粘鋼法加固連續(xù)箱梁正截面抗彎承載力分析

粘鋼法加固連續(xù)箱梁正截面抗彎承載力分析

0鋼筋混凝土連續(xù)箱梁的加固技術(shù)普通鋼筋混凝土連續(xù)箱梁是道路橋梁的典型類型之一。然而,在鋼筋混凝土連續(xù)箱梁營運多年后,結(jié)構(gòu)物不同位置出現(xiàn)的裂縫在降低其安全性和耐久性的同時,也較大地影響橋梁的服役壽命。因此,對帶縫工作的鋼筋混凝土連續(xù)箱梁進(jìn)行加固處理,可延長其使用壽命、提高安全性和耐久性。曹娟麗本文依托廣澳高速公路廣珠段鋼筋混凝土連續(xù)箱梁專項加固處治工程,通過病害分析、加固前后正截面抗彎承載能力的對比分析,分析粘貼鋼板法的處治效果,為同類工程提供參考和借鑒。1續(xù)箱梁橋裂縫種類廣澳高速公路廣珠段全長62.4km,于1995年10月開工,1999年12月建成通車運營。全線鋼筋混凝土連續(xù)箱梁橋共17座。鋼筋混凝土連續(xù)箱梁橋在重載、超載交通影響下,營運多年后,箱梁主控截面存在較多裂縫,主要為:(1)梁體跨中部位腹板出現(xiàn)豎向裂縫;(2)底板出現(xiàn)通長斷續(xù)橫向裂縫;(3)墩頂部位翼緣板出現(xiàn)橫向裂縫。尤以坦尾互通A匝道橋、坦尾互通B匝道1號橋、跨番中公路特大橋三座大橋尤為突出,本文主要對此三座大橋的病害進(jìn)行分析。1.1結(jié)構(gòu)體系的缺陷坦尾互通A匝道橋2通過現(xiàn)場檢測和分析,其原因主要是橋梁上部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土連續(xù)梁,箱梁在荷載作用下承受較大的彎矩,采用環(huán)氧水泥修補(bǔ)裂縫并未能從根本上改善結(jié)構(gòu)的受力狀況。1.2裂縫寬度、大小坦尾互通B匝道1號橋各跨梁體腹板跨中附近均有豎向裂縫,裂縫寬度均在0.1mm左右,且底板跨中附近有間距20cm左右的斷續(xù)橫向裂縫,裂縫最大寬度0.15mm。上述裂縫大部分已進(jìn)行封閉處理,修補(bǔ)后未見重新開裂,R241.3跨腹板裂縫型跨番中公路特大橋部分橋跨底板跨中附近或1/4～3/4跨新增較密集細(xì)小橫裂,裂縫呈斷續(xù)通長分布,δ=0.06～0.12mm,@=15～25cm。個別裂縫與腹板豎裂縫、翼板橫裂縫相連接,形成“L”型或“U”裂縫,且個別裂縫存在兩側(cè)邊緣啃邊破損現(xiàn)象;個別橋跨腹板新增多條豎裂縫,δ=0.08～0.28mm,個別裂縫存在兩側(cè)邊緣啃邊破損等現(xiàn)象。此外,部分裂縫靠近腹板側(cè)局部有露筋現(xiàn)象,測量底板鋼筋保護(hù)層,測量值普遍在21～28mm之間,個別保護(hù)層最薄處僅9mm(底板靠近腹板側(cè)),且較多重車行駛的車道對應(yīng)處的裂縫寬度比較大。梁體開裂主要由于鋼筋保護(hù)層偏薄或重載沖擊作用下,跨中梁底及附近承受較大正彎矩所致。左幅部分鋼筋混凝土連續(xù)箱梁病害情況見表1。2抗彎壓的計算《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTGD62-2004)2.1正截面抗彎能力計算結(jié)果分別按照04規(guī)范和85規(guī)范對坦尾互通A匝道橋第一聯(lián)19m+5×20m鋼筋混凝土連續(xù)箱梁正截面抗彎承載能力進(jìn)行了結(jié)構(gòu)驗算,具體的計算結(jié)果見表2。04規(guī)范正截面抗彎承載能力計算結(jié)果表明:全聯(lián)正彎矩最大位置為最后邊跨跨中位置,數(shù)值為14395.7kN·m;負(fù)彎矩最大位置為第六個支點位置,數(shù)值為-15653.2kN·m。中跨跨中位置內(nèi)力為12436.6kN·m。