鋼板粘貼補強法在公路橋梁上部結構加固中的應用

董禮文

（威海市公路管理局，山東威海 264200）

0 引言

公路交通的暢通與否很關鍵的點在于橋梁是否通暢，而往往因為線路中某些橋梁的承載力和通行力不足以滿足要求而影響全線的暢通。故世界各國開始普遍關注如何充分利用現有橋梁進行加固維修來提高交通承載能力這一課題，為此專門監理了國際性的研究機構開展研究。1980年和1982年分別在布魯塞爾和巴黎、華盛頓就如果利用和改造舊橋的問題展開國際性的專題會議；OECD(經濟合作與發展組織)調集24個西方國家共同參與了一項研究，就關于橋梁檢查、承載力的鑒定以及橋梁養護行裝的課題做了研究報告。由此可見，通過建設新橋相比舊橋養護加固來提高承載力耗時更長且更為耗費人力財力物力。因此通過修復加固舊橋而實現舊橋再利用已成為各國共識。

1 鋼板粘貼補強法的加固機理及其優勢

1.1 鋼板粘貼補強法加固機理

鋼板粘貼補強法就是把采用環氧樹脂系列粘合劑把鋼板粘在鋼筋混凝土結構物的被拉邊緣或薄弱處使鋼板與結構物變成一個整體在不用增加補強鋼筋的情況下而提升橋梁承載能力的加固方法[1]。鋼板加固結構時，一般的做法是用環氧樹脂作粘結劑，把鋼板和混凝土粘在一起。與混凝土相比，環氧樹脂的彈性模量相差不大而抗拉強度卻大得多，通常介于60～80 MPa之間：環氧樹脂的抗剪強度一般在7～10 MPa之間。應該引起注意的是：環氧樹脂的配方很多，不同的配方性質差異很大，在實際加固中應該仔細選擇粘結劑，使其滿足要求。鋼板粘貝辭卜強的性能闊:粘貼力強,后強度高是環氧樹脂砂漿所具有的顯著特征,將鋼板與混凝土結合成一個整體,利用鋼板性能使拱圈或梁板的抗彎拉應合力得到大大的提高,彌補混凝土抗拉應力低的弱點,也就說直接增加混凝土糊牛的鋼筋數量,或者說表示在素混凝土構件中直接增加了相當數量的鋼筋。通過對環氧樹脂砂漿進行調試驗證，要想抗拉強度大于10枯/cm，需要砂漿固化后抗壓力強度值高于50，這樣鋼筋鋼板間的粘結力達10枯/cm時通常高于6 kg/cm，數據表明，環氧樹脂做為建設材料使用既經濟又實用。通過環氧樹脂系列粘結劑對鋼板或槽鋼粘貼在鋼筋混凝土的結構的影響承載力的部位進行修復補牢，這樣就不用額外增設補強鋼筋,就能實現現有結構不變的情況下承載能力得意提升,達到的補強效果,這就是環氧樹脂鋼板粘貼補強法的技術要領，鋼板是受拉緣為最佳,槽鋼受壓副圭。

鋼板加固結構時，用環氧樹脂粘結一般都能滿足要求：即結構破壞時不會沿著環氧樹脂折界面脫離，而是梁底靠近鋼板混凝土首先開裂破壞。文獻對鋼板和混凝土間的最大剪應力和錨固長度的計算方式說明，正常的使用狀態下，截面粘結的地方要想保持安全狀態要求截面的最大剪力不大于5 MPa。計算時當錨固長度在6 cm以下，錨固長度統一設置為50 cm。在實際施工時，普遍有一種做法是，在鋼板的端部鉆孑，插入預應力螺栓，通過上緊螺栓對鋼板施加預加壓應力，以這各方式來保證鋼板不和結構脫離。試驗證明：用這種方法后，鋼板和混凝土之間的剪力隨預應力的增加而增加，即使不施加預應力，截面的剪應力也會超過10 MPa。這樣往往是鋼板和混凝土分享后螺栓才被激活、發揮作用，而此時結構已經受到了較大的損害，最終的結果是承載力反而不能提高。因此，建議實踐中不采用螺栓錨固鋼板的做法。

1.2 粘貼鋼板加固鋼筋混凝土結構優勢明顯

不需要破壞原有結構，且結構尺寸沒有額外加大不會對原結構空間要求產生影響。施工從開始到結束只需很短的時間，交通照常通行。同別的加固方法進行比較，費用省，技術操作性強，質量有保障，不破話結構原貌。正因為有這樣多的優點，粘鋼技術自上世紀60年代出現以來，一直倍受工程界的重視，得到了廣泛的應用。然而，粘鋼技術運用過程中，由于個人對該門技術理解不同，在實踐中的具體操作也不同，目前為止，還沒有形成統一的規范。在粘貼的實踐中，一般都在表面刷上一層防腐化學溶劑來阻止和減少鋼板的腐蝕，這各做法是行之有效的。粘貼鋼板加固混凝土結構一般都用環氧樹脂作為粘結材料，而環氧樹脂的特性是受紫外線時，容易發生分解、產生才華。在粘鋼結構中，環氧樹脂處于鋼板和混凝土之間，不會受到紫外線的圖景，粘鋼結構的耐久性是比較好的。試驗顯示，粘鋼加固的混凝土結構，在加載的狀態下，經過12 a的耐久性試驗，截面粘結良好，并且界面的粘結強度有所提高，使結構的最終承載力也有所提高。另外，在潮濕和腐蝕環境中的試驗證明：10 a年暴露后，鋼板加固的混凝土結構承載力沒有降低，盡管鋼板的表面有少許腐蝕。

