混凝土T梁桥常见病害加固措施.pdf

3 8 桥梁检测与加固 2 0 1 0 年第 2 期 混凝土 T梁桥 常见病 害加 固措施 王博 ， 朱金涌 ( 1 甘肃交通职业 技术学 院， 甘肃 兰州 7 3 0 0 7 0 ； 2 兰州铁道设计院有限公司 ， 甘肃 兰州 7 3 0 0 0 0 ) 摘 要： 介绍既有混凝土 T梁桥常见病害、 病害原因及 加 吲措施 。通过工程实例 ， 分析病害 ， 制定加固措施 ， 并建 立 有限元模型 比较加固效果 ， 验证 了维修加 固方法 的可行性 。 关键词 ： 混凝土桥 ； T形 梁 ； 病害 ； 桥梁加 固 1 前言 在中国已建成 的桥梁中， 钢筋混凝土梁桥 占有 很大的比重 ， 这些桥梁在使用过程中， 由于荷载与环 境的共 同作用 ， 往往会出现不同程度的损伤， 导致结 构 的承载能力下降、 结构性能劣化 、 耐久性能降低 ， 这都给桥梁的继续使用埋下隐患。如何对既有桥梁 进行有效的检测和评估， 并在此基础上进行合理的 维修、 加固， 已经引起广泛的关注。 我国的现有桥梁是在不同时期按不同的技术标 准修建的。新 中国建立以后 ( 1 9 4 9 t 9 8 5年) ， 我国 对荷载标准作了 5次调整， 特别是 2 o世纪 7 0年代 前后轮载的大小 变化非常大。 目前 国道干线桥 梁 中， 设计载荷等级在汽 一1 O级 以下者占 5 4 。随 着国民经济的高速增长 ， 荷载的不断增大， 桥梁破损 和发生病变的速度也 明显加快 。1 9 8 2年全 国公路 普查 资 料 表 明， 我 国公 路 现 有桥 梁 中危 桥 约 占 3 5 4 ， 其中国道干线上的危桥约 占 2 4 。 2 T梁常见病害 由于 T形梁桥在国内修建的数量多 ， 成桥 的时 间长 ， 所发生的病害在梁桥中非常具有代表性。同 一 般桥梁结构一样 ， 从肉眼看到的 T形梁桥出现的 病害主要是混凝土开裂 、 混凝土块状脱落 、 钢筋外露 和锈蚀等 1 2。但是 T形梁 桥 由于 自身的构造 特 点 ， 在这些表面现象后面隐藏着的实质 问题 ， 主要表 现 在 ： ( 1 )桥梁能满足原设计 的抗力要求， 但 不适应 新的交通轴载， 主要表现在混凝土表面破损严重 。 ( 2 )桥梁不能满足原设计 的抗力要求， 主要表 现在主梁开裂严重。 ( 3 )桥梁无横隔梁 ， 抗振性能差 ， 造成主梁和桥 面发 生纵 向开裂 。 ( 4 )桥梁无支座， 造成 主粱断裂和桥墩、 梁 、 台 帽破损严重。 ( 5 )桥面铺装破损造成 T梁受到冲击 ， 在中性 轴附近出现大量的微裂缝。 ( 6 )交通流量 和活载超过原设计 ， 主梁出现大 量的裂缝 ， 桥面出现严重破坏。 3 T梁常见病 害加固措施 对 旧桥危桥进行加 固维修 以提高其承载能力， 其基本原理和加固方法是通过加大或修复桥梁构件 来提高局部或整座桥梁的承载能力 。加固措施应考 虑投资少、 工效快 、 不中断交通 、 技术上可行 、 有较好 的耐久性等方面。 对于 T形梁桥 ， 针对常见的病害， 一般可 以采 用以下几种加 固措施。 ( 1 )增大梁截面并配置钢筋 。其方法是在 T梁 底面或侧面 ， 加大钢筋混凝土截面并配置主筋 ， 使梁 抗弯截面刚度加大， 从而提高梁的承载能力。常见 的形式是 用钢筋混凝 土加 宽 T梁肋板或增设 “ 马 蹄 。 ( 2 )粘贴高强度材料 。在 T梁底面或侧面用环 氧树脂类粘结剂 ， 将高强度材料片材粘贴在混凝土 结构的受拉缘或薄弱部位 ， 以代替钢筋的作用 。常 用的高强度材料 ： 钢板 ， 厚度一般 6 1 2 mm， AS钢 和 1 6 Mn钢 ； 型钢 ， 常用槽钢 、 工字钢 ； 碳纤维 ， 多采 用进 口材料 ， 一般采用 2 0 0 3 0 0 g m。 ， 厚度 0 1 1 1 4 0 1 6 7 mm； 芳纶纤维。 ( 3 )改变结构体系。通过改变桥梁结构体系的 方法达到减小梁 内应力， 以提 高梁 的承载能力。