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      預應力混凝土T形剛構箱梁橋加固方案
      發布時間:2014-08-05

        文本摘要:以某預應力混凝土T型剛構箱梁橋為背景,對采用不同加固方案的優缺點進行比選,最后從技術可行性和經濟角度推薦采用碳纖維CFRP加固方案。并給出了加固的具體實施方案和要點。其研究成果可為相關橋梁的維修加固施工和設計提供參考。

        關 鍵 詞:T形剛構箱梁橋; 預應力混凝土; CFRP加固

        1、前言

        現代化基礎設施的建設和發展規模與過去相比有了很大的變化,性能和技術要求越來越高,現有的很多橋梁、隧道、建筑物以及其它基礎設施由于歷年的老化或由于施工質量、地震、戰爭等多方面的原因受損,亟待加固和修復。隨著社會需求的變化,設計標準的更新,現在對結構物的安全性能越加重視,對已建的結構物在未達到其使用壽命以前如何提高其安全保證能力成了一項重要任務。人們預測,如果沒有根本性的技術革新或不充分重視這些問題,幾十年以后社會將負擔不了龐大基礎設施的維修和管理費用。因此,對混凝士結構工程的維修、加固、改造及新建技術的開發和研究將是21世紀結構工程工作者的最大課題和難題。

        2、預應力混凝土T構箱梁橋加固維修方案比選

        目前,混凝土結構工程加固和改造技術常用的主要有以下四種方法:

       、 鋼筋混凝土增厚法或增大截面加固法,即在原結構上再澆注一定厚度的鋼筋混凝土或增加原結構的受力鋼筋。

       、 外包鋼加固法,即用乳膠水泥、環氧樹脂化學灌漿或焊接等方法對梁、柱結構進行加固。該法具有諸多缺點,例如,鋼板易受腐蝕或脫落:對于大跨度橋梁來說,鋼板的重量可能太重,引起附加內力,甚至成為結構本身的負擔。

       、 體外預應力法,即采用對結構施加體外預應力的加固方法,包括通過增設支點和托架改變受力體系。

       、 噴射混凝土技術,即借助噴射機械,利用壓縮空氣或其他動力,將一定比例配合的拌合料高速噴射到損傷處凝結硬化而成一種混凝土。

        對于上述加固方法,國內外的很多科研機構都已進行了大量的研究工作,并且大都己應用于實際工程。然而這些方法都有一定的缺陷,除去帶有共性的化學腐蝕和實用面窄等問題外,像外包鋼加固法還會增加結構自重、結點不易處理、施工難度大等。為此,工程界需要新興的、科技含量高的加固技術。近年來,纖維類材料在土木工程中的應用一直是國內外研究的熱點,在所有這些纖維材料中,碳纖維材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics,簡稱CFRP)是迄今為止應用于土木工程領域最早、技術最成熟、也是用量最大的一種高科技材料,隨著碳纖維材料被廣泛應用于建筑業,碳纖維加固補強混凝土結構新技術隨之出現,并在土木工程中得到廣泛應用。

        3、維修加固施工流程

        采用碳纖維維修加固預應力混凝土連續T構橋,首先針對該橋的開裂情況和損傷特點開展調查,并確定可靠性鑒定等級,從而進一步確定補強加固技術方案。隨后根據加固方案進行具體的加固設計,此時應考慮碳纖維布加固施工方法的特點及合理的構造措施,按照結構上實際受力情況進行正常使用功能和極限承載能力等方面的驗算。按照具體的加固設計方案進行施工組織,施工時應采取確保質量和安全的有效措施,并應遵照有關規定進行施工和驗收。主要施工流程為:預應力混凝土連續T構橋可靠性鑒定→維修加固技術方案確定→維修加固具體設計→施工組織設計→工程施工→工程驗收、鑒定。

        4、維修加固方案實施

        4.1 加固方案的選擇原則

        橋梁加固改造方案的具體確定,首先要根據橋梁的現有技術狀況、存在病害、車輛通行的需要以及將來發展的趨勢,對加固改造的必要性和可能性做出分析判斷,然后對各種加固改造方法的技術經濟效果進行比較,選擇合理的加固改造方案。

        加固設計時應遵守以下原則:

       、 加固后的橋梁,在使用荷載作用下,原有結構和新增加的結構各部分的強度、剛度和裂縫均應符合現行設計規范的要求。

       、 當僅要求提高活載能力時,加固改造工作可以在原有結構保持恒載應力狀態下進行,此時,原有結構的全部恒載和加固改造后所增加的恒載,均由原構件承擔,活載由原結構和新增加的構件或加大后的截面共同承擔。

