鋼筋混凝土橋梁加固技術
2014-08-01
一、鋼筋混凝土橋面板缺陷及產生原因
混凝土開裂、混凝土剝離，斷面破損、鋼筋外露、銹蝕，混凝土質量下降，異常變形等。這些是由于荷載增大（構件承載力不足），構造上的缺陷（橋面板端部等），支撐結構不完整（主梁等構件剛度不足等），施工上缺陷（保護層不夠、蜂窩麻面等），氣象作用（凍融作用、化學作用、鹽腐蝕等），災害（地震、火災、受落下物撞擊等），徐變及收縮過大等。橋面板損壞的維修方法有修補施工法、加蓋板施工法，支架施工法等。一般橋面補強層加固方法有底面加固和頂面加固。底面加固主要是噴射鋼纖維砂漿，焊接鋼筋網并噴射鋼纖維混凝土或鋼纖維砂漿。頂面加固主要是采用鋼筋混凝土加厚或鋼纖維混凝土加厚、聚合物混凝土加厚、膨脹混凝土加厚等并在接合處鑿毛處理加錨固鋼筋。
目前國內外許多大公司和科研結構都投入很大力量對這一難題進行研究，開發(fā)橋梁的養(yǎng)護、維修、加固及更換的系列技術，并相應開發(fā)出一批新型修復材料，能夠有效的解決了上述“瓶頸”的難題。
二、體外預應力加固
加固措施：通過體外預應力索施加反向荷載的方法對該橋進行加固，此外考慮箱梁兩側腹板出現(xiàn)大量的斜剪裂縫，為了約束斜裂縫進一步發(fā)展，加強對腹板混凝土的約束，增強腹板抗剪承載能力和剛度，采用腹板內側粘貼鋼板。預應力施工工藝：1.錨固端部橫梁與跨中轉向橫肋、墩頂導向槽的施工，2.鋼絞線下料與穿束，3.鋼絞線張拉，4預緊，5.高應力張拉，6.壓漿。
缺點：
1.預應力的施工工藝，在鋼絞線下料與穿束中粘接段段的長度和位置，新老混凝土之間的粘結，后加預應力對原預應力的影響，很難確定。
2.施加預應力索加固現(xiàn)在存在的問題：如合理的加固預應力筋的位置和數(shù)量后加固的預應力鋼筋對已經存在的預應力鋼筋的影響。
3.體外預應力鋼筋松弛、斷筋等失效的現(xiàn)象也較為常見。
三、體外預應力的加固另外的加強措施
1、彎曲加強
采用體外預應力加固法可提高結構構件的受彎承載力，預應力筋布置應符合優(yōu)化布置原則，即加固筋外形與外荷載產生的彎矩圖形相似，因此，加固梁式結構時，體外預應力筋多采用折線形連續(xù)筋，以充分發(fā)揮加固筋的抗拉強度。體外筋的靈活布置，可以有效地補強加固不同受力情況的簡支梁和連續(xù)梁。若連續(xù)梁中僅有個別跨需要加固，則可采取在這些跨上單獨布置預應力筋進行局部加固；若連續(xù)梁普遍較差，則可用各跨布置給予整體加固，若連續(xù)梁普遍較弱，但個別跨更弱，則可采取通長布置與局部布置相結合的辦法進行加固。
2、剪切加強
梁的剪切強度可通過外部加設扁鋼、鋼板和鋼箍等方法來提高，扁鋼通常箍在構件上用后張法拉緊并已開發(fā)了一種后張不銹鋼鋼箍的方法，后張法能使新材料平分恒載及活載，這樣就能更有效地利用新增材料。提高剪切強度的另外一種方法為采用后張的附加預應力鋼筋。預應力鋼筋可以加在垂直和傾斜方向上，而且既可安裝在梁腹板內，又可安裝在箱內，施加預應力時應當小心謹慎，避免結構某些部分出現(xiàn)超限應力。若構件中存在裂縫，一個好的實施方法是在施加預應力之前，先在裂紋上注射環(huán)氧樹脂。
四、粘貼法
粘貼碳纖維法與鋼板粘貼加強法基本原理是一致的，均是將其增強材料粘貼在混凝土結構的受拉邊緣或薄弱部位，使之與結構形成整體，代替需增設的補強鋼筋，提高梁的承載能力達到補強的目的。
