預(yù)應(yīng)力鋼板用于橋梁或梁板加固技術(shù)

殷樹芳

(巖土科技股份有限公司，浙江 杭州 310014)

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預(yù)應(yīng)力鋼板用于橋梁或梁板加固技術(shù)

殷樹芳

(巖土科技股份有限公司，浙江 杭州 310014)

摘要：浙江省是橋梁大省，橋梁總數(shù)位居全國(guó)第三。同時(shí)，由于早期修建的橋梁技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)低，交通流量大，以及超載的運(yùn)行，使橋梁出現(xiàn)了大量病害。在常規(guī)的該類病害加固中，采用粘貼普通鋼板、碳纖維布、預(yù)應(yīng)力碳纖維板等是主要的加固方法。但這些加固方法由于受加固方法特點(diǎn)的影響，存在加固材料恒載不受力，結(jié)構(gòu)剛度提高有限，結(jié)構(gòu)裂縫不能恢復(fù)等缺陷。在此，提出一種新的對(duì)粘貼的普通鋼板預(yù)施加預(yù)應(yīng)力技術(shù)，消除加固鋼板材料的活載受力滯后現(xiàn)象，同時(shí)，也可一定程度上彌合原有結(jié)構(gòu)裂縫，提高結(jié)構(gòu)的整體剛度和耐久性，從而使后加固材料與舊梁板完整結(jié)合，恒載、活載均共同受力，并提高加固效果。

關(guān)鍵詞：橋梁工程；預(yù)應(yīng)力鋼板；加固技術(shù)

1概述

據(jù)統(tǒng)計(jì)，浙江省普通干線公路每年3類以下的橋梁近400座，高速公路近100座，橋梁維修加固的任務(wù)非常繁重。

在各種病害的橋梁中，早期修建的鋼筋混凝土空心板及等截面鋼筋混凝土連續(xù)梁占主要部分，病害的普遍形式是結(jié)構(gòu)出現(xiàn)大量裂縫，結(jié)構(gòu)剛度和耐久性受到嚴(yán)重影響。常規(guī)加固方法很大程度上是對(duì)結(jié)構(gòu)的一種安全儲(chǔ)備，并不能有效改善結(jié)構(gòu)的整體受力狀況。在一些邊通車邊加固的項(xiàng)目中，新加固材料更難發(fā)揮應(yīng)有的作用。

本項(xiàng)目的研究，通過(guò)室內(nèi)理論建模分析、對(duì)比梁板的破壞性試驗(yàn)、實(shí)橋荷載試驗(yàn)等手段，建立不同跨徑、結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力鋼板加固計(jì)算方法，以及對(duì)承載能力的影響的定量分析。為結(jié)構(gòu)恢復(fù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，或提高設(shè)計(jì)荷載等級(jí)提供理論依據(jù)。

在研究試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際橋梁的施工經(jīng)驗(yàn)，提出預(yù)應(yīng)力鋼板加固的施工工藝及工法。主要包括：預(yù)應(yīng)力的施加方法及適用條件，預(yù)應(yīng)力荷載的保持方法及其損失值的估算，與常規(guī)加固方法進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，為后續(xù)推廣奠定基礎(chǔ)。

2項(xiàng)目研究的必要性

2.1研究目的

由于使用年限、環(huán)境惡化、設(shè)計(jì)缺陷及使用不當(dāng)?shù)纫蛩?，橋梁梁板?huì)出現(xiàn)大量裂縫，不僅會(huì)大大縮短橋梁的使用壽命，而且嚴(yán)重威脅車輛、行人的安全。普通粘貼鋼板以其優(yōu)異的性能，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于橋梁、建筑物、隧道、涵洞及其他各種混凝土結(jié)構(gòu)加固修復(fù)項(xiàng)目中，但還存在很多缺點(diǎn)。為了克服上述背景技術(shù)中的不足，本課題擬開發(fā)一種預(yù)應(yīng)力粘貼鋼板的方法。該方法能增加橋梁承載能力，提高結(jié)構(gòu)剛度，最大限度發(fā)揮鋼板的材料力學(xué)性能，同時(shí)具有實(shí)施簡(jiǎn)便、費(fèi)用較低、不影響結(jié)構(gòu)外形的特點(diǎn)。通過(guò)理論分析，研究預(yù)應(yīng)力的大小及其對(duì)承載能力的影響；通過(guò)足尺模型對(duì)比試驗(yàn)，驗(yàn)證分析實(shí)際效果，進(jìn)而提出一套對(duì)不同跨徑梁板的預(yù)應(yīng)力鋼板加固計(jì)算方法和施工工藝或工法，用以指導(dǎo)今后的橋梁加固。

