裝配式改整體式空心板橋縱向裂縫加固措施研究

王金周 王冠男 武鑫哲

摘 要

將原設(shè)計(jì)為裝配式的空心板橋改為整體現(xiàn)澆施工，板的受力狀況由單向受力改為雙向受力。改變施工方法卻仍按最初設(shè)計(jì)配置橫向鋼筋的空心板橋，經(jīng)常在跨中附近出現(xiàn)超出規(guī)范限定的縱向裂縫，有的甚至貫穿整跨。本文以典型的裝配式和整體式空心板橋?yàn)檠芯繉?duì)象，針對(duì)此類病害提出了施加體外橫向預(yù)應(yīng)力和粘帖橫向鋼板兩種加固方法。

關(guān)鍵詞：裝配式空心板橋 、整體式空心板橋、縱向裂縫、體外預(yù)應(yīng)力、粘帖鋼板

1.混凝土的裂縫

混凝土的裂縫可以說(shuō)是公路工程中橋梁的常見(jiàn)病害，混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫成因十分復(fù)雜、類型繁多，甚至是多種因素相互作用的結(jié)果，但每條裂縫都有其產(chǎn)生的成因。混凝

土橋梁的裂縫按其產(chǎn)生原因大致可以分為以下幾種：1）荷載作用引起的裂縫；2）溫度荷 起的裂縫；3）混凝土收縮引 裂縫；4） ；5）建筑材料質(zhì)量導(dǎo)致的裂縫。[1]

2.空心板橋縱向裂縫的加固

2.1施加體外橫向預(yù)應(yīng)力

體外橫向預(yù) 加固，通過(guò)施加橫向預(yù)應(yīng) 增強(qiáng)空心板橋的橫向剛度，同時(shí)增設(shè)的橫向預(yù) 力使空心板橫向 緣混凝土處于受壓 態(tài)，平衡了 荷載產(chǎn)生的橫 彎矩。因此，設(shè)置橫向體外預(yù)應(yīng)力可提高空心板橋的橫向聯(lián)結(jié)性能，防止病害的惡化。施加體外橫向預(yù)應(yīng)力加固法具有施工方法簡(jiǎn)單、對(duì)交通的影響小、需要的設(shè)備簡(jiǎn)單、所需要的人力少、施工時(shí)間短、對(duì)原橋梁體結(jié)構(gòu)損壞小、不增加路面標(biāo)高以及不影響橋下凈空等優(yōu)點(diǎn)。但該方法在預(yù)應(yīng)力的錨固點(diǎn)處會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，而且由于預(yù)應(yīng)力鋼筋布置在梁體結(jié)構(gòu)的外側(cè)，非常容易受到環(huán)境（如溫度、腐蝕性氣體）的影響[2]。

1.常用的施加體外預(yù)應(yīng)力方法

采用預(yù)應(yīng)力法對(duì)鋼筋混凝土或者預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁進(jìn)行加固時(shí)，其使用的加固構(gòu)件通常是鋼桿、精軋螺紋鋼或者鋼絲索等鋼材。施加體外預(yù)應(yīng)力的方法一般包括縱向張拉、橫向張拉和張拉鋼絲束三種。橫向張拉法的基本原理是通過(guò)在鋼拉桿中部施加比較小的橫向力，以在鋼拉桿內(nèi)產(chǎn)生比較大的縱向內(nèi)力[3]。

2.預(yù)應(yīng)力 失以及 預(yù)應(yīng)力損 的措施

預(yù)應(yīng)力損 是由加固 及承受加固件作用 體 兩方面的變 引起的，造成預(yù) 力損失的主要 有：

1. 地基基礎(chǔ)的徐變以及沉降；

2. 加固梁體的收縮以及其他變形；

3. 預(yù)應(yīng)力鋼束的徐變；

4. 溫度作用產(chǎn)生的應(yīng)變。

在預(yù)應(yīng)力加固的過(guò)程中，因?yàn)榛A(chǔ)的沉降，溫度應(yīng)變，新澆筑混凝土的徐變等原因?qū)?dǎo)致較大預(yù)應(yīng)力損失，此時(shí)，為了保證加固效果，減少預(yù)應(yīng)力損失，需要在加固過(guò)程當(dāng)中，預(yù)留一定的構(gòu)造措施，以便在使用過(guò)程中及時(shí)的調(diào)整預(yù)應(yīng)力鋼束的的工作應(yīng)力數(shù)值[4]。

2.2粘帖橫向鋼板

粘貼橫向鋼板加固法屬于被動(dòng)加固方法，是通過(guò)特定的粘結(jié)劑，把鋼板粘帖在混凝土結(jié)構(gòu)物的受拉區(qū)域或者薄弱部位，使其與混凝土形成整體，共同工作，來(lái)替代需增加的補(bǔ)強(qiáng)鋼筋，通過(guò)鋼板與補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)的共同作用，從而提高其結(jié)構(gòu)體的剛度、限制混凝土裂縫的開(kāi)展，改善鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，增大梁體的承載能力，以起到補(bǔ)強(qiáng)加固的效果[5]。

用粘帖鋼板的方法來(lái)對(duì)橋梁進(jìn)行加固，在國(guó)外的工程實(shí)例中已獲得了廣泛的使用，在國(guó)內(nèi)也有不少實(shí)例，這是因?yàn)檫@種加固法具有下列優(yōu)點(diǎn)：

