泰扶·芳玻韌布在老橋加固中的應(yīng)用

胡繼友

(安徽省滁州市公路勘測設(shè)計院,安徽滁州 239000)

泰扶·芳玻韌布在老橋加固中的應(yīng)用

胡繼友

(安徽省滁州市公路勘測設(shè)計院,安徽滁州 239000)

泰扶·芳玻韌布是一種新型的高性能復(fù)合纖維材料,在結(jié)構(gòu)加固工程中具有廣泛的應(yīng)用前景。以水口橋老橋加固施工為例,介紹了泰扶·芳玻韌布的加固原理、特點、施工工藝及質(zhì)量控制要點。

泰扶·芳玻韌布; 老橋加固; 質(zhì)量控制

1 加固橋梁概況

水口橋位于安徽省滁州市水口鎮(zhèn),該橋上部結(jié)構(gòu)采用5.5m(混凝土板)+20m(T梁)+5.5m(混凝土板),橋凈寬為(8+2×0.5)m。其T梁高140 cm,肋寬18 cm,每跨5片板梁。下部結(jié)構(gòu)采用雙柱式鋼筋混凝土橋墩,橋臺采用重力式U型橋臺。現(xiàn)發(fā)現(xiàn)該橋梁體出現(xiàn)多道裂縫,必須對該橋進(jìn)行加固治理。

2 病害調(diào)查

通過對全部 20m的T梁及5.5m矩形板梁的檢查發(fā)現(xiàn),除5.5m矩形板梁尚屬完好外,全橋5片T梁梁肋下緣底面和側(cè)面均出現(xiàn)或多或少的橫向斜裂縫。其中下游 2片T梁梁肋下緣底面和側(cè)面出現(xiàn)的裂縫較多,最多的 1片T梁在1/4跨處有 5道裂縫(其中有 2道在內(nèi)外兩側(cè)同一斷面處均有斜裂縫,裂縫長1.4m,縫寬0.6mm);跨中有3道裂縫,裂縫寬度均小于0.2mm。

3 加固方案及材料的選擇

鋼筋混凝土梁橋結(jié)構(gòu)加固通常采用的技術(shù)主要有:增大構(gòu)件截面法、粘貼鋼板法、體外預(yù)應(yīng)力筋法、轉(zhuǎn)換梁體截面形式和改變結(jié)構(gòu)體系加固以及目前流行的粘貼增強復(fù)合纖維加固法等。根據(jù)水口橋的特點,經(jīng)過多方面綜合比較,粘貼纖維復(fù)合材料加固技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢:(1)T梁截面尺寸小,粘貼鋼板對 T梁擾動較大,采用粘貼纖維復(fù)合材料則無擾動;(2)加固工程量小,施工方便、快速,工期短;(3)施工期間不影響橋上車輛的正常通行;(4)加固效果顯著,可大幅提高橋梁的承載能力。

目前工程中常采用的纖維復(fù)合材料有碳纖維復(fù)合材料、玻璃纖維復(fù)合材料及芳綸纖維復(fù)合材料。纖維復(fù)合材料的共同特性是強度高、質(zhì)量輕、耐腐蝕,但是它們又有各自的特點,如碳纖維復(fù)合材料楊氏模量高但有延性差、易損傷,且加固后會產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力的缺點;玻璃纖維復(fù)合材料克服了碳纖維復(fù)合材料的所有缺點,但楊氏模量低;芳綸纖維復(fù)合材料性能最佳。經(jīng)過對市場上幾種纖維復(fù)合材料的技術(shù)指標(biāo)及經(jīng)濟(jì)比較,美國的泰扶·芳玻韌布具有較高的性價比,因此決定在該橋老橋的加固中采用該種復(fù)合纖維材料。

3.1 泰扶·芳玻韌布介紹

芳玻韌布復(fù)合纖維于 1988年在美國加州公路系統(tǒng)研制誕生并被申請專利。它是由增強纖維布(TYFO·SHE-51)與專用樹脂(TYFO·S Epoxy)現(xiàn)場粘合而形成的硬板狀復(fù)合材料。SEH-51是由高強玻璃纖維絲(E-glass)和芳綸纖維絲(Kevlar,防彈衣材料)垂直編織的柔韌布,稱為芳玻韌布。芳玻韌布布料的面密度為 920g/m2;與專用樹脂復(fù)合后形成的硬板復(fù)合材料的名義厚度約 1.3 mm,抗拉強度為 575 MPa,彈性模量為26.2 GPa,延伸率為2.2%。泰扶·芳玻韌布是由高強玻璃纖維(E-g1ass)與凱扶拉(Kevlar)編織布(TYFO·SHE-51)、特種環(huán)氧樹脂(TYFO·S)在施工現(xiàn)場充分混合而形成的高強度復(fù)合材料(表1)。

3.2 泰扶·芳玻韌布的優(yōu)點

(1)泰扶·芳玻韌布的熱膨脹系數(shù)及彈性模量均與鋼筋混凝土接近,不會產(chǎn)生附加的溫度應(yīng)力。

(2)延性及粘貼時柔韌性好,不易損傷或折斷,便于施工。

(3)泰扶·芳玻韌布的彈性模量與混凝土相當(dāng),因此能延緩構(gòu)件的破壞,變脆性破壞為塑性變形。

4 水口橋的加固施工

4.1 芳玻韌布復(fù)合纖維加固設(shè)計原理

芳玻韌布復(fù)合纖維通過粘結(jié)樹脂貼在待加固的混凝土構(gòu)件側(cè)面或底面形成新的復(fù)合受力系統(tǒng),以提高原有結(jié)構(gòu)的承載力和耐久性。包覆于樹脂之中的高強纖維編織布是該系統(tǒng)的主要受力單元,纖維布中的玻璃纖維方向應(yīng)和原結(jié)構(gòu)中強度不足(如缺筋)的方向一致。其基本設(shè)計原理與一般碳纖維布相同。本橋的加固方案如圖 1。