2.2推廣應(yīng)用前景

浙江省鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)橋梁量大面廣，對(duì)其病害的合理處置是橋梁加固維修中亟待解決的課題。通過(guò)本課題的研究，可以為浙江省橋梁加固維修技術(shù)提供技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用的新型實(shí)用技術(shù)，具有廣闊的推廣前景。

2.3項(xiàng)目實(shí)施的可行性

2.3.1鋼板預(yù)應(yīng)力的施加技術(shù)

鋼板是熱的良導(dǎo)體，當(dāng)鋼板加熱時(shí)，根據(jù)熱脹冷縮原理，長(zhǎng)度會(huì)增加，采用這個(gè)原理，可預(yù)先將鋼板沉浸在熱的液體中，受熱膨脹，長(zhǎng)度增長(zhǎng)，這時(shí)在保持溫度的情況下貼(或錨栓)在清理過(guò)的梁板底面，當(dāng)鋼板冷縮時(shí)，鋼板與梁板間產(chǎn)生應(yīng)力。在梁板上安裝鋼板，產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力后進(jìn)行注膠，使鋼板和梁板形成一個(gè)整體，共同受力，提高承載力。

另外，通過(guò)對(duì)梁板中部進(jìn)行頂升或?qū)α喊宓纳喜夸佈b層進(jìn)行減載或在梁板上部?jī)啥税惭b支架后對(duì)梁板中部進(jìn)行拉抬，使得梁板下擾減少或使梁板處于水平直線狀態(tài)，相當(dāng)于在粘貼鋼板前，對(duì)梁體反向卸載，然后清理板底面，再粘貼鋼板，需要時(shí)同時(shí)用錨栓固定。當(dāng)撤去千斤頂、或增加表面鋪裝、或撤銷梁板中部的拉力時(shí)，鋼板受梁板的重力產(chǎn)生應(yīng)力。

2.3.2鋼板預(yù)應(yīng)力的計(jì)算

通過(guò)UNSYS、MIDAS等大型通用有限元分析軟件，可以建立實(shí)體模型，對(duì)梁板不同預(yù)應(yīng)力大小對(duì)結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行彈性及非線性分析，合理取用預(yù)應(yīng)力值，取得最大的承載能力提高系數(shù)，同時(shí)又保證結(jié)構(gòu)的安全、耐久。

2.3.3實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

通過(guò)舊有空心板的普通粘鋼及預(yù)應(yīng)力粘鋼，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)荷載加載試驗(yàn)，測(cè)定梁板的彈性、非線性響應(yīng)特性，并與理論模型進(jìn)行比對(duì)分析，合理確定設(shè)計(jì)參數(shù)。通過(guò)等截面連續(xù)箱型梁粘鋼加固的現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)，驗(yàn)證實(shí)際橋梁的彈性響應(yīng)特征，合理確定設(shè)計(jì)參數(shù)。

3發(fā)展現(xiàn)狀及研究熱點(diǎn)

3.1現(xiàn)狀與問(wèn)題

3.1.1國(guó)外研究的現(xiàn)狀

20世紀(jì)60年代中期，粘鋼加固最早出現(xiàn)于法國(guó)和南非。在當(dāng)時(shí)，研究者用環(huán)氧樹脂將鋼板粘貼于混凝土梁受拉表面，以提高梁的抗彎承載能力，取得了很好的效果。進(jìn)入20世紀(jì)70年代后，隨著各種性能更加優(yōu)良的建筑結(jié)構(gòu)膠相繼出現(xiàn)，該項(xiàng)技術(shù)被應(yīng)用于各種類型的建筑工程加固中。比如美國(guó)在1971年，于圣佛蘭多大地震的災(zāi)后修復(fù)過(guò)程中，就廣泛采用了粘鋼加固技術(shù)。如今，粘鋼加固技術(shù)逐步在世界許多國(guó)家被推廣，并被廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)工程、水利工程、交通工程和軍事設(shè)施等加固和維護(hù)工程中。目前國(guó)外已完成的研究主要有：1967年，南非的King和Fleming完成了素混凝土梁外粘鋼板的試驗(yàn)，這是粘鋼加固技術(shù)用于加固的首次嘗試，開啟了對(duì)粘鋼加固技術(shù)的探索之路。1988年英國(guó)學(xué)者R. Jones對(duì)粘鋼加固混凝土梁的鋼板端部進(jìn)行錨固試驗(yàn)研究，對(duì)鋼板、粘合膠與混凝土界面之間的相互作用做了理論分析，對(duì)該技術(shù)提出了許多新的見解[1]。1990年J. H. Basumbal等人做了粘鋼加固和其他傳統(tǒng)加固方法的對(duì)比試驗(yàn)研究，對(duì)各種結(jié)構(gòu)加固方法的優(yōu)缺點(diǎn)做了全面的介紹。1992年Oehles，Deric John對(duì)粘鋼加固混凝土梁的早期剝離破壞做了相關(guān)理論探討[2]。1995年R. N. Swamy等對(duì)粘鋼加固梁進(jìn)行了耐久性試驗(yàn)研究。1999年美國(guó)研究人員R. N. Swamy等人對(duì)粘鋼加固混凝土梁的抗剪性能特點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比研究，探究了各種因素對(duì)抗剪能力的影響。除此之外，還有Thomas T. C和CHoude J等國(guó)外學(xué)者在粘鋼加固技術(shù)上也做出了大量的科研工作[3，4]

