在橋梁工程加固中植筋技術(shù)與張貼鋼板法的應(yīng)用研究

楊永欣

（石家莊市藁城區(qū)公路管理站，石家莊052160）

在橋梁工程加固中植筋技術(shù)與張貼鋼板法的應(yīng)用研究

楊永欣

（石家莊市藁城區(qū)公路管理站，石家莊052160）

橋梁是交通運(yùn)輸功能的重要載體，尤其在20世紀(jì)七八十年代修建的大量橋梁，依照當(dāng)時的《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》及《公路橋梁設(shè)計規(guī)范》，其荷載等級多為汽車:15t；拖車：80t或汽車:20t；掛車:100t，至今很多橋梁仍在服役使用，因氣候變化、汽車軸載的提升及超限車輛的諸多原因,橋梁疲勞損壞速度不斷加劇,如何采取低經(jīng)濟(jì)維修和安全再利用,而且保證交通運(yùn)輸功能是亟待解決的技術(shù)課題。

植筋技術(shù)；粘貼鋼板；橋梁加固；應(yīng)用研究

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.11.020

1　引言

植筋技術(shù)是目前交通行業(yè)加固舊橋上下部結(jié)構(gòu)的最科學(xué)與簡捷的技術(shù)手段，它可以在最短的時間內(nèi)從原混凝土結(jié)構(gòu)表面通過鉆孔、采用專業(yè)植筋膠,通過植筋錨固形成空間體系，而后再與鋼筋網(wǎng)或鋼板連接形成堅(jiān)固的骨架，通過再次澆筑混凝土或噴射混凝土使原有的結(jié)構(gòu)斷面增大，從而提高該結(jié)構(gòu)的抵抗荷載彎矩和慣性矩，同理提高結(jié)構(gòu)安全系數(shù)與交通運(yùn)輸能力，具有重要的經(jīng)濟(jì)意義與廣闊的技術(shù)前景[1，2]。

2　植筋技術(shù)原理

植筋本身對混凝土結(jié)構(gòu)具有簡捷有效的連接與錨固作用，通過在結(jié)構(gòu)表面鉆孔后使用專業(yè)黏結(jié)劑與鋼筋形成黏結(jié)與嵌鎖作用，使植筋與混凝土黏結(jié)牢固，形成整體結(jié)構(gòu)受力[3]。

該技術(shù)理論適用于橋梁下部工程的墩臺、墩柱、蓋梁及上部的T型梁、箱形梁、空心板等結(jié)構(gòu)工程。

3　植筋技術(shù)的應(yīng)用條件

植筋技術(shù)應(yīng)用指標(biāo)參數(shù)見表1。

表1　植筋技術(shù)應(yīng)用指標(biāo)參數(shù)

4　施工流程

根據(jù)設(shè)計文件確定加固位置與面積—清掃結(jié)構(gòu)表面—施工鉆孔放樣—鉆孔后再清空干凈—灌入植筋黏合劑—植筋錨固并檢查垂直度—靜置固化—質(zhì)量驗(yàn)收。

4.1植筋定位與鉆孔

鉆孔前使用鋼筋探測儀探測橋梁構(gòu)件需要植筋的位置，去掉保護(hù)層暴露鋼筋，若植筋位置存在鋼筋應(yīng)該適當(dāng)調(diào)整鉆孔位置，不能影響原鋼筋受力。

鉆孔后應(yīng)保證孔壁清潔，一般采用壓縮空氣噴嘴清理孔壁灰塵，旨在保證孔壁與鋼筋的黏結(jié)力。

4.2植筋用膠黏合劑

通常采用環(huán)氧樹脂+乙二胺+丙酮+二甲酸二丁酯；自行進(jìn)行配置成施工混合液，市場普遍供應(yīng)專業(yè)的（安得固、喜利得、JCN-1或JCN-2等）建筑植筋膠技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

表2　建筑植筋膠技術(shù)指標(biāo)參數(shù)

4.3植筋

植筋黏結(jié)劑應(yīng)使用專業(yè)注射工具進(jìn)行灌注，灌注計量控制在孔深的2/3，并保證在植入鋼筋后有少許的膠液溢出而飽滿。注入膠液后單方向旋轉(zhuǎn)插入鋼筋直至設(shè)計深度，使之達(dá)到鋼筋與孔壁間隙均勻且摩擦力大小一致，保證植筋的位置與垂直度符合設(shè)計要求。

