既有鐵路連續(xù)框構(gòu)橋加固方法研究

褚 建 華

(上海東華地方鐵路開發(fā)有限公司，上海 200000)

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既有鐵路連續(xù)框構(gòu)橋加固方法研究

褚 建 華

(上海東華地方鐵路開發(fā)有限公司，上海 200000)

結(jié)合上海市軍工路下穿上港九區(qū)既有鐵路連續(xù)框構(gòu)橋加固工程實例,分析了該橋梁產(chǎn)生病害的原因，通過結(jié)構(gòu)軟件試算了取消梗脅后橋梁的受力性能，提出了相應(yīng)的加固方案以及注意措施，并對比了加固前后橋梁的力學(xué)性能，驗證了加固措施的有效性。

連續(xù)框構(gòu)橋，力學(xué)性能，粘鋼加固法

鐵路交通的建設(shè)加速了經(jīng)濟的發(fā)展，同時也給軌道運輸帶來了壓力，鐵路框構(gòu)橋下穿公路的立交結(jié)構(gòu)形式既緩解了交通擁堵，又提高了空間的利用效率[1]，由于連續(xù)框構(gòu)橋具有結(jié)構(gòu)剛度大，抗剪性能好，施工難度低等優(yōu)點，因此在很多地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用[2，3]。但是由于連續(xù)框構(gòu)橋在使用期間會受到列車動荷載，運輸流量，摩擦損耗度等各方面的影響，其結(jié)構(gòu)承載力和剛度均會出現(xiàn)不同程度的降低，為了保證交通運營的安全，采取加固措施對連續(xù)框構(gòu)橋進行加固顯得很有必要[4，5]。本文以上海市軍工路改造下穿上港九區(qū)既有路連續(xù)框構(gòu)橋加固工程為例，分析了連續(xù)框構(gòu)橋的主要病害原因，然后根據(jù)結(jié)構(gòu)軟件對取消梗脅后橋梁的力學(xué)性能進行了試算，并提出了有效的加固方案，同時對比驗證了加固前后連續(xù)框構(gòu)橋的力學(xué)性能效果。

1 工程概況

軍工路鐵路立交橋為一座3跨連續(xù)鋼筋混凝土斜交框構(gòu)橋，橋梁全長30.43 m。孔跨式樣：凈跨4.5 m+14.0 m+4.5 m，框構(gòu)與鐵路斜交31.44°，橋上鋪設(shè)60 kg/m鋼軌，普通線路。中孔機動車道為四車道，中間兩車道凈高4.20 m，兩側(cè)車道由于箱身梗脅限制而被限高3.50 m，邊孔為非機動車道，如圖1所示。

2 連續(xù)框構(gòu)橋主要病害

橋梁在使用過程中會出現(xiàn)路面裂縫，鋼筋腐爛，路基不均勻沉降等危害[6，8]，但既有路下穿的連續(xù)框構(gòu)橋出現(xiàn)的病害現(xiàn)象一般為橋梁下部混凝土的脫落和開裂，剛度和強度的下降，很大部分原因是受到既有路下穿車輛的影響，其中主要體現(xiàn)在框構(gòu)梗脅方面。

框構(gòu)梗脅出現(xiàn)病害的主要原因是框構(gòu)梗脅會被超限車輛刮擦削平，造成梗脅內(nèi)鴨筋、主筋斷裂，從而破壞了結(jié)構(gòu)的完整性，削弱了結(jié)構(gòu)的強度，如圖2所示。

3 結(jié)構(gòu)受力試算

為了保證連續(xù)框架橋的運營安全，采用框構(gòu)檢算軟件對梗脅取消前后的橋梁結(jié)構(gòu)進行了受力試算，主要體現(xiàn)在彎矩和剪力兩個性能方面，試算結(jié)果見表1，彎矩及剪力對比圖見圖3，圖4。