3.1.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

1991年湖北建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院總結(jié)了武漢青島路倉(cāng)庫(kù)粘鋼加固的施工過(guò)程[5]，并對(duì)外粘鋼加固結(jié)構(gòu)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了介紹。1994年劉祖華等人根據(jù)彈性梁理論以及部分組合截面理論，推導(dǎo)出了粘鋼加固梁鋼板與混凝土之間剪應(yīng)力的解析解，還推導(dǎo)出了鋼板拉應(yīng)力和加固梁撓度的關(guān)系。1995年韓繼云等人分析了混凝土加固結(jié)構(gòu)受力特征和破壞機(jī)理，提出了加固結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)理念上的本質(zhì)差異，并提出不同的粘鋼加固法應(yīng)遵循的原則、設(shè)計(jì)構(gòu)造及施工要點(diǎn)。1996年同濟(jì)大學(xué)教授顏德恒及他的研究生通過(guò)理論計(jì)算分析和試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，探討了粘鋼加固結(jié)構(gòu)的受力機(jī)理，并對(duì)RC等級(jí)、側(cè)板高度和厚度等一些參數(shù)對(duì)梁的強(qiáng)度和剛度影響進(jìn)行了分析，對(duì)粘鋼加固技術(shù)的工程應(yīng)用提出了許多建議。1998年吳耀輝通過(guò)粘鋼加固梁的試驗(yàn)進(jìn)行了粘貼滑移、錨固長(zhǎng)度等方面的研究。同年，朱海峰通過(guò)粘鋼加固梁試驗(yàn)對(duì)混凝土梁的受彎構(gòu)件的短期剛度、撓度以及裂縫開展進(jìn)行了研究[6]。2010年彭德喜、李大慶、吳德明等學(xué)者對(duì)預(yù)應(yīng)力粘鋼加固混凝土梁做了試驗(yàn)研究，探究了預(yù)應(yīng)力粘鋼加固對(duì)混凝土梁正常使用階段受力狀態(tài)的影響。這些年來(lái)，通過(guò)大量的試驗(yàn)研究和工程項(xiàng)目實(shí)踐，粘鋼加固技術(shù)得到了建筑工程界的普遍認(rèn)可，針對(duì)粘鋼加固技術(shù)的試驗(yàn)研究以及理論分析也取得了不錯(cuò)的進(jìn)展。然而，鋼板與混凝土梁之間膠層剝離問(wèn)題、膠層老化問(wèn)題、普通粘結(jié)對(duì)既有裂縫控制問(wèn)題以及預(yù)應(yīng)力施工工藝問(wèn)題還有待進(jìn)一步完善。除此之外，還應(yīng)對(duì)粘鋼加固法所用的粘結(jié)材料、錨固性能特點(diǎn)、二次受力和結(jié)構(gòu)非線性分析等問(wèn)題進(jìn)行探究，以使該加固技術(shù)趨于完善。

綜上所述，國(guó)內(nèi)外對(duì)梁底粘貼預(yù)應(yīng)力鋼板加固橋梁的研究鮮有報(bào)道，工程實(shí)例極少。多見的是普通鋼板粘貼加固橋梁的技術(shù)已比較成熟。

3.2熱點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)

3.2.1擬解決關(guān)鍵問(wèn)題

1)解決傳統(tǒng)普通粘鋼加固鋼板恒載不受力，活載受力滯后的問(wèn)題。

2)解決傳統(tǒng)粘鋼加固鋼板不能有效彌合減少梁板原有裂縫，結(jié)構(gòu)剛度弱的問(wèn)題。

3)解決預(yù)應(yīng)力鋼板加固提高鋼筋混凝土梁板整體剛度，增強(qiáng)全截面受力，減少原梁板底混凝土拉力，提高結(jié)構(gòu)承載能力。

