淺談鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在橋梁墩柱加固中的應(yīng)用

摘要：鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具有承載力高、延性好、抗震性能優(yōu)越等特點；本文結(jié)合鋼管混凝土受力特性及日常橋梁加固實踐，詳細闡述橋梁墩柱外包鋼管的加固方法。

關(guān)鍵詞：橋梁；墩柱；加固；鋼管混凝土；應(yīng)用

混凝土的抗壓強度高、抗彎能力很弱；鋼材的抗彎能力強，具有良好的彈塑性，但在受壓時容易失穩(wěn)而喪失軸向抗壓能力。而鋼管混凝土在結(jié)構(gòu)上能夠?qū)⒍叩膬?yōu)點結(jié)合在一起，可使混凝土處于側(cè)向受壓狀態(tài)，其抗壓強度可成倍提高。同時由于混凝土的存在，提高了鋼管的剛度，兩者共同發(fā)揮作用，從而大大地提高了承載能力。鋼管混凝土柱中，鋼管對其內(nèi)部混凝土的約束作用使混凝土處于三向受壓狀態(tài)，提高了混凝土的抗壓強度；鋼管內(nèi)部的混凝土又可以有效地防止鋼管發(fā)生局部屈曲。研究表明，鋼管混凝土柱的承載力高于相應(yīng)的鋼管柱承載力和混凝土柱承載力之和。鋼管和混凝土之間的相互作用使鋼管內(nèi)部混凝土的破壞由脆性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄云茐?，?gòu)件的延性性能明顯改善。

目前，既有橋梁由于設(shè)計荷載標準低、設(shè)計不完善、施工不規(guī)范、養(yǎng)護管理不到位等因素的影響，致使橋梁結(jié)構(gòu)及構(gòu)件承載力不足，影響交通安全及交通發(fā)展。本文主要結(jié)合橋梁日常養(yǎng)護管理工作及橋梁維修加固實踐，淺談鋼管混凝土理論在橋梁墩柱構(gòu)件加固中的應(yīng)用。

一、工程概況

某大橋于佛山市禪城區(qū)境內(nèi)，位于G325國道上，是連接順德區(qū)和南海區(qū)的交通要道，該橋經(jīng)過約20年的運營，部分立柱混凝土已經(jīng)產(chǎn)生了嚴重的老化現(xiàn)象。具體表現(xiàn)在立柱的結(jié)構(gòu)鋼筋嚴重銹蝕，保護層混凝土開裂、較大面積剝落（見照片）。

二、方案驗算

該橋立柱表面混凝土老化、脫落，需要采取措施增強立柱的抗壓強度。擬采用外包一層25mm厚的“鋼板箍”的結(jié)構(gòu)加固方案，使現(xiàn)立柱和新架設(shè)的鋼管形成一體，達到鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的作用效果及受力性能。具體驗算如下。

從計算結(jié)果看，A后 >A前，I后 >I前，可見外包鋼管對立柱進行加固效果明顯。

三、鋼管混凝土施工

1、施工工藝流程圖

2、施工現(xiàn)場交通封閉

該橋南引橋下的兩個需要加固的立柱，橫跨佛山大道調(diào)頭車道，為了保證結(jié)構(gòu)安全、施工安全和不中斷交通，采取一個立柱加固結(jié)束后再對另一個立柱進行加固的方案。施工時只封閉一個車道，開放另一個車道通行，并且采用施工車輛封住被封閉車道的兩端，以保證施工人員的安全。

3、柱身混凝土的表面處理：

由于柱身混凝土比較破碎，小心對墩柱表面進行打磨，避免再損傷立柱截面。特別是1#墩，全幅橋面寬度僅有一個偏心受壓的直徑只有80cm的立柱。在采用電動工具將混凝土表面打磨后，即對柱身銹蝕的鋼筋進行除銹，再采用A71-1改性環(huán)氧樹脂膠液對鋼筋和開裂、松動的混凝土進行封閉和粘結(jié)處理。柱身混凝土打磨后，即按照40cm間距植入Φ16mm鋼筋。

4、鑿出柱頂承托混凝土

該橋立柱的柱頂都有一個圓錐形的混凝土承托。由于沒有原設(shè)計圖，只好將1#立柱的承托混凝土鑿出，以檢查里面有不有安設(shè)支座。鑿出后，發(fā)現(xiàn)承托混凝土是在現(xiàn)澆橋面板時一起澆注的。

5、鋼管加工

為了保證鋼結(jié)構(gòu)的制作質(zhì)量，減少現(xiàn)場的施工時間，現(xiàn)場量測好尺寸數(shù)據(jù)后，在工廠完成大部分的鋼結(jié)構(gòu)制作。因鋼板較厚（25mm），焊縫按照規(guī)范的要求“倒坡口”，采用二氧化碳保護焊工藝進行焊接。構(gòu)件經(jīng)過檢驗合格后才運輸出廠。

6、現(xiàn)場安裝柱身鋼結(jié)構(gòu)

現(xiàn)場安裝立柱柱身剛結(jié)構(gòu)，如圖所示。

7、灌注膨脹水泥漿

這道工序質(zhì)量的高低，是影響加固效果的關(guān)鍵。為了保證鋼板箍與立柱混凝土之間的“預(yù)填骨料混凝土”的質(zhì)量，從立柱底部向上間距約1.3m距離布設(shè)灌漿咀。在鋼管箍頂部開設(shè)2個15×20cm的方孔，向里面填入3cm的花崗巖骨料后，再焊好方孔，即可從底部壓注膨脹水泥漿。

8、鋼結(jié)構(gòu)外防護

如果按照一般的防護工藝，即一遍底漆、一遍面漆。但珠三角一帶空氣中氯、硫粒子含量較高，這樣的防護，在3年左右就要再進行油漆防護（如佛山一環(huán)的護欄）。為了提高防護時間，在底漆和面漆間增加了一遍改性環(huán)氧樹脂。因為其強度高、封閉性好，能較好地阻隔空氣中的有害粒子侵蝕，可延長鋼結(jié)構(gòu)的防護時間。

9、現(xiàn)場清掃恢復(fù)

因為天天都要進出現(xiàn)場，每天結(jié)束作業(yè)時打掃施工現(xiàn)場，保證沒有石粒、浮土、水漬造成交通事故；全部施工結(jié)束后，恢復(fù)了施工時鑿出的路緣石和圍墻。

四、結(jié)束語

該橋2個立柱的加固，歷時20余天，完成了施工作業(yè)，安全地達到了設(shè)計目的，為舊（危）橋的病害治理，提供了可借鑒的經(jīng)驗。鋼管混凝土理論對橋梁進行加固具有進度快、施工方便等特點。在實踐過程中，要根據(jù)加固構(gòu)件的受力狀況進行充分驗算，分析粘貼鋼板后構(gòu)件加固效果。在具體施工過程中，要注意膨脹水泥漿、注漿飽滿程度、鋼板加工質(zhì)量、鋼板表面防腐處理等關(guān)鍵環(huán)節(jié)質(zhì)量控制，確保橋梁加固達到預(yù)期目的。

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