結(jié)合工程實(shí)例橋梁的加固設(shè)計(jì)

結(jié)合工程實(shí)例淺析橋梁的加固設(shè)計(jì)摘要隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通量增大，載重等級(jí)發(fā)生變化，早年設(shè)計(jì)注重于材料的節(jié)省，安全度低，一般來(lái)說(shuō)造成斷面單薄、安全儲(chǔ)備低，橋梁耐久性差和年久老化，因設(shè)計(jì)失當(dāng)或施工質(zhì)量差等各種問(wèn)題都顯示出橋梁加固的重要性。文章通過(guò)對(duì)路橋梁的橋梁裂縫強(qiáng)度的復(fù)核和加固設(shè)計(jì)，對(duì)橋主梁采取了粘鋼處理。關(guān)鍵詞病害分析橋梁加固粘鋼1工程概況某高速公路橋梁建筑物級(jí)別為4級(jí)；設(shè)計(jì)荷載為：人群荷載為3kN/m,車輛荷載等級(jí)為汽車-lO級(jí)，不計(jì)加重；橋面結(jié)構(gòu)型式為現(xiàn)澆鋼筋混凝土3片T型簡(jiǎn)支梁，橋面凈寬4.5m，梁高1.0m，跨徑l3.5m，設(shè)計(jì)要求主梁及鋪裝層采用C25混凝土，主梁鋼筋用Ⅱ級(jí)鋼筋，主梁跨中撓度≤L/600，裂縫開(kāi)展寬度≤O.2mm。高速公路由于交通量大，超載情況比較嚴(yán)重，沿線部分橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了不同程度的損壞，急需加固維修。2橋梁病害和加固原則部分蓋梁存在豎向裂縫，主要分布在柱頂(蓋梁上部)和蓋梁跨中位置(蓋梁下部)，裂縫寬度達(dá)O.3mm左右。原因分析：①現(xiàn)有車輛載荷和交通量大于設(shè)計(jì)值，蓋梁設(shè)計(jì)安全儲(chǔ)備不足。②上部結(jié)構(gòu)橫向聯(lián)系減弱，支座脫空等導(dǎo)致單板受力，致使蓋梁局部受力增大。危害性分析：蓋梁的裂縫區(qū)域均為受力關(guān)鍵位置，如果對(duì)有發(fā)展趨勢(shì)的裂縫不及時(shí)處理，勢(shì)必影響橋梁的安全性和耐久性。加固設(shè)計(jì)以結(jié)構(gòu)驗(yàn)算和檢測(cè)報(bào)告為依據(jù)，通過(guò)加固方案比選，力求以較小的工程量，合理的造價(jià)，方便快捷的加固工藝，來(lái)達(dá)到提高結(jié)構(gòu)安全度的目的，同時(shí)注意減少對(duì)橋梁外觀的影響，減少施工過(guò)程中對(duì)原結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)及對(duì)現(xiàn)有交通流的干擾。加固中應(yīng)用到的材料必須滿足要求。3加固措施選擇針對(duì)上述問(wèn)題，本次考慮了兩種加固設(shè)汁方案①主梁下部采用粘貼鋼板；②主梁采用鑿除兩邊翼板后，再在外側(cè)增加兩片梁。經(jīng)反復(fù)比較，認(rèn)為增加兩片梁，要使橋真正運(yùn)行良好，需新梁與舊梁共同受力，反之，效果不明顯，而且施工難度大，很難保證設(shè)計(jì)要求。如將新梁放在中間，新建與加固工程量相差不大。而粘貼鋼板加固措施可以使梁的中性軸明顯下移，減少受拉區(qū)混凝土中的拉應(yīng)力，這對(duì)于提高梁的抗裂度和剛度十分有利，而且施工方便，同時(shí)能夠滿足設(shè)計(jì)要求。因此，設(shè)汁決定采用粘鋼處理。