4)通過(guò)試驗(yàn)，解決適用于預(yù)應(yīng)力鋼板加固用的力學(xué)性能好、施工方便、有效時(shí)間最持久的鋼板粘貼工藝。

3.2.2實(shí)施的具體內(nèi)容

本課題主要實(shí)施以下項(xiàng)目的研究。

1) 鋼板預(yù)應(yīng)力加固對(duì)結(jié)構(gòu)承載能力影響的理論分析通過(guò)建立不同結(jié)構(gòu)實(shí)體理論模型，計(jì)算分析預(yù)應(yīng)力鋼板對(duì)結(jié)構(gòu)抗彎、抗剪承載能力的影響，預(yù)應(yīng)力對(duì)原有混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響分析，確保施加合理的預(yù)應(yīng)力之后，既滿足提高承載能力又保證舊混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)力在合理限度內(nèi)。分析計(jì)算施加預(yù)應(yīng)力之后，對(duì)結(jié)構(gòu)舊有裂縫彌合的影響，以及提高梁板正常使用極限狀態(tài)的計(jì)算分析方法。

2) 鋼板預(yù)應(yīng)力的施加技術(shù)主要從反向卸載頂升、鋼板預(yù)熱兩方面來(lái)使鋼板取得合理的預(yù)應(yīng)力，并盡可能減少預(yù)應(yīng)力損失。

3) 實(shí)體模型的試驗(yàn)驗(yàn)證預(yù)先選取具有典型病害特征的舊鋼筋混凝土梁板，進(jìn)行普通粘鋼及不同預(yù)應(yīng)力鋼板粘鋼的模擬，布設(shè)應(yīng)變計(jì)、撓度計(jì)等傳感器，分級(jí)加載，測(cè)試梁板的彈性及非線性反應(yīng)，加載至破壞狀態(tài)，比較兩種加固方法對(duì)梁板內(nèi)力及變形的影響，以及對(duì)極限荷載能力的影響。

3.3關(guān)鍵技術(shù)

主要的施工工藝設(shè)想如下。

3.3.1橋梁頂升預(yù)應(yīng)力粘貼鋼板實(shí)施內(nèi)容及方案

實(shí)施方案順序：頂升→粘貼面處理→加壓固定及卸荷系統(tǒng)準(zhǔn)備(根據(jù)實(shí)際情況和設(shè)計(jì)要求，卸荷步驟有時(shí)省去)→膠粘劑配制→涂膠和粘貼→固化、卸加壓固定系統(tǒng)→梁板回落→檢驗(yàn)→維護(hù)。

3.3.1.1橋梁整體頂升方案

1)頂升設(shè)備配置頂升設(shè)備采用德國(guó)西門子同步頂升系統(tǒng)，本系統(tǒng)由雙向液壓系統(tǒng)(油泵、油缸、高壓油管、高壓接頭等)、監(jiān)測(cè)傳感器、雙作用薄型液壓千斤頂、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等幾個(gè)部分組成。具體見圖1。

圖1　同步頂升系統(tǒng)示意圖

2)頂升方案。

①操作平臺(tái)：圍繞墩柱搭設(shè)簡(jiǎn)易雙排腳手架，腳手架采用4.0～6.0 m、φ48mm的普通鋼管，沿墩柱四周成抱箍狀，確保支架穩(wěn)固后再進(jìn)行引橋更換支座施工。

②反作用力基礎(chǔ)：梁底與蓋梁底的空間高度滿足200mm，利用蓋梁作為反力基礎(chǔ)，將薄型千斤頂放置在蓋梁和梁板之間，用PLC整體頂升系統(tǒng)進(jìn)行縱向逐聯(lián)、橫向同步頂升梁體，取出原支座，換入新支座。

③頂升控制點(diǎn)布置：根據(jù)橋梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，我們將按照橋梁體系3跨或4跨為一聯(lián)進(jìn)行整體頂升，每個(gè)橋墩分為2個(gè)控制點(diǎn)、橋臺(tái)處為1個(gè)控制點(diǎn)，每個(gè)控制點(diǎn)放置14臺(tái)雙作用千斤頂(200t)，分為一組。單片梁板兩端各放置2個(gè)200t超薄型液壓千斤頂，每片梁板可以提供800t的頂升力，滿足施工要求。在不封路面、車輛正常行駛、不損壞橋體的的情況下進(jìn)行橋梁底部支座的更換。

