粘貼鋼板和增大截面聯合加固在舊橋加固中的應用

何萬鵬，張己存

（甘肅省交通規劃勘察設計院有限責任公司，甘肅蘭州 730030）

0 引言

隨著我國交通事業近幾十年的迅猛發展，交通運輸量的大幅增長，行車密度和車輛載重越來越大，相當一部分在役橋梁都存在不同程度的損傷材料老化等現象，其承載能力、通行能力都亟待提高，我國的橋梁加固事業正面臨著嚴峻的考驗。舊橋加固方法、加固機理的研究也越來越成熟。

1 概述

粘貼鋼板加固法和增大截面加固法是舊橋加固的兩種常用辦法。粘貼鋼板法是交通量增加；主梁承載力不足或縱向主筋出現嚴重銹蝕的情況下導致出現橫向裂縫時，在梁或板（底、頂或肋）的主要部位采用粘結劑或錨栓，將鋼板牢固的粘結錨固在結構的受拉、受壓及受剪的主要部位，使其與結構形成整體受力的方法。原理以鋼板代替增設的鋼筋，它的特點是：不需要改變被加固結構的幾何尺寸；工藝簡單、質量容易控制；加固鋼板的理論計算如鋼筋計算相同。,增大混凝土截面是一種傳統的加固方法,工藝簡單,適用面廣,可廣泛用于一般梁截面的加固。在實際應用中,主要采用鋼筋混凝土或鋼筋網砂漿層,來增大原混凝土結構面積,提高結構承載力。實際工程中,在構件的受拉區（聯合加配主筋）和受壓區（鋪鋼筋網即橋面補強）的情況較多。而粘貼鋼板和增大截面聯合加固常見的是受拉區粘貼鋼板受壓區橋面補強的情況，本文重點分析了此兩種方法的聯合加固理論。

2 聯合加固理論及方法

2.1 粘貼鋼板加固法

將鋼板粘貼于構件受拉部位或者薄弱部位的面層，使其與結構形成整體，共同承受荷載。原結構的恒載內力由原構件承擔新增鋼板只承受粘貼加固后的荷載產生的應力。一般情況下，由于加固前一期恒載等作用，原構件混凝土與鋼筋的應力、應變積累值往往大于新增混凝土即鋼板產生的相應值，使得原構件的鋼筋達到破壞時新增鋼板的強度還不能充分發揮，只有當受拉鋼筋屈服后，新增鋼板的容許應力才迅速增加，但不宜超過允許值。原受拉鋼筋的容許應力可以適當放寬。除此之外受壓區混凝土的壓應力也是主要的控制因素。粘貼鋼板加固常用于受彎構件正截面加固。

2.2 增大截面加固法

增大截面加固法又稱外包混凝土加固法，是通過在原混凝土構件外，疊澆新的鋼筋混凝土，增大構件的截面積和配筋，達到提高構件的承載力和剛度等目的，即采用同一種材料來增大原構件截面面積，達到提高結構承載能力的目的。混凝土梁當其承載力不足，且剛度也不滿足要求時，可根據受力性質、構造特點、施工工藝和現場條件采用增大截面的措施。增大截面加固法施工工藝簡單、適應性強，并具有成熟的設計和施工經驗，適用于梁的混凝土的加固。根據構件的受力特點、薄弱環節、幾何尺寸及方便施工等。

2.3 粘貼鋼板和增大截面聯合加固理論與計算辦法

粘貼鋼板和增大截面聯合加固可分為壓區粘貼鋼板與拉區增大截面聯合加固、壓區增大截面和拉區粘貼鋼板聯合加固。下面給出具有共性的T型截面的計算方法。增大截面前后應力變化見圖1。

