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城市桥梁的加固技术?
许多城市的桥梁,通过多年的运行,不少桥梁出现了这样那样的问题:桥面破损、结构裂缝、承载能力不足、倾斜、沉降严重等等,都严重影响着桥梁功能的正常发挥。因此,及时对城市桥梁进行加固、修复、改造、完善,对保证城市交通通行、人们财产、人身安全等具有十分重要的作用。
一、城市桥梁加固的特点
城市桥梁的加固不同于新建桥梁,它是一项极其复杂的系统工程,须以原有基础为立足点,综合分析其客观条件,此外,加固结构多为新旧组合结构,我们在设计计算时需要考虑其协调性和整体性,在加固施工时还要充分考虑到原有结构物的影响。问题桥梁的质量因含有不确定因素,很难深入检查其质量,施工起来不安全;桥梁加固施工常常缺乏广阔的场地,其施工现场总是较为拥挤、狭窄,这也给施工带来了不便;另外,还要重视现有交通的畅通性,即在工程的进行过程中,尽量不中断或少中断交通。
二、城市桥梁加固的基本要求
鉴于桥梁加固工程的客观特殊性,其实施过程应从多方面加以重视,遵循多方面的要求:经济上,为了使直接经济效益和间接经济效益更加明显,加固费用总体上低于新建结构的费用;尽量减小对城市交通方面的影响;还应该充分考虑环境因素,为了适应一定的景观要求,外观上协调新旧两部分;最为重要的,就是技术方面,因固定的客观条件,方案设计与施工组织,其技术要求都非常高,因此,要充分利用原有结构构件,尽量减少对原有结构的损伤,满足各项使用要求,保证工程的可靠、安全、耐久;施工组织和方案设计,要尽量保证施工便捷、快速;还要充分考虑结构强度的折减,以便在处理新旧结构时,保证两者的整体一致性。
三、城市桥梁加固的设计原则
城市桥梁结构若出现明显病害并影响行车安全,必须予以加固,其改造设计要遵循以下原则:首先要认真调查原桥的详实现状,分析其具体病害,评定其结构状态;其次,加固设计应紧密结合施工方法,确保新旧结构连接可靠,协调发展;严格遵照《公路桥涵设计规范》,使得加固后的桥梁在使用荷载时,新结构的刚度、强度、裂缝宽度限值等都满足各项规范要求;验算加固结构的承载力时,结构的截面积,即为实际有效截面积,因为加固部分的应变滞后,还应考虑结构载加固时的实际受力情况;若加固后结构重量增大,则应验算被加固结构及桥梁基础;结构计算取决于结构上的实际受力状况;若进行超静定结构承载力验算,则考虑结构变形、实际荷载偏心、温度等因素造成的附加内力。
四、城市桥梁加固的工作步骤及注意事项
维修加固旧桥的步骤主要有:调查桥梁的现状并分析病害;查阅桥梁的相关历史资料,并分析现有交通状况;提出维修加固方案,并对其予以分析比较;最后确定方案并将其实施。
加固维修城市桥梁的过程中,有几个问题需要注意:
(1)准确判断原有桥梁的实际承载能力,提供可靠的依据,更好地服务于技术改造设计;(2)认真分析承载力不足的病因及桥梁病害,以便采取更好的措施;(3)某些桥梁虽只做上部构造的加固,也要深入调查研究其下部构造的承载能力和现状;(4)加固后需要评定其承载力,对加固效果进行检验,并定期观测,认真做好每次记录,为今后更好地改造桥梁技术积累经验;(5)加固设计尽量保证通车便利,不中断交通,尽可能做到施工和通车同时顺利进行。
五、城市桥梁加固的手段
1.加固前的裂缝修补工作
结构的病害多发生在裂缝上,当结构出现裂缝后,其美观性和耐久性均受到严重影响。故裂缝的修补十分重要,常用的方法有:
(1)表面处理或表面喷浆法。在微裂缝的表面上涂抹防水材料和填料,如聚合物水泥膏、弹性涂膜防水材料及水泥填料等。若裂缝宽度发生变化,考虑到结构所处的环境,应使用延性大的材料;若裂缝表面经凿毛处理过,可以喷射一层强度高并且密实的水泥砂浆,该保护层可封闭裂缝,在喷射前,需除去结构表面的剥离部分,用水冲洗清洁后即可喷浆。
(2)填充法。填充法多适用于比较宽的裂缝(0.5mm以上),先沿裂缝凿一条深槽,再嵌补各种粘结材料到槽内。若钢筋砼结构已经发生锈蚀,要先除去钢筋上的锈,再涂抹防锈底涂料,最后充填密封材料。
(3)注浆法。当向裂缝中注入水泥或树脂类材料时,可用脚踏或手动式输液泵。为了更好地控制注入量,我们多采用低压低速注入法。为了增强裂缝部位的整体性,注浆法也可以与钢抓钉并用。
(4)粘贴钢板封闭法。若钢筋混凝土构件出现主拉应力裂缝,可在处理完裂缝后,在裂缝处粘贴钢板,并用膨胀螺栓在钢板上加压,注意使钢板的粘贴方向与裂缝方向保持垂直。
2.桥梁结构和构件的加固技术
(1)桥梁上部构造加固增强技术
①桥梁上部构造加固增强技术
根据桥梁的承载能力的减弱程度和今后的使用要求,梁桥上部构造的加固主要有以下几种方式:
a.扩大原结构构件截面。为了提高结构的刚度和强度,可以采取增大构件的截面面积,达到加固目的。
b.外部预应力加固法。在新增构件或原有的构件上施加适当的初始应力,达到加固目的。依据预应力材料不同,可分为外部预应力钢束法和预应力拉杆加固法。
c.改变原结构的受力体系法。为了减少梁内控制截面峰值弯矩、提高承其载能力,可以通过改变桥梁结构体系,达到加固目的。可以把简支梁桥变成连续梁桥,或是在简支梁下增设支撑与桥墩,还可以在梁下增设钢析架等叠合梁或加劲梁。
d.外贴粘贴法。为了提高结构承载能力,在结构构件外部,通过粘合剂把钢板、型钢、玻璃钢等材料粘贴加固。但需要保证结构受力的可靠传递,粘贴钢板、型钢或玻璃钢的中间不得断开,两端须有可靠锚固,表面需要涂刷防锈漆并用环氧树脂封闭。
e.增加主梁法。若桥梁的墩、台地基稳定,只是部分主梁的承载能力不能满足要求,或者是桥宽等几何尺寸不够,可通过增设刚度大和承载能力高的主梁,使之与旧梁共同受力,这样车辆荷载的横向分布系数就会降低。
②拱桥上部构造加固增强技术
a.套箍法。若拱桥主拱圈出现严重侧墙外鼓和纵向裂缝,则可以采用这种方法。即在拱圈上加设由钢拉杆和钢板组成的板筋箍套,具体的实施过程为:将带有螺栓孔的钢板紧贴在空腹式的拱圈侧面,拱腹和拱背增加两三根带螺丝的钢拉杆;为了克服下拉杆因自重而下挠,可多设几道U锚杆;而对于跨中实腹段,可将上拉杆布置于之前凿开的桥面层之下。上、下拉杆均安设好以后,即可收紧螺栓,侧墙和拱圈的套箍作用力会变大。
b.锚喷混凝土加固法。对于拱顶填料薄的实腹式拱桥和砖、砼、石钢筋砼空腹式拱桥可采用这种方法。实施之前,需除掉混凝土及其它浮层,再用凿毛处理并清洗干净,钢销打入后,布设钢筋网,喷射一层砼即可。
c.桥台后加孔减载和增设抗滑水平支撑加固法。对于修建在软弱地基上的双曲拱桥,若出现拱座沉陷位移,上部构造出现拱轴线变形,便可采用这种方法。此法可抵抗拱桥的水平推力,对受损部位进行修补,从而提高桥梁的强度。具体做法有:加强拱脚部位受损的拱圈(或拱肋);修建台后支撑梁,以抵抗拱桥的水平推力;台后两端各增加小跨径引桥。
(2)桥梁下部构造加固增强技术
①扩大基础加固法。若基础埋置太浅或承载力不足,且墩台是砖石或砼刚性实体式,这种方法较为实用。为了扩大基础的承载面积,可以在刚性实体式基础的周围加石砌砼,需要注意的是:在拓宽范围内必须先打桩围堰;挖堰内土壤时,要保证旧墩台的安全,新旧基础结合要牢固,可以在施工时增设锚固钢筋。
②人工地基加固法。
若桥梁基础下面的天然土基松软,不易承受大荷载,或基础出现沉降,可采用人工注浆法或砂桩法。注浆法是在墩、台中心打入管桩或直向钻孔,通过管孔及孔眼,用力将各种浆液或加固剂注入土层中,浆液凝固会把原有松散的土结为防渗性能的整体,堵塞岩石裂缝。砂桩法加固既是将木桩或钢管打入基础四周的软弱土层中,拔出后再灌入干燥的粗砂,凝成砂桩。
③增补桩基加固法。为了增加基础稳定性,提高基础承载力,还可以在桩式基础周围打入钢筋砼预制桩或补加钻孔桩。此法适用于桩式基础加固的场合。对单排架桩式桥墩加固时,若在桩间加桩,就应对原有盖梁进行加固;若原桩距较小,可增加两排桩在原排架的两侧,成为三排式的墩桩。若桥台承载力不足,可在台前增加一排桩并浇筑盖梁,增浇的盖梁可单独受力,也可与旧盖梁、旧桩及新桩连接在一起,以分担上部结构传来的荷载。
六、结束语
总之,城市桥梁出现各种病害,不仅会威胁到行车安全,降低桥梁的寿命,还会影响市容环境,所以我们一定要充分重视对城市桥梁的加固改造工作。应在日常中加强对桥梁的检测和维护,及时发现问题,并采取经济合理的加固措施,提高桥梁的质量,保证城市交通的安全畅通。
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桥梁加固工程技术?