4跨1聯(lián)作業(yè)見圖2。液壓頂升泵站4臺(tái)，每臺(tái)泵站控制2個(gè)控制點(diǎn)，將泵站放置在兩個(gè)橋墩立柱之間。

每組千斤頂設(shè)2個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)配置1臺(tái)拉線式傳感器，精度為0.01mm，頂升過(guò)程中實(shí)時(shí)檢測(cè)并控制頂升高度及頂升速度。系統(tǒng)共提供16個(gè)位移檢測(cè)裝置，液壓頂升泵站將每片梁板的實(shí)際頂升高度采集，傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)中供電控系統(tǒng)作頂升位置閉環(huán)控制。用1臺(tái)主控系統(tǒng)控制4臺(tái)液壓頂升泵站，提供計(jì)算機(jī)工控界面。

云南電網(wǎng)作為清理規(guī)范轉(zhuǎn)供電環(huán)節(jié)電價(jià)的主要配合單位，按照云南省物價(jià)局下發(fā)文件精神，積極作為，主動(dòng)服務(wù)，廣泛宣傳，指導(dǎo)各州市供電局通過(guò)實(shí)體營(yíng)業(yè)廳、網(wǎng)上營(yíng)業(yè)廳、微信公眾號(hào)、95598熱線、短信等多種渠道和方式，宣傳一般工商業(yè)降價(jià)政策及清理規(guī)范轉(zhuǎn)供電環(huán)節(jié)加價(jià)政策。全力配合當(dāng)?shù)貎r(jià)格主管部門，按照商業(yè)綜合體、產(chǎn)業(yè)園區(qū)、物業(yè)、寫字樓等類型清理排查轉(zhuǎn)供電主體名單，將轉(zhuǎn)供電主體上年用電量、用電平均電價(jià)，以及今年以來(lái)云南省4次降價(jià)政策、2個(gè)清理規(guī)范轉(zhuǎn)供電加價(jià)政策送達(dá)轉(zhuǎn)供電主體，同時(shí)也向終端用戶宣傳。

圖2　PLC同步頂升更換支座示意圖

3.3.1.2同步頂升監(jiān)控方案

1)頂升施工監(jiān)控的目的橋梁頂升施工監(jiān)控的最基本要求是保證施工過(guò)程中橋梁結(jié)構(gòu)的安全，施工結(jié)束后的橋梁線形和內(nèi)力狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求。

2)頂升施工監(jiān)控的方法①梁體監(jiān)控的內(nèi)容：梁體結(jié)構(gòu)監(jiān)控包含豎向位移監(jiān)控、縱橫向位移監(jiān)控及應(yīng)力監(jiān)控。豎向位移及沉降監(jiān)控采用直線數(shù)碼位移傳感器和蘇光DS05精密水準(zhǔn)儀；縱橫向位移監(jiān)控采用徠卡TM30高精密全站儀，應(yīng)力監(jiān)控采用數(shù)碼應(yīng)變表面?zhèn)鞲衅?。②梁體監(jiān)控的方法：a.梁板豎向位移監(jiān)控梁板各頂升點(diǎn)頂升高度的不一致將在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生附加內(nèi)力，因此在頂升過(guò)程中對(duì)結(jié)構(gòu)的豎向位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)是至關(guān)重要的。b.主梁應(yīng)力監(jiān)控

根據(jù)橋梁的受力特點(diǎn)，若支點(diǎn)處產(chǎn)生不均勻豎向位移時(shí)，在中間橫隔梁部位將產(chǎn)生較大附加彎矩，因此梁板應(yīng)力監(jiān)控點(diǎn)布置在橫隔板下緣與梁板相交的位置,全橋共布置19個(gè)監(jiān)測(cè)截面，每跨1個(gè)。每個(gè)截面沿橫向布置4個(gè)應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)。應(yīng)力監(jiān)測(cè)采用HY-65B3000B數(shù)碼應(yīng)變表面?zhèn)鞲衅鳌Ｋ苯右詳?shù)碼方式將測(cè)量值傳送給專門配置的數(shù)顯表或計(jì)算機(jī)顯示。有線/無(wú)線傳送距離可達(dá)1km或更遠(yuǎn)。c.監(jiān)測(cè)頻率根據(jù)橋梁頂升工程的施工步驟，對(duì)以下施工工況實(shí)施監(jiān)測(cè)。

橋梁稱重：根據(jù)橋梁上部結(jié)構(gòu)自重的分布特點(diǎn)，各頂升點(diǎn)承受的結(jié)構(gòu)自重并不完全相同，因此為了防止結(jié)構(gòu)發(fā)生不均勻豎向位移，在頂升施工實(shí)施之前應(yīng)對(duì)上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行稱重，合理分配各頂升點(diǎn)的頂升力。

