論橋面板維修加固

張 芹

(中交第一公路勘察設(shè)計研究院，陜西 西安 710000)

?

·橋梁·隧道·

論橋面板維修加固

張 芹

(中交第一公路勘察設(shè)計研究院，陜西 西安 710000)

介紹了橋面板常見的病害類型，從減輕自重、提高耐久性與承載力等角度，闡述了混凝土橋面板、正交異性鋼橋面板以及FRP橋面板的維修改造措施，確保了橋梁的安全運營。

橋面板，維修改造，耐久性，承載力

0 引言

20世紀后期，我國大規(guī)模新建橋梁。運營十幾年至幾十年后，橋梁材料逐漸老化，構(gòu)件受損，加之外部環(huán)境和超載運營等其他不確定因素的影響，許多橋梁已步入生命周期的加固維修階段?，F(xiàn)有橋梁病害種類繁多，橋梁開裂是最為廣泛的存在，如混凝土主梁跨中底面開裂混凝土主梁墩頂頂面開裂，鋼梁焊縫處開裂及最明顯的橋面鋪裝開裂等等。本文僅對舊橋橋面板開裂的維修改造進行論述。

橋梁橋面板開裂未必立刻、馬上影響橋梁的安全使用，但可以肯定的是它會影響橋梁的耐久性。針對不同類型的橋面板，本文從提高耐久性，減輕自重，提高主梁承載力等角度對舊橋橋面板的維修改造進行論述。

1 橋面板維修改造措施

1.1 混凝土橋面板維修改造措施

對于采用混凝土主梁，水泥混凝土加瀝青混凝土鋪裝的橋梁。對橋面板裂縫進行維修時，首先將原橋面鋪裝銑刨掉，再對開裂的混凝土橋面板進行封縫、灌縫處理，最后按原設(shè)計重新鋪設(shè)混凝土層和瀝青層。這種常規(guī)的維修方法能解決舊橋橋面板開裂及橋面鋪裝開裂，坑槽，壅包等問題，既提高了橋梁正常使用性能，又可防止雨水從橋面板滲入從而侵蝕主梁，提高了橋梁耐久性，延長橋梁使用壽命。此外，如對原橋橋面鋪裝采取相應(yīng)的改造措施，還可以解決主梁應(yīng)力超限和承載力不足等問題，如下所述：1)重做混凝鋪裝時，在主梁頂部植筋，使主梁和新混凝土現(xiàn)澆層成為整體，共同受力。采取該措施相當于增大主梁截面，從而提高了橋梁剛度，可以改善主梁由剛度不足引起的變形，開裂，應(yīng)力偏大等問題。2)重做混凝鋪裝時，在主梁頂部植筋，且在墩頂位置增設(shè)縱向受力鋼筋。采取該措施除增加主梁剛度外，還可以提高主梁抵抗負彎矩的能力，解決橋梁由于承載力不足引起的主梁頂面開裂等問題。3)如重新鋪設(shè)時減小混凝土層或瀝青層厚度，可以減輕橋梁自重，提高橋梁承受車輛荷載的能力。此方法施工工藝成熟，簡單可行，但施工工期稍長，會影響交通。根據(jù)原橋現(xiàn)狀及交通運營要求選擇適當?shù)拇胧┨岣邩蛄悍?wù)性能，用最簡單的方法解決橋梁存在的問題。本方法廣泛應(yīng)用于舊橋改造，且不局限于混凝土橋梁。

1.2 正交異性鋼橋面板維修改造措施

對于采用正交異性鋼橋面板的橋梁，正交異性鋼橋面板疲勞裂縫常規(guī)處理是在裂縫端部打孔阻止裂縫進一步發(fā)展。正交異性鋼橋面板是由互相垂直的縱橫向加勁肋和橋面板焊接而成[1]。新建橋梁中正交異性鋼橋面板主要用于鋼箱梁，鋼桁架橋等。正交異性鋼橋面板既作為主梁上翼緣與主梁共同承受荷載作用，又作為橋面體系的一部分直接承受車輪荷載。由于正交異性鋼橋面板各部位影響線短，所以在車輛荷載作用下各疲勞細節(jié)處應(yīng)力循環(huán)次數(shù)多，對疲勞十分敏感。此外正交異性鋼橋面板構(gòu)造復(fù)雜，各部位多采用焊接連接，在焊接殘余應(yīng)力、溫度、外部不良環(huán)境等因素的耦合作用下，正交異性鋼橋面板疲勞問題更加顯著。對于采用瀝青混凝土鋪裝的橋梁，瀝青混合料橋面鋪裝剛度隨著溫度的升高迅速降低，會導(dǎo)致在橋面板的受力要比溫度低時高；在相同荷載條件下，鋪裝層溫度在高溫(55 ℃)條件下鋼橋面板疲勞損傷度約為常溫(10 ℃)的21倍[2]。目前，我國對正交異性鋼橋面板的研究越來越多，但十分有限，研究表明疲勞細節(jié)的構(gòu)造尺寸和橋面鋪裝厚度、剛度對正交異性鋼橋面板疲勞細節(jié)處應(yīng)力幅影響顯著。在橋梁加固改造中將瀝青混凝土鋪裝換成水泥混凝土鋪裝可以有效降低各疲勞細節(jié)處應(yīng)力幅。對于需要重新更換正交異性鋼橋面板的桁架橋或工字組合梁橋等，應(yīng)借鑒國外成功經(jīng)驗，根據(jù)實際交通荷載結(jié)合有限元分析設(shè)計適當?shù)臉?gòu)造尺寸(如橫隔板挖孔自由邊半徑等)降低疲勞細節(jié)處應(yīng)力幅；橋面板縱向焊縫盡量避開車輛輪跡布置；縱向加勁肋盡量采用螺栓連接；保障焊縫質(zhì)量，將焊縫打磨平整，避免焊縫未完全熔透造成的原始裂縫或焊縫存在尖角使得應(yīng)力集中；利用敲擊等物理方法釋放部分焊縫殘余應(yīng)力。對于采用混凝土橋面的舊橋，將橋面板換為正交異性鋼橋面板可大幅降低橋梁承受恒載的負擔，另正交異性鋼橋面板可作為主梁的一部分承受荷載作用，提高了橋梁承載力，但由于正交異性鋼橋面板的高度在200 mm～280 mm，在橋梁加固中如需通過清理橋梁頂部保證橋面標高不變，施工將存在相當難度，并非所有橋梁都適宜采用此方法，而且其本身構(gòu)造復(fù)雜，疲勞問題顯著，在橋梁加固中難以廣泛采用。綜上所述，在原結(jié)構(gòu)采用正交異性鋼橋面板的桁架橋或工字梁橋等需更換橋面板時，可優(yōu)先考慮采用此方法。