1. 原有橋梁結(jié)構(gòu)不會(huì)被破壞；

2. 在加固工程中基本不增加原結(jié)構(gòu)物的尺寸；

3. 施工過(guò)程時(shí)并不需要高級(jí)的專門技術(shù)人員操作；

4. 能在短期內(nèi) 加固工程；

鋼板粘帖法的施工工藝：

（1）鋼板制作

制作粘帖加固所需要的鋼板，并對(duì)鋼板的表面進(jìn)行預(yù)先處理。鋼板按照所需要的 切割而成。鋼板 面在粘帖一側(cè)可用刨床制成 ，格狀刻痕，以增加粘結(jié) ?？梢圆捎檬止げ僮麂摻z刷對(duì)鋼板進(jìn)行除銹，在條件允許時(shí)可以使用噴砂除銹；在鋼板與混凝土底面上用 電鉆鉆孔，按一定間距和 規(guī)格鉆孔后運(yùn)到工地。

（2）表面處理

為了得到良好的粘帖效果，必須事先對(duì)鋼板和混凝土的粘帖面仔細(xì)的處理。首先清除混凝土表面的破損部分，然后將混凝土表面鑿平鑿毛，使其骨料暴露，使用壓縮空氣或者鋼絲刷將浮塵清除，在粘帖鋼板之前還需要用丙酮擦一遍。使用汽油將鋼板 的油污洗去，然后采用噴砂法或 進(jìn)行打磨以除去鐵銹，使鋼板的表面 光澤，然后用丙酮將其 干凈，最后涂一層環(huán)氧樹(shù)脂 將鋼板保護(hù)起來(lái)。

（3）粘帖鋼板

首先刷一層環(huán)氧樹(shù)脂膠漿在混凝土表面，然后在鋼板表面涂抹一層環(huán)氧樹(shù)脂膠漿，稍等片刻后在鋼板上再次涂一層環(huán)氧樹(shù)脂砂漿，通常厚度在2mm左右。隨后立即把鋼板粘貼到混凝土的表面，并擰緊螺絲加壓，把多余的膠漿沿著板邊擠出，使兩者達(dá)到緊貼的程度。

（4）加壓方式

將鋼板與混凝土結(jié)構(gòu)粘帖完成后，必須對(duì)鋼板施加一定的壓力以使鋼板與混凝土表面密貼。施加壓力的方式一般有三種：第一種是上述的采用螺栓來(lái)進(jìn)行加壓，就是在混凝土粘帖的表面間隔一定的距離預(yù)先埋設(shè)一根12mm的螺栓，鋼板上留設(shè)有與之相應(yīng)的孔，在將鋼板粘帖到混凝土的表面后馬上擰緊螺帽進(jìn)行加壓；第二種方法是采用木楔加壓。即在加固構(gòu)件的下方設(shè)置支撐梁（可以從橋下搭設(shè)或者從橋上懸掛），距離構(gòu)件的底面約15-20cm，然后在鋼板粘帖之后楔緊木楔以施加壓力；第三種方法是采用重物來(lái)加壓。如果是在混凝土構(gòu)件的上緣粘帖鋼板時(shí)，可以通過(guò)在鋼板的上面放置重物來(lái)施加壓力。

（5）防護(hù)處理

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外工程實(shí)踐中對(duì)粘帖鋼板所采取的保護(hù)措施，通常是采用去除鋼板表面的污染，采用鋼刷去除螺栓銹斑，首先涂抹一層環(huán)氧樹(shù)脂薄漿來(lái)罩面，再在其上涂抹兩層防銹漆來(lái)進(jìn)行防護(hù)。在這之后見(jiàn)隔1-2年檢查一次防護(hù)層的使用情況，若發(fā)現(xiàn)脫漆的地方應(yīng)該及時(shí)的采取措施來(lái)修補(bǔ)。在近年來(lái)的工程實(shí)踐中有的省市采用噴射混凝土，在鋼板的表面上噴射一層混凝土保護(hù)層，這樣即減少了刷漆的工序，又大大削減了養(yǎng)護(hù)工作量。于此同時(shí)噴射的混凝土與原混凝土結(jié)構(gòu)組成噴層——梁體組合工作體系，共同工作，這在一定程度上將提高原梁的承載能力，克服鋼板補(bǔ)強(qiáng)容易銹蝕的缺點(diǎn)，這是一種效果比較好的預(yù)防保護(hù)鋼板污染和銹蝕的方法[6]。

3.結(jié)論

本論文從我國(guó)現(xiàn)役空心板橋的病害開(kāi)始，介紹了混凝土裂縫理論和橋梁加固理論，最后對(duì)體外橫向預(yù)應(yīng)力和粘帖橫向鋼板兩種加固方法的影響因素進(jìn)行了研究，得出結(jié)論如下：

1. 在車輛荷載和溫度荷載作用下，裝配式空心板橋橫向拉應(yīng)力的峰值出現(xiàn)在板寬中間位置鉸縫處，因此縱向裂縫最易出現(xiàn)在鉸縫處，而整體式空心板橋的板底橫向拉應(yīng)力的峰值出現(xiàn)在板寬中間位置附近，縱向裂縫容易出現(xiàn)在跨中中間位置附近。

2. 施加橫向體外預(yù)應(yīng)力作為一種主動(dòng)加固方法，可以明顯降低板橋底板的橫向拉應(yīng)力，在一定范圍內(nèi)預(yù)應(yīng)力越大、施加位置越靠近跨中加固效果越好。板橋的寬跨比越小，施加橫向體外預(yù)應(yīng)力加固效果越好。

3. 粘帖橫向鋼板是一種被動(dòng)加固方法，依靠鋼板和板體共同工作來(lái)達(dá)到加固目的。粘帖鋼板的厚度越大加固效果越好，當(dāng)鋼板厚度超過(guò)8mm之后，鋼板厚度對(duì)加固效果的影響不大。越靠近跨中，粘帖鋼板加固的效果越好。板橋的寬跨比對(duì)于粘帖鋼板的加固效果影響不大。

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