粘貼鋼板法在先張預(yù)應(yīng)力空心板梁維修加固中的應(yīng)用

裴旺

【摘要】對先張預(yù)應(yīng)力空心板梁梁端底板橫向開裂病害的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了分析，提出了采用粘貼鋼板法進(jìn)行加固，并取得不錯的加固效果。

【關(guān)鍵詞】先張預(yù)應(yīng)力空心板梁 維修加固 粘貼鋼板法

1 前言

隨著交通事業(yè)的飛速發(fā)展，橋梁作為交通樞紐，發(fā)揮著越來越重要的作用，己成為地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的紐帶。特別是近幾十年來，我國興建了很多各種類型的公路橋梁、鐵路橋梁、鐵路公路兩用橋梁、城市橋梁及立交橋等。

板梁橋由于具有梁體高度小、施工方便快捷、運(yùn)輸?shù)跹b安全、穩(wěn)定性好、工期短、造價低等諸多優(yōu)點(diǎn)，簡支板梁結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于我市城市和公路中小跨徑的橋梁中，為了節(jié)省材料降低自重，通常采用空心板梁型式。由于結(jié)構(gòu)本身和外部環(huán)境等因素，這類橋梁運(yùn)營過程中出現(xiàn)了不少影響橋梁結(jié)構(gòu)安全的病害，主要表現(xiàn)形式為單梁受力和板底橫向開裂。

自2003年以來，天津市發(fā)現(xiàn)高速公路部分先張預(yù)應(yīng)力橋梁均存在不同程度的梁端底板開裂現(xiàn)象。預(yù)應(yīng)力板梁開裂對橋梁的承載力有直接而嚴(yán)重的影響，為橋梁的安全運(yùn)營留下了巨大的隱患。

2 病害規(guī)律及原因分析

（1）病害規(guī)律

根據(jù)調(diào)查，板梁裂縫位置位于梁端0.5m范圍以內(nèi)，以及距離梁端0.9m～1.3m范圍內(nèi)較為普遍。個別橫裂位于距離梁端2m～2.5m范圍內(nèi)。

（2）原因分析

預(yù)應(yīng)力板梁開裂的原因主要為：

1）車輛超載及其交通量大幅增加是板梁開裂的主要原因之一；

隨著現(xiàn)代交通的發(fā)展，無論是交通量還是載重量較過去都大幅提高，尤其車輛超載運(yùn)輸情況普遍存在。這些超載車輛的實(shí)際荷載遠(yuǎn)超出了設(shè)計荷載值，致使板梁開裂。 2）先張板梁預(yù)應(yīng)力鋼絞線的錨固主要依靠混凝土和預(yù)應(yīng)力鋼絞線的粘結(jié)力，先張板梁錨固區(qū)位于梁端，錨固力受到限制，難以適應(yīng)現(xiàn)狀重載交通的發(fā)展； 3）先張板梁梁端受力較為復(fù)雜，處于彎剪受力的混合區(qū)，現(xiàn)狀交通超載、流量偏大，使得材料應(yīng)力幅變化較大，材料疲勞效應(yīng)使鋼束有效錨固力降低，使板梁過早破壞； 4）抗超載安全儲備不足。

3 理論計算分析

3.1 板梁結(jié)構(gòu)的構(gòu)造

根據(jù)對病害板梁的開裂形態(tài)的歸納，板梁開裂位置集中在底板距離梁端90cm～130cm之間。

從板梁的配筋情況，如圖3.1和表3.1-1所示。板梁底板共配置2根φ12普通鋼筋和13根Φj15.2預(yù)應(yīng)力鋼筋。除1號預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土全粘結(jié)以外，2號～5號鋼筋為部分粘結(jié)。部分粘結(jié)的預(yù)應(yīng)力鋼筋兩端用套管與混凝土隔離開，無粘結(jié)隔離長度見表3.1-2。

試驗(yàn)梁梁端箍筋配筋圖見圖3.1-2，開裂位置處的箍筋配置為 8@20。

圖3.1-2 試驗(yàn)板梁箍筋配筋圖（cm）

3.2 有限元仿真模擬

數(shù)值模擬采用MIDAS FEA實(shí)體模型進(jìn)行分析，考慮預(yù)應(yīng)力鋼束的影響。模型及鋼束布置見圖3.2-1及圖3.2-2。

圖3.2-1 試驗(yàn)板梁模型

圖3.2-2 鋼束布置

根據(jù)計算結(jié)果，在荷載達(dá)到開裂臨界值時，試驗(yàn)梁梁底拉應(yīng)力最大位置位于距離梁端1.26m處，拉應(yīng)力超過C50混凝土的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值2.65Mpa。

梁底拉應(yīng)力峰值的位置為：

（1）預(yù)應(yīng)力鋼筋開始不受力截面處。

說明由于先張預(yù)應(yīng)力試驗(yàn)板梁的構(gòu)造原因，在預(yù)應(yīng)力鋼筋開始不受力截面形成受力薄弱截面，致使承載力儲備不足梁體開裂。跟現(xiàn)狀板梁梁端開裂的規(guī)律一致。

（2）板梁端頭位置處。

由于多數(shù)預(yù)應(yīng)力鋼筋在此位置處為無應(yīng)力隔離段，因此這個位置參與受力的縱向配筋率偏低。現(xiàn)狀板梁在端頭位置處也多存在開裂。

過去的設(shè)計中，底板普通鋼筋配置較少，并且多數(shù)預(yù)應(yīng)力鋼筋在此區(qū)段與混凝土無粘結(jié)隔離，處于無應(yīng)力狀態(tài)。箍筋間距在此區(qū)段的配筋間距發(fā)生變化。造成這些區(qū)段的受力薄弱。

4 維修加固

根據(jù)橋梁檢測及計算分析結(jié)果，為了適應(yīng)當(dāng)前的重載交通，本著保證結(jié)構(gòu)和行車安全，提高橋梁耐久性的原則，提出以下維修加固內(nèi)容：

（1）裂縫處理

1）對裂縫寬度大于0.15mm的采用低粘度灌封膠低壓灌注封閉裂縫，對裂縫寬度小于0.15mm的采用環(huán)氧樹脂膠泥或封縫膠進(jìn)行封閉處理。

（2） 粘貼鋼板

對梁端底板粘貼2條鋼板。鋼板采用8mm厚Q345鋼板，粘貼方法采用壓力注膠黏結(jié)法，并用M12螺桿進(jìn)行錨固。

5 結(jié)語

先張預(yù)應(yīng)力板梁梁底橫向開裂不僅使結(jié)構(gòu)整體剛度降低影響其承載能力，同時還因裂縫寬度過大加速混凝土碳化、鋼筋銹蝕，最終縮短結(jié)構(gòu)的使用壽命，同時影響橋梁的安全性。

采用粘貼鋼板法加固，有針對性的提高梁體的抗剪強(qiáng)度，保證了結(jié)構(gòu)安全，維修加固效果明顯，至今仍安全運(yùn)營。