橋梁牛腿裂縫處理方法研究

楊秀華

(孝感學院城市建設學院,湖北孝感432000)

橋梁牛腿裂縫處理方法研究

楊秀華

(孝感學院城市建設學院,湖北孝感432000)

分析了牛腿開裂的原因,對牛腿部位維修加固的方法進行了探討,可供養護管理部門參考。

橋梁牛腿;裂縫;維修加固

“牛腿”是混凝土懸臂梁橋中常用的構造,其受力復雜,應力集中明顯,屬于橋梁結構中的薄弱部位。盡管橋梁建設者很早就認識到這一問題,并在橋梁設計時盡量從構造上予以加強,但經過大量的調查,發現運營橋梁中“牛腿”部位的開裂非常普遍,有些還較嚴重,甚至出現因牛腿部位發生斷裂而造成嚴重的事故。因此分析服役橋梁中牛腿的開裂原因,并提出合理的加固措施是提高橋梁的承載能力,延長橋梁使用壽命的有效途徑。

1 牛腿的構造

圖1為一懸臂體系橋梁的掛梁與懸臂的擱置構造,懸臂端與掛梁端結合部的局部構造稱為牛腿。從圖1可知,由于兩梁端在此處的相互搭接,中間需設置傳力支座來傳遞較大的豎向力和水平力,因此牛腿高度雖然不到梁高的一半,但又要傳遞較大的反力,這就使它成為橋梁上部結構中的受力薄弱部位。

圖1 牛腿構造圖

2 牛腿開裂的原因

2.1 荷載及次應力作用引起的裂縫

由于橋梁牛腿處梁高驟然減小,在凹角處就有應力集中現象。當車輛行至此處將對其產生較大沖擊,特別是超重車經過時,應力的驟增將會對牛腿造成很大破壞;同時,車輛反復作用的疲勞荷載也是引起牛腿開裂的重要原因。

2.2 溫度變化引起的裂縫

溫度的升降會使混凝土發生相應的伸縮變形,伸縮變形一旦受到約束,就會在結構內產生應力,當混凝土抗拉強度不足以抵抗此內力時,結構即產生溫度裂縫。由于牛腿部位所受約束不大,所以溫度變化裂縫往往不是牛腿產生裂縫的主要原因。

2.3 混凝土收縮引起的裂縫

混凝土收縮的原因有多種,且其引起的裂縫是工程中常見的。若工程中混凝土配合比設計及施工能嚴格按規范要求操作,混凝土收縮引起的裂縫就能得到有效的控制。

2.4 基礎變位產生的裂縫

地基的不穩定會使基礎豎向產生不均勻沉降,此時結構中會產生相應的附加應力,當附加應力超出結構的抗拉能力,就會導致結構開裂。牛腿處約束很小,如果工程地基穩定的話,基礎變形引起牛腿產生裂縫的可能性就很小。

2.5 鋼筋銹蝕引起的裂縫和凍脹引起的裂縫

這兩種裂縫都是由于混凝土體內物質膨脹,對混凝土產生膨脹應力,從而導致混凝土開裂。

2.6 施工材料質量和施工工藝引起的裂縫

工程施工過程中材料質量把關不嚴,施工工藝、流程不嚴格按照設計和規范執行的話,牛腿裂縫就會因材料質量和工藝問題引起。

總之,橋梁牛腿部位裂縫產生的原因是多方面的,其中超重車輛過橋和疲勞作用常常是導致牛腿開裂的主要原因。

3 裂縫的處理方法

為確保橋梁的使用并延長其壽命,應對牛腿部位的裂縫進行修復并采取適當的措施予以加固。

3.1 橋梁結構裂縫的表面封閉修補法

3.1.1 壓力灌漿和鑿槽嵌補法

該類方法適用于各類混凝土橋梁的裂縫修補。縫寬小于0.3mm采用表面封閉;縫寬0.3～0.5mm采用化學灌漿封閉;大于0.5mm的裂縫采用鑿槽嵌補法修復。非受力產生的裂縫可用水泥漿封閉,一般用環氧樹脂和丙烯酸酯類(甲凝)等化學材料。該法可用于牛腿產生的微小裂縫,非應力裂縫或小應力裂縫。