1、粘貼碳纖維法
碳纖維加固橋梁構件的部位：用粘結材料將碳纖維材料有序地纏繞粘貼于構件表面，實現(xiàn)對構件變形的約束并因此提高構件的極限強度和承載能力。在橋梁加固%建設工程教育網%運用中，可粘貼在混凝土梁的頂面或底板上，以提高混凝土梁的截面強度和剛度：也可粘貼在梁的腹板上，以提高其抗剪強度
2、具體的施工工藝
?。?）處理結構混凝土表面，涂敷基底樹脂并整平
?。?）涂刮整平膠并對其表面作砂光處理
?。?）滾刷粘結劑粘結碳纖維
（4）對已貼的碳纖維作壓面處理
?。?）表面整飾（如抹砂漿等）
粘貼鋼板（碳纖維）法：（1）對結構抗彎和抗剪加固效果明顯，但對結構靜剛度影響不大（靜剛度包括等直桿件扭轉剛度、受彎梁的彎曲強度、薄板受彎曲載荷作用、薄殼變形計算）。（2）在借用橋面鋪裝層參與受力時，新老混凝土的可靠連接，始終存在問題如粘結劑的老化問題。
此外粘貼鋼板法存在以下自己特殊的缺點：（1）鋼板面積大，剛度大，適型性差，很難與原結構緊密粘接，此外，自重很大，加上銹跡等原因，底、側粘貼很易脫落（鋼板易受腐蝕或脫落）（2）對于大跨度梁來說，鋼板的重量可能太重。
粘貼碳纖維法存在以下自己特殊的缺點：（1）碳纖維的抗剪強度低，延展性又不好，所以，其受力的不均勻性必須充分注意（2）碳纖維用于橋梁加固，其老化問題不容忽視。
五、體系轉換法
體系轉換法是通過改變橋梁結構體系以減少梁內應力，提高承載能力的一種加固方法這是一種“變被動加固為主動加固”的方法，該方法需要對原結構的現(xiàn)狀進行仔細的調查，對其承載潛能進行正確評價，用周密、細致、可靠的汁算分析確定體系轉換的方法和施工工藝流程，以達到加固修復病橋的目的。一般可通過簡支梁下增一設支架或橋墩；或把簡支梁與簡支梁加以連接，使結構由簡支變?yōu)檫B續(xù)等。
該加固方法主要對于大、中簡支梁橋的加固，將多跨簡支梁的梁端連接起來，變?yōu)槎嗫邕B續(xù)梁，可以有效改善結構的受力狀況，提高橋梁的承載能力，但不適合連續(xù)剛構橋的后期加固。
六、擴大或增加原結構構件截面
擴大或增加原結構構件截面以提高原結構的強度和剛度；該方法雖然能提高結構承載力，但也會因而加大結構自重。自重加大產生的內力增量會消抵部分或全部結構承載能力的提高。且新增結構面積或體外施加的預應力與原結構體的界面能否良好結合。
此外，（1）擴大或增加原結構構件%建設工程教育網%截面，以提高原結構的強度和剛度；（2）改變原結構的受力體系，使其減小受力；（3）以新的結構代替舊的應力不夠的結構這三種方法均不能用于大跨徑連續(xù)剛構橋。
增大截面、粘貼鋼板（碳纖維）、體外預應力等加固方法都屬于二次超靜定受力結構。加固前原結構已經承受荷載（即第一次受力），特別是當承載能力不足時，加固前原結構的截面應力、應變水平一般都很高。新加固部分加固后并不立即承受荷載，而是在新荷載（即二次加載）下才開始受力。從而導致整個加固結構在其后的第二次受力過程中新加部分的應力、應變始終滯后于原結構的累計應力、應變，這決定了此時混凝土結構加固計算分析不能夠完全按普通結構概念進行。加固結構的承載力與新舊兩部分的應力差值或應變差值直接相關，與原結構的極限變形值有關，與兩部分材料的應力—應變關系有關。