主梁頂升：在各頂升循環(huán)過(guò)程中，將對(duì)梁體豎向位移進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)通過(guò)專門的數(shù)據(jù)采集軟件采集并實(shí)時(shí)顯示，采樣頻率為5次/min。

頂升階段完成：將主梁每升高1mm設(shè)為一個(gè)頂升階段，最大高度控制在10mm以內(nèi)。每一階段頂升完成后，對(duì)橋面標(biāo)高進(jìn)行一次測(cè)量，確定各測(cè)點(diǎn)實(shí)際標(biāo)高與設(shè)計(jì)控制值的誤差。并通過(guò)液壓系統(tǒng)對(duì)高程進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

頂升全部完成：根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，頂升至6～8mm后，可取出支座，對(duì)橋面標(biāo)高進(jìn)行一次測(cè)量，并通過(guò)液壓系統(tǒng)對(duì)高程進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，直至滿足預(yù)定要求為止。

d.施工監(jiān)控目標(biāo)施工監(jiān)控總目標(biāo)是支座更換完成后橋面曲線高程與設(shè)計(jì)值誤差控制在±3mm以內(nèi)。在頂升過(guò)程中，主梁每頂升1mm為一個(gè)階段，每階段橋面曲線高程與設(shè)計(jì)值誤差縱向控制在±1mm以內(nèi)，橫向控制在±2mm以內(nèi)。

頂升過(guò)程中，主梁附加應(yīng)力處于合理范圍內(nèi)，不出現(xiàn)新的裂縫，原有裂縫寬度無(wú)明顯增大，滿足相關(guān)規(guī)范要求。

3.3.1.3粘貼鋼板橫梁加固采用5mm厚Q345熱軋扁帶鋼板，采用8.8級(jí)M10高強(qiáng)螺栓連接。粘鋼膠采用專門配制的改性環(huán)氧樹脂膠粘劑，其各項(xiàng)性能指標(biāo)應(yīng)達(dá)到A級(jí)膠標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙鋼板的規(guī)格采購(gòu)合適規(guī)格的鋼板,在正式下料前應(yīng)進(jìn)行下料試拼,鋼板原則上要求整塊,必要時(shí)可進(jìn)行焊接,但每塊鋼板上可允許有兩個(gè)焊縫(即只允許一塊鋼板拼接兩塊小鋼板組成),鋼板焊縫飽滿,焊接質(zhì)量應(yīng)符合要求，焊縫不應(yīng)布置在受力最大處，且應(yīng)與受力方向垂直，焊條型號(hào)、質(zhì)量應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《低合金鋼焊條(GB/T5118—2012)》的規(guī)定。橫梁上鉆孔應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行布孔，用鋼筋定位儀檢查孔位處的鋼筋分布情況，如孔位處有鋼筋，可對(duì)孔位進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，但不得超過(guò)50mm，以避免破壞原結(jié)構(gòu)鋼筋，對(duì)孔位有調(diào)整的鋼板，應(yīng)進(jìn)行編號(hào)登記，并調(diào)整鋼板上預(yù)留孔位。鋼板上鉆孔采用臺(tái)式鉆床進(jìn)行施工，孔徑12mm，鉆孔前應(yīng)先根據(jù)在橫梁上孔樣情況用油漆在鋼粘板上確定孔位，然后才能鉆孔施工。橫梁混凝土表面用鋼絲球進(jìn)行清理、打磨平整，有不平整的地方用找平膠或環(huán)氧砂漿進(jìn)行修補(bǔ)并保持混凝土粘合面干燥清潔狀態(tài)；鋼板接觸面用鋼絲刷清除浮銹，用金鋼砂輪片打磨鋼板表面，直至出現(xiàn)金屬光澤,鋼板粘合面有一定粗糙度,打磨紋路應(yīng)與鋼板受力方向垂直,以滿足鋼板與粘貼膠之間的粘貼要求。膠液兩個(gè)組分的配合比例按該膠的說(shuō)明書采用,稱量必須準(zhǔn)確,拌合時(shí)應(yīng)按同一方向進(jìn)行,避免產(chǎn)生氣泡和水分進(jìn)入容器。粘貼時(shí)選擇睛朗、干燥的天氣操作，將新鮮配好拌和均勻的建筑結(jié)構(gòu)膠用刮刀緊密、均勻地分別涂抹在做過(guò)表面清潔處理的混凝土粘合面和鋼板粘合面上，并使之充分浸潤(rùn)在粘合面上；然后再把結(jié)構(gòu)膠涂抹在鋼板粘合面上，使在板寬中央膠的厚度達(dá)3mm，兩側(cè)可稍薄一些，并由多人共同托住鋼板對(duì)準(zhǔn)螺栓向混凝土粘合面上(以上過(guò)程必須兩面同時(shí)進(jìn)行)，迅速擰緊螺栓錨固鋼板，擰螺栓扳手采用測(cè)力扳手，使高強(qiáng)螺栓的拉力達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并使鋼板與混凝土粘合面緊密粘合，擠出多余粘鋼膠。粘貼膠的性能滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，膠縫厚度控制在3～5mm，粘貼完畢待膠液完全固化后用小錘進(jìn)行檢查，如無(wú)空洞聲鋼板面積≥95%，即表示已粘貼密實(shí)，發(fā)現(xiàn)有不合格的進(jìn)行返工處理，本工程螺栓孔距較大，施工時(shí)采用鋼夾具對(duì)鋼板進(jìn)行臨時(shí)固定，以保證粘貼密實(shí)。鋼板外表尚須進(jìn)行防護(hù)處理，涂刷前，鋼板必須除銹，呈金屬光澤；防護(hù)處理采用泰諾鋼結(jié)構(gòu)阻銹劑TC10VAP，采用人工涂刷或機(jī)械噴涂。

