鋼-砼組合結(jié)構(gòu)在工程加固改造中的應(yīng)用

王 皓

（1.中設(shè)設(shè)計集團股份有限公司，江蘇 南京 210000；2.江蘇華通工程檢測有限公司，江蘇 南京 210000）

鋼-砼組合結(jié)構(gòu)近些年被開發(fā)，在工程施工加固改造領(lǐng)域中取得較好成績，其有效地彌補傳統(tǒng)工程施工加固改造時暴露的缺陷，減輕梁體自重、增強抗震及承載能力[1]，該項技術(shù)的實用性得到眾多施工方的肯定，這也預示著其在工程項目加固改造中將會有更大的發(fā)展前景。

1 鋼-砼組合組合結(jié)構(gòu)

1.1 實質(zhì)分析

站在宏觀層面上分析，鋼-砼組合結(jié)構(gòu)是鋼與砼構(gòu)成的一種復合型結(jié)構(gòu)，綜合了以上兩類結(jié)構(gòu)的特性，故而被廣泛用于土木工程施工領(lǐng)域中。早在19 世紀90 年代末期就已經(jīng)出現(xiàn)了鋼-砼組合結(jié)構(gòu)，20 世紀初期逐漸形成了現(xiàn)代的科學理論體系并用于實踐中，但和美、英等發(fā)達國家相比較，該類結(jié)構(gòu)用于國內(nèi)工程施工中的時間偏晚。

1.2 結(jié)構(gòu)的類型

鋼-砼組合結(jié)構(gòu)主要有四種類型，即組合梁、板、桁架及柱[2]。我國交通運輸建設(shè)最先采用組合梁，相比之下其施工設(shè)計更富有彈性，應(yīng)參照不同施工方法選用不同形式；組合板用于灌注鋼筋砼施工前需對其進行焊接處理，測算檢驗其強度、橈度是否符合要求；對于組合桁架而言，需在焊接柔性連接件后方可灌筑，其能為管道更快速穿過結(jié)構(gòu)層創(chuàng)造優(yōu)勢條件。

2 鋼-砼組合結(jié)構(gòu)加固改造技術(shù)的研究

2.1 組合加固技術(shù)

鋼-砼組合加固技術(shù)為一種新型的加固手段，儲有的結(jié)構(gòu)加固法與組合結(jié)構(gòu)是該工法應(yīng)用的基礎(chǔ)。加固實踐中，先對砼表面行鑿毛、植筋處理；而后組合初有砼與新增設(shè)的鋼結(jié)構(gòu)，確保協(xié)同作業(yè)整體推進。在該種加固技術(shù)的協(xié)助下，施工工程的抗剪加固與抗彎性能均有所提升。傳統(tǒng)的工程施工加固技術(shù)利用鋼板-砼組合形式，但該法應(yīng)用時在彎曲與剪切荷載作用下，很可能使橋梁出現(xiàn)完全破壞、鋼板分離等情況。而基于組合加固技術(shù)能明顯提高砼梁的強度與剛度，維持加固構(gòu)建持有較好的變形能力。在規(guī)劃設(shè)計工程施工加固方案時，需要合理設(shè)定栓釘數(shù)目，以確保結(jié)構(gòu)有較好的承載能力，數(shù)目偏多或偏少均會對構(gòu)件的變形能力形成不良影響。也要科學設(shè)計新舊砼界面，規(guī)避出現(xiàn)裂縫問題而降低構(gòu)件延展性、結(jié)構(gòu)的承載力。

通過開展疲勞性試驗，預測在疲勞工況下組合結(jié)構(gòu)加固梁的使用年限與剛度的改變規(guī)律。加固梁的疲勞破壞等同于由栓釘焊趾出的鋼板裂痕延展到鋼板全面的過程，以上過程是緩慢發(fā)展的，為抑制組合梁疲勞對鋼板形成的破壞，設(shè)計時要科學控制鋼板的應(yīng)力幅與應(yīng)力的上限值。

2.2 組合加寬技術(shù)

既往，多應(yīng)用加寬結(jié)構(gòu)和初結(jié)構(gòu)等同的預制或現(xiàn)澆筑小箱梁與T 梁、空心板去拓展橋梁的寬度，預制的加寬技術(shù)應(yīng)用階段對起重機的吊裝能力、施工現(xiàn)場條件提出較高要求，嚴禁出現(xiàn)在舊施工場地上進行吊裝施工的行為。使用現(xiàn)澆筑方法加寬在建工程，造成現(xiàn)場濕作業(yè)量較大，會增加造價成本。為彌補傳統(tǒng)加寬技術(shù)應(yīng)用階段表現(xiàn)出的不足，確保加寬施工階段已建成部分能維持使用，并提高梁體的承載能力及延長使用年限[3]。近些年，鋼-砼組合梁加寬技術(shù)逐漸被重視，規(guī)避新舊構(gòu)件兩者沉降差過大而引起結(jié)合部位開裂的問題。

3 案例分析

3.1 北京某個工程的加固施工項目

北京某個完成的工程項目使用數(shù)年以后，T 梁下緣與蓋梁的砼出現(xiàn)很多裂痕，在撞擊因素的長期作用下主跨邊梁破損嚴重，主筋裸露與外且局部鋼筋已經(jīng)處于折斷狀態(tài)，導致邊梁承載能力明顯跌落。其承載力大幅度下滑，已經(jīng)和原設(shè)計要求間存在明顯懸殊，急需使用鋼-砼組合加固技術(shù)對其進行加固處理。