3.1.2 表面粘貼修補法

表面粘貼修補法有玻璃布粘貼法和鋼板粘貼法兩種。玻璃布粘貼法,耐水性好,強度高,常用的材料是無捻粗紗方格布,膠結劑多為環氧基液。鋼板粘貼法,所用材料是鋼板、環氧基液膠結劑等。這類方法都要求構件表面嚴格處理,粘結劑要按要求養護,防火防毒。

3.1.3 打箍加固封閉法

該方法適用于主應力裂縫,多用鋼筋、鋼板等材料。該方法比較適合混凝土梁體的加固,對牛腿加固較難實施。

3.1.4 表面噴漿法

該方法適用于表面裂縫,常用的方法有無筋素噴漿、掛網噴漿、與鑿槽嵌補結合等。該方法處理的構件要將剝離處除凈,有缺處填塞,露筋部分除銹,最好把裂縫處鑿成V形槽,噴前沖凈表面,開噴前把基層濕潤一下。此方法不太適合牛腿部位的加固。

3.2 橋梁結構裂縫的主要加固方法

3.2.1 截面增強法

該方法適用于簡支 T梁、空心板梁、箱梁等,連續梁和連續剛構的局部,主要用到鋼材、混凝土、膨脹螺栓等材料,主要工藝是表面鑿除、鋼筋布設、立模澆注、養生。此方法常與植筋法聯用。植筋法施工較為簡單,加固效果明顯,在工程實踐中經常使用。在牛腿加固中可以使用植筋法,在牛腿底部兩側植筋,布設鋼筋網,現澆混凝土進行加固處理。

3.2.2 粘貼加固法

粘貼加固法有鋼板粘貼加固法和碳纖維粘貼加固法。這兩種加固方法原則上適用于任何梁,但從經濟角度看,更適用于不希望增大荷載和短期要完成加固的跨度較大的連續結構。鋼板粘貼法主要用鋼板、膨脹螺栓、環氧樹脂粘結劑等材料;碳纖維粘貼加固法主要用到碳纖維片、環氧樹脂粘結劑等材料。

橋梁牛腿的加固可以用粘貼鋼板法,在橋梁牛腿兩側鉆孔,埋設膨脹螺栓,粘貼鋼板。

3.2.3 改變結構體系加固法

該方法適用于臨時通過超載車輛,且橋下增設的設施不影響交通或泄洪,主要用到鋼筋、混凝土、鋼構件等。采用該法進行橋梁加固,確定方案時應充分考慮當前和今后的橋下交通,認真處理結構體系改變對原結構產生的影響。

3.2.4 預應力加固法

該加固方法適用于預應力度下降,撓度異常增大,并留有孔道或可加設體外束筋的預應力梁、鋼筋混凝土梁。預應力加固法主要采用預應力鋼桿、鋼筋、鋼絲束、鋼絞線等材料。采用體外預應力補強時,應重視著力點的設置,保證其牢固可靠,過度圓順,并采取嚴格的防銹措施,充分考慮預應力損失。

3.2.5 置換混凝土加固法

該方法適用于受壓區混凝土強度偏低或有嚴重缺陷的梁、柱等混凝土承重構件的加固,常用鋼纖維混凝土等材料。其缺點是施工作業時間長。該加固方法可以用于牛腿部位混凝土強度不足或小應力拉裂的情況。

4 結語

牛腿部位受力較復雜,運營期間很容易出現問題,服役橋梁中牛腿開裂的現象非常常見,應引起設計人員的足夠重視。設計中應盡量避免采用牛腿,而將聯與聯的伸縮縫設在共用墩上。

對已產生裂縫的橋梁牛腿,本文分析了常見的裂縫成因,并對維修加固方法進行了綜述,可供養護管理部門參考。

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Study on Bracket Crack Control Methods in Bridge

Yang Xiuhua
(School of U rban Construction,Xiaogan University,Xiaogan,Hubei 432000,China)

In this article,the author analyzed the reasons of bracket crack in bridge and discussed the maintenance and reinforcement methods of bridge bracket.The methods can provide reference for bridge maintenance.

bridge bracket;crack;maintenance and reinforcement

U 445.7

A

1671-2544(2010)03-0091-03

2010-04-02

楊秀華(1971— ),女,湖北孝感人,孝感學院城市建設學院講師。

(責任編輯:鄒禮平)