85規(guī)范正截面抗彎承載能力計算結(jié)果表明:全聯(lián)正彎矩最大位置為最后邊跨跨中位置,數(shù)值為11957.6kN·m;負(fù)彎矩最大位置為第六個支點位置,數(shù)值為-14656.8kN·m。中跨跨中位置內(nèi)力為8579kN·m。依據(jù)04規(guī)范的計算結(jié)果表明,邊跨跨中和中跨跨中位置結(jié)構(gòu)抗彎承載能力不足。2.2實現(xiàn)能力計算結(jié)果分別按照04規(guī)范和85規(guī)范對坦尾B匝道1號橋第三聯(lián)11×26m普通鋼筋混凝土連續(xù)箱梁正截面抗彎承載能力進(jìn)行了結(jié)構(gòu)驗算,具體的計算結(jié)果見表3。04規(guī)范正截面抗彎承載能力計算結(jié)果表明:全聯(lián)正彎矩最大位置為邊跨跨中位置,數(shù)值為23625.5kN·m;負(fù)彎矩最大位置為第二個支點位置,數(shù)值為-26283.9kN·m。中跨跨中位置內(nèi)力數(shù)值為22136.3kN·m。85規(guī)范正截面抗彎承載能力計算結(jié)果表明:全聯(lián)正彎矩最大位置為邊跨跨中位置,數(shù)值為19779.7kN·m;負(fù)彎矩最大位置為第二個支點位置,數(shù)值為-26693kN·m。中跨跨中位置數(shù)值為13976.3kN·m。由04規(guī)范計算結(jié)果可知,三個位置的結(jié)構(gòu)抗彎承載力富余度均小于0,表明抗彎承載能力不足。2.3正截面抗彎承載能力計算結(jié)果分別按照04規(guī)范和85規(guī)范對跨番中公路跨線橋R18-25跨3×20m+4×27m+20m鋼筋混凝土連續(xù)箱梁進(jìn)行了結(jié)構(gòu)驗算,具體的計算結(jié)果見表4。依據(jù)04規(guī)范的正截面抗彎承載能力計算表明:全聯(lián)20m跨正彎矩最大位置為邊跨跨中位置,數(shù)值為20544.1kN·m,20m中跨跨中位置內(nèi)力為19035.3kN·m,27m跨正彎矩最大位置為中跨跨中位置,數(shù)值為26151kN·m,20m跨負(fù)彎矩最大位置為中跨中支點,數(shù)值為-24427.7kN·m,27m跨負(fù)彎矩最大位置為中跨中支點,數(shù)值為-31513.2kN·m。依據(jù)85規(guī)范的正截面抗彎承載能力計算表明:全聯(lián)20m跨正彎矩最大位置為邊跨跨中位置,數(shù)值為17451.6kN·m,20m中跨跨中位置內(nèi)力為12748.3kN·m,27m跨正彎矩最大位置為中跨跨中位置,數(shù)值為為19529kN·m,20m跨負(fù)彎矩最大位置為中跨中支點,數(shù)值為-24594.7kN·m,27m跨負(fù)彎矩最大位置為中跨中支點,數(shù)值為-30202kN·m。依據(jù)04規(guī)范和85規(guī)范計算得到內(nèi)力最大的位置均相同,但04規(guī)范計算結(jié)果表明,跨番中公路跨線橋R18-25跨3×20m+4×27m+20m鋼筋混凝土連續(xù)箱梁20m邊跨跨中、20m中跨跨中、27m中跨跨中、20m中跨中支點及27m中跨中支點的富余度均小于0,其抗彎承載能力均不足。分別按照04規(guī)范和85規(guī)范對跨番中公路跨線橋L20-26跨20+5×25+20m鋼筋混凝土連續(xù)箱梁腹板正截面抗彎承載能力進(jìn)行了結(jié)構(gòu)驗算,計算結(jié)果見表5。同前述分析方法一樣,由表5可知,跨番中公路跨線橋L20-26跨20m+5×25m+20m鋼筋混凝土連續(xù)箱梁腹板典型位置的富余度小于0的情況較為突出,表明抗彎承載力也存在不足的情況。