2 鋼板粘貼補強法對公路橋梁上部結構進行加固案例分析

2.1 工程案例

勝利路沙河橋，位于鞍山市，1987年由該市市政工程設計研究院全權設計并由旗下的市政公司中標完成施工。采用裝配式預應力混凝土組合箱梁(JT、GQs020—80)槽型結構，單跨跨凈30 m，共7跨，總跨徑為210 m。全橋設置13片梁，成橋主梁相間3.1m，粱的寬度和高度分別預制為2.0m、1.4m。該橋設計荷載標準為汽-20級、掛-100，人群荷載3.50 kN/m2[2]。2002年時該橋已無法滿足通行需求，研究通過利用鋼板粘貼補強法對該橋進行加固以此提高此橋的承載能力。實驗驗證，加固后足以讓一輛重量超過橋梁設計最大荷載的重量高達630 t的車輛通過橋梁。該項補強方案大大提高了該橋的承載能力，加固后經多年使用，該橋完全滿足了未來較長一段時間的交通發展需求。

2.2 公路橋結構加固中使用鋼板粘貼補強法具的技術要領

2.2.1 施工方法

根據粘結劑的使用方法的不同分為注入法和壓貼法兩種。注人法,是將環氧樹脂粘結劑調為液狀在鋼板安裝后用注人法加人;壓貼法，是將環氧樹脂粘貼劑在鋼板粘結之用刷子在結構體上刷好,采用壓貼的方法把膠裝粘結劑調均勻地沾在結構物之上。

2.2.2 施工工藝流程

（1）將拱頂下面粘貼部位利用砂輪的反復研磨直到接近骨料層。

（2）制作好釗剛反用于粘貝劫口固,并對表面進行處理,按標準尺寸把鋼板切割好后,采用刨床把粘貼表面進行加工痕跡成成菱形網格有助于增加粘纖能力,鋼板通過噴砂來去除銹跡等;厚度根據補強需要而定,建議覽度250 m,長度按拱底弧長最多分三塊,最好是一塊,鋼板弧度加工成接近于拱底的弧度。

（3）在鋼板和混凝土底面相對應的位置采用梅花型或均勻交叉型鉆孔布點時可用電鉆和沖擊鉆進行,釗剛反鉆孔要預留有一定的空間余地如訓釗橢圓形或槽形擴大孔以減小錯位或者位置對應不準的麻煩。脹錨螺栓和環氧樹脂枷占劑壓漿予埋都可用于鉆孔后底面螺栓。

（4）鋼版表面油脂使用丙酮進行清潔，混凝土表面可利用毛刷進行除塵。

（5）配制嚴格比例的環氧樹脂粘結劑作為下面步驟的主要使用材料。

（6）用上個步驟中己陪制好的環氧樹脂作為粘結劑在鋼板和混凝土粘結面進行涂刷，用刮刀進行涂刷容易達到均勻的效果，特別是混凝土底部面上比較難刷，要多花時間。

（7）先把鋼板與混凝土粘結面打好底層，然后按照設計時要求的厚度將膠狀粘結劑用刮刀在鋼板上均勻涂上。

（8）分塊剛反,并迅速擰緊車蒯隆或錨固好的螺栓,必要時還要使用一些頂緊支撐,空氣可通過輕輕拍打鋼板從排水立管抽出[3]。

（9）焊縫應嚴格按照設計要求,將對接接頭進行牢固焊接,不夠牢固時可用注漿粉漿進行補充。

（10）環氧樹脂粘結養生期一般在72 h以上,但養生時間不是一成不變的，需要根據氣溫的變化而有所增高或減少。

(11)膠狀環氧粘貼劑要濃度高一些，當在鋼板與混凝土表面之間出現縫隙時進行填補。

(12)用鋼絲刷清除鋼表面的銹跡,刷一遍灰漆兩遍紅丹漆預防釗剛層生銹。

(13)檢驗查收。

3 結語

從本橋加固實例可以看出，粘貼鋼板加固上部梁，可將主梁承載力提高10%以上，滿足超重型車梁通行需求，而且施工簡單、方便，可以在不中斷交通的情況下施工，大大減少工程造價。粘貼鋼板法加固梁橋這些優點是其他方法所無法比擬在設計橋梁加固方案而越來越得到廣泛青睞。本次論文中討論的情況是超載車輛單獨均速駛過橋梁[4]，在這次超載車輛通過該橋方案采用的是橋面鋪設鋼板，增加車輪數量已達到分散集中荷載值、增加整體強度，來解決強度不足問題，但這只是臨時性的，不能完全解決承載力不足問題，只有實施永久性加固，方可解決這一問題，本論文討論的粘貼鋼板法應是理想的加固方案。

[1]姚玲森.橋梁工程[M].北京:人民交通出版社,2014.

[2]姚玲森,程翔云.鋼筋混凝土梁橋[M].北京:人民交通出版社,2012.

[3]交通部公路司.公路舊橋承載能力鑒定辦法[Z].2009.

[4]JTJ021—89,公路橋涵設計通用規范[S].