桥梁加固工程技术现状是怎样的?有哪些技术要点?请看中达咨询整理的文章。
随着大型承重车辆的增多桥梁加固工程,部分桥梁的初始设计承重已经无法满足交通运输的要求桥梁加固工程,而且我国很多桥梁是上世纪修建的,一直沿用至今,经过长时间的使用,积累的大大小小的毛病,桥梁加固改造已经成为交通建设的重要内容。桥梁加固是指通过措施、施工来提高桥梁构件的承载能力和使用性能,其最终目的是为了能够保证桥梁的正常通行,将一些安全隐患及时扼杀以提高其运行安全性。桥梁作为我国交通建设的重要组成,其重要性不言而喻,为了能够保证桥梁的行车能力,提高桥梁的安全稳定性,加固工程必不可少。下面笔者就我省情况对桥梁加固改造进行了分析,仅供参考。
1我省桥梁现状
我省处于长江影响范围以内,桥梁数量众多,但是其中大部分是于上世纪修建,至今已经使用了几十年,有鉴于当时桥梁施工能力的限制以及较低的设计要求,很多桥梁所能承重的荷载已经无法跟上时代的脚步。截止至2012年,我省危桥数量数以千计,总长逾万米,桥梁加固改造时间紧、任务重,是我省交通建设的重要内容。
2桥梁改造技术
桥梁改造有局部改造和整体改造,要根据桥梁的危险程度来判断,目前桥梁改造大方向是改造梁体,如果桥梁隐患实在严重无法通过结构替代来加固就只有拆除重建。桥梁加固技术主要有常规型和预应力型,其中常规加固技术又分为三种:
1)利用新的结构代替原有结构的抗力不足;
2)改变原结构的受力体系,使原结构受力变小;
3)扩大增加原有结构面,在原结构上提高强度和刚度。
预应力加固技术则是通过对梁体进行预应力加强,来起到改善原结构受力性能的效果。
2.1常规加固技术
2.1.1增加梁体法
在凿开梁肋下部保护层后,使底板的主筋露出,将原有箍筋进行切割剔除,再进行梁体主筋的加焊,最后在进行底部混凝土浇筑,这种技术的加固原理在于增加主筋的截面,适用于主筋截面较小和桥下净空较小的桥梁,虽然这种施工技术不增加梁端高度,保证桥下净空,但是由于其施工形式属于半损坏型,对梁体的影响十分巨大,这就导致了在施工中增加了大量不安全因素,并且在施工中工艺十分复杂。
2.1.2粘贴钢板
粘贴钢板法是通过对所需粘贴部位使用钢板进行的表面处理,在结合环氧树脂胶浆将钢板与混凝土梁体粘贴连接,最后施以加压处理使钢板和混凝土表面形成一个统一整体,以保证桥梁的抗弯、抗剪能力的提高。但这项加固方法的对粘贴钢板的工序十分困难,而且需要进行满堂脚手架才能用于施工,一旦施工周期加长就会增加维修保养的工作量,造成费用的增加,而且目前以我国技术所生产的粘结材料上看,耐久性是整个工艺中的一大难题。
2.1.3粘贴玻璃钢
在需要加固的部位将粘贴钢板工序,完成后的表面进行清理,再利用环氧树脂胶浆将多层玻璃纤维布压铺成玻璃钢。最后利用成型的玻璃钢粘贴在结构下表面。这种方式十分适用于长期有大型及重型车辆通过的桥梁。因为玻璃钢可以利用自身的弹性将车辆施于梁体的力进行回弹。对混凝土面起到很好的保护作用,但是由于在玻璃钢要低于混凝土表面的弹性模量,所以在双重荷载作用下容易产生大幅度的变形,在加上玻璃钢受气候环境影响较大,易发生老化问题。
2.1.4粘贴钢筋
在需要加固的部位将粘贴钢板工序完成后的表面进行清理,再利用氧树脂胶浆将点焊成排栅的钢筋粘贴在混凝土梁体表面,并对钢筋进行防锈处理。这就是粘贴钢筋施工法。这样做的效果在于增加主梁对车辆的抗力,以达到加固的目的
2.2预应力加固技术
随着荷载等级的不断提高,桥梁工程逐渐向轻型、大跨度方向发展,预应力砼结构的应用越来越广泛,在今后的桥梁加固中,现有加固技术可能在很大程度上受到限制,因此,有必要开发和研究预应力技术在旧桥改造中的应用。用预应力技术对结构进行加固主要是通过后张法中的体外预应力来实现的,其施工工艺:体外预应力的预应力钢束设于砼构件的外侧,钢束穿过设在构件端部的挡块和中部适当位置的转向块进行张拉,从而使砼构件获得预压应力。此法的主要目的是简化预应力工艺,但结构的受力特性比常规的粘结预应力砼差,钢材用量也较大,目前主要用于较大跨度的桥梁工程或维修加固工程中。下面介绍两种预应力加固技术。
2.2.1下撑式预应力拉杆法
当桥下净空能够满足通车、通航要求时,可采用在梁下设置预应力拉杆的方法进行加固。设计时一般采用粗钢筋作为拉杆,两端锚固在梁端,中间采用单柱或多柱支撑,使梁受到预应力的作用。施加预应力的主要方法:
1)横向收紧法。将拉杆分两层布置于梁底两侧,在靠近梁的支座附近向上弯起,与固定在梁端的锚固板焊接。在拉杆的弯起处用短柱支撑,在纵向每隔一定距离设置一道撑棍和紧锁螺栓,再通过收紧器将拉杆横向收拢而产生预应力;
2)纵向张拉法。将预应力拉杆沿梁底布置,两端向上弯起,锚固于梁端,然后直接张拉梁底的水平拉杆,使拉杆产生预拉力,梁体因此受到预应力的作用。
2.2.2预应力体外加固技术
体外预应力加固技术作为结构加固最有效的手段之一,目前正广泛地应用于旧桥加固方面。
体外预应力分为锚具、体外索、锚固块及转向块、减震装置、施工机具等5个组成,有关说明如下:
1)锚具:由于体外预应力体系仅靠锚固端传力,因此体外预应力锚固体系的可靠性和安全性比一般体内预应力锚固体系要高,尺寸也较大;
2)体外索:多采用无粘结钢绞线,环氧喷涂带PE的单根钢绞线具有良好的耐腐蚀性能,非常适用;
3)锚固块以及转向块:锚固块和转向块必须和原结构有效连接,传递应力,目前主要钢筋混凝土结构和钢结构型式两种;
4)减震装置:用于转向块与转向块或者锚固块与转向块之间的体外索自由长度较大的位置,主要目的是减少体外索在动荷载作用下的振动;
5)施工机具:张拉机具根据张拉的要求分单孔千斤顶和整体千斤顶。单孔千斤顶用于施工空间狭小或单孔分丝张拉的体外索,整体千斤顶用于整体张拉的体外索。
预应力体外加固技术施工案例——箱梁底板索的安装
底板索效率不是很高,在一些特殊的结构中才会使用,它的最大优点是不需要设置转向块,施工较为简单,质量能够得到保证,但是布索位置会受到一定的限制,所以不是很常用。
施工工序:安装预埋钢管→齿板混凝土浇筑→连接外套管→穿布钢绞线→对称张拉→安装防震块→管道压浆→封锚压浆。
3总结
综上所述,桥梁工程加固技术虽然方法各异,但总体方向万变不离其宗,具体该选用何种方法需要根据桥梁被破坏的程度以及其周边水文地质情况来决定。湖北省被长江横跨,江河众多,桥梁数量在全国数一数二,同时在建的工程也非常多,桥梁加固改造还是任重道远,身为一名相关技术人员,需要加强自身对桥梁加固的理解和认识,掌握多种方法,因地制宜,合理利用,同时开拓创新新的施工技术,为我省的桥梁加固而努力,为推动我国的桥梁建设行业而奋斗。
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粘贴钢板法桥梁加固技术及其应用?