表1 梗脅取消前后對比表

類別梗脅取消前梗脅取消后設(shè)計規(guī)范值最大彎矩/kN·m252830最大抗剪應(yīng)力/kN282325最大抗壓應(yīng)力/kN211619

從表1和圖3可以看出，梗脅取消后，連續(xù)框構(gòu)橋由于受到局部破壞,原結(jié)構(gòu)內(nèi)力發(fā)生了變動，彎矩值有不同程度的增加，跨度范圍也有所擴大，如只對鋼筋進行修復(fù)很難滿足設(shè)計要求。

從表1和圖4可以看出，梗脅取消后中間豎墻與頂板板趾處抗剪與局部抗壓應(yīng)力均不能滿足設(shè)計規(guī)范容許應(yīng)力值,因此需采取措施對其進行加固以保證連續(xù)框構(gòu)橋的安全。

4 加固方案

4.1 加固實施條件

運營線加固工程一般會受到各方條件制約，主要有：1)列車運營條件；2)公路面交通限流；3)加固材料性能。考慮到加固受力為二次受力原理，因此本方案實施過程設(shè)在無活載條件下進行，同時將列車限速至45 km/h、公路面實行半幅通車、材料的強度達標(biāo)時間延長至48 h，加固結(jié)束后還應(yīng)拆除便梁，使新老結(jié)構(gòu)共同承擔(dān)活載作用，滿足結(jié)構(gòu)承載能力。

4.2 加固流程與注意措施

1)活載的卸載。為了將活載卸載并保持通車條件，選取D24低高度施工支撐便梁進行架設(shè)，因跨度較小擬進行三次架設(shè)，其中中間豎墻頂部負彎矩補強加固區(qū)架設(shè)兩次，中孔跨中正彎矩補強加固區(qū)架設(shè)一次，由于中孔架設(shè)時便梁支點的活載在邊孔頂板上，所以邊孔框架內(nèi)須用鋼排架支撐以滿足其剛度要求，見圖5。

2)粘鋼加固。由于粘鋼加固技術(shù)在受彎及受拉構(gòu)件加固中效果明顯，同時其受力均勻，基本不影響構(gòu)件外形，因此本文擬用此方法對結(jié)構(gòu)進行加固，通過在正負彎矩處增加縱向受拉鋼材斷面，使新老鋼材共同抵抗活載作用力，降低原鋼筋活載應(yīng)力幅值的同時，提高結(jié)構(gòu)抗彎承載力，同時在通行道路側(cè)石寬度范圍內(nèi)增設(shè)鋼結(jié)構(gòu)加勁角方法來加強板趾處的抗剪、抗壓強度，如圖6所示，結(jié)合前面的試算結(jié)果綜合考慮，橋頂負彎矩處應(yīng)采用t=10 mm鋼板補強，中孔正彎矩處采用t=8 mm鋼板補強。

粘鋼加固法的主要步驟為：混凝土基面清理→斷損鋼筋搭焊補缺→聚合物砂漿基面修補、找平→鋼板清理及放樣加工→混凝土面鉆孔、植入化學(xué)錨栓→鋼板安裝→封縫→壓力注膠→鋼材保護涂裝。其中需要注意的是粘貼鋼板應(yīng)按照半幅的進度進行施工，同時鋼板的搭接長度需根據(jù)設(shè)計確定，搭接方式采用錨接，同跨搭接則應(yīng)在溫差變化不大的時間段一次性完成，并在搭接段處使用粘結(jié)膠進行連接，以保證其連接效果。而粘鋼的加勁角安裝則應(yīng)密貼牢固，安裝后與基面接觸處應(yīng)壓注粘結(jié)膠，保持密貼，共同受力，加勁角空缺處使用點焊連接鋼筋，如圖7所示，同時還應(yīng)用膨脹混凝土進行填實抹平。

