淺談鋼筋混凝土與預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的加固

摘 要:我國(guó)公路建設(shè)中存在大量的鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu),有許多設(shè)計(jì)中橋梁承載力明顯不足,并且隨著使用年限的增加,橋梁強(qiáng)度剛度都有所降低,必須進(jìn)行加固。針對(duì)這些橋梁,文章提出了幾種基本加固方法,并討論了各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞:鋼筋混凝土 預(yù)應(yīng)力混凝土 加固

    各種鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)在我國(guó)公路建設(shè)中被大量采用。近年來(lái),隨著交通量的迅猛增長(zhǎng)和車輛的重型化,許多原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低的橋梁承載力明顯不足;一些橋梁受各種病害影響發(fā)生強(qiáng)度、剛度降低;還有許多立交橋的梁跨結(jié)構(gòu)被超高車撞壞,混凝土大塊脫落,主筋被撞彎甚至折斷,嚴(yán)重威脅運(yùn)營(yíng)安全。當(dāng)梁的結(jié)構(gòu)構(gòu)件不能提供足夠的強(qiáng)度和使用性能時(shí), 必須進(jìn)行加固。根據(jù)實(shí)際情況,可選用不同加固方法,如預(yù)應(yīng)力加固、噴射混凝土加固、聚合物浸漬加固、粘鋼加固、粘FRP 板加固等。其中粘鋼加固由于具有方便快速、增加自重少、所需施工場(chǎng)地小等優(yōu)點(diǎn),因而得到廣泛的應(yīng)用。

    同時(shí),粘FRP板加固技術(shù)在近來(lái)也得到了大力的推廣,FRP(Fiber Reinforced Plastic)為纖維增強(qiáng)塑料,它具有與混凝土的線脹系數(shù)接近、比強(qiáng)度高、耐腐蝕性強(qiáng)、電磁絕緣性能好,易于成型和粘貼, 可用于不規(guī)則平面的加固等優(yōu)點(diǎn)。

1 加大截面加固法

　　加大截面加固法、顧名思義, 是采用同種材料——鋼筋混凝土,來(lái)增大原混結(jié)構(gòu)截面面積, 達(dá)到提高結(jié)構(gòu)承載力的目的。基本要求是: 原結(jié)構(gòu)結(jié)合面基層應(yīng)堅(jiān)實(shí), 表面應(yīng)粗糙、清潔, 新澆混凝土收縮小, 粘結(jié)性能好。在梁底分段剝開縱向鋼筋的保護(hù)層,焊上短鋼筋后再焊上新增受力鋼筋,新加受力鋼筋與原受力鋼筋比較靠近,通過焊接短筋進(jìn)行連接,短筋直徑應(yīng)不小于5d,間距不大于500mm。

　　混凝土梁底面暴露出主筋工作量大,施工操作復(fù)雜, 且對(duì)原梁有一不定期的損傷?，F(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)工作量大,養(yǎng)護(hù)期長(zhǎng),對(duì)生產(chǎn)和生活有一定的影響,截面增大對(duì)結(jié)構(gòu)外觀及凈空也有一定的影響。該法施工工藝簡(jiǎn)單, 適應(yīng)性強(qiáng), 并具有成熟的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn); 適用于梁、板、柱、墻和一般構(gòu)造物的混凝土的加固;但現(xiàn)場(chǎng)施工的濕作業(yè)時(shí)間長(zhǎng),對(duì)生產(chǎn)生活有一定的影響,且加固后的建筑物凈空有一定的減小。

2 預(yù)應(yīng)力加固法

　　預(yù)應(yīng)力加固法是采用外加預(yù)應(yīng)力鋼拉桿多結(jié)構(gòu)構(gòu)件或整體進(jìn)行加固的方法,特點(diǎn)是通過預(yù)應(yīng)力手段強(qiáng)迫后加部分——拉桿或撐桿受力,改變?cè)Y(jié)構(gòu)內(nèi)力分布并降低原結(jié)構(gòu)應(yīng)力水平,致使一般加固結(jié)構(gòu)中所特有的應(yīng)力滯后現(xiàn)象得以完全消除。因此, 后加部分與原結(jié)構(gòu)能更好的共同工作,結(jié)構(gòu)的總體承載力可顯著的提高。預(yù)應(yīng)力加固法具有加固、卸載、改變結(jié)構(gòu)內(nèi)力的三重效果。

預(yù)應(yīng)力加固法具有下述優(yōu)點(diǎn):

　　由于鋼絞線的強(qiáng)度高,當(dāng)需要拉桿承受較大內(nèi)力時(shí),材料面積也不需要很大,施工起來(lái)比較方便。

　　由于張拉應(yīng)力高, 預(yù)應(yīng)力損失所占比例小, 所以長(zhǎng)期預(yù)應(yīng)力效果好。

　　端部錨固有現(xiàn)成的夾具可以利用,不需現(xiàn)場(chǎng)燒電焊, 適用范圍廣。

　　鋼絞線的柔性好,很容易形成設(shè)計(jì)形狀、施工起來(lái)方便。

　　由于鋼絞線的長(zhǎng)度長(zhǎng),可以采用連續(xù)跨加固, 加強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的整體性。