粘贴钢板法桥梁加固技术是怎样的?有哪些优点?请看中达咨询编辑的文章。
长期以来,由于运营中的桥梁随着时间的推移,桥梁会逐渐陈旧老化,承载能力降低,特别由于设计施工等方面的缺陷,可能造成新建桥梁承载力和变形不符合设计及规范要求。因此,桥梁加固工程在工程界受到广泛重视。粘贴钢板法作为桥梁加固的一种重要技术手段,近年来在桥梁加固工程中逐渐得到应用。这一技术能适用于多种桥梁结构及不同的结构部位。
一、粘贴钢板法桥梁加固技术及其优点
粘贴钢板加固法作为应用于钢筋混凝土结构加固补强的一种新的专用技术方法。同时它是针对于粘钢加固法而开发的可以替代粘钢加固的新的工艺方法。它能够与粘钢加固相同的原理是用钢板代替钢筋, 将钢板固定到混凝土的表面, 使钢板和混凝土构件联合受力, 相当于增加了混凝土构件的配筋量, 起到提高构件承载力的效果不同点在于粘钢法用建筑结构胶将钢板粘贴于混凝土表面, 锚贴钢板加固方法是采用专用的异型铆钉将钢板和混凝土锚接, 更加有效地保证钢板和混凝土的协同工作。同时,其还可以根据桥梁病害与缺陷所在部位,确定钢板的规格和粘贴形式,将钢板粘贴在被加固的桥梁结构受力部位的外边缘,以便充分发挥粘贴钢板的作用,同时密封粘贴部位的裂缝和缺陷,约束构件的变形,从而有效地提高了加固构件的刚度和抗裂性,有效的发挥粘钢构件的抗弯、抗剪、抗压性能。
作为一种广泛应用的桥梁加固技术手段,其主要优点体现在:一是相同条件下, 采用锚贴钢板加固更能有效提高梁的抗剪承载力, 提高钢板的强度利用率;二是锚贴钢板加固梁的破坏属于延性破坏, 粘钢加固梁的破坏属于脆性破坏, 说明锚钢加固方法在提高梁承载力的同时, 改善了梁的延性, 提高构件及整个结构的可靠度指标;三是锚贴钢板加固法施工方便, 施工质量更容易得到保证;四是锚贴钢板加固由于在施工过程中在钢板内产生一定的预拉应力, 有利于提高被加固结构抵抗重复荷载的作用。
二、粘贴钢板法加固技术的一般设计要求
在桥梁加固实践过程中,关于这一技术手段的设计,应做如下几点要求:
⒈要提高桥梁结构的抗弯能力。一般应设计在构件的受拉区的表面粘贴钢板,使钢板与原结构形成整体来受力,此时以钢板与混凝土粘结处的混凝土局部抗剪切强度控制设计。合理与安全的设计应控制在钢板发生屈服变形前,粘结处混凝土不出现剪切破坏。
⒉要加固和增加结构的抗剪切强度。当桥梁结构的主拉应力区斜筋不足,为了加固和增加结构的抗剪切强度,可将钢板粘贴在结构的侧面,并垂直于剪切裂缝的方向斜向粘贴(斜度一般为45°~60°),以承受主拉应力。
⒊补强设计要求。在进行补强设计时,钢板可作为钢筋的断面来考虑,将钢板换算成钢筋,也可根据实际情况将钢板换算成原有的某种材料(如在石拱桥中的条石等)。原有构件承受恒载与活载,增加的钢板承受原有构件承受不了的那部分活载。
⒋构造设计要求。在进行构造设计时,加固用的钢板可按实际需要采用不同的形状,但钢板的厚度必须比计算出的厚度大些。用于抗弯能力补强的钢板尺寸应尽可能薄而宽、厚度一般为4~6mm,较薄的钢板可有足够的弹性来适应构件表面形状。用于提高抗剪能力的钢板厚度宜厚,其设计依实际情况而定,一般宜采用10~15mm。
⒌钢板长度设计要求。应将钢板的两端延伸到低应力区,以减少钢板锚固端的粘结应力集中,防止粘结部位构件出现裂缝或粘贴钢板被拉脱现象的发生。
⒍充分考虑整体受力问题。粘钢法加固桥梁,如何确保钢板和被加固构件形成整体受力是加固成功与否的关键,所以,在补强设计时,除应考虑钢板具有足够的锚固长度、粘结剂具有足够的粘结强度和耐久性外,为避免钢板在自由端脱胶拉开,端部可用夹紧螺栓固定,或设置U形箍板、水平锚固板等,并在钢板上按一定的距离用螺栓固定,确保钢板与混凝土之间的粘结力满足强度的需要。
三、锚贴钢板加固法具体施工工艺
一般来说锚贴钢板加固工艺流程: 钢板条制作→ 混凝土面和钢板面处理→ 配胶→ 涂胶→ 钻孔、打铆钉固定钢板→ 检验。
⒈钢板条制作。 根据锚贴钢板要求的规格和尺寸将钢板制作成钢板条, 并按铆钉铆接位置在钢板上钻孔。钢板条的制作要求基本平整, 如果制成钢箍时要求成型后的钢板箍比构件外包尺寸大 1~1.5mm。
⒉混凝土表面处理。 轻微凿掉混凝土松散层, 使混凝土表面大致平整, 然后用角向磨光机将与钢板粘结面相连的混凝土打磨平整, 并用钢丝刷将表面浮渣刷去, 粘贴钢板前用空压机将粘结面吹干净。对于混凝土表面凹陷过大的部位, 应用修补材料将表面处理平整。
⒊钢板表面处理。 将钢板用磨光机打磨至金属光泽,然后用粗砂轮片进行粗糙打磨, 打磨纹路与钢板受力方向垂直。
⒋配胶和涂胶。结构胶配制好后, 用抹刀涂在已处理好的混凝土面上, 厚度以 1~3mm 为宜, 中间厚两边薄,然后将钢板粘贴至预定的位置。
⒌钻孔、打铆钉固定钢板。钢板粘贴于预定位置后,应立即进行打铆钉孔、打入异形铆钉, 异形铆钉全部打入后, 通过铆钉对钢板拉伸作用, 保证钢板沿受力方向拉紧, 并将钢板牢固地铆接于加固构件上, 结构胶通过挤压从钢板边缘挤出。
⒌质量检验。钢板与建筑结构胶材料, 应该有相关材质证明书及产品合格证, 并对钢板、结构胶进行现场抽样检验。铆钉现场抽样, 在实验室作单个铆钉抗剪力试验, 单个铆钉抗剪力大于 40kN 为合格。
结论
总之,粘钢加固桥梁是一项技术性强、要求高、行之有效的桥梁加固补强方法,它施工周期短、进度快、不需要大型设备、不需要很大的作业空间、不中断交通节省投资,对通车工期要求严格的桥梁是一种行之有效的加固补强技术手段。
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道路桥梁的加固改造及管理?
