫等。
1.2 舊橋構(gòu)件受拉鋼筋嚴重銹蝕或受損
造成構(gòu)件受拉鋼筋銹蝕或受損的主要誘因有以下三點：一是以前對鋼筋保護層認識不足，在施工方面普遍存在著不重視的現(xiàn)象，導致鋼筋保護層厚度不滿足要求，造成鋼筋提前開始銹蝕；二是限于當時外加劑的研發(fā)和生產(chǎn)水平不高，多采用摻鹽防凍等施工方法進行混凝土施工，造成鋼筋腐蝕；三是施工中存在施工缺陷，造成混凝土中局部出現(xiàn)空洞等問題，使得鋼筋過早的銹蝕或受損。
1.3 增加構(gòu)件的抗裂性和剛度
1.4 提高大偏心受壓構(gòu)件的承載力
大偏心受壓構(gòu)件由于受拉鋼筋配置不足，易出現(xiàn)類似于受彎構(gòu)件的病害。采用粘貼鋼板法粘貼鋼板于受拉區(qū)，分擔加固后荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力，能有效提高大偏心受壓構(gòu)件的承載力。
2、粘貼鋼板法計算原理介紹
2.1 鋼筋混凝土構(gòu)件
加固前，原構(gòu)件承受恒載的作用，采用粘貼鋼板法加固后，新截面承受活載及后加恒載的作用。各材料的最終應(yīng)力采用各階段計算所得應(yīng)力疊加而成，并按容許應(yīng)力法驗算強度，然后利用試算所得到的新增鋼板截面積進行持久狀況承載能力極限狀態(tài)正截面抗彎承載力和抗壓承載力計算。
2.2 預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件
預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件加固計算均按部分預(yù)應(yīng)力混凝土B類構(gòu)件進行。加固前，原構(gòu)件承受恒載和有效預(yù)加應(yīng)力的作用，采用粘貼鋼板法加固后，新截面承受活載及后加恒載的作用。各材料的最終應(yīng)力采用各階段計算所得應(yīng)力疊加而成，并按容許應(yīng)力法驗算強度，然后利用試算得到的新增鋼板截面積進行持久狀況承載能力極限狀態(tài)正截面抗彎、正截面抗壓及斜截面抗剪承載力計算。
3、粘貼鋼板法施工工藝介紹
3.1 施工準備
為了減輕鋼板的應(yīng)力、應(yīng)變滯后現(xiàn)象,粘貼鋼板及膠液固化期間應(yīng)封閉交通。同時對構(gòu)件裂縫等病害進行初步處理，處置措施可參考公路橋梁加固設(shè)計規(guī)范。
3.2 定位及表面處置
按設(shè)計在構(gòu)件上畫出粘貼位置輪廓線，輪廓線應(yīng)比實際粘貼位置四周各加寬不小于20mm。
表面處置方法如下：a、混凝土表面的處理：對粘結(jié)面進行打磨，除掉混凝土表面的浮漿及松散、劣化的混凝土2-3mm，直至露出新鮮面，并用脫脂棉紗醮丙酮把混凝土表面擦拭2-3遍；b、鋼板表面處理：粘貼面用角向磨光機打磨，直至露出金屬光澤，打磨紋理與鋼件受力方向垂直，并用脫脂棉紗醮丙酮把鋼板擦拭干凈備用。
3.3 預(yù)貼及錨固措施
表面處理經(jīng)驗收合格后進行預(yù)貼，保證鋼板在粘貼輪廓線內(nèi)且鋼板與混凝土表面基本吻合。
鋼板的錨固措施一般有螺栓錨固、設(shè)置U形箍或L形箍、設(shè)置垂直于受力鋼板方向的壓條?？筛鶕?jù)橋梁加固實際情況選擇錨固方法。
3.4 配膠
一般采用環(huán)氧樹脂膠粘劑，必須按產(chǎn)品說明書規(guī)定的比例配制，根據(jù)粘貼面積，要求每一次配制的結(jié)構(gòu)膠不超過10kg。
3.5 涂膠、粘貼鋼板
粘結(jié)劑配置好后，用抹刀同時涂抹在已處理好的混凝土表面和鋼板上，厚度1-3mm，中間厚邊緣??；將鋼板粘貼于預(yù)定位置，粘好鋼板后，用手錘沿粘貼面輕輕敲擊鋼板，如無空洞，表示已粘貼密實,否則應(yīng)剝下鋼板補膠，重新粘貼。
3.6 加壓錨固
