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预应力混凝土桥梁结构加固与裂缝处理

2024-12-05 行业新闻

  用粘结剂和锚栓将钢板或碳纤维布粘贴锚固于桥梁混凝土结构的受拉区域或其它薄弱部位,使钢板或碳纤维布与被加固的混凝土结构形成整体,以实现提高原桥梁结构承载能力的目的。这种方法基本不改变原结构的截面尺寸和结构刚度分布的特点,具有施工方法简单、技术可靠、短期加固效果较好且工艺成熟等优点。其中,碳纤维加固技术是近十来年由国外引进的一种新技术,因碳纤维布具有强度高、耐腐蚀且实施工程简单方便等优点,目前已大范围的应用于各类建筑工程和交通工程的加固中。如广深高速公路福田互通立交桥的加固等。

  与无黏结预应力加固法相似的一种加固方法。其主要不同之处在于无黏结预应力加固法的预应力筋与梁体混凝土是无黏结的,预应力完全依赖于两端的锚具传递到梁体,而有黏结预应力加固法的预应力筋与梁体混凝土是有黏结的,在对梁体施加预应力后,需要再喷注具有较高强度的复合砂浆,使预应力筋与被加固梁体黏结为一整体,预应力依赖两端锚固于被加固梁体上的高强钢丝和預应力筋与复合砂浆的黏结力来传递。

  对于桥梁加固的每种方法,其适用都有着自身特定条件,需要综合具体工程及实施工程技术和加固效益等确定。预应力加固时的预应力张拉和锚固是关键,须考虑好原结构所安装锚具承载力及变形带来的预应力损伤。保证结构预应力充足的同时,又要避免预应力过高造成的不利影响。

  [1]陆伟,刘幸,张迷迷.碳纤维布结合体外预应力筋加固桥梁的试验及应用[J].湖南科技大学学报(自然科学版).2011(04)

  加固设计需要依照原桥竣工图、设计图及检测评估报告经现场核对进行;加固设计考虑材料劣化、结构病害、新旧材料差异等。几何、材料等参数应用桥梁现状检查结果;加固设计需验算施工各阶段构件强度、稳定性及结构变形;加固后结构验算需考虑附加荷载;改变结构体系加固时,结构构件任意一截面应力不超过材料强度设计值;加固验算应依照桥梁建设年代设计荷载、材料性能等进行;桥梁加固设计可参考以下顺序进行:加固工程可行性研究→加固方案设计→加固施工图设计。

  预应力混凝土桥梁的应用逐渐广泛,其结构的加固也慢慢的变成为社会关注焦点。介于预应力混凝土桥梁规模及自重大,桥梁结构加固一般是选择带载加固,加固设计中须考虑分阶段受力。通常桥梁结构构件自重及其他早期恒载内力考虑原结构承担,加固后增加恒载和使用阶段的活载内力应由加固后组合截面承担。为此,加固设计比新桥设计更复杂。

  现代桥梁建设中,因为预应力混凝土梁桥在受力性能方面的优越性而得到普遍应用,但同时也带来了混凝土桥梁开裂及挠度过大这一问题的普遍化。本文从桥梁加固设计的根本原则入手,简要探讨了预应力混凝土桥梁结构加固与裂缝处理,以期能为所需者提供借鉴。

  把预应力筋布置在桥梁主梁的外侧或箱梁内部的受拉区域,并在适当部位增设预应力筋的转向装置以调整体外预应力筋的走向,以适应内力沿梁长方向的变化,保证对梁体施加的预压应力部位为荷载作用下的受拉区域,实现预应力加固的效果、提高桥梁结构的承载力。其关键是体外预应力筋的锚固、转向和防腐保护。此法是目前应用最多的桥梁加固方法之一,非常适合于大跨度预应力混凝土连续T构和连续箱梁桥的加固改造。

  采用高强复合纤维布条锚固或粘贴在梁体外部、对梁体施加预应力的一种方法。这种加固体系目前尚处于试验研究阶段,其关键技术是解决适用于桥梁加固现场施工的高强复合预应力纤维布的张拉和锚固技术,解决张拉后高强复合纤维布条与被加固梁体的联结问题。有必要注意一下的是,各种桥梁加固方法并不是单独使用或者相互排斥的,而且往往是多种加固方法相互补充、共同完成同一座桥梁的加固改造的。例如,在湖北宜宾的马鸣溪金沙江大桥加固中,采用了增加构件加固法、粘贴钢板加固法、碳纤维加固法、桥面层补强加固法等。加固方案的选择与诸多因素相关,常常要考虑桥梁结构形式、桥梁所处环境、能否封闭交通、实施工程技术水平和维护加固资金等因素。

