淺談?wù)迟N鋼板法在橋梁加固設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
2015-09-22
前言
據(jù)交通部數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2010年底，我國(guó)公路通車總里程達(dá)到398.4萬(wàn)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(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。橋梁是公路的重要組成部分，且我國(guó)橋梁絕對(duì)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(yán)重，如何加強(qiáng)對(duì)橋梁的維修與加固，延長(zhǎng)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(yán)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(diǎn)：一是以前對(duì)鋼筋保護(hù)層認(rèn)識(shí)不足，在施工方面普遍存在著不重視的現(xiàn)象，導(dǎo)致鋼筋保護(hù)層厚度不滿足要求，造成鋼筋提前開始銹蝕；二是限于當(dāng)時(shí)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(jìn)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(dān)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(jì)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(jì)算所得應(yīng)力疊加而成，并按容許應(yīng)力法驗(yàn)算強(qiáng)度，然后利用試算所得到的新增鋼板截面積進(jìn)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(jì)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(jì)算均按部分預(yù)應(yīng)力混凝土B類構(gòu)件進(jìn)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(jì)算所得應(yīng)力疊加而成，并按容許應(yīng)力法驗(yàn)算強(qiáng)度，然后利用試算得到的新增鋼板截面積進(jìn)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(jì)算。
3、粘貼鋼板法施工工藝介紹
3.1 施工準(zhǔn)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(shí)對(duì)構(gòu)件裂縫等病害進(jìn)行初步處理，處置措施可參考公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范。
3.2 定位及表面處置
按設(shè)計(jì)在構(gòu)件上畫出粘貼位置輪廓線，輪廓線應(yīng)比實(shí)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(duì)粘結(jié)面進(jìn)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(jī)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(yàn)收合格后進(jìn)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(shí)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(shí)涂抹在已處理好的混凝土表面和鋼板上，厚度1-3mm，中間厚邊緣薄；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(shí),否則應(yīng)剝下鋼板補(bǔ)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(shí)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(duì)鋼板進(jìn)行任何擾動(dòng)，結(jié)構(gòu)膠在常溫下24小時(shí)即可拆除支撐，三天后即可受力使用。當(dāng)溫度過低時(shí)應(yīng)采用人工加固養(yǎng)護(hù)。
3.8 檢驗(yàn)及驗(yàn)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(cè)。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(hù)層等措施保護(hù)，以避免鋼板被腐蝕。
4、粘貼鋼板法應(yīng)用實(shí)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(chǎng)檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求主筋保護(hù)層厚度為5cm，而施工實(shí)際保護(hù)層厚度一般為7-8cm，嚴(yán)重的達(dá)到12cm，造成截面有效高度降低，抗彎能力嚴(yán)重下降。經(jīng)論證后決定采用粘貼鋼板法進(jìn)行加固。
4.1 計(jì)算資料
空心板采用C40混凝土，受拉鋼筋為61φ25，保護(hù)層120mm，鋼筋截面積As=29943.3mm2，計(jì)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(yàn)算
計(jì)算時(shí)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(jì)算
計(jì)算加固前恒載作用下原截面混凝土及鋼筋的應(yīng)力。計(jì)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(jì)算
計(jì)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(jì)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(yàn)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(yàn)算
驗(yàn)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(jì)值：Md=1.2MG+1.4Mq=8.504×103 kN.m
計(jì)算過程這里不在詳述，計(jì)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(yǔ)
粘貼鋼板法是橋梁加固的一種常見方法，它施工簡(jiǎn)單且養(yǎng)護(hù)方便，對(duì)我國(guó)大量的舊橋、缺陷橋加固具有重要的實(shí)用價(jià)值。也是設(shè)計(jì)人員進(jìn)行加固設(shè)計(jì)時(shí)的重要加固措施之一。