道路桥梁的加固改造及管理是非常重要的桥梁加固工程,了解加固的初衷才能落实细节所在,每个环节的处理都非常关键。中达咨询就道路桥梁的加固改造及管理和大家说明一下。
随着我国社会经济和交通运输事业的快速发展,过去年代修建于各地城镇和各级公路上的桥梁,负担着十分沉重的交通荷载及繁重的交通量。当时社会发展较缓,缺乏前瞻和预见,桥梁投入运营使用之后,运营管理的长期滞后,管养制度建设和队伍建设长期被忽视,管养费用被挤占、挪用,运营车辆长期普遍超载和严重超载未得遏制,桥梁的技术状态未得到及时、细致的观测掌握。在寒冬酷暑、暴雨烈日、洪水冲刷、车船撞击的多年影响下,使得为数众多的农用、公路及城市桥梁,发生了各种大大小小的病害,如桥面破损、栏杆断裂、伸缩缝损坏、桥头跳车、梁板或拱体裂缝、砼剥落、钢筋钢索锈蚀、钢结构裂纹锈烂、墩台断裂位移、挡墙倾斜错位、锥坡下挫坍塌、墩台基底冲空、桥头路基冲塌、河床护底冲翻以及河道被冲刷严重变迁而危及桥头路基等,已经破坏了桥梁的正常良好状态。这种不良状态,除将大大缩短桥梁的使用寿命之外,有的已经威胁着过往人车的安全而成为危桥,成了政府、管理部门和人民群众关注、担心的大事。
一、桥梁病害成因
桥梁结构应具有足够的强度,以承受作用于其上的重力和附加力;结构各部必须具有足够的刚度,以使其在荷载作用下不产生过大的挠曲和变形;结构各部尺寸必须具有适当大小,以使其承受轴向压力时的构件不发生屈曲,丧失稳定性。同时结构也要具有较高的耐久性。由于作用荷载的随机性、材料强度的离散性、制造与施工质量的分散性、计算假定的近似性,致使在长期使用过程中桥梁结构产生病害,其具体原因如下桥梁加固工程:
1.原设计荷载偏低,交通发展后车辆荷载增大,桥梁因承载能力不足而产生病害。
2.结构设计中存在缺陷,如采用桥型结构不当、设计假定不尽合理。
3.桥梁施工质量差,未按设计要求和施工规程实施。
4.不重视桥梁后期养护工作,没有及时消除己产生的病害。
5.洪水等自然灾害使桥梁产生损坏。
6.地质条件差,如滑坡、软基等导致桥梁产生病害。
二、桥梁加固的一般流程
在桥梁结构发生病害后,需要采取措施进行加固维修或者更换。桥梁加固工程一般应遵循以下工作程序:
结构可靠性鉴定—加固方案确定一加固设计一施工组织设计一施工一验收。
结构可靠性鉴定,主要是对病害结构的病情诊断。加固方案好比处方,加固设计是现行规范及有关标准对加固方案的深化过程。加固施工是对被加固结构按加固设计进行加固的施工过程,对于大型结构加固,为确保质量和安全,施工前应编制施工组织设计。
三、桥梁加固增强技术
桥梁的增强改造可以分为裂缝修补和对桥梁结构的加固增强,下面介绍其特点及其适用的场合。
(一)裂缝修补技术
裂缝修补的目的在于恢复结构物的防水性和耐久性,主要技术有:
1.表面处理法,在微裂缝的表面涂抹填料及防水材料,以提高其防水性和耐久性。对于宽度发生变化的裂缝,要设法使用有伸缩性的材料。
2.注浆法,在裂缝中注入树脂或水泥类材料,以提高其防水性及耐久性。主要注浆材料是环氧树脂,多采用低压低速注入法。环氧树脂注入法与钢钉并用,可以增强裂缝部位的整体性,是一种防止裂缝继续发展的好办法。
3.充填法,这是一种适合于修补较宽裂缝的方法。具体做法是沿裂缝凿一条深槽,然后在槽内嵌补各种粘结材料,如水泥砂浆、环氧砂浆、膨胀水泥砂浆、环氧树脂硅、沥青及各种化学补强剂等。
4.表面喷涂法,喷浆修补是一种在经凿毛处理的裂缝表面,喷射一层密实而且粘度高的水泥砂浆保护层,来封闭裂缝的修补方法。喷浆前,需要把结构表面的剥离部分除去,再用水冲洗清洁,并在开始喷浆之前把基层湿润,然后再开始喷浆。
5.粘结钢板封闭法,当钢筋砼构件产生主拉应力裂缝时,可对裂缝先进行处理之后,再在裂缝处粘结钢板,并用膨胀螺栓对钢板加压。钢板粘结方向应和裂缝方向垂直。
(二)桥梁加固增强技术
1、桥梁上部结构加固技术
(1)桥面补强层加固法
在梁顶上加铺一层钢筋混凝土层,一般先凿除桥梁面,使其与原有主梁形成整体,达到增大主梁有效高度、改善桥梁荷载横向分布能力,从而达到提高桥梁的承载能力的目的。
(2)增大截面和配筋加固法
当梁的强度、刚度、稳定性和抗裂性能不足时,通常采用增大构件截面、增大配筋、提高配筋率的加固方法,这种方法是在梁底面或侧面加大尺寸、增配主筋、提高梁的有效高度和抗弯强度,从而提高桥梁的承载力。该法广泛应用于桥梁及拱桥拱肋的加固。
(3)锚喷砼加固法
借助高速喷射机械,将新砼混合料连续地喷射到已锚固好钢筋网的受喷面上,凝结硬化面形成钢筋混凝土,从而增大桥梁的受力断面和补强钢筋,加强结构的整体性,使其能承受更大的外荷载作用。
(4)粘贴钢板加固法
当交通量增加,主梁出现承载力不足或出现严重腐蚀的情况时,梁板桥的主梁会出现严重的横向裂缝。采用粘结剂及锚栓,将钢板粘贴锚固在混凝土结构的受拉缘或薄弱部位,使其与结构形成整体,以钢板代替增设的补强钢筋,达到提高梁的承载力的目的。这种加固方法的特点是:
①需要破坏被加固的原结构尺寸;
②工艺简单,施工质量较容易控制;
③施工工期短。
(5)增设纵梁加固法
在墩台地基安全性能好,并具有足够承载力的情况下,可采用增设承载力高和刚度大的新纵梁,新梁与旧梁相连接,共同受力。由于荷载在新增主梁后的桥梁结构中重新分布,使原有梁中所受荷载得以减少,由此使加固后的桥梁承载力和刚度得到提高。当增设的纵梁位于主梁的一侧或者两侧时,则兼有加宽作用。
为保证新旧砼能够共同作用,必须注意做好新旧梁之间的横向连接。
(6)拱圈增设套拱加固法
在原主拱圈腹面下增设一层新拱圈,即紧贴原拱圈底面上,浇注或锚喷混凝土新拱圈,外形上就像是在原拱圈下套做了一个新拱圈。
2、桥梁下部结构加固技术
(1)扩大基础加固法
此法适用于基础承载力不足或埋深太浅,而墩台又是砖石或砼刚性实体式基础时的情况。扩大基础底面积应由地基强度验算确定。
(2)增补桩基加固法
当桥梁墩台基底下有软卧层时,墩台发生沉陷;对此采用增补桩基加固法是一种常用而且有效的方法。这种方法是:在桩式基础的周围补加钻孔桩等,以此提高基础的承载力,增强基础的稳定性。
(3)钢筋砼套箍或护套加固法
当桥梁墩台由于基础埋深不够,或因施工质量控制不严等原因,导致墩台开裂时,有时会出现贯通裂缝,可采用钢筋砼围带或钢箍进行加固。
(4)桥台新建辅助挡土墙加固法