  将具有防腐保护的预应力钢筋布置在新浇待加固梁体混凝土内部,待混凝土硬化后再张拉预应力筋对梁体进行施加的一种方法。无黏结预应力桥梁加固法是无黏结预应力技术在桥梁工程中推广应用的一种形式,其核心问题是要解决为锚固预应力筋而增设的混凝土支承保护层与被加固梁体之间的可靠联结问题。无黏结预应力加固法非常适合于中、小跨径钢筋混凝土T形梁的加固。

  在梁底面或侧面浇筑部分细石混凝土,同时配置受力钢筋或型钢,以提高主梁截面的有效高度并增大配筋量,使新旧梁板共同受力,以此来实现提高混凝土桥梁承载能力。此外,其也是桥面板加固的常用方法之一。虽然这种加固方法具有工作原理简单、加固效果非常明显、甚至在加固的过程中不影响桥梁行人和非机动车辆的正常通行等优点,但是由于增大的截面尺寸小,需加固的原混凝土表面都必须清洗整理干净并打毛,而且整个施工全套工艺流程中全部的作业都必须在梁板底进行,模板搭设工作量大、施工难度大。因此,实施工程质量比较难以控制,使得这种截面增大加固法的应用受到一定的影响。这种方法常用于T形截面梁的加固维修。

  通过改变桥梁结构的整体受力体系以实现提高混凝土桥梁结构承载能力,其不仅能提高结构作为整体的承载能力,使结构中原来的部分受拉区域改变为受压区域,使因受拉开裂而刚度急剧减小的截面变为不受以前开裂历史影响的受压截面,从而能够大大增强结构的整体刚度,减小桥梁的挠度。这种加固方法同时具有被动加固法和主动加固法的特点。如将原来相邻的多跨简支梁桥在桥墩支座处联结起来,并施加一定的预应力,使结构改变成为多跨连续梁。由于这种加固方法工程量大、施工难度高、部分甚至全部的桥面要重新铺装、工程加固改造投资大,而且一定要进行重新设计,对设计人员的技术方面的要求高,技术难度和社会关系很复杂,因此实际中较少采用此方法。

  开裂是预应力混凝土桥梁和普通钢筋混凝土桥梁的普遍现象。裂缝产生的原因有多种多样,涉及混凝土原材料特性及配合比、施工工艺、结构设计、天气特征情况、日常养护等。从裂缝对结构受力和耐久性来看,裂缝分为有害裂缝和无害裂缝两类。对有害裂缝和影响外观的无害裂缝,处理方法最重要的包含表面封闭法、灌浆法和粘贴加固法等。其中,粘贴加固法的外部粘贴补强材料包括钢板、钢筋、玻璃钢、碳纤维布和芳纶纤维布等。表面封闭法就是对混凝土裂缝表明上进行封闭处理的方法,通常用于处理不影响结构承载力安全的裂缝。根据处理手段的不同,表面封闭处理法又可分为表面涂抹、槽口充填和表面喷浆等三种方法。表面涂抹法就是在裂缝部位的混凝土表面涂抹树脂保护膜,达到封闭裂缝目的的裂缝处理方法。槽口充填法就是在混凝土表面沿裂缝方向凿出“V”形或“U”形槽口,然后用树脂砂浆充填修补裂缝的方法。根据所凿槽口的不同,这种方法又可分为“V形槽口充填法”和“U形槽口充填法”。当裂缝深度较大时,开凿槽口的深度和宽度都相应增大,槽内填补的粘结材料可根据裂缝位置和槽口情况来确定,如沥青、树脂砂浆和配有微量膨胀剂的砂浆等。表面喷浆法就是在经凿毛处理的混凝土裂缝表面,喷射一层密实而且强度高的水泥砂浆来封闭裂缝的一种修补方法。根据混凝土裂缝的部位、性质和修补要求的不同,可采用无筋素喷浆、挂网喷浆和凿槽嵌补与挂网相结合的喷浆等修补方法。

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