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桥梁加固常用方法机理和计算理论?
1、前言
随着岁月桥梁加固工程的流逝桥梁加固工程,任何一座“新”建的桥梁经过若干年大自然的侵蚀和使用桥梁加固工程,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桥梁加固工程:
(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,为桥梁加固工程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的,施工的初衷就是要清楚的了解加固的作用,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;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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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,部分桥梁的初始设计承重已经无法满足交通运输的要求,而且桥梁加固工程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桥梁加固工程:
1)利用新的结构代替原有结构的抗力不足桥梁加固工程;
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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