由于桥台台背水平土压力过大,引起桥台倾斜,应在台背之后加建一挡墙,以抵御过大的土压力。
(5)墩台拓宽加固法
利用桥梁基础,靠墩台盖梁挑出悬臂加宽部分,以便安装的上部结构。此种情况为只加宽墩台上部的盖梁,墩台身和基础则不需予以加固。
(三)桥梁结构加固新技术——锚喷
随着施喷机具的发展以及速凝剂的采用,人们把喷射硷与锚杆、钢筋网等配合起来使用,促进了锚喷技术的完善。实践证明,锚喷技术完全可以应用于桥梁上部结构的加固增强。喷射硅的性能喷射硅在工艺材料及结构等方面与普通现浇硅相比有许多优点。施工中需加入速凝剂,因而又具有快凝、早期强度高的特点;锚喷技术不用或只用侧向模板,其运输、浇注、捣固合并为一道工序、设备简单、占地面积小、施工机械化程度高、速度快、效率高、节省劳动力;可设计性强,即按照加固整治的实际需要可在拱腹下施喷形成各种结构类型;不中断交通。
四、公路桥梁的管理
加强公路桥梁的管理并进行维修和加固,使其处于正常的工作状态,充分发挥桥梁的作用,是公路管理部门的一项主要任务。对于桥梁的超限运输管理工作具有工期短、要求高、工程量较小、前期工作量大等特点,公路超限运输一般是为国家或省的重点建设工程服务,我们的初步经验是:
①对于经常过大件的路段,应对改路段上的大小桥梁进行重点检查和管理,收集原始档案材料,掌握其动态,针对其技术和承受能力编制相应的加固处理方案,需要报批的及时按程序报批;
②在施工中针对其技术严格按照业主已批准的加固方案进行施工,注意抓重点、制约工程:
③重视加固工程的原始资料的收集和整理工作,为今后的加固工程积累经验;
④充分调动基层单位的积极性,正确处理责、权、利的关系。公路桥梁的维修加固同样属于桥梁工程,不能重建轻养,桥梁的加固比新建还难,因为桥梁的维修加固,没有现成的规范,更没有可供使用的标准图,桥梁的病害又错综复杂,病害原因难以确定。因此应充分重视公路桥梁的管理工作,加大资金投入,使其保持良好的工作状态,确保公路运输的安全。
桥梁工程的同行们在铁路、城建、公路系统从事着桥梁、水文、建筑和其它土木工程的养护维修、科研、试验、检定、大修加固、施工、设计以及建设管理工作中总结经验,已积累了丰富的实践经验。希望同行们对为数众多的病桥、危桥有所分析和研究,并实施加固设计和施工,对为人们工作的超期服役的桥梁,实行“救死扶伤”,让中国传统文化中的有德之物——桥梁,健康地继续为人们工作和造福。
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桥梁加固常用方法机理和计算理论?
1、前言
随着岁月的流逝,任何一座“新”建的桥梁经过若干年大自然的侵蚀和使用,终将成为一座“旧”桥;桥梁的加固与维修同重建新桥相比具有更高的经济效益,对桥梁的加固以及如何提高其承载力问题的研究试验与推广,已经引起世界性的关注。桥梁的加固利用和改造是一个永久性的技术课题,已成为桥梁工程建设中既古老、又年轻的新兴学科,是一项既综合繁杂,又在不断发展创新、逐步完善的技术;也是桥梁建设可持续发展的一个重要组成部分和关键技术之一。
近年来,桥梁加固工程越来越多,但目前桥梁加固的设计计算理论还不够成熟和完善,至今未有专门的桥梁加固规范。
2、桥梁加固常用方法和计算理论
2.1改变受力体系加固法
2.1.1 改变受力体系加固机理
改变结构的受力体系能大幅度减小计算弯矩,提高结构构件的承载力,达到加强原结构的目的。包括在梁的中间部位增设支点,增设托梁(架),拆除墩柱(简称托梁拔柱),将多跨简支梁变为连续梁等方法。
如当有大件车辆通过桥梁时,为避免短期的过载给桥梁造成永久的损伤,可用增设支点的方法加固。
按增设支点的支撑刚度,改变受力体系可分为刚性支点和弹性支点两种;按支撑时的受力情况,可分为预应力支撑和非预应力支撑。所谓刚性支点,是指增设的支撑件刚度较大,以致被加固结构构件的新支点在外荷载的作用下,竖向位移小到可以忽略;有时尽管新支座由较大的竖向位移,但由于在外荷载作用下,原结构支座也同样有变位,新旧支座的相对位移很小,这种新支点也属于刚性支点。所谓预应力撑杆,是指在施工时,对支撑杆件施加预压应力,使其对被加固的结构构件施加预顶力,它不仅可保证支撑杆件良好的参加工作,而且调节被加固结构构件的内力。
2.1.2 改变受力体系加固计算
改变受力体系加固法的一般计算步骤如下:
(1)计算并绘制加固时原构件在剩余的那部分荷载作用下的内力图;
(2)若施加预顶力,根据所设时的加固后的内力图,确定预顶力的大小,按原结构的计算绘制在支点预顶力作用下梁的内力图;
(3)按加固后的计算简图,计算并绘制在新增荷载及加固时卸除荷载作用下的内力图;
(4)将上述三项内力迭加,绘制梁各截面的内力包络图;
(5)计算梁各截面的实际承载力,并绘制梁的材料图;
(6)调节预顶力值,使梁的内力图小于梁的材料图;
(7)根据支点的最大支承反力,设计支撑构件,其多为轴心受力构件,可按钢筋混凝土规范与钢结构规范进行设计;
(8)计算预应力撑杆的顶撑控制量。
当用纵向压缩法对预应力撑杆系统施加预升力时,其预升量
ΔL=Lε+a(2-1)
式中,L—撑杆长度;εa —撑杆端部与被加固构件混凝土间的压缩量,可取2~4mm。—撑杆在预应力作用下引起的应变;
2.2增大截面加固法
2.2.1增大截面加固机理及适用范围
增大截面加固法通常称为外包混凝土加固法,它是增大构件的截面和配筋率,用以提高构件的强度、刚度、稳定性和抗裂性,也可用来修补裂缝等,梁式桥和拱式桥等桥梁均可采用该方法加固。
根据被加固构件的受力特点和加固目的要求、构件部位与尺寸、施工方便等可设计为单侧、双侧或三侧加固,以及四周外包加固。根据不同的加固目的和要求,又可分为加大截面为主加固和加配钢筋为主加固,或者两者同时采用的加固。加大截面为主的加固,为了保证补加的混凝土正常工作,亦需适当配置构造钢筋。加配钢筋为主的加固,为了保证配筋的正常工作,需按钢筋的间距和保护层等构造要求决定适当增大截面尺寸。加固中应将新旧钢筋焊接,或用锚杆联结补强钢筋和原构件,同时将旧混凝土表面凿毛清洗干净,确保新旧混凝土良好结合。
增大截面加固法使用普通混凝土,强度等级不低于C20,当加固层较薄,钢筋较密时,可用细石子混凝土,在条件许可的情况下亦可采用钢纤维混凝土加固,配置的钢材除普通混凝土外还可采用型钢和钢板等。