该 方法需要对原结构 的现状进行仔细的调查 ， 对其承 收稿 日期 ：2 0 1 0 0 6 一O 7 作者简介 ：王博 ( 】 9 8 1 一) ， 男 。 讲 师， 2 0 0 4年毕业 于 兰州交通大学桥梁工程专业 ， = 学学士 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第 5期 混凝土 T梁桥 常见病 害加 固措施 3 9 载潜能进行正确评价 ， 用周密、 细致 、 可靠 的计算分 析确定体系转换的方法和施工工艺流程 ， 以达到加 固修复病桥的 目的。一般可通过在简支梁下增设支 架或桥墩 ； 或把简支梁与简支梁加以连接变为连续 梁等 引。 ( 4 )预加 力加 固法 。其 方法是应 用预应力原 理， 以梁身为锚 固体 ， 通过在 T梁外 布置预应力束 并张拉 ， 从而对结构受拉 区施加压力 ， 以减小在活载 作用下的应力增量 。常见的形式是采用体外预应力 钢绞线或碳纤维丝 。 ( 5 )增设横隔板和加固桥面铺装 。通过一定 的 工艺和结构措施 ， 在 T梁与 T梁之间增设横隔板 ， 或在桥面上加 固或改造桥面铺装层。常见的形式是 增加钢筋 网或采用纤 维混凝 土 ( 钢纤 维或杜 拉纤 维) ， 使原 T梁形成 整体 ， 共同受 力， 从而提高结构 的承载能力。 ( 6 )裂缝处理加固法 。裂缝处理一般根据不 同 的裂缝宽度采取不同措施 。通常情况下 0 3 mm 以 下的裂缝采取表面封闭；0 3 5 mm的裂缝采用灌 缝封闭； 大于 5 mm 的裂缝则必须采用开槽浇筑混 凝土封闭。常见的施工方法是灌注环氧树脂类结构 胶， 比如 日本 的“ 壁可法” 等 。开槽通常开 U形或 V 形槽 。 4 工程实例 4 1 工程概况 某简支梁桥建于 1 9 9 8年， 为 3 2 0 m装配式钢 筋混凝土 T梁 ， 全长 6 6 4 8 m， 每跨 由 7片钢筋混凝 土 T梁预制装配而成 ， 全桥共 2 1片 T梁 。T梁高 1 3 m， 顶板宽 1 5 8 c m， 翼缘厚 8 c m， 腹板厚 1 8 c m。 桥面宽度 ： 1 2 5 m( 人行道) +1 0 0 m( 行车道) + 1 2 5 m( 人行道) 一1 2 5 m。设计荷载为汽-2 0级 ， 挂 一 1 0 0 。 该桥通车 1 0年后 ， 车流量增长 比较大 ， 通过检 查发现主梁存在如下问题 ： ( 1 )该桥静力强度 和刚度 已不 能满足使 用要 求 ， 车辆通过时竖 向振动较大， 对行车安全造成一定 的威胁。 ( 2 )主梁出现较多的结构性裂缝 ， 主要为支点 处斜裂缝以及跨 中处竖向裂缝 。 ( 3 )混凝土保护层剥落严重 ， 部分钢筋外露并 发生锈蚀 。 ( 4 )该桥横向联系较弱 ， 大 多数连接钢板锈蚀 严 重 。 4 2 加固措施 4 2 1 主梁梁底粘贴钢板 采用粘贴 钢板 法对 主梁 的强度 和刚度进行提 高。在 T梁梁底沿纵向粘贴 1 8 0 mm宽 Q2 3 5型钢 板 ， 钢板厚度为 6 mm。粘贴钢板 除沿顺桥 向采用 膨胀螺栓进行锚固外 ， 在原横梁处增设长 2 6 0 mm、 高 3 0 0 mm的钢套箍进行锚 固 3 。 4 2 2 主梁粘贴碳纤维布 主梁腹板粘贴 1层条状碳纤维布进行加 固， 以 提高梁体 的抗剪抗弯能力 以及有效 控制裂缝 的扩 展 。在主梁端部腹板处 ， 沿竖 向粘贴 5 道宽 3 0 c m、 高 9 0 c m、 间距为 3 0 c m 的 U形碳纤维布套箍； 在主 梁 L 4 3 L 4之间腹板处， 沿纵向在梁体高度范 围 内粘 贴 2道 宽 3 0 c m、 间 距 为 3 0 c m 的 碳 纤 维 布 。 。 4 2 3 横 向联系补强加固 为增加梁体的横 向联系， 提高桥梁的整体性 ， 改 善桥梁的受力条件， 在 T梁原端横隔板 、 3 L 8 、 5 L 8 处相邻梁问各增设 1道横隔板_ 3 。 