4.4植筋固化

黏結(jié)劑固化前不準(zhǔn)觸動或震動完成的植筋，防止影響植筋與孔壁的黏結(jié)力。

5　粘貼鋼板法應(yīng)用原理

鋼筋與混凝土能夠共同關(guān)注的力學(xué)原理是：兩者的線膨脹系數(shù)基本相同，即混凝土的線膨脹系數(shù)為1.0伊10-5，而鋼材的膨脹系數(shù)為1.0伊10-6。因此，兩者可以承受桿件的拉壓受力，而且通過計算的鋼板代替了設(shè)計的鋼筋并不考慮保護(hù)層直接受力，同時滿足荷載作用下的受力狀態(tài)所需要的抵抗拉彎強(qiáng)度，根據(jù)結(jié)構(gòu)斷面力學(xué)平衡條件，加固后的結(jié)構(gòu)當(dāng)承受正應(yīng)力狀態(tài)條件下應(yīng)該滿足以下條件：

式中，Ra為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度,MPa；b為混凝土截面寬度；xj為混凝土截面受壓高度；Rg、Ag分別為鋼筋的強(qiáng)度與截斷面積；a1為加固后的混凝土保護(hù)層尺寸；Rs,As分別為加固鋼板的強(qiáng)度與截斷面積；Mj為計算彎矩；h0為截面有效高度；γs,γc分別為鋼板與混凝土的安全系數(shù)，一般為1.25。

6　植筋技術(shù)加固橋梁的工程案例

河北廊坊市廣陽區(qū)采育至留各莊（采留線）縣道一座20世紀(jì)80年代設(shè)計修建的橋梁，上部結(jié)構(gòu)跨徑為16m的T型梁，現(xiàn)場實(shí)地檢測分析具有大量受壓區(qū)豎向裂縫與支點(diǎn)部位的斜向裂縫，經(jīng)過查詢原始設(shè)計文件為混凝土強(qiáng)度C25，配筋計算采用的容許應(yīng)力法，通過技術(shù)論證該橋梁可以經(jīng)過加固提高承載力再利用延長服役年限，具有經(jīng)濟(jì)價值與技術(shù)意義。

6.1加固技術(shù)方法

使用植筋技術(shù)與粘貼鋼板錨固法。利用原T型梁構(gòu)件內(nèi)的鋼筋混凝土所具備的抗彎及抗剪能力，在正彎矩最大處的底面和梁端的抗剪斜截面進(jìn)行植筋與黏貼鋼板加固，鋼板的設(shè)計與布置形式滿足正應(yīng)力與斜截面的剪應(yīng)力設(shè)計原理，通過增加構(gòu)件的高度駐h與寬度駐b，使構(gòu)件截面的慣性矩得到提高。加固主要計算任務(wù)是確定鋼板的位置、面積和植筋用量、植筋與螺母固定連接方法等內(nèi)容，T型梁的加固形式見圖1。

圖中：bi為混凝土截面寬度；b為混凝土中性軸以上受壓寬度；h為慣性矩截面高度；駐h為截面增值高度。

6.2粘貼鋼板的理論假設(shè)與計算

采用埋植鋼筋與黏貼鋼板加固T型梁的方法如圖1所示，其中在正彎矩的梁底或梁體端部斜截面可采用植筋與粘貼鋼板，用以提高正截面應(yīng)力和抗剪應(yīng)力，意義在于通過增加梁體地面抗拉應(yīng)力提高梁體抵抗彎矩的正應(yīng)力；同時提高了梁體的慣性矩，如果慣性矩截面高度不夠，則可在梁體頂面通過鑿毛、埋植鋼筋連接鋼筋網(wǎng)、現(xiàn)澆混凝土增值高度Δh增加截面高度繼續(xù)提高截面慣性矩。

6.3計算方法的基本假定

1）如果以圖1b為研究對象，若 駐h=0，而不考慮增值高度駐h內(nèi)配筋的情況下，對新舊混凝土視為同一強(qiáng)度等級。

2）因?yàn)殇摪迮c混凝土接觸面不能共同變形，必須通過錨栓（植筋）的作用使梁體與鋼板形成一個共同受力的一次超靜定體系。

3）按容許應(yīng)力法所計算的加固構(gòu)件力系應(yīng)分為2個部分的疊加，一部分是加固后的一期荷載所引起的截面應(yīng)力由原構(gòu)件承擔(dān)，而且提高承受自重和新加恒載的能力。另一部分是加固改造后的二期恒載及活載引起的截面應(yīng)力，一般情況下σg0+σg2逸[σg]時，可判斷此構(gòu)件不需要加固。[σg]為鋼筋的容許拉應(yīng)力，如圖2和圖3所示。