增大截面加固法的缺点是现场湿作业工作量大,养护期较长,并对结构外观和净空有一定的影响。
2.2.2增大截面加固计算
采用增大截面加固桥梁,其承载力计算受到原构件应力应变的影响,不能简单地作为整体截面用有关公式计算。在加固计算中,首先应确定加固前构件的实际应力应变水平,并考虑新混凝土与原结构协同工作的程度,然后进行合理的计算。
2.2.2.1 受弯构件加固计算要点
受弯构件外包混凝土加固设计,应根据现场结构的实际情况,分别采用受压区或受拉区两种不同的加固形式。
(1)受压区外包混凝土加固
一般用刚架拱、桁架拱等拱桥的斜腿、斜撑或弦杆的加固。采用受压区加固的受弯构件,其承载力、抗裂度、钢筋应力、裂缝宽度及变形计算和演算可按现行国家标准《混凝土结构设计规范》(GB J10-89)中关于叠合构件的规定进行。
实验研究表明,在相同弯矩作用下,二次受力叠合梁的受拉筋应力、挠度和曲率都比相同截面和配筋的一次受力整浇梁的相应值大得多。其次,二次受力叠合梁在第一次受力时是由叠合前的原混凝土承受压力。而在二次受力时,主要由后浇混凝土承受压力。这使后浇混凝土受压应变比相应整浇梁小,因此,加固计算必须考虑叠合梁二次受力的特点进行较复杂的计算。
(2)受拉区外包混凝土加固
受拉区外包混凝土加固方法,一般用于梁式桥跨中部位、拱式桥的拱顶底面和拱脚顶面等受拉区。
对于在受拉区采用外包混凝土,增加钢筋加固的受弯构件,其截面受力可按规范中一般受弯构件的规定计算。但应考虑以下不同点:
①新加部分承载力应乘以共同工作系数ψ进行折减,对于正弯矩截面受弯构件ψ=0.9;对于斜截面受剪构件ψ=0.7~0.9;
②加固结构截面受压区高度与一般受弯构件是不同的;
③当新加钢筋与原钢筋相距较远时,受拉区混凝土可能会出现较大裂缝,应采取适当措施,满足使用要求。
2.2.2.2 偏心受压构件加固计算要点
当用外包混凝土法加固钢筋混凝土偏心受压构件时,应按整体截面以现行国家标准中有关公式进行其正截面承载力计算。其中,新增混凝土和纵向钢筋的强度设计值应按下列规定予以折减。
(1) 受压区新增混凝土和纵向钢筋的抗压强度设计值乘以0.9的系数;
(2) 受拉区新增纵向钢筋的抗拉强度设计值乘以0.9的系数。
2.2.2.3 增大截面加固加固计算
在浇筑叠合层之前,构件上作用有弯矩M1,截面上的应力如图b所示,称为第一阶段受力。待叠合层中。
的混凝土达到设计强度后,构件进入整体工作阶段,新增荷载在构件上产生的弯矩为M2,由叠合构件的全高h承担,截面应力如图c,称为第二阶段受力,在总弯矩Mz=M1+M2的作用下,截面应力如图d所示。
2.3碳纤维布加固法
2.3.1碳纤维布加固机理
工程材料的进步及新材料的出现历来是土木结构工程发展的先驱和动力。碳纤维材料的出现和成功应用于土木工程的加固和补强上,使土木工程加固技术研究更上一个台阶。碳纤维是一种新型材料,因其质轻、耐腐蚀、片材很薄、抗拉强度高而被广泛应用。碳纤维布(片)加固法亦被视为梁式桥加固补强、提高承载能力,尤其是当高度受限制时的首选加固方法,其施工工艺也很简单。
2.3.2碳纤维布加固法受力分析与设计计算
2.3.2.1 加固受力特点分析
(1)与传统的其它加固方法相比,采用碳纤维布加固桥梁能最小程度的改变原有结构的应力分布,保证在设计荷载范围内与原结构共同受力;
(2)将抗拉性能优良的碳纤维布用粘结材料粘贴到梁体底面或箱梁内壁上,使其与原结构一起参与受力,即碳纤维布可以与原结构内布置的钢筋共同承受拉力,以提高桥梁的承载能力;
(3)沿桥梁的主拉应力方向(或与裂缝正交方向)粘贴碳纤维布,两端分别设置锚固端;据此可约束混凝土表面裂缝、防止裂缝再扩展,从而达到提高构件抗弯刚度、减少构件挠度、改善梁体受力状态的目的;
(4)目前可用于桥梁结构加固用的碳纤维布、单向碳纤维交织布、双向碳纤维交织布及单向碳纤维层压材料等,可根据不同的结构部位和受力特点与方向等,选择相应的碳纤维布进行加固;
(5)碳纤维布加固混凝土构件,在提高其受弯承载力的同时还可能影响受弯构件的破坏形态。当碳纤维布用量过多时,构件的破坏形态将由碳纤维被拉断引起的破坏转变为混凝土被突然压碎破坏。与此同时,由于碳纤维为完全弹性材料,它与钢筋的共同工作会减弱钢筋塑性性能对构件延性的影响。碳纤维布用量过多,构件的延性将有所降低。因此,碳纤维布用于钢筋混凝土梁式桥加固补强时,应根据实际情况合理使用;
(6)由于碳纤维布加固后在最后破坏时的突然性(拉断或剥离等脆性破坏),其承载力极限状态不能按普通钢筋混凝土的定义,一般应按碳纤维抗拉强度的2/3进行抗弯承载力计算;
(7)试验研究证实,碳纤维布能够提高混凝土梁抗剪承载力,其作用机理与箍筋类似,同时还能明显改善构件的变形性能,增强构件的变形能力;
(8)碳纤维布与混凝土基层界面,可分为两个界面区,即混凝土层与粘结树脂界面区、粘结树脂与碳纤维布界面区。粘结性能的本质是接触面间的相互作用,宏观上表现为液态聚合物浸润表面后形成的机械锁结,微观上表现为分子扩散后相互缠结作用,或化学键作用,或静电吸引作用,或其复合作用。
2.3.2.2 碳纤维布加固计算要点
(1)采用碳纤维布加固桥梁,目前一般的计算方法是将碳纤维布按照一定的标准(例如强度或容许应力)近似换算成一定用量的钢筋,然后按照传统的钢筋混凝土受力分析模型进行理论分析。虽然是近似计算方法,但理论分析结果与实验数据吻合得很好,因此在一般情况下是适用的。
(2)碳纤维布加固用量,可按式(2-3)估算。
Acf=As(Ry/Rcf) (2-3)
式中,Acf ——碳纤维布用量(面积);As——为抵抗不足弯矩所需的钢筋面积;Ry——钢筋的抗拉设计强度;
Rcf ——碳纤维布抗拉设计强度。
(3)除按上式估算的碳纤维布加固用量(面积)外,还必须考虑必要的锚固长度和搭接长度所需面积,以及必要的边、角废料等裁减损耗等。
2.3.2.3 碳纤维布加固桥梁特点
(1)不增加恒载及断面尺寸
碳纤维布的自重仅为200~300g/m2,设计厚度为0.111~0.167mm,加上环氧树脂系列的粘结材料的自重也很轻,对整个结构重量及桥下净空的影响很小,可忽略不计。同时,碳纤维布可以多层粘结。根据加固的要求,碳纤维布可以在一个部位重叠粘贴,充分满足加固的要求。这一优点是传统加固补强方式所难以比拟的。
(2)可适应不同构件形状,成型很方便