4加固設(shè)計(jì)鋼筋混凝土構(gòu)件粘鋼加固技術(shù)，是利用高強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)膠，將鋼板與混凝土粘接起來(lái)使它們構(gòu)成整體聯(lián)合工作，達(dá)到提高承載能力的目的。本次對(duì)橋梁進(jìn)行加固處理，主要是對(duì)已有裂縫的主梁采用粘鋼加固，使梁的受拉區(qū)強(qiáng)度提高，同時(shí)改善裂縫處的應(yīng)力集中，使裂縫趨于閉合之勢(shì)，使得裂縫尖端以上的應(yīng)力由受拉變?yōu)槭軌?。粘鋼前裂縫截面的拉應(yīng)力全部由鋼筋承擔(dān)，粘鋼加固后裂縫截面的拉應(yīng)力大部分由鋼板承擔(dān)，從而使整個(gè)截面鋼筋的拉應(yīng)力減小。由此可見(jiàn)，受拉區(qū)已有裂縫的梁，經(jīng)粘鋼加固后，可以改善梁的受力性能，并約束混凝土的變形，阻止裂縫進(jìn)一步開(kāi)展，使裂縫截面的鋼筋應(yīng)力減小，從而推遲受拉鋼筋達(dá)到屈服極限強(qiáng)度，提高梁的承載能力。因此，對(duì)于已開(kāi)裂的鋼筋混凝土梁，通過(guò)在受拉區(qū)采取粘鋼加固措施可達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)目的。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》，構(gòu)件外部粘鋼加固法適用于承受靜力作用的一般受彎及受拉構(gòu)件，但對(duì)于大跨度構(gòu)件或可能經(jīng)受反復(fù)荷載的結(jié)構(gòu)，錨固區(qū)宜增設(shè)U箍板或螺栓附加錨固?？紤]到本加固機(jī)耕橋的荷載特點(diǎn)后，即采用了增設(shè)U箍板和螺栓附加錨固措施。4.1鋼板粘膠材料粘鋼是一種新型結(jié)構(gòu)加固方法，這種結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的關(guān)鍵材料是粘結(jié)劑，粘結(jié)劑的各種力學(xué)性質(zhì)直接影響結(jié)構(gòu)粘鋼加固效果。其各項(xiàng)強(qiáng)度指標(biāo)如表1。性能品名密度/g.cm施工溫度/℃使用時(shí)間/miin鋼粘接強(qiáng)度壓縮強(qiáng)度MPaa加速老化時(shí)間//剪切h/MPPa彈性模量/MPPa凍融20次剪切/MPaa配合比拉伸/MPa剪切/MPa甲：乙AC1.35～3030～703020702000/199.87000204:1JGN1.310～3030～603018501600/188.745000204:1當(dāng)結(jié)構(gòu)粘結(jié)劑材料在受壓破壞時(shí)具有較好的延性，但在受拉破壞時(shí)呈脆性；它的強(qiáng)度低于鋼材強(qiáng)度，但高于混凝土材料；它的彈性模量約為混凝土彈性模量的1/3，遠(yuǎn)低于鋼的彈性模量；在承受靜態(tài)荷載時(shí)，動(dòng)力膠表現(xiàn)出與靜力膠完全相似的力學(xué)性質(zhì)，只是動(dòng)力膠的各種強(qiáng)度值都稍高于靜力膠的相應(yīng)值；粘結(jié)界面承受剪切力時(shí)，鋼粘鋼的界面都是膠體受剪而破壞；鋼粘混凝土、混凝土粘混凝土的界面都是混凝土破壞。本次設(shè)計(jì)所用粘結(jié)劑為粘結(jié)強(qiáng)度高、耐久性好，具有一定彈性的AC膠和JGN建筑結(jié)構(gòu)膠。