使用槽形鋼和后澆砼通過銜接植筋、栓釘?shù)葮?gòu)造和初梁形成整體，借此方式加固T 型簡支梁及連續(xù)梁正彎矩區(qū)。以上加固方案在實施階段會施工項目凈空形成的影響偏小，并維持了結(jié)構(gòu)外觀的清潔度及和周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)性。具體加固方案見圖1 所示。經(jīng)加固后，有T 梁正彎矩作用下的抗彎承載性能、截面抗彎強度分別提升了55.0%、45.0%，T 梁抗剪承載力以及主梁防撞擊能力均有很大提升。各根量增設(shè)結(jié)構(gòu)重量低于原結(jié)構(gòu)重的20.0%。T 型蓋梁、主梁的加固方法大同小異[4]。

圖1 加固截面圖

3.2 北京某施工現(xiàn)場

工程項目施工完成并投用一段時間后，由于初設(shè)計荷載級別較，外加交通流量持續(xù)增長，以致箱梁懸臂板及平臺都有程度不一的破損表現(xiàn)。箱梁的腹、底與懸臂板下表層均出現(xiàn)了裂痕，裂縫寬0.1mm ～0.3mm，肉眼可觀察到裂縫。懸臂板都出現(xiàn)了一定的下垂變形并且兩個相毗鄰的翼緣的變形量存在差異，支座位置變形差值偏小，跨中偏大大，最大位置是8cm。

為更好的滿足此項工程改造的現(xiàn)實需求，一定要把施工區(qū)域荷載級別提高上去，并且增設(shè)兩個機動車道，在這樣的工況下，施工區(qū)域最初用在人行道的大懸臂板自身也承受著一定來自機動車的荷載作用，但經(jīng)檢測后認定其承載能力與剛度均和道路改造設(shè)計的要求存在較大出入，為規(guī)避以上情況，確保工程施工完成后投用過程的安穩(wěn)性與可靠性，并應(yīng)對荷載級別提高的現(xiàn)實問題，急需對施工區(qū)域進行加固改造[5]。

施工方先組織技術(shù)人員全面檢查本施工項目并嚴格依照相關(guān)規(guī)范開展了靜載試驗，參照測算結(jié)果，認定箱梁的主體構(gòu)造沒有出現(xiàn)損傷，盡管箱梁底部有裂縫形成當對降低箱梁剛度值方面的貢獻率不大；將需加固的主要位置懸臂板作出重點對象進行檢查與分析，察覺到懸臂板根部上表層砼未開裂，由此可推測負彎矩并不是引起懸臂板形體改變的主要因素，工程施工階段澆筑砼時支撐物與模板形體出現(xiàn)較明顯改變，誘導了懸臂板變形過程，通過調(diào)整懸臂板的受力狀態(tài)，有益于增強板下開裂懸臂板對負彎矩的抵抗力，這就預示著在加固測算過程中要分析到現(xiàn)存截面持有的抵抗作用。

為同步增強懸臂板的承載能力與剛度，進而更好的滿足工程項目改造過程中的具體要求，施工方擬定使用砼疊合層技術(shù)加固懸臂板。具體方法可以做出如下概述：首先，整體拆除施工工程的附屬設(shè)施，包括欄桿、隔離帶鋪裝等，外露面砼并對其進行鑿毛處理，設(shè)定鑿毛深度≥5mm，清理現(xiàn)存有缺陷的位置到密實處，清除浮渣、灰塵。其次，依照橫坡設(shè)定的要求，澆筑C408㎝現(xiàn)澆砼面層，將橫向鋼筋安放在后澆層中，于初有砼表層依照400mm×400mm 間距進行栽筋。最后，在粘結(jié)咬合與栽筋的協(xié)同作用下，新舊砼較順利的形成了疊合區(qū)域，依托于后澆層中的配筋有效抵御懸臂板形成的負彎矩。圖2 是疊合層的構(gòu)造圖[6]。

圖2 疊合構(gòu)造圖

此工程項目歷經(jīng)改造加固以后，懸臂板的承載能力與剛度值均有很大提升，符合改造后的應(yīng)用要求。也對其他位置進行了加固處理，比如利用砼疊合層、鋼板組合技術(shù)分別加固處理箱梁負彎矩區(qū)、正彎矩區(qū)，借此方式其增強其實用性，應(yīng)對了裂縫問題。

加固處理后，對已經(jīng)完成的工程項目進行了靜載試驗，荷載以及檢測未帶內(nèi)的布設(shè)情況和加固前期檢測環(huán)節(jié)一致，懸臂板、進行加載試驗時分別使用了一輛重為30t 卡車、6 輛30t 卡車。加固前，5.5m 懸臂端、橈度分別是3.81mm、4.90mm，加固后分別降至2.66mm、3.71mm。可見，加載后完成施工工程承載力與剛度均有顯著提升，完全符合新設(shè)計提出的要求，本施工項目加固處理，目前已投用，使用狀況良好，提示以上加固改造方法的是有效的、可行性的[7]。

利用砼疊合層技術(shù)加固施工工程的懸臂板，能大幅度的提升其承載能力與剛度值，且耐久性處于較高水平，投用階段安全可靠、該工法有操作過程簡單、成本低等優(yōu)勢，能產(chǎn)出較高的技術(shù)經(jīng)濟效益。

4 結(jié)語

既往有大量工程實踐證實，鋼-砼組合結(jié)構(gòu)有結(jié)構(gòu)高度小、重量輕、承載能力高、高度大、節(jié)約模板和腳手架資源、施工快速等諸多優(yōu)勢，將該項施工技術(shù)用于現(xiàn)有橋梁工程加固改造領(lǐng)域，能有效彌補傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)加固技術(shù)應(yīng)用階段暴露出的缺點，對結(jié)構(gòu)剛度與承載力提升過程形成明顯的促進作用，明顯的延長了結(jié)構(gòu)的使用年限，取得較明顯的綜合效益，有推廣價值。