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

將原設計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計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為研究對象，針對此類病害提出了施加體外橫向預應力和粘帖橫向鋼板兩種加固方法。

關鍵詞：裝配式空心板橋 、整體式空心板橋、縱向裂縫、體外預應力、粘帖鋼板

1.混凝土的裂縫

混凝土的裂縫可以說是公路工程中橋梁的常見病害，混凝土結構的裂縫成因十分復雜、類型繁多，甚至是多種因素相互作用的結果，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施加體外橫向預應力

體外橫向預 加固，通過施加橫向預應 增強空心板橋的橫向剛度，同時增設的橫向預 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，設置橫向體外預應力可提高空心板橋的橫向聯(lián)結性能，防止病害的惡化。施加體外橫向預應力加固法具有施工方法簡單、對交通的影響小、需要的設備簡單、所需要的人力少、施工時間短、對原橋梁體結構損壞小、不增加路面標高以及不影響橋下凈空等優(yōu)點。但該方法在預應力的錨固點處會出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象，而且由于預應力鋼筋布置在梁體結構的外側(cè)，非常容易受到環(huán)境（如溫度、腐蝕性氣體）的影響[2]。

1.常用的施加體外預應力方法

采用預應力法對鋼筋混凝土或者預應力混凝土橋梁進行加固時，其使用的加固構件通常是鋼桿、精軋螺紋鋼或者鋼絲索等鋼材。施加體外預應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.預應力 失以及 預應力損 的措施

預應力損 是由加固 及承受加固件作用 體 兩方面的變 引起的，造成預 力損失的主要 有：

1. 地基基礎的徐變以及沉降；

2. 加固梁體的收縮以及其他變形；

3. 預應力鋼束的徐變；

4. 溫度作用產(chǎn)生的應變。

在預應力加固的過程中，因為基礎的沉降，溫度應變，新澆筑混凝土的徐變等原因?qū)е螺^大預應力損失，此時，為了保證加固效果，減少預應力損失，需要在加固過程當中，預留一定的構造措施，以便在使用過程中及時的調(diào)整預應力鋼束的的工作應力數(shù)值[4]。

2.2粘帖橫向鋼板

粘貼橫向鋼板加固法屬于被動加固方法，是通過特定的粘結劑，把鋼板粘帖在混凝土結構物的受拉區(qū)域或者薄弱部位，使其與混凝土形成整體，共同工作，來替代需增加的補強鋼筋，通過鋼板與補強結構的共同作用，從而提高其結構體的剛度、限制混凝土裂縫的開展，改善鋼筋混凝土結構的受力狀態(tài)，增大梁體的承載能力，以起到補強加固的效果[5]。

用粘帖鋼板的方法來對橋梁進行加固，在國外的工程實例中已獲得了廣泛的使用，在國內(nèi)也有不少實例，這是因為這種加固法具有下列優(yōu)點：

1. 原有橋梁結構不會被破壞；

2. 在加固工程中基本不增加原結構物的尺寸；

3. 施工過程時并不需要高級的專門技術人員操作；

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，并對鋼板的表面進行預先處理。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 。可以采用手工操作鋼絲刷對鋼板進行除銹，在條件允許時可以使用噴砂除銹；在鋼板與混凝土底面上用 電鉆鉆孔，按一定間距和 規(guī)格鉆孔后運到工地。

（2）表面處理

為了得到良好的粘帖效果，必須事先對鋼板和混凝土的粘帖面仔細的處理。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)氧樹脂 將鋼板保護起來。

（3）粘帖鋼板

首先刷一層環(huán)氧樹脂膠漿在混凝土表面，然后在鋼板表面涂抹一層環(huán)氧樹脂膠漿，稍等片刻后在鋼板上再次涂一層環(huán)氧樹脂砂漿，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，使兩者達到緊貼的程度。

（4）加壓方式

將鋼板與混凝土結構粘帖完成后，必須對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進行加壓，就是在混凝土粘帖的表面間隔一定的距離預先埋設一根12mm的螺栓，鋼板上留設有與之相應的孔，在將鋼板粘帖到混凝土的表面后馬上擰緊螺帽進行加壓；第二種方法是采用木楔加壓。即在加固構件的下方設置支撐梁（可以從橋下搭設或者從橋上懸掛），距離構件的底面約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加壓。如果是在混凝土構件的上緣粘帖鋼板時，可以通過在鋼板的上面放置重物來施加壓力。

（5）防護處理

當前國內(nèi)外工程實踐中對粘帖鋼板所采取的保護措施，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)氧樹脂薄漿來罩面，再在其上涂抹兩層防銹漆來進行防護。在這之后見隔1-2年檢查一次防護層的使用情況，若發(fā)現(xiàn)脫漆的地方應該及時的采取措施來修補。在近年來的工程實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層，這樣即減少了刷漆的工序，又大大削減了養(yǎng)護工作量。于此同時噴射的混凝土與原混凝土結構組成噴層——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，克服鋼板補強容易銹蝕的缺點，這是一種效果比較好的預防保護鋼板污染和銹蝕的方法[6]。

3.結論

本論文從我國現(xiàn)役空心板橋的病害開始，介紹了混凝土裂縫理論和橋梁加固理論，最后對體外橫向預應力和粘帖橫向鋼板兩種加固方法的影響因素進行了研究，得出結論如下：

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

3. 粘帖橫向鋼板是一種被動加固方法，依靠鋼板和板體共同工作來達到加固目的。粘帖鋼板的厚度越大加固效果越好，當鋼板厚度超過8mm之后，鋼板厚度對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。板橋的寬跨比對于粘帖鋼板的加固效果影響不大。

參考文獻

[1] 譚晟. 高等級公路橋梁空心板開裂原因分析研究[D]. 重慶交通大學， 2008.

[2] 史俊芳. 體外預應力加固箱梁的有限元分析[D]. 河北工業(yè)大學橋梁與隧道工程， 2010.

[3] 郭世波. 橋梁加固與改造常用方法探析[J]. 中國科技博覽， 2011（31）：156.

[4] 劉建華. 公路橋梁維修加固技術分析與應用[J]. 科技致富向?qū)В?2012（5）：199.

[5] 崔金偉， 杭亦非. 粘貼鋼板法橋梁加固技術與應用[J]. 市政技術， 2010.

[6] 湯廣春. 高速公路橋梁常見病害及檢測、維修技術： 中國公路學會橋梁和結構工程分會2005年全國橋梁學術會議， 寧波， 2005[C].