斜、弯、坡及异型结构的补强,采用传统的方法,施工难度大。采用碳纤维布补强法,因碳纤维布的随型性极强的特点,可以随结构外形变化任意施工,从而降低施工难度,减少施工成本,缩短施工工期,产生极大的社会及经济效益。
(3)施工简便
特别是当箱梁内部的作业空间受到限制时,碳纤维布加固法是可选择的一种方法。该法工艺简便,无需大型设备、模板、夹具及支撑,操作起来简单易行,因而施工所需工作面小,在作业空间受限制时,该优点是其它加固方法无法比拟的。
(4)采用碳纤维布加固补强,对原结构不产生新的损伤
碳纤维布加固补强系采用环氧树脂系列的粘结材料进行粘贴,不需要设置锚固螺栓及开凿混凝土等,因而不会对已经损伤的结构产生新的破坏,更可避免钻孔时与结构内原有钢筋和预应力索发生冲突而引起新的问题。
(5)能有效地封闭混凝土的裂缝
碳纤维布(片)粘贴在混凝土的表面,不仅封闭了混凝土的裂缝,其高强高模量的特性还约束了混凝土结构裂缝的产生和扩展,改变了裂缝的形态,使宽而深的裂缝变成分散的细微的裂缝,从而提高了混凝土构件的整体刚度。
(6)碳纤维布(片)具有良好的耐化学腐蚀性
碳纤维布(片)一种复合材料,几乎无腐蚀性和磁性,具有良好的耐热性,不仅能经得起水泥碱性的侵蚀,而且当应用于经常受盐害侵蚀等腐蚀性环境时,其寿命也较长。因而碳纤维布加固法,在不利环境下较其它方法更显出其优越性。
(7)不影响结构的外观
碳纤维布(片)的厚度很薄,粘贴固化后其表面还可以涂刷一层与原结构外观颜色一致的涂料,而不影响结构的外观。
2.4粘贴钢板加固法
2.4.1粘贴钢板法加固机理
贴钢法加固桥梁一般采用环氧树脂或建筑结构胶将钢板、钢筋或玻璃钢等抗拉强度较高的材料粘贴在钢筋混凝土受弯构件表面,使之与结构物形成整体,从而取得提高构件的抗弯能力,以及减少裂缝扩展的效果。该加固方法具有施工简便,粘钢所占空间小,不减少桥梁净空,加固施工周期短,消耗材料少,粘钢加固部位、范围与强度可视设计构造需要灵活设置,并可在不影响或少影响交通的情况下施工。所以,贴钢法是常用的加固方法。
2.4.2粘贴钢板法计算理论
2.4.2.1 受弯构件的计算
受弯构件截面强度不足时在受拉区加固,可采取在受拉区表面粘贴钢板的方法,如图3。此时,按截面受弯承载力计算,可按照现行国家标准《混凝土结构设计规范》规定进行,其受压区高度和截面受弯承载力。
式中,fy0 —原结构纵向钢筋抗拉强度设计值;As0—原结构纵向受拉钢筋截面面积;fay—加固钢板抗拉强度设计值;Aa—加固钢板截面面积;—原结构纵向受压钢筋抗拉强度设计值;A’so—原结构纵向受压钢筋截面面积;fcm0—原结构混凝土弯曲抗压强度设计值;X—混凝土受压区高度;b0—原构件的宽度;h0—原构件的有效高度;—原构件的受压区保护层厚度;0.9—考虑加固钢板的应力滞后、以及撕脱力影响等强度折减系数。
2.4.2.2 钢板锚固长度计算
(1) 受拉钢板在其加固点外的锚固粘结长度L1 ,按式(2-6)确定。
L1≥2fayta/fcv (2-6)
式中,Ta—受拉加固钢板厚度; fcv—被粘混凝土抗剪强度设计值。
公式中数值2为锚固区剪应力分布不均匀系数,近似按三角形考虑。
(2) 若钢板粘结长度无法满足上述要求,可在钢板的端部锚固区粘结U型箍板,
此时,锚固区的长度应满足下列规定:
当fvb1≤2fcvLu时
f≤0.5f(2-7)cvb1L1+0.7nfvbbb1 ayAa
当fvb12fcvLu时
f ayAa≤(0.5b1L1+ nbuLu) fcv (2-8)
式中,n—每端箍板数量; bu—箍板宽度;Lu—箍板单肢的梁侧混凝土的粘结长度;fv—钢与钢粘结抗剪强度设计值。
2.4.2.3 斜截面粘结钢板加固计算
当构件斜截面受剪承载力不足时,按下图所示方法粘结并联U型箍板进行加固。
如图5,此时斜截面受剪承载力
V≤Vo+2fayAalLu /S (2-9)
同时,必须满足以下条件:
L≥(2-10) 1.5 u /S
式中,V—斜截面剪力设计值; V0—原构件斜截面受剪承载力设计值;Aal—单肢箍板截面面积; S—箍板轴线间距。
2.5锚喷混凝土加固法
2.5.1锚喷混凝土的定义
“锚喷混凝土”实际上由两部分组成,首先是将锚杆锚入拟补强部位结构内,挂设补强钢筋网,然后再喷射一定厚度的混凝土,形成与原来结构共同承受外载作用的组合结构。所以,锚喷混凝土是借助喷射机械,利用压缩空气将新混凝土混合料,通过管道高速喷射到已锚固好钢筋网的受喷面上,待其凝结硬化形成一种钢筋混凝土。
锚喷混凝土不需振捣,而是在高速喷射时,由水泥与骨料的反复连续撞击而使混凝土压密,同时又可采用较小的水灰比(常为0.4~0.45),使其与混凝土、砖石、钢材产生较高的粘结强度,所以新旧混凝土结合面上能够传递拉应力和剪应力。
2.5.2锚喷混凝土加固机理
锚喷混凝土加固桥梁的方法是“新奥法”隧道施工法在桥梁加固中的应用,其加固桥梁的原理就是通过新增加混凝土与受力钢筋和原结构紧密结合,组成“锚喷混凝土(内含补强钢筋网)—锚杆—原结构”的整体组合结构。通过锚喷加固层与原结构紧密粘结在一起,既阻止了原结构由于裂缝等原因造成的局部应力集中病害,又恢复了原结构变形的协调性,使其能够承受更大的外荷载。
2.5.3 锚喷混凝土加固设计原则
根据加固原理,锚喷混凝土加固桥梁实际上仍是加大构件截面加固法。所以,加固设计原则仍按加大构件截面的方法进行内力计算。其设计原则为:
(1)恒载内力(包括新喷射的混凝土)按原构件的截面模量进行计算,即新喷的混凝土恒载仍作用于原构件上;
(2)活载内力用加大后的组合体截面模量计算内力,即新旧混凝土作为一个整体计算,对不同的混凝土标号和新增的补强钢筋按其弹性模量进行截面换算;
(3)仍按弹性理论进行计算;
(4)强度验算按照喷射截面占原截面的比率,考虑是否按组合截面进行有关验算;
(5)进行加固设计前,应弄清桥梁的原始情况以及病害原因,对桥梁的基本承载能力作出评价;
(6)采用的喷射混凝土与钢筋的强度等级,不应低于原结构的强度等级。对于结合截面处两种不同强度等级的混凝土共同作用时,应以较低强度等级作为计算标准来进行换算。
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公路建设中的桥梁加固施工?