33粘合鋼板法的加固措施基于廣澳高速公路廣珠段鋼筋混凝土連續(xù)箱梁橋裂縫密集、正截面抗彎承載能力不足的現(xiàn)狀,采用粘貼鋼板法進(jìn)行加固。3.1鋼絞線的制作(1)加固用的鋼板為Q345C鍍鋅鋼板,鋼板、連接螺栓及焊縫的強(qiáng)度設(shè)計值,應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用。為保證防銹要求,鋼板必須采用工廠所生產(chǎn)的熱鍍鋅鋼板,鍍鋅層厚度100μmm。(2)運輸及施工過程中要求盡量避免刮花鋼板。對小型傷口及焊縫,要求先將焊接處以及焊接處兩邊5cm的區(qū)域用鋼絲輪打磨干凈,涂上一層高強(qiáng)樹脂漆,待樹脂漆徹底干燥后涂上一層富鋅漆即可。有條件時,也可使用鍍鋅鋼桶專用焊縫補(bǔ)鋅機(jī)進(jìn)行熔鋅補(bǔ)鋅。(3)加固所用的粘鋼膠必須滿足強(qiáng)度要求,此外,作為粘結(jié)鋼板加固結(jié)合面的被加固構(gòu)件混凝土的強(qiáng)度等級也應(yīng)滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。(4)為了防止鋼板銹蝕,延緩粘結(jié)劑的老化,鋼板表面應(yīng)做密封防水處理。3.2鋼板的安裝及加固粘貼鋼板施工工藝:根據(jù)施工圖放樣→混凝土表面缺陷修補(bǔ)→粘結(jié)鋼板的混凝土接合面處理→配膠→植入固定鋼板的螺栓→安裝并固定鋼板→用膠泥封邊→壓入粘膠→固化→鋼板外露面防腐處理。3.33.3.1安裝鋼板及加固催化劑種類通過上節(jié)04規(guī)范和85規(guī)范的分析結(jié)果可知,04規(guī)范考慮了重要性系數(shù),因而計算結(jié)果更偏于安全,因此,對加固效果的理論計算參照04規(guī)范計算方法。加固后按照04規(guī)范進(jìn)行了驗算,對坦尾互通A匝道橋第一聯(lián)19m+5×20m跨中進(jìn)行了粘貼鋼板加固,邊跨跨中抗彎承載力達(dá)到16012kN·m,富余度11%;對坦尾B匝道1號橋跨中進(jìn)行了粘貼鋼板加固,中跨跨中抗彎承載力達(dá)到29095kN·m,富余度23%;對跨番中公路跨線橋跨中進(jìn)行了粘貼鋼板加固,27m中跨跨中抗彎承載力達(dá)到35268kN·m,富余度35%。3.3.2抗彎承載力為了進(jìn)一步驗證粘貼鋼板法加固后的效果,根據(jù)04規(guī)范和85規(guī)范計算結(jié)果,選取了三座鋼筋混凝土連續(xù)箱梁的部分點位進(jìn)行檢測,坦尾互通A匝道橋第一聯(lián)19m+5×20m跨中、坦尾B匝道1號橋跨中、跨番中公路跨線橋27m中跨跨中加固后的抗彎承載力為15983kN·m、28864kN·m、33289kN·m,富余度分別為11%、22%、27%?？梢?實測值小于理論計算值,但理論計算結(jié)果和實測結(jié)果均表明,粘貼鋼板法在舊橋加固中,可以有效地提高正截面的抗彎承載能力。4跨徑范圍裂縫跟蹤檢測廣澳高速公路廣珠段鋼筋混凝土連續(xù)箱梁橋于2015年完成粘貼鋼板法加固處治。加固處治前,表1中的22號跨21～22墩臺1/4～3/4跨徑范圍存在16條細(xì)小橫裂縫,裂縫長度為160～880cm,裂縫寬度為0.08～0.10mm;經(jīng)跟蹤檢測,2019年,1/4～3/4跨徑范圍的裂縫條數(shù)仍為16條,裂縫長度為163～885cm,裂縫寬度為0.08～0.12mm?？梢?采用粘貼鋼板法加固后,原密集裂縫處的細(xì)小橫裂縫沒有進(jìn)一步發(fā)展,條數(shù)沒有增加,裂縫寬度和長度都在可接受的范圍內(nèi),表明粘貼鋼板法對鋼筋混凝土