圖2　恒載應(yīng)力計算

圖3　二期恒載及活載作用

7　全部恒載作用下原截面的應(yīng)力計算

根據(jù)截面內(nèi)外力平衡條件可建立3個基本方程:

式中，σh0、σg0分別為原截面上緣混凝土及鋼筋由全部恒載引起的應(yīng)力；h0為截面有效高度；b為混凝土中性軸以上受壓寬度；Ag0為原截面鋼筋截面積；M0為全部一期荷載產(chǎn)生的截面彎矩;x為受壓區(qū)高度。

1）新加混凝土厚度駐h因標(biāo)高的限制，一般情況下是定值，主要任務(wù)是確定鋼板的用量，如圖3所示，假設(shè)二期荷載及活載作用下截面產(chǎn)生的彎矩為M1，則通過以下步驟計算鋼板面積Ag。

2）原舊構(gòu)件頂面混凝土的總應(yīng)力為σh0+σh2，鋼筋總應(yīng)力為σg0+σg2，如果σh0+σh2臆[σw]時,則采用低筋設(shè)計（[σw]為應(yīng)力的微量變化），否則采用平衡設(shè)計。

平衡設(shè)計時：

如果是低筋設(shè)計時,應(yīng)注意到新加混凝土和鋼板的存在，按容許應(yīng)力法計算鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的換算截面幾何特征的方法，可直接換算鋼板截面積。

3）錨固鋼板的植筋代替錨栓計算方法[4]

錨栓的根數(shù)計算：

式中，As為加固鋼板的面積；f和fv分別為錨栓的屈服強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度；Am為單根錨栓的截面積。

錨栓的作用是讓鋼板與混凝土接觸面不允許共同變形而具備彈性和塑形，通過錨栓的作用使加固的梁與鋼板形成共同受力的一次性超靜定結(jié)構(gòu)體系。

8　結(jié)語

植筋技術(shù)與粘貼鋼板法在橋梁維修加固中的應(yīng)用是全新的現(xiàn)代理論驗(yàn)證，適用于舊橋梁下部工程的墩臺、墩柱、蓋梁以及上部的T型梁、箱形梁、空心板等結(jié)構(gòu)工程。具有技術(shù)簡捷、造價低廉、可使得現(xiàn)有舊橋梁結(jié)構(gòu)的承載力再次提升安全系數(shù)和再利用，同時標(biāo)志著交通建設(shè)理論的先進(jìn)性與創(chuàng)新性，具有廣闊的科技研發(fā)與技術(shù)前景。

【1】向中富.橋梁施工工程師手冊[K].北京：人民交通出版社，2011.

【2】劉來君.橋梁加固設(shè)計施工技術(shù)[M].北京:人民交通出版社，2004.

【3】葉見曙.結(jié)構(gòu)設(shè)計原理[M].北京：人民交通出版社，1997.

【4】JTG TF50—2011公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

PlantingReinforceBar TechniqueandPost PlateMethod ApplicationResearchin the BridgeengineeringReinforcement

YANG Yong-xin

（RoadAtationofGaochengDistrictinShijiazhuangCity，Shijiazhuang 052160,China）

Bridge is an important carrier of transportation function,especially the bridges builed in the 70～80 years of the 20th century,according to the“highwayengineering technicalstandards”and“highwaybridgedesign specification”,the load level for steam：15 t;Drag：80 torsteam：20 t；Hang：100 t,andup tonowmany Bridgesarealsobeen inserviceuse,due to theclimatechange, automobileaxle loadofascensionandoverloadedvehicles,thebridge fatiguedamagespeed is increasing,sohow to take low econom ic maintenance and ensurethe transportation functionare theimportanttechnicalissuestobesolved.

planting reinforcebartechnique；pastethesteelplate；reinforcementbar；applied research

U445.7+2

A

1007-9467（2016）11-0075-03

楊永欣（1972～），女，河北石家莊人，工程師，從事公路養(yǎng)護(hù)管理研究。

2016-05-11