       、 如果通過檢測和計算,原結構的應力已經接近或己超過允許限值,需要減少原橋的恒載應力時,應采取一定的卸載措施,如用輕質材料更換原橋面鋪裝層、用外部預應力使橋梁產生附加上拱度。此時,新增構件(截面)除與原構件共同承擔活載外,還承擔原有結構的一部分恒載,新舊結構按整體受力計算。

       、 采用增大截面法進行舊橋加固改造時,由于新舊結構的材料性質或混凝土之間收縮不同,引起結構內力的重分布,在新舊材料或新混凝土的銜接面上將出現較大的拉應力,容易出現裂縫而影響到結構的整體性。為減少混凝土收縮的不利影響,新澆混凝土不宜采用過高標號的水泥和較大的水灰比,并在新澆混凝土中設置鋼絲網或加入玻璃纖維,或者盡可能采用性能相近的材料進行加固補強。

        4.2 維修加固技術實施方案

        遵循以上維修加固原則,并根據對某預應力混凝土T構橋實地調查表明,主要存在兩種裂縫:箱梁橫隔板在進人孔上方存在豎向裂縫,裂縫一直延伸至橋面板處;箱梁頂板底部存在縱向裂縫,裂縫貫串整個T構,與箱梁橫隔板處的裂縫連在一起。顯然這兩類裂縫均主要是由于橫向正應力偏大、設計安全儲備不足引起的,因此,綜合考慮施工的技術可行性、難易度以及經濟效益等方面的原因,對這兩類病害采取如下維修加固措施:對箱梁頂板底部存在的縱向貫通裂縫,采用碳纖維布CFRP加固;對箱梁橫隔板進人孔上方存在的豎向裂縫,采用體外預應力和碳纖維CFRP雙重加固方案。

        由于采用碳纖維布加固對施工工藝要求較高,因此在對該預應力混凝土連續T構橋進行維修加固施工時,應由熟悉施工工藝且具有一定操作經驗的施工隊伍承擔,嚴格按照以下步驟分步進行:

        (1) 施工準備

        對擬補強加固橋的混凝土表面及其處理方法、基底樹脂的涂敷、碳纖維布的粘貼、養護、表面整飾以及節點情況進行充分設計和研究,并對使用材料、配套樹脂、機具做好準備工作。

        (2) 裂縫及混凝土表面處理

        首先對橫隔板處裂縫施加體外預應力,完成后視箱梁頂板和橫隔板處裂縫寬度、深度等不同情況,分別進行灌漿及封閉處理。對于2 mm以上寬度的裂縫進行灌漿處理,對于2 mm以下寬度的裂縫進行封閉處理。待灌漿料及封閉料達到一定強度后,對被粘貼混凝土表面用砂輪或角磨機打磨,除去表面疏松層及油污等雜質,直至露出新的混凝土界面,并利用壓縮空氣將表面浮灰清除干凈;對于碳纖維布轉角粘貼時,轉角處要進行倒角處理并打磨成圓弧狀;對于施工環境濕度較大,或}昆凝土粘貼表面潮濕的情況,還應對粘貼面進行干燥處理。

        (3) 涂刷基底樹脂

        基底樹脂的作用是加強碳纖維布與混凝士表面的粘結力,這對于加固效果是非常重要的,可以按產品說明規定的比例配置攪拌后,用滾筒刷均勻涂抹于混凝土表面。

        (4) 碳纖維布粘貼

        將所用環氧樹脂按規定比例調制浸潤后,均勻涂抹于混凝土表面需要粘貼的部位,膠層厚度應滿足設計要求,不易過薄,也不易過厚,并在規定時間內,將已按設計要求的尺寸裁剪好的碳纖維布迅速粘貼到位。粘貼碳纖維布時,用特制的滾筒刷沿碳纖維布受力方向多次滾壓擠出氣泡,使碳纖維布與混凝土表面緊密粘結,同時,使粘結劑充分滲入到纖維之間的縫隙內。最后,在碳纖維布表面再涂抹一層粘結劑,上覆塑料薄膜。

        (5) 碳纖維表面處理

        至少8 h以后,去除塑料薄膜,在碳纖維布表面涂抹一層基底樹脂,待基底樹脂干燥后,外抹水泥砂漿做面層。

        由于碳纖維加固所用材料的自身特點,施工現場應遠離電源、火源,尤其是高壓電線及輸電線路,并應配備必要的消防器材以備救護,現場施工人員應采取必要的勞保措施,在粘結膠的配置和使用場所,必須保持良好的通風。

        5、結論

       、 針對傳統加固方法對結構自身所帶來的不利因素,并考慮到預應力混凝土T構橋的自身設計特點,采用碳纖維CFRP加固在技術可行性、施工難易度以及經濟效益方面具有明顯優勢,作為對該橋的推薦維修加固方案。

       、 給出了采用碳纖維加固的具體施工流程以及主要技術實施方案,可供同類橋梁維修加固參考。



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