2.3.1 第一階段應力計算

即加固前恒載產生的截面彎矩對混凝土及鋼筋的應力，先按下式計算原梁換算截面受壓區高度x01及慣性矩I01：

受壓區：

圖1 增大截面前后應力變化圖

慣性矩：

式中：n-鋼筋與混凝土的彈性模量比值ES/EC，對C20～C30，n=10；對 C40～C50，n=8。

當 x≤h′f時，T型梁應按寬度b′f，即令 h′f=b，高度為h的矩形截面計算。

當 x＞h′f時，T型梁應考慮梁肋的受壓部分，按T型梁截面計算。

加固構件為矩形截面梁時，以上各式按b′f=b計算

原截面受壓區邊緣混凝土應力：

式中：M1—第一階段恒載產生的彎矩。

原受拉鋼筋重心處或最外層鋼筋應力：

計算最外層鋼筋應力時，將h0換成最外層鋼筋重心至混凝土受壓邊緣的距離。

2.3.2 第二階段應力計算

粘鋼加固后活荷載及后加恒載產生的截面彎矩對混凝土及鋼筋產生的應力計算

粘貼鋼板Asn與原受拉鋼筋As的總截面積：

加固后截面有效高度：h0=h+h1-

加固后截面受壓區高度：

慣性矩：

這里假設新增混凝土的強度等級與舊混凝土相同，但一般新增混凝土強度會高于舊混凝土，須將新增混凝土換算成舊混凝土相同的材料。

按下列各式計算材料應力時，截面受壓區邊緣新混凝土應力：

截面受壓邊舊混凝土邊緣應力：

式中：M2—鋼板或鋼筋粘貼膠固化并達到強度后，計算截面所承受的彎矩，一般為活載和后加恒載。

原受拉鋼筋重心處或最外層鋼筋應力：

新增鋼板或鋼筋的應力：

式中：hsn—粘貼鋼板距加固后受壓邊緣的距離；

h1—受壓區增大截面混凝土新澆層厚度；

hs—受拉區鋼筋距加固后受壓邊緣的距離。

2.3.3 驗算混凝土及鋼筋的最終應力

截面受壓區舊混凝土邊緣應力：

式中：[σw]—舊混凝土彎曲受壓容許應力，約等于其抗壓強度設計值fcd。

截面受壓區（新增混凝土橋面板后）邊緣最大應力：

受拉邊舊鋼筋重心處或最外層鋼筋最大應力：

式中：σs—舊鋼筋容許抗拉應力，考慮到受拉主筋一般采用HRB335，其容許拉應力約等于其抗拉強度設計值fsd的0.66倍。R235鋼筋其值為0.69倍。

受拉邊新增鋼板后換算成鋼筋重心處應力：

式中：[σsw]—新增鋼板或鋼筋彎曲容許拉應力。

貼鋼筋時按上述σs取值；貼Q235或Q345鋼板時，約等于R235或HRB335鋼筋抗拉強度設計值fcd的0.75倍。

受壓區的鋼筋一般不到容許壓應力，可不驗算。受拉區混凝土容許開裂，也不作驗算。

2.3.4 持久狀況承載能力極限狀態受彎構件正截面抗彎承載力計算

翼緣位于受壓區的粘鋼加固受彎構件，其正截面抗彎承載力計算按下列計算

當符合下列條件時：

當不符合上式條件時，應考慮截面腹板受壓作用，正截面抗彎承載力按下列計算：

受壓區高度x按式（24）計算：

式中 x、a′s均要滿足前文的基本要求。

3 工程案例

實際工程中，在構件的受拉區補澆混凝土層即增大截面加固的情況較多，T形梁，原配筋率較低，其混凝土受壓區高度較小，因此在受拉區粘貼鋼板，從而提高梁的抗彎承載力。而往往增大拉區承載力的同時，原橋面鋪裝混凝土厚度不夠較容易破壞，下面以基本的鋼筋混凝土構件為例，給出拉區粘貼鋼板和壓區增大截面聯合加固的實例。

3.1 橋梁概況

鋼筋混凝土4跨20 m T形簡支梁,主梁間距1.6 m，共5片梁，橋寬凈7 m+2×1 m，計算跨徑19.5 m。該橋超重車多，橫向聯系破壞較重，橫隔板嚴重開裂，上下貫通，橋面翼緣板連接處的絞縫全橋貫通并滲水，荷載橫向分布較弱。

3.2 加固方案

加固措施見圖2，受拉區選擇粘貼厚度t=8 mm、寬160 mm的鋼板，橋面現澆混凝土增大厚度80 mm。

圖2 加固方案示意圖（單位：mm）

3.3 加固效果

本橋通過拉區T梁馬蹄粘貼鋼板、翼緣板增大截面聯合加固的辦法加固后，抗裂、抗彎、極限承載力等性能都有很大提高，并且結合了兩種辦法的優點，加固效果很明顯。

4 結語

粘貼鋼板和增大截面聯合加固具有兩種加固方式優點的結合，在鋼筋混凝土構件的加固中較為常用，在全預應力構件加固中使用還不廣泛，還具有廣闊的前景。此聯合理論還沒有粘貼鋼板量與增大截面量一一對應的計算方法，是理論發展的下一步。聯合加固的應用將對我國的舊橋加固理論有實際意義。

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