3 粘鋼加固法

　　粘鋼加固法是在混凝土構(gòu)件表面用特制的建筑結(jié)構(gòu)膠粘貼鋼板,以提高承載力的一種加固法?；炷两Y(jié)構(gòu)加固用膠、強(qiáng)度高, 粘結(jié)力強(qiáng),耐老化,彈性模量高,線膨脹系數(shù)小,具有一定的彈性,膠本身強(qiáng)度及其粘結(jié)強(qiáng)度總是大于混凝土的強(qiáng)度。與其他加固方法相比,粘鋼加固技術(shù)有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),如不減小建筑凈空、不影響建筑外立面, 不影響結(jié)構(gòu)或防水構(gòu)造,施工時(shí)對(duì)生產(chǎn)影響較小,無(wú)現(xiàn)場(chǎng)澆注混凝土的濕作業(yè),施工設(shè)備簡(jiǎn)單,可有效的提高梁的抗彎剛度,粘鋼加固后幾乎不增加結(jié)構(gòu)自重,因此不會(huì)引起基礎(chǔ)等其它構(gòu)件的連鎖加固。

　　采用粘鋼技術(shù)加固砼梁,技術(shù)可靠,工藝簡(jiǎn)單,不增加結(jié)構(gòu)自重,不會(huì)引起基礎(chǔ)等其他構(gòu)件的連續(xù)加固, 不影響建筑使用功能。施工靈活,不占獨(dú)立工期,做到了對(duì)建筑質(zhì)量缺陷的處理, 不影響施工進(jìn)度。具有明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

　　該法施工快速、現(xiàn)場(chǎng)無(wú)濕作業(yè)或僅有抹灰等少量濕作業(yè),對(duì)生產(chǎn)和生活影響小,且加固后對(duì)原結(jié)構(gòu)外觀和原有凈空無(wú)顯著影響,但加固效果在很大程度上取決于膠粘工藝與操作水平;適用于承受靜力作用且處于正常濕度環(huán)境中的受彎或受拉構(gòu)件的加固。

4 粘FRP板加固法

粘F R P 板的施工工藝分以下幾個(gè)步驟:

　　首先用噴砂機(jī)打磨砼表面, 去掉1-2mm 表面疏松層;然后用噴氣機(jī)清除混凝土表面的混凝土碎裂屑;環(huán)氧樹脂和固化劑按一定的比例混合,然后均勻地涂于FRP 板的板面和混凝土梁的表面上,粘貼時(shí)要趕出氣泡并壓平;粘貼后對(duì)粘貼面施加壓力, 直到粘結(jié)劑養(yǎng)護(hù)完成。

　　本文建議粘FRS 板加固用的FRP 板的厚度取為2 — 4m,且FRP 板與加固的梁等長(zhǎng)。從加固的效果出發(fā),進(jìn)行抗彎加固時(shí),宜在梁的受拉面粘貼FRP 板,進(jìn)行抗剪加固時(shí),宜在梁的底面和側(cè)面粘貼的FRP 板以形成U 型加固方案,提高試件的延性。為了保證加固梁的FRP板與混凝土在使用過程中粘結(jié)完好, 還可在FRP 的端部采用錨固加強(qiáng)措施。

　　FRP 板直到破壞均表現(xiàn)出線彈性特征,其力學(xué)性能與加固纖維的種類和纖維的排列方向有關(guān),因而可通過改變纖維的排列方向得到某一特定方向上最大的材料強(qiáng)度。粘FRP 板進(jìn)行抗彎加固和抗剪加固的效果均與FRP 板纖維的布置方向有關(guān)。

　　由粘FRP 的抗彎加固和抗剪加固的試驗(yàn)研究可知:在對(duì)梁進(jìn)行加固時(shí),一般可同時(shí)提高梁的受彎承載力和受剪承載力,亦即抗彎加固和抗剪加固是相關(guān)聯(lián)的。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固時(shí),應(yīng)針對(duì)結(jié)構(gòu)的具體情況,重點(diǎn)進(jìn)行某一方面的加固。

　　 由于F R P 板應(yīng)力應(yīng)變曲線沒有屈服平臺(tái),存在脆性性能,因而加固梁板 的延性問題被提出來(lái)了,但只要設(shè)計(jì)合理,粘FRP 板加固梁的延性可以得到滿足。且粘FRP 板加固對(duì)提高隨重復(fù)荷載的構(gòu)件(如吊車梁)的正截面和斜截面疲勞強(qiáng)度效果都較好,尤其是對(duì)斜截面疲勞強(qiáng)度的提高效果更大。粘FRP 板不僅可用于梁的加固,而且可用于樁和砌體的加固;還可用于新結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。通過改進(jìn)FRP 板的材料性能和粘結(jié)劑的性能可進(jìn)一步提高粘F R P 板的加固效果。粘F R P 板技術(shù)是一種有效的結(jié)構(gòu)加固形式。

5 結(jié)語(yǔ)

　　由于交通量的增大,荷載等級(jí)的提高,以及使用年限等因素,各地病態(tài)混凝土橋梁不斷增加,橋梁檢測(cè)及加固有很大的工作量,以上幾個(gè)混凝土橋梁加固辦法,移動(dòng)方便、穩(wěn)定安全,適用于鋼筋和預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁構(gòu)造的加固,而橋梁加固本身就有其重要的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值,更有對(duì)施工方法、建筑材料不斷創(chuàng)新之需求,值得我們建筑行業(yè)人士努力探究。

 

[1] 趙國(guó)藩.高等鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)[M].北京:中國(guó)電力出版社,1999.

[2] 張樹仁,王宗林,編著.橋梁病害診斷與改造加固設(shè)計(jì).人民交通出版社,2006.4.1.

[3] 諶潤(rùn)水,胡釗芳,等.公路舊橋加固技術(shù)與實(shí)例[M].人民交通出版社,2002.