4 3 维修加固效果分析 取该桥一跨建立模型进行计算 ， 对加固前后进 行比较分析 ， 从而评定该桥的加 固效果。利用空间 有限元结构分析软件 MI DAS建立 J ， 计算模型见 图 1 。 图 1 有限元计 算模 型 加固前后主梁受弯、 受剪承载能力 比较见表 1 。 从表 1 可 以看出， 加 固后该结构的受弯承载力 比加 固前提高了 4 7 ， 受剪承载力提高了 4 4 9 6 ， 说 明该 加固方法能有效地提高结构的承载能力。 表 1 加 固前后主梁受弯 、 受剪承载力比较 ( 下转第 4 8页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 8 桥梁检测与加固 2 0 1 0年第 2 期 ( 5 ) 如果防水层需增加刚性保护层 ， 可在最后 一 道涂膜 尚未完全 固化时， 在其表面撒上料径为 2 mm的干燥砂粒 ， 待粘有砂粒的涂膜固化后， 再进行 刚性保护层施工。 ( 6 )涂膜厚度 的保证技术包括分次 、 分 区涂布 法等。 5 4 机械化施 工技 术 随着科研水平的上升 ， 为提高防水施工质量， 可 根据现场情况和工期安排 ， 实行 施工机械化、 专业 化 ， 减轻施工人 员劳动强度。可采用高聚物改性沥 青卷材热熔铺贴机、 高聚物改性沥青 卷材热熔加热 器 、 高聚物改性沥青卷材热熔搭接封边机 、 防水工程 多功能机械作业车等。这些机械化装备正在 日益发 挥出高质高效、 快捷方便、 经济节能的作用 ， 是行业 未来的一个发展方向。 ( 上接 第 3 9页) 根据有限元模型 ， 计算加固前 、 后该桥的 自振频 率、 振型等动力参数 ， 结果见表 2 。 表 2 加 固前后频率 比较 从表 2中可以看出， 在增设横隔板后， 该结构的 横向一阶频率增大 5 o ， 很大地提高 了结构的横向 刚度 ， 说明该种加 固方法能有效地提高结构的动力 刚度 ， 加固效果 比较明显。 5 结论 采用粘贴钢板和碳纤维布的方法加固钢筋混凝 6结语 随着我国高速铁路 的大量建设 和开通， 对铁路 桥梁结构防水技术 的研究有了很大进展， 对桥梁 的 各种病害机理的了解越来越深入。桥梁结构的防水 体系是提高桥涵结构耐久性的重要技术手段 ， 防水 效果的好坏直接关系到桥梁的使用寿命。为满足高 速铁路桥涵结构耐久性的要求 ， 必须有 良好 的防水 体系才能使桥梁构件免遭环境介质的侵蚀。 参考文献： 1 科技基E 2 O 0 7 1 5 6号， 客运专线桥梁混凝土桥面防水层 暂行技术条件( 修订版) s 2 科技基E 2 o o 9 1 1 7号， 客运专线铁路桥梁混凝土桥面 喷涂聚脲防水层暂行技术条件E S 3 科技基 2 0 0 7 3 1 2 4号， 京津城际轨道交通工程桥面防 水层暂行技术条件E s 2 土梁桥的主梁 1 1 J 达到封 4 1 裂缝 、 抑制裂缝发展的作 用 ； 通过增设横隔板 ， n r 以增强桥梁的横向联系 ， 提 高横向刚度及桥 梁的整体性 ， 改 善桥 梁受力条件。 加固后主粱的刚度和承载能力有了较大提高。 参考文献： E l i 范立础桥梁工程( 下) M 北京： 人民交通出版社， 2 0 01 E 2 张劲泉， 徐岳， 叶见曙， 等公路旧桥检算分析指南 及工程实例 M 北京： 人民交通出版社， 2 0 0 7 E 3 胡智慧， 杨道江公路桥梁工程建设与危旧桥测试改 造拆除加固维修技术及典型案例分析实务全书( 中) M 北京 ： 光明日报出版社 ， 2 0 0 2 E 4 J T G T J 2 2 -2 o o 8 ， 公路 桥梁加 固设计规范 S J E 5 3 张建仁， 王 磊既有钢筋混凝土桥梁构件承载力估 算方法l J 中国公路学报， 2 0 0 6 ， 1 9 ( 2 ) ： 4 9 5 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m