公路建设中桥梁加固工程的桥梁加固施工是非常重要桥梁加固工程的,施工的初衷就是要清楚的桥梁加固工程了解加固的作用,每个细节都要落实才能达到预期效果。中达咨询就公路建设中的桥梁加固施工和大家说明一下。
随着交通运输量大幅度提高,行车密度及车辆载重越来越大,跨河桥梁和高架桥梁在交通工程中的重要性与日俱增。我们发现桥梁的混凝土开裂、剥落、衰变及钢筋的锈蚀(管道灌浆不饱满普遍存在)对桥梁的损害问题非常严重,已需要大量的资金和技术来维护或改建,已成为迫切需要解决的问题。伴随着桥梁数量的增多,我国危桥、险桥的数量也在急剧的增多,有相当多的桥梁已经到了非加固不可的地步了,研究总结桥梁工程的加固技术,确保加固质量与施工过程的安全,对于桥梁加固工程施工具有普遍的指导意义。
一、现状分析
(一)加固桥梁工程由于受原有结构的影响,施工设施、作业环境、作业空间均受到限制,如梁体内所有的施工物资设备均需人工搬进搬出,机械设备基本无法使用,安全状态更加不宜控制。
(二)加固部分与原有结构共同作用,因此不仅要保证加固部分的施工质量,还要同时保证原有结构不被破坏。
(三)腹板加固为加固工程的关键施工工序,腹板加固采用在原来箱梁内侧加浇20cm厚的混凝土,并在加固腹板内施加竖向预应力。竖向预应力采用直径为25mm的冷拉级ⅳ钢筋,标准强度rby=750mpa,张拉控制力331kn,采用无粘结方式、轧丝锚体系。
二、施工前的准备
(一)电力线路。在箱内铺设380v动力线路一条,220v照明线路一条,且每4m设照明灯一盏,每16m设简易活动配电盘一个(插座若干)。照明及动力线路均采用膨胀螺栓固定在梁体顶板下缘(桥中心处),防止地面潮湿漏电。
(二)疏通,清理桥梁加固工程:疏通原箱内通风孔及泄水孔,不通处采用钻机成孔或人工凿通保持箱内与箱外正常通风,箱内不产生积水。清除箱内混凝土残渣及其它杂物。
(三)通风,在箱内安装4台排风设施,保持箱内空气流通,正常换气,使箱内作业人员有一个良好的工作环境。
(四)通道,在0号、5号墩t梁侧拼装3m×21m×15m进人进料支架。
(五)设施:梁体外侧需安装施工吊兰五只。
三、施工方案
(一)裂纹修补
首先对大于0.02mm的裂纹进行标识,沿裂纹方向切“v”型槽,宽2cm,深1cm.埋设压浆咀,强度达到要求后,压注环氧树脂。待环氧树脂凝固后,去除环氧胶泥,抽检压浆饱满情况。
(二)施工放样
1.因本加固工程为在既有结构物上进行加固,考虑施工中的误差,为保证不损伤原主梁预应力筋,且达到加固效果,施工放样宜采取相对平面控制为主。
2.根据原主梁悬浇施工的特点:梁体的外轮廓尺寸、预应力束定位、钢筋及预埋件位置均以与底板底面相对位置控制,故本加固工程以原各施节段前端底板底面分中点连线为桥中心控制线。
3.本桥里程控制点以5号墩中心为基准点,传至0号墩中心闭合平差后作为全桥相对里程控制点(在允许闭合差内方可作为放样依据)。
4.腹板扦钉孔高程控制按设计图要求控制与主梁顶板底面倒角处相对尺寸。
5.横隔梁水平孔放样时横桥向尺寸以实测桥中线尺寸为基准放样,高程以梁体顶桥底面为基准面控制相对位置,辅以至梁底板底面距离校核(确认避开横梁内预应力束)。
(三)钻孔
1.腹板加固φ27mm扦钉孔采用冲击钻电锤成孔,钻头直径为φ27mm。全桥共计钻φ27孔43262个。设计钻孔深度15cm,考虑到钻头锥度,成孔时钻尖深度应不小于15.5cm。钻孔时采取措施控制深度,不得损伤预应力筋。待孔内干燥后,植入φ16mm“l”型扦钉,用环氧胶泥填充密实。
2.竖向预应力孔施钻避碰原有预应力措施:竖向预应力筋孔(φ40mm)、混凝土灌注孔(φ82mm)、振捣孔(φ56mm)均采用130型金刚取芯机成孔,钻头直径分别为φ40mm、φ82mm、φ56mm。全桥腹板加固共需钻φ40m孔1840个,φ56mm孔432个,φ82mm孔392个,原结构主梁为三向预应力体系,预应力束(筋)布置较密,钻孔均在预应力束间隙内进行,即使放样施工位置准确,原桥本身预应力安装也存在偏差。特别是在墩中心0号块内纵向预应力束中心距为200mm,原预应力束采用φ外85mm波纹管,φ82mm混凝土灌注孔与原预应力束理论间隙仅16mm,对放样及施工要求尤为严格。因此在钻孔过程中根据实际情况进行调整显得极为重要。
因主梁原预应力束过于密集,要求钻孔精度很高,为保证钻孔时不钻断预应力束,钻孔均采用熟练工人操作,正式开钻前先组织工人试钻,并给工人讲解原预应力束的位置,做到心中有数。同时加强工人对钻机性能知识的培训,加强工人对钻机定位方法的培训,加强工人对钻机给尺进尺的培训。
钻孔时当钻机钻深在9-23cm时应注意力集中,注意手感和听觉,发现卡钻或钻机晃动时,及时停机察明原因桥梁加固工程;应及时取芯观测钻孔的实际情况。
孔位调整:根据已钻孔位的具体情况,及时调整相邻钻孔孔位的位置,从而准确判断梁体内预应力的实际位置,在现场施工中应用效果较好。
钻孔顺序:为上下游交错进行。
(四)新老混凝土结合措施
1.在原有结构上加浇新混凝土,如何保证结合面的传力是关键,为此采用新老混凝土结合面凿毛,且每隔一定距离植扦钉的方法。
2.为保证后浇混与原腹板很好地结合,以达到共同受力,原腹板内侧及加厚腹板范围内的上下倒角混面要凿毛,凿毛时须首先去除有碍新老混凝土结合的杂物,凿除裂缝压浆时封闭的表面环氧胶泥,拆除压浆咀,剥除封闭胶带,最后对原混凝土面进行凿毛,凿毛率要求达到95%。灌注前应将结合面上灰尘及杂质清理干净,并用水冲洗风干。
3.加强新老混凝土结合的另一措施是植扦钉,腹板上布置有梅花型扦钉,间距约为30cm,扦钉为l型;与外侧箍筋焊连,上下倒角布置扦钉,间距约为20cm,扦钉为直筋,要求与外侧箍筋焊连;加固腹板端部布置扦钉间距为20cm,扦钉为l型,要求与加固腹板外侧水平筋焊连。扦钉采用φ16mm钢筋弯制,植入所钻φ27mm的扦钉中,植入深度为15cm,用环氧胶泥锚固。
(五)混凝土的浇注及养生
模板采用新制钢模板,宽60cm,最大高度不超过200cm,以便于人工搬动,安装检查合格后方可进行混凝土的浇注。腹板加固采用50#微膨胀混凝土,混凝土配合比由试验室根据设计要求和施工需要进行配制,混凝土入模陷度控制在12cm~14cm,初凝时间为10h,掺微膨胀水泥以补偿混凝土的收缩,防止产生收缩裂纹。
由于腹板加厚部分除顶板下灰孔及振捣孔外全封闭,混凝土入模全部靠人工从56mm下灰孔中捣入。混凝土连续养护14天,混凝土开始灌注时应采取封桥措施禁止一切车辆通行
(六)张拉
梁体内外侧的裂纹全部修补压浆完毕后,方可进行张拉作业,腹板加固竖向预应力为φ25mm冷拉iv级无粘结钢筋,端锚固在梁底板底面,上端锚固在梁顶板顶面。
(七)封锚按设计要求在竖向预应力筋张拉完毕后应用环氧胶泥混凝土对底板底面轧丝锚头进行封锚。
四、安全与质量
(一)箱内工作照明充足,通风设施良好。
(二)箱内电线路多,箱内潮湿,必须加强用电安全管理,确保用电安全,高压电器均设警示牌。
(三)不得随意从底板泄水孔向外倾倒退混凝土渣及杂物等,箱内杂物及时清理干净。
(四)钻孔作业时主梁底板顶面易产生积水,应有预先在锯齿块间低凹处钻小直径排水孔等措施预防积水。
(五)腹板加固期间,主桥两端应设专人指挥交通,严格控制车载不大于20t,车速不大于10km/h,车距不小于20m,超载车辆严禁上桥。腹板裂缝压浆期间全桥进行交通管制:只允许单辆车在主桥桥面通行,车载不大于20t,车速小于10km/h。
(六)每套施工吊篮桥面支架上应设信号旗、红灯等警示标志,禁止一切车辆碰撞,确保吊篮安全。施工吊篮安装完毕经检查验收后方可使用,使用期间各受力部位应定期检查。
(七)由于下方为海河航道,每天有大量渔船从下面经过,因此严禁杂物等往河下抛掷。
桥梁加固作业中,我们克服了放线难度大、精度差的问题,钻孔过程中保证了原有预应力体系的完好,混凝土振捣密实,顶部浇注饱满,按计划完成了加固任务。
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