3.3.1.4橋梁回落檢查支座安放情況，待梁底結(jié)構(gòu)膠完全固化，確保無(wú)誤后再次頂升梁板，取出臨時(shí)支撐，落梁時(shí)，控制千斤頂?shù)囊淮位芈淞浚徛旨?jí)卸載，密切關(guān)注各個(gè)支座處的位移傳感器數(shù)據(jù)的變化，保持梁體同步回落，直至穩(wěn)固。梁體回落的過(guò)程中，粘貼的鋼板逐漸增加預(yù)應(yīng)力。

3.3.2鋼板加熱熱脹冷縮預(yù)應(yīng)力粘貼鋼板

3.3.2.1實(shí)施方案順序粘鋼區(qū)域混凝土表面處理→鉆孔植埋螺桿→待粘貼鋼板打孔與表面處理→鋼板加熱→配制結(jié)構(gòu)膠粘貼鋼→加壓固定→鋼板表面防腐處理。

3.3.2.2施工工序

1)表面處理根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的要求并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量定位，在需粘貼鋼板加固混凝土表面放出位置大樣，深度鑿至7mm左右，寬度以能放入鋼板為宜，表面不平的地方應(yīng)用尖鑿輕鑿整平，再用鋼絲刷清除表面浮漿，剔除表層疏松物，最后用無(wú)油壓縮空氣吹除表面粉塵或清水沖洗，待完全干燥后用脫脂棉沾丙酮擦拭表面。

2)植埋螺栓依照設(shè)計(jì)圖紙的要求，放出需鉆孔的位置，用鋼筋混凝土保護(hù)層測(cè)試儀查明混凝土鋼筋布置，然后鉆孔。應(yīng)避免鉆孔打孔時(shí)碰及鋼筋，用壓縮空氣清理孔內(nèi)浮塵，再用丙酮清孔，在孔內(nèi)灌注三分之二孔深的結(jié)構(gòu)膠，用丙酮清洗螺栓，之后安裝錨固螺栓，要求埋設(shè)牢固，具有可靠的抗拔力，以保持粘貼鋼板時(shí)有效地加壓，同時(shí)還可以幫助鋼板克服剪切，有利于粘貼得牢固耐久。

3)鋼板打孔與表面處理依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)混凝土上的實(shí)際放樣進(jìn)行粘貼鋼板下料，并依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)植埋的螺栓，先對(duì)待粘貼的鋼板進(jìn)行配套打孔，然后對(duì)鋼板的粘貼面用鋼絲刷磨機(jī)或磨光砂輪機(jī)進(jìn)行除銹和粗糙處理，打磨粗糙度越大越好，打磨紋路應(yīng)與鋼板受力方向垂直。

4)鋼板加熱鋼板在-20 ℃～40 ℃時(shí)，線膨脹系數(shù)為12×10-6，10m長(zhǎng)的鋼板，假使安裝時(shí)氣溫在20 ℃左右，當(dāng)加溫至40 ℃，鋼板延長(zhǎng)約為10mm。

當(dāng)鋼板加熱時(shí)，根據(jù)熱脹冷縮原理，長(zhǎng)度會(huì)增加，在常溫20 ℃計(jì)算，當(dāng)長(zhǎng)3m的鋼板，加熱至60 ℃～100 ℃時(shí)，長(zhǎng)度延伸10mm。當(dāng)鋼板回到常溫時(shí)，鋼板冷縮，會(huì)對(duì)附著的梁板產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，與梁板共同作用產(chǎn)生承載力。溫度變化范圍及線膨脹系數(shù)見表1。