鋼板粘貼于預(yù)定位置后,應(yīng)立即錨固，將鋼板牢固地錨固于加固構(gòu)件上, 結(jié)構(gòu)膠通過擠壓從鋼板邊緣擠出，同時采用木桿頂撐，壓力保持為0.05-0.1MPa。
3.7 固化
固化期內(nèi)禁止對鋼板進行任何擾動，結(jié)構(gòu)膠在常溫下24小時即可拆除支撐，三天后即可受力使用。當溫度過低時應(yīng)采用人工加固養(yǎng)護。
3.8 檢驗及驗收
可用小錘輕擊粘貼鋼板，從音響判斷粘貼效果，也可采用超生儀檢測。若錨固區(qū)有效粘結(jié)面積少于90%，非錨固區(qū)有效粘結(jié)面積少于70%，應(yīng)剝離鋼板，重新粘貼。
3.9 防銹處理
加固后鋼板采用防銹漆、抹水泥砂漿保護層等措施保護，以避免鋼板被腐蝕。
4、粘貼鋼板法應(yīng)用實例
某橋上部采用3×16m鋼筋砼連續(xù)空心板橋，板厚70cm。在使用過程中發(fā)現(xiàn)連續(xù)板跨中，1/4跨位置出現(xiàn)多處橫向裂縫，最大裂縫寬度0.35mm，但鋼筋未發(fā)現(xiàn)銹蝕。經(jīng)過現(xiàn)場檢驗，發(fā)現(xiàn)設(shè)計要求主筋保護層厚度為5cm，而施工實際保護層厚度一般為7-8cm，嚴重的達到12cm，造成截面有效高度降低，抗彎能力嚴重下降。經(jīng)論證后決定采用粘貼鋼板法進行加固。
4.1 計算資料
空心板采用C40混凝土，受拉鋼筋為61φ25，保護層120mm，鋼筋截面積As=29943.3mm2，計算截面恒載跨中彎矩MG=2.49×103 kN.m，活載跨中彎矩Mq=3.94×103 kN.m，主鋼筋為HRB335，未發(fā)現(xiàn)銹蝕。擬采用在中斷交通的情況下粘貼鋼板加固，不考慮受壓鋼筋的作用。
4.2 應(yīng)力驗算
計算時先將空心板截面換算成等效工字形截面，然后按T形截面處理。
4.2.1 第一階段應(yīng)力計算
計算加固前恒載作用下原截面混凝土及鋼筋的應(yīng)力。計算結(jié)果如下。
截面受壓邊緣混凝土應(yīng)力：σ′c1=1.97MPa
受拉鋼筋重心處應(yīng)力：σs1=35.28MPa
截面受拉邊緣混凝土應(yīng)力：σc1=6.79MPa
4.2.2 第二階段應(yīng)力計算
計算加固后活載及后加恒載作用下截面的混凝土及鋼筋應(yīng)力。
選擇厚度6mm，寬200mm鋼板粘貼，共使用20塊，截面積Asp=20*6*200=24000mm2。計算結(jié)果如下。
原截面受壓邊緣混凝土應(yīng)力：σ′c2=4.19MPa
原受拉鋼筋重心處應(yīng)力：σs2=39.54MPa
粘貼鋼板重心處應(yīng)力：σsp=67.19MPa
4.2.3 最終應(yīng)力驗算
原截面受壓區(qū)邊緣混凝土應(yīng)力：σ′c=σ′c1+σ′c2=1.97+4.19=6.16MPa<[σw]≈fcd=18.4MPa
原受拉鋼筋重心處最大應(yīng)力：σs=σs1+σs2=35.28+39.54=74.82<[σs]≈0.66fsd=185MPa
粘貼鋼板重心處應(yīng)力：σsp=67.19MPa<[σsw]≈0.75fsd=210MPa
4.3 截面驗算
驗算加固后持久狀況承載能力極限狀態(tài)正截面抗彎承載能力。
承載能力極限狀態(tài)下彎矩組合設(shè)計值：Md=1.2MG+1.4Mq=8.504×103 kN.m
計算過程這里不在詳述，計算結(jié)果如下。
正截面抗彎承載力為9372.6kN.m≥у0Md=8.504×103 kN.m，符合要求。
5、結(jié)束語
粘貼鋼板法是橋梁加固的一種常見方法，它施工簡單且養(yǎng)護方便，對我國大量的舊橋、缺陷橋加固具有重要的實用價值。也是設(shè)計人員進行加固設(shè)計時的重要加固措施之一。
