粘貼工字型鋼梁在曲線連續(xù)箱梁剛度加固中應(yīng)用

王 維 金 博

(中鐵大橋局武漢橋梁特種技術(shù)有限公司，湖北 武漢 430074)

粘貼工字型鋼梁在曲線連續(xù)箱梁剛度加固中應(yīng)用

王 維 金 博

(中鐵大橋局武漢橋梁特種技術(shù)有限公司，湖北 武漢 430074)

以武漢市南湖大橋工程為例，在分析傳統(tǒng)曲線連續(xù)箱梁剛度加固工藝的基礎(chǔ)上，提出了采用梁底粘貼工字型鋼梁的加固技術(shù)，并介紹了具體的施工步驟，對關(guān)鍵工序技術(shù)控制措施作了闡述，取得了良好的加固效果。

鋼梁，加固，焊接，試驗(yàn)

1 項(xiàng)目背景

武漢市南湖大橋位于城市主干道南湖大道上，橋梁總長260 m，橋面總寬度26.5 m，單幅橋面寬度11.5 m，兩幅之間設(shè)有3.5的隔離帶。設(shè)計(jì)荷載為：汽車—超20級，掛—120。主橋?yàn)?0 m+50 m+30 m變截面曲線預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，平曲線半徑R1 000 m，中跨梁底豎曲線半徑為R22 218.9 m，采用單箱單室圓弧變截面形式。根據(jù)檢測結(jié)果顯示，主橋剛度偏低，安全儲備不足。

武漢市南湖大橋維修加固總體要求為施工安全快速、環(huán)保優(yōu)質(zhì)高效、加固效果良好，同時，加固施工過程中需盡可能減少對交通的影響。根據(jù)此項(xiàng)總體要求，綜合分析南湖大橋特點(diǎn)，在傳統(tǒng)箱梁剛度加固工藝基礎(chǔ)上，創(chuàng)新的采用梁底粘貼工字型鋼梁的加固技術(shù)，選用鋼板焊接成工字型鋼梁，通過化學(xué)錨栓與粘鋼膠將工字型鋼梁與箱梁底板粘接成整體，工字型鋼梁沿縱向布置，詳見圖1。

2 新工藝與傳統(tǒng)工藝比較分析

傳統(tǒng)增強(qiáng)混凝土橋梁結(jié)構(gòu)剛度常用方法有：增大構(gòu)件截面(外包混凝土)，表面粘貼(粘貼鋼板及粘貼纖維增強(qiáng)復(fù)合材料)、體外預(yù)應(yīng)力、增加受力構(gòu)件及改變結(jié)構(gòu)體系等，其中前三種在工程實(shí)踐中較為常見[2，3]。根據(jù)對原有結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的影響，加固方法可分為兩類，一類為被動加固，即基本不改變現(xiàn)有恒載的受力狀態(tài)，但能提高極限承載能力及抗彎剛度，部分改善加固后結(jié)構(gòu)受力性能，主要有表面粘貼；另一類為主動加固，即改變現(xiàn)有的受力狀態(tài)，提高極限承載能力及抗彎剛度，主要有增大截面法及施加體外預(yù)應(yīng)力加固法[4]。粘貼工字型鋼梁是增大構(gòu)件截面及表面粘貼兩種工藝的結(jié)合，與傳統(tǒng)加固工藝在剛度加固效果及適用性比較分析見表1。

3 加固施工步驟

1)在梁底搭設(shè)施工平臺；2)對梁底缺陷(蜂窩、錯臺、裂縫等)進(jìn)行修補(bǔ),并打磨梁底混凝土松散層；3)測量放樣，采集梁底實(shí)際線性數(shù)據(jù)；4)探測梁底預(yù)應(yīng)力及鋼筋位置，鉆孔，植入化學(xué)錨栓；5)工字型鋼梁工廠分段制造，運(yùn)輸至現(xiàn)場，掛設(shè)及安裝；6)工字型鋼梁局部調(diào)校并緊固化學(xué)錨栓；7)工字型鋼梁現(xiàn)場對接焊接；8)工字型鋼梁灌膠施工；9)工字型鋼梁涂裝。

表1 剛度加固效果及適用性比較分析表[3，5-7]

4 關(guān)鍵工序技術(shù)控制措施

4.1 工字型鋼梁制造線性采集與控制

1)工字型鋼梁分段。因主橋箱梁底板既有平曲線，又有豎曲線，且單根工字型鋼梁較長，采用“化整為零，化曲線為折線”的工藝克服梁底雙曲線難題。工字型鋼梁分段需考慮線性采集、制造、運(yùn)輸、二次搬運(yùn)、安裝等諸多因素，根據(jù)本項(xiàng)目特點(diǎn)，將工字型鋼梁按3 m進(jìn)行分段制造，分段安裝后焊接成整體，相鄰工字型鋼梁橫向接頭錯開1.5 m。

2)工字型鋼梁制造線性采集?，F(xiàn)有主梁梁底為曲線，且存在不同程度的錯臺、凹凸不平等缺陷，需先對梁底缺陷進(jìn)行修補(bǔ)并打磨平順，然后采用“量體裁衣”的方式組織工字型鋼梁制造線性采集。工字型鋼梁粘貼區(qū)域縱向線性測量方法采用3 m公路檢測尺采集數(shù)據(jù)，將3 m檢測尺沿工字鋼梁中心線兩端緊貼梁底，中間每隔0.6 m采集一個數(shù)據(jù)，測出每3 m節(jié)段梁底的實(shí)際拱度，將測量所得豎向起拱值作為鋼梁廠內(nèi)制造的依據(jù)。測點(diǎn)布置詳見圖2。