表1　溫度變化范圍及線膨脹系數(shù)

采用這個(gè)原理，在梁板上安裝鋼板，產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力后進(jìn)行注膠，使鋼板和梁板形成一個(gè)整體，共同受力，提高承載力。

縱向鋼板選用Q345C型鋼板，規(guī)格為7 800mm(長(zhǎng))×200mm(寬)×10mm(厚)。橫向鋼板選用Q345C型鋼板，規(guī)格為990mm(長(zhǎng))×100mm(寬)×10mm(厚)?？v、橫鋼板粘貼施工方法基本相同。

5)粘貼鋼板用丙酮清洗混凝土表面和鋼板粘貼面，并待其揮發(fā)干燥。將粘鋼結(jié)構(gòu)膠按照供應(yīng)商提供的產(chǎn)品說(shuō)明書要求的比例重量比準(zhǔn)確稱量，攪拌均勻，在事先已確認(rèn)的可操作時(shí)間內(nèi)再用抹刀將該結(jié)構(gòu)膠抹在已處理好的混凝土表面以及粘貼鋼板表面上，為使膠能充分浸潤(rùn)、滲透、擴(kuò)散、黏附于結(jié)合面，宜先用少量膠在結(jié)合面來(lái)回刮抹數(shù)遍，再添抹至所需厚度(2～4mm)，中間厚邊緣薄，然后將鋼板貼于預(yù)定位置，對(duì)粘貼鋼板與混凝土貼面之間結(jié)構(gòu)膠要求絕對(duì)飽滿，保證兩者之間緊密聯(lián)接。

6)將鋼板貼到混凝土表面，加墊片，緊固螺母，交替擰緊各加壓螺栓進(jìn)行加壓，使多余的結(jié)構(gòu)膠沿板邊擠壓出來(lái)，達(dá)到密貼的程度，之后檢查鋼板與混凝土的粘貼質(zhì)量，在有空隙的地方應(yīng)及時(shí)注入膠結(jié)劑補(bǔ)貼。

7)待粘結(jié)劑達(dá)到強(qiáng)度后，鋼板表面用鋼絲刷除銹。

8)為了防止鋼板產(chǎn)生銹蝕以及美觀的要求，鋼板表面須做防腐處理，涂裝體系的選擇、涂層厚度及施工工藝嚴(yán)格按照《鐵路鋼橋保護(hù)涂裝(TB/T1527—2004)》的規(guī)定執(zhí)行。

4結(jié)語(yǔ)

對(duì)高速公路橋梁因超載、自然環(huán)境、設(shè)計(jì)、施工及自身結(jié)構(gòu)等原因，產(chǎn)生裂縫、混凝土表面缺陷、橋臺(tái)沉降等一系列病害成因進(jìn)行分析并采取應(yīng)對(duì)措施，改善橋梁結(jié)構(gòu)承載力，恢復(fù)橋梁的使用功能，免除拆除重建帶來(lái)的巨大經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)橋梁的安全運(yùn)行起著舉足輕重的作用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]JonesR,SwamyRN.Plateseparationandanchorageofreinforcedconcretebeamsstrengthenedbyepoxy-bondedsteelplates[J].TheStructuralEngineer, 1988,66(5):59-68.

[2]Oehles,DericJohn.Reinforcedconcretebeamswithplatesgluedtotheirsoffits[J].JournalofStructuralEngineering，1994(4):2023-2038.

[3]RobertTM.ApproximateAnalysisofshearandnormalstressconcentrationsintheAdhesivelayerofplatedRCbeams[J].TheStructuralEngineer, 1989,67(12):229-233.

[4]ThomasTC,Hsu.Unifiedtheoryofreinforcedconcrete[J].CRCpress，1993:343-379.

[5]羅竟寧，顧慧娟著.鋼筋混凝土梁粘鋼補(bǔ)強(qiáng)試驗(yàn)研究[J].工業(yè)建筑，1991(2):1-16.

[6]朱海峰.混凝土受彎構(gòu)件短期剛度的分析研究及粘鋼加固混凝土梁裂縫和短期剛度的試驗(yàn)研究[D].南京：東南大學(xué)，1998.

收稿日期：2015-12-28

作者簡(jiǎn)介：殷樹芳(1971—)，女，山東濱州人，高級(jí)工程師，從事巖土工程、特種加固工程的咨詢、設(shè)計(jì)、施工工作。

中圖分類號(hào)：TU375

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1008-3707(2016)04-0010-06

Strengthening Technique of the Prestressed Steel PlateApplied for Bridges and Beam Plates

YIN Shufang