2 FRP橋面板在舊橋改造中的應(yīng)用

FRP即新型纖維增強復(fù)合材料，是由基體和增強體組成，纖維的高強度、高模量的特性使它成為理想的承載體，樹脂等基體材料具有良好的粘結(jié)性能，把纖維牢固的粘結(jié)起來，同時又使荷載均勻分布并傳遞到纖維，且允許纖維具有一定的抗壓和抗剪能力[3]。FRP空芯板和夾芯板是理想的橋面板，目前國際上在舊橋改造和新建橋梁中已經(jīng)大量的應(yīng)用[4]，如美國紐約州Bently Greek 橋主梁采用鋼桁架，1999年采用GFRP夾芯板替換了原橋混凝土橋面板，有效提高了該橋行車荷載。與混凝土橋面板和正交異性鋼橋面板相比，F(xiàn)RP橋面板具有顯著的優(yōu)點[5，6]：1)自重輕，F(xiàn)RP橋面板的自重約為傳統(tǒng)混凝土橋面板的20%～40%。2)抗疲勞性能好，某些FRP橋面板的疲勞強度可達其拉伸強度的70%～80%。3)良好的耐化學腐蝕性，可用于特殊環(huán)境舊橋橋面板加固改造。4)施工方便，F(xiàn)RP橋面板工廠制造，現(xiàn)場安裝，不需要重型機械，甚至不需要起重設(shè)備。但FRP橋面板的材料組成復(fù)雜，設(shè)計理論不完善，價格高，橋面板橫向連接及橋面板與原梁體的連接等問題都制約著FRP橋面板在舊橋加固中應(yīng)用的推廣。在實際使用中，橋梁工程人員需結(jié)合實際，設(shè)計結(jié)構(gòu)合理，價格經(jīng)濟的FRP橋面板，在實踐中積累經(jīng)驗，充分發(fā)揮FRP橋面板的優(yōu)點。例如在埃德蒙頓道森橋的維修中，采用輕質(zhì)復(fù)合鋼板和彈性系統(tǒng)(夾芯板系統(tǒng)SPS)代替了原橋的半鋼纖維輕質(zhì)混凝土橋面。SPS橋面板由周邊鋼板和彈性填充物組成，施工采用“車間焊接，現(xiàn)場螺栓”的原則，有效解決了橋面板的疲勞問題，且縮短了施工工期，節(jié)約了成本。道森橋采用的SPS橋面板可視為優(yōu)化版的FRP夾芯板，在橋梁加固改造工程中值得借鑒。

3 結(jié)語

在舊橋加固中，需從實際出發(fā)，一橋一方案，采取合理經(jīng)濟的措施解決舊橋橋面板存在的問題。傳統(tǒng)的加固措施在實踐中進一步完善，新材料，新結(jié)構(gòu)在實踐中不斷發(fā)展成熟。

[1] 王春生，馮亞程.正交異性鋼橋面板的疲勞研究綜述[J].科研開發(fā)，2009,24(9)：10-14.

[2] 吳 沖，劉海燕，張志宏，等.橋面鋪裝溫度對正交異性鋼橋面板疲勞的影響[J].同濟大學學報，2013，41(8):1213-1218.

[3] 萬 水，胡 紅，周榮星.復(fù)合材料橋面板的應(yīng)用和研究進展[J].公路交通科技，2004，21(8):59-63.

[4] 殷惠光，王景全，李志剛.FRP橋面板結(jié)構(gòu)特點及設(shè)計方法研究[J].常州工學院學報，2006，19(1):27-31.

[5] 馮 鵬，葉列平.FRP夾芯橋面板及新型FRP組合橋面板[A].2002全國橋梁學術(shù)會議論文集[C].北京：人民交通出版社，2002:723-731.

[6] Scott W D，Gerard M V，Roy Marsh.Fibre composite bridge decks-an alternative approach[J].Composites:Part A,2001(32):1339-1343.

On maintenance consolidation of bridge deck slabs

Zhang Qin

(CCCCFirstHighwayConsultAntsCo.,Ltd,Xi’an710000,China)

The paper introduces the types of common diseases on the bridge deck slabs, illustrates the maintenance and reconstruction measures for the concrete bridge deck slab, orthotropic steel bridge deck slabs and FRP bridge deck slab from the gravity reduction and improvement of durability and loading capacity, so as to ensure the safe operation of bridges.

bridge deck slab, maintenance and reconstruction, durability, loading capacity

1009-6825(2016)28-0156-02

2016-07-26

張 芹(1985- )，女，工程師

U445.7

A