AC膠是在JGN膠基礎(chǔ)上研制的更高性能產(chǎn)品，可在低溫0℃和潮濕界面的條件下固化粘接，耐熱度提高30%。4.2鋼板寬、厚度計(jì)算橋梁粘鋼加固，國(guó)內(nèi)外已有多處。在橋梁加固設(shè)計(jì)時(shí)，我們采用了對(duì)主梁進(jìn)行U箍板或螺栓附加錨固處理措施，構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算僅將主梁底部鋼板加入計(jì)算。在設(shè)計(jì)中，采用多寬、多厚的鋼板粘貼，才能做到既節(jié)約成本又可滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求呢?運(yùn)用等截面法計(jì)算鋼板寬度，具體計(jì)算如下：橋梁跨中彎矩M=2173.3kN·m，混凝土主梁寬=l80mm；設(shè)鋼板寬為l80mm，厚3mm；鋼彈性模量E=2.1×l0N/mm；屈服極限=210N/mm。膠彈性模量E=7.12x10N/mm；抗拉強(qiáng)度=15.3N/mm。混凝土彈性模量E=2.55x10N/mm；抗拉強(qiáng)度=1.54N/mm。鋼截面1、膠層截面2及混凝土截面3，其上的彎曲應(yīng)力分別為：=；；式中——該截面對(duì)中性軸貫性矩；——各材料中正應(yīng)力；y——在y-z坐標(biāo)系內(nèi)，等效截面形心的坐標(biāo)；M——鋼板破壞時(shí)的極限荷載。如果將鋼材l構(gòu)成的截面保持不變，而將膠層截面2、混凝土截面3沿Z軸方向的寬度擴(kuò)大、倍，可將實(shí)際截面變成全部由材料1組成的截面，見(jiàn)圖1。圖1即：，膠層、混凝土變換后的寬度：，先后算出復(fù)合梁截面形心為y為213.01mm；截面對(duì)中性軸慣性距I為3.885x10，代入到彎曲應(yīng)力公式，分別得出鋼板、膠層、混凝土中最大正應(yīng)力，而鋼板中的最大正應(yīng)力遠(yuǎn)大于膠層中和混凝土中的最大正應(yīng)力，即一旦鋼板發(fā)生塑性變形，則混凝土將導(dǎo)致丌裂或斷裂。因此，采用鋼板最大正應(yīng)力作為鋼的屈服應(yīng)力，從鋼板的最大正應(yīng)力，可得出主梁極限荷載：=10600(kN﹒m)計(jì)算結(jié)果說(shuō)明主梁加固后能承受的極限荷載遠(yuǎn)大于本次設(shè)計(jì)主梁跨中所承受的荷載，考慮到橋梁承受的是反復(fù)荷載，需增設(shè)U箍板或螺栓附加錨固措施。本次加固設(shè)計(jì)采用的鋼板為3鋼，厚度3mm，寬l80mm。同時(shí)進(jìn)行強(qiáng)度復(fù)核，粘鋼后撓度、裂縫寬度均能滿足設(shè)計(jì)要求。5結(jié)論橋梁加固，就是通過(guò)一定的措施使構(gòu)件乃至整個(gè)結(jié)構(gòu)的承載能力及其使用性能得到提高，以滿足新的要求，要針對(duì)橋梁所發(fā)生的不能滿足繼續(xù)使用的狀況進(jìn)行處理。要求我們根據(jù)橋梁的現(xiàn)有技術(shù)狀況、存在病害，車輛通行的需要以及將來(lái)交通發(fā)展的趨勢(shì)，對(duì)加固的必要性和可行性作出分析判斷，然后對(duì)各種加固方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果進(jìn)行比較，選擇合理的設(shè)計(jì)和施工方案，還要考慮經(jīng)濟(jì)性和耐久性等綜合因素。粘鋼加固是一項(xiàng)新技術(shù)，非常適用于各種建筑結(jié)構(gòu)、橋梁小型水工建筑物和建筑物抗震加固，在今后