4.3 加固效果對比

為了驗證加固措施的有效性，利用結(jié)構(gòu)檢算軟件對連續(xù)框構(gòu)橋加固前后的力學(xué)性能進行試算得出了表2。

表2 加固前后對比表

從表2可看出，粘鋼加固法能夠有效提高連續(xù)框構(gòu)橋的承載力學(xué)性能，且各項指標(biāo)均滿足現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計的要求,能夠達到本次加固設(shè)計的目的。

5 結(jié)語

通過對既有鐵路連續(xù)框構(gòu)橋的主要病害及加固措施的研究探討，可以得出以下結(jié)論：1)既有鐵路連續(xù)框構(gòu)橋的主要病害源于下穿公路的超限車輛對梗脅的刮擦和磨損，使梗脅內(nèi)的受力結(jié)構(gòu)遭到破壞，進而造成混凝土大幅度的脫落，導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)剛度降低。2)通過結(jié)構(gòu)軟件對連續(xù)框構(gòu)橋的力學(xué)性能試算后發(fā)現(xiàn)，梗脅取消后橋梁的彎矩變大，中間豎墻與頂板板趾處的最大抗剪應(yīng)力和最大抗壓應(yīng)力均不能滿足設(shè)計規(guī)范的要求，需要采取加固措施以保證橋梁的安全。3)通過結(jié)構(gòu)軟件檢算可知：在橋梁的正負彎矩處增加縱向受拉鋼材斷面，即在橋頂負彎矩處采用t=10 mm鋼板補強，中孔正彎矩處采用t=8 mm鋼板補強，既降低了原鋼筋的活載應(yīng)力幅值，又提高了結(jié)構(gòu)的抗彎承載力；而在通行道路側(cè)石寬度范圍內(nèi)增設(shè)鋼結(jié)構(gòu)加勁角，也能有效提高橋梁的最大抗剪應(yīng)力和最大抗壓應(yīng)力，說明粘鋼工藝的加固效果明顯，且加固后的力學(xué)指標(biāo)均能滿足設(shè)計要求。 4)在進行粘鋼法工藝施工時，注意鋼板的搭接應(yīng)采用錨接，不得采用焊接，同時搭接處應(yīng)采用粘結(jié)膠進行縫合加固，粘鋼加勁角安裝也應(yīng)與基面保持密貼，且加勁角的空缺處應(yīng)使用點焊連接鋼筋，最后用膨脹混凝土進行填實抹平，保證其施工效果。

[1] JTG H11—2004,公路橋涵養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范[S].

[2] JTG/T J22—2008,公路橋梁加固設(shè)計規(guī)范[S].

[3] JTG/T J23—2008,公路橋梁加固施工技術(shù)規(guī)范[S].

[4] JTG D62—2004,公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].

[5] 鐵建設(shè)[2010]2141號，高速鐵路路基工程施工技術(shù)指南[M].

[6] 馮衛(wèi)星,王克麗.地道橋設(shè)計與施工[M].石家莊:河北科學(xué)技術(shù)出版社,1999.

[7] 王國鼎,袁海慶,陳開利.橋梁檢測與加固[M].北京:人民交通出版社,2003.

[8] 范立礎(chǔ).橋梁工程安全性與耐久性展望設(shè)計理念進展[J].上海公路,2004(1):1-7.

Study of strengthening method for continuous box structure bridge exsited railway

Chu Jianhua

(ShanghaiDonghuaSubwayDevelopmentCo.,Ltd,Shanghai200000,China)

Shanghai continuous box bridge strengthening project under military road was cited as an example, in accordance with the characteristics of engineering, the major disease of bridge were analyzed. The loading performance were test well through structure software after cancelled the bridge stem side, corresponding reinforcement measures and caution are put forward, it compared the bridge mechanical performance before and after reinforcement, and testified the effectiveness of the reinforcement scheme.

continuous box structure bridge, mechanical performance, sticking steel reinforcement method

1009-6825(2016)05-0205-02

2015-12-06

褚建華(1965- )，男，助理工程師

U445.72

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