4.2 泰扶·芳玻韌布施工工藝

4.2.1 施工工作面搭設(shè)

橋下應(yīng)搭設(shè)臨時操作支架,支架高度根據(jù)河底高程、原梁板底高程確定,且梁板底下應(yīng)留有足夠的人員操作凈空。

4.2.2 基層處理

鏟除待粘貼混凝土構(gòu)件表面混凝土松散體(或找平層),并用砂輪磨平基面的凸出部分,轉(zhuǎn)角部位要進(jìn)行倒角處理,裂縫較小的部位要注入環(huán)氧樹脂進(jìn)行修補。粘貼芳玻韌布前用無水酒精或清水沖洗混凝土構(gòu)件表面的粉塵,待表面干燥后方可進(jìn)行下道工序的施工。

圖1 加固方案

4.2.3 配制特種環(huán)氧樹脂和浸潤芳玻韌布

(1)配制特種環(huán)氧樹脂的環(huán)境溫度和環(huán)氧樹脂各組分溫度必須控制在 8～38℃之間,施工時按比例混合環(huán)氧樹脂組份A和組份B,并按規(guī)定轉(zhuǎn)速攪拌5 min。混合好的樹脂一般在 2h內(nèi)須用完,溫度愈高其硬化愈快。

(2)根據(jù)設(shè)計圖紙所規(guī)定的芳玻韌布尺寸裁剪,裁剪好的芳玻韌布用滾筒或刷子均勻涂抹混合好的環(huán)氧樹脂。裁剪時注意主纖維的方向與圖紙所示方向要一致。

4.2.4 泰扶·芳玻韌布補強層的施工

(1)用滾筒或刷子均勻地將混合好的環(huán)氧樹脂涂抹在待加固混凝土表面作底層。

(2)在規(guī)定的時間內(nèi),將濕透的芳玻韌布象貼墻紙一樣平整地粘在結(jié)構(gòu)的表面。施工時一定要保證每層芳玻韌布與基層粘貼密實,并注意芳玻韌布主纖維的粘貼方向。芳玻韌布之間的搭接長度不小于 15 cm,接縫必須交錯布置。

(3)對施工好的復(fù)合補強層進(jìn)行檢查,樹脂中的氣泡必須在樹脂硬化前排出。

(4)對粘貼復(fù)合補強層進(jìn)行粉刷時,在復(fù)合材料硬化前進(jìn)行拉毛撒砂,增加表面的粗糙度,利于二次粉刷。

4.2.5 泰扶·芳玻韌布補強層的養(yǎng)護(hù)

粘貼好的復(fù)合纖維補強層不須特別的養(yǎng)護(hù),一般在上述環(huán)境溫度下,24 h即可達(dá)到設(shè)計強度的 80%,48 h將完全硬化。在養(yǎng)護(hù)期即將結(jié)束時,須檢查補強層的表面。如果發(fā)現(xiàn)層與層之間殘留的空氣夾層,應(yīng)及時用針孔或灌漿機(鉆孔)加注環(huán)氧樹脂。另外,為保證其耐久性,應(yīng)在補強層外表面做抹面或粉刷處理。

4.2.6 現(xiàn)場質(zhì)量控制要點

在工程實施工程中,對用于本工程的芳玻韌布和高強樹脂進(jìn)行隨機抽樣檢查、檢測。主要從 8個方面進(jìn)行質(zhì)量控制和監(jiān)督:(1)材料的質(zhì)保書及材料標(biāo)簽;(2)纖維材料及專用樹脂的檢測報告;(3)專用樹脂的配合比;(4)按圖紙裁剪的芳玻韌布尺寸及主纖維方向;(5)待加固的基層表面處理情況;(6)混合后的樹脂涂浸芳玻韌布的情況;(7)復(fù)合補強材料的粘貼情況;(8)復(fù)合補強層的養(yǎng)護(hù)。

在復(fù)合補強層的養(yǎng)護(hù)即將結(jié)束時,應(yīng)目測或小錘輕擊的方法對補強部位進(jìn)行檢查。要求每 1m2芳玻韌布缺陷點數(shù)量不超過 10個,空隙率不超過 5%及空鼓最大直徑小于 2 cm。當(dāng)芳玻韌布的單個空鼓面積小于 100 cm2時,可采用針管注膠的方式進(jìn)行修補;單個空鼓面積大于 100 cm2時,必須將該處片材切除,重新搭接粘貼上等量的芳玻韌布片材。

5 結(jié)束語

(1)經(jīng)過一段時間的正常營運,采用泰扶·芳玻韌布對水口橋的加固效果是顯著的。

(2)實踐表明,采用粘貼芳玻韌布復(fù)合纖維材料的加固方法,施工簡便,幾乎不增加自重,可避免對原結(jié)構(gòu)的損傷,且具有很高的抗化學(xué)腐蝕能力和對被加固部位的保護(hù)作用,有助于原結(jié)構(gòu)耐久性的改善。

[1] 項海帆.高等橋梁結(jié)構(gòu)理論[M].北京:人民交通出版社,2001

[2] JTG D 62-2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S]

[3] JTG H 11-2004公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范[S]

[4] 浦玉炳,汪海生,孫業(yè)香.芳玻韌布復(fù)合材料在橋梁加固工程中的應(yīng)用[J].工程建設(shè)與檔案,2003(3)

U 445.7+2

B

2009-10-21

胡繼友(1975～),男,大學(xué)本科,工程師,從事橋梁設(shè)計工作。