4.2 工字型鋼梁安裝質(zhì)量控制

工字型鋼梁安裝按照先邊跨后中跨，從橋梁中心向兩側(cè)順序，分段安裝，然后焊接成型。工字型鋼梁與梁底的間隙及焊接質(zhì)量是控制重點(diǎn)。

4.2.1 梁底與工字型鋼梁間隙控制

檢查工字型鋼梁與梁底貼合情況，對局部偏差大于規(guī)范及設(shè)計(jì)要求的地方進(jìn)行矯形，矯形采用熱矯，配合用千斤頂從工字型鋼梁下翼緣向上反頂，輔助施加一定的預(yù)頂力，使矯形的速度得以提高。

鋼板安裝到位后，為了保證注入的結(jié)構(gòu)膠的厚度均勻，應(yīng)在鋼板與混凝土之間對應(yīng)螺桿的位置放進(jìn)與結(jié)構(gòu)膠厚度相等的墊片，將螺母擰緊。

4.2.2 現(xiàn)場焊接質(zhì)量及變形控制

焊接順序按照先焊接工字型鋼梁腹板焊縫，待工字型鋼梁表面冷卻后再焊接上翼緣對接焊縫，再待冷卻后焊接下翼緣對接焊縫，最后焊接腹板和翼緣角焊縫，腹板對接焊縫應(yīng)從下往上焊接。

為減少因焊接而產(chǎn)生的附加應(yīng)力和焊接殘余應(yīng)力及邊緣材料局部應(yīng)力，消除或減少構(gòu)件不規(guī)則變形，同時減少焊接溫度造成的工字型鋼梁變形，焊接前先對位，調(diào)整焊縫寬度，并確保對接位置鋼板在同一平面，焊接前先焊接定位焊馬板，減少焊接變形。

4.3 灌膠質(zhì)量控制

工字型鋼梁灌膠施工是加固施工的關(guān)鍵工序，也是決定最終粘結(jié)強(qiáng)度及加固效果的重要環(huán)節(jié)，為了保證施工期間及膠體固化期間不受擾動，需對對應(yīng)幅交通進(jìn)行封閉，待膠體固化(4 h～6 h)后再開放交通，施工前需對工字型鋼梁與梁底間隙進(jìn)行排查，保證其在設(shè)計(jì)及規(guī)范要求范圍內(nèi)。具體施工流程：注膠管、排氣管安裝→空腔吹洗→周邊封閉→交通封閉→壓力注膠→靜置固化→開放交通。

5 加固效果評價(jià)

加固施工完成后對主橋進(jìn)行荷載試驗(yàn)(橋梁靜載試驗(yàn)、橋梁動載試驗(yàn))，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)與加固后計(jì)算數(shù)據(jù)、加固前的實(shí)測數(shù)據(jù)等進(jìn)行對比分析，見表2。

表2 加固前后對比分析表

分析結(jié)果顯示：采用梁底粘貼工字型鋼梁，橋梁應(yīng)變及撓度校驗(yàn)系數(shù)均小于1，橋梁加固實(shí)際狀態(tài)好于設(shè)計(jì)狀態(tài)，且對比加固前有較大提高，承載能力滿足要求。工字型鋼梁參與工作，對梁體承載力提高效果良好。

脈動試驗(yàn)表明,跨中基頻大于理論值，且大于加固前實(shí)測值，剛度有較大提高。

6 結(jié)語

1)實(shí)踐結(jié)果表明，采用梁底粘貼工字型鋼梁的剛度加固技術(shù)，增大了截面剛度，提高了橋梁的剛度儲備，有效地減小了橋梁在荷載作用下的不利變形，應(yīng)力增長也有了一定的緩解，提高了橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性，加固效果良好。

2)采用梁底粘貼工字型鋼梁的剛度加固技術(shù)較傳統(tǒng)工藝減少了對社會資源的占用，加快了施工速度，在安全、質(zhì)量控制及文明環(huán)保施工方面均較傳統(tǒng)工藝有較大提升，對同類型橋梁剛度加固具有較強(qiáng)的借鑒意義。

[1] 李宏業(yè).混凝土結(jié)構(gòu)橋梁加固技術(shù)的應(yīng)用[J].中華建設(shè)，2013(10)：19-21.

[2] 劉立剛.混凝土橋梁粘貼加固技術(shù)的研究進(jìn)展[J].公路，2003(5):37-40.

[3] 周 瑋.PC箱梁加固技術(shù)研究[D].重慶:重慶交通大學(xué)，2009.

[4] 劉冬平.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋加固研究[D].合肥:合肥工業(yè)大學(xué)，2009.

[5] 張華利，劉云峰.碳纖維材料在橋梁維修加固中的應(yīng)用[J].民營科技，2013(7):3-6.

[6] 勵東東.粘貼加固預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的受力特性分析[D].西安：長安大學(xué)，2013.

[7] 張風(fēng)月，彭 軍.混凝土梁橋體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)研究[J].現(xiàn)代裝飾(理論)，2013(10)：101-111.

Paste-shaped steel beams used in the curve of continuous box girder rigidity

Wang Wei Jin Bo

(WuhanBridgeSpecialTechniqueCo.,Ltd,ChinaRailwayMajorBridgeEngineeringGroupCo.,Ltd,Wuhan430074,China)

Taking Nanhu Bridge in Wuhan as the example, the paper analyzes the consolidation craft of the traditional curve continuous box girder stiffness, points out the consolidation technique of the beam bottom bonded I-shaped steel beam, introduces its construction steps, and illustrates the controlling measures for the key technique, so as to achieve better consolidation effect.

steel beam, consolidation, welding, test

2015-06-28

王 維(1984- )，男，工程師

1009-6825(2015)25-0172-02

U445.72

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