鄧春華

(重慶交通大學(xué) 河海學(xué)院 重慶 400074)

對某預(yù)應(yīng)力鋼構(gòu)連續(xù)梁橋的病害分析及加固

鄧春華

(重慶交通大學(xué) 河海學(xué)院 重慶 400074)

當(dāng)今交通運(yùn)輸業(yè)迅猛發(fā)展，舊橋受到當(dāng)時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料強(qiáng)度、施工階段環(huán)境等影響，其設(shè)計(jì)通車量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)狀，從而產(chǎn)生病害和承載力不足的問題。文中結(jié)合工程實(shí)例，對受損的預(yù)應(yīng)力鋼構(gòu)連續(xù)梁橋進(jìn)行病害成因分析，針對梁橋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的裂縫等病害，采取粘貼碳纖維布進(jìn)行維修，而后該橋的安全性、適用性和耐久性都滿足了設(shè)計(jì)要求。

病害分析；裂縫；粘貼碳纖維布加固

引言

濟(jì)南黃河二橋，位于濟(jì)南西北，南北橫跨黃河之上，西接濟(jì)聊一級汽車專用路，終點(diǎn)(樁號 K100+630)接通與濟(jì)青高速相接的北聯(lián)路線，南通泰安。該橋?yàn)闈?jì)南西外環(huán)的組成部分，全長5750米，寬35.5米，雙向6車道；主橋?yàn)殚L947.66米的預(yù)應(yīng)力鋼構(gòu)連續(xù)梁體系，該連續(xù)梁分為5跨，最大跨徑為210米；其南北引橋均為35米的簡支T型梁。設(shè)計(jì)荷載為汽-超20、拖-120。該橋于1996年開始修建，1999年完成通車。隨著交通量、車輛載重的不斷增加，梁體底面出現(xiàn)了大量嚴(yán)重程度不同的裂縫，所以對該橋梁進(jìn)行病害成因分析及加固維修。

1 橋梁概況

該橋梁體下部受拉面出現(xiàn)裂縫，很有可能是體內(nèi)配筋不足，材料強(qiáng)度不足，不能滿足承載能力的要求，T型簡支引橋的梁肋部位出現(xiàn)少量細(xì)裂縫和殘缺，主橋和引橋的某些腹板部位出現(xiàn)細(xì)裂縫。值得一提的是，橋墩表面也有少量裂縫出現(xiàn)。

2 橋梁病害成因分析

該橋最大的病害就是存在大量的裂縫，這些裂縫在不同部位的寬度和發(fā)展方向各不相同，并且嚴(yán)重程度也各不相同。

對于梁體底面出現(xiàn)的裂縫，可能有以下幾種原因：1）梁體混凝土強(qiáng)度不足，鋼筋設(shè)置偏少，導(dǎo)致橋梁本身承載力不達(dá)標(biāo)；2）橋梁實(shí)際受力超過了梁體結(jié)構(gòu)受力設(shè)計(jì)值，使梁體的結(jié)構(gòu)安全系數(shù)降低了；3）橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，沒有考慮到工程實(shí)際應(yīng)用中的通車量是處于增長狀態(tài)的。

2.1 裂縫成因分析

混凝土結(jié)構(gòu)極易出現(xiàn)裂縫，一般的混凝土結(jié)構(gòu)是帶裂縫狀態(tài)工作的。當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷與破壞，所受的拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，裂縫就會(huì)不斷開展，直至達(dá)到所規(guī)定的裂縫限值，使得人們從視覺上感到不安，即適用性和耐久性不能滿足要求。

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫成因十分復(fù)雜，往往是多種因素相互作用而導(dǎo)致的裂縫形成。就其成因大致可分為兩大類：

1）荷載裂縫；結(jié)構(gòu)在外荷載的作用下形成的裂縫，裂縫寬度以及分布與外荷載密切相關(guān)。這種荷載裂縫的產(chǎn)生往往說明混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力不能滿足要求。

2）變形裂縫；結(jié)構(gòu)在非荷載因素作用下產(chǎn)生的裂縫。比如在溫度變化、混凝土收縮等因素作用下，混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的變形受到限制時(shí)，結(jié)構(gòu)內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)混凝土極限抗拉強(qiáng)度不足以抵抗拉應(yīng)力時(shí)，裂縫就會(huì)產(chǎn)生，一旦裂縫產(chǎn)生，混凝土就退出工作，拉應(yīng)力由鋼筋承擔(dān)。

裂縫成因分析是裂縫評定、裂縫修補(bǔ)和加固的依據(jù)。如果不對帶裂縫結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析就盲目的對結(jié)構(gòu)進(jìn)行維修加固，不但得不到預(yù)期的補(bǔ)強(qiáng)效果，而且有可能引發(fā)二次病害。

3 維修加固措施

3.1 粘貼碳纖維布加固

該橋橫跨黃河之上，加大了維修的難度，并且橋墩及地基承載力不予改變，上部結(jié)構(gòu)的自重也不予改變，所以應(yīng)選擇輕質(zhì)高強(qiáng)加固材料，便于施工。加固該受損梁體，采用粘貼高強(qiáng)度、高彈性模量碳纖維布是最理想的施工方案；碳纖維布質(zhì)量輕、厚度薄，不需要較大的空間，尤其適用該橋加固空間緊張、加固環(huán)境不樂觀的情況；粘貼碳纖維布時(shí)，施工簡便，對施工環(huán)境要求低，通過環(huán)氧樹脂將其粘貼在梁底表面使之與梁體形成整體即可。采取粘貼碳纖維布加固后的質(zhì)量不會(huì)增加，還保證了外表輕巧美觀，相比體外預(yù)應(yīng)力施工有很大的優(yōu)勢；此加固方法能夠使結(jié)構(gòu)具有很好的耐久性，加固時(shí)只需碳纖維布和環(huán)氧樹脂，它們具有耐堿、耐酸和耐大氣環(huán)境腐蝕等性能。對梁體腹板某些細(xì)微裂縫以及橋墩上出現(xiàn)的細(xì)微裂縫，其寬度小于0.2mm，為保證梁體耐久性和防水性，避免結(jié)構(gòu)體內(nèi)鋼筋銹蝕，通過噴射混凝土砂漿的方法灌縫即可。對于梁體某些殘缺部位，可通過植筋技術(shù)進(jìn)行修補(bǔ)。

3.1.1 加固原理

粘貼碳纖維布加固技術(shù)是將高強(qiáng)度的碳纖維布粘貼于結(jié)構(gòu)表面，使它們共同參與受力以達(dá)到提高結(jié)構(gòu)承載力的目的。

碳纖維材料的力學(xué)性能優(yōu)良，它的抗拉強(qiáng)度可達(dá)普通鋼材的10倍，碳纖維材料在被織成碳纖維布之后，構(gòu)成碳纖維布的碳纖維絲不能共同參與受力，一般情況下，它受力時(shí)，一部分碳纖維絲達(dá)到其極限抗拉強(qiáng)度而退出工作，剩下的部分碳纖維絲參與下一階段受力，直至所有碳纖維被拉斷而退出工作。但是當(dāng)碳纖維布和粘結(jié)劑作用時(shí)，組成碳纖維布的各碳纖維絲就能共同參與受力，這樣很大程度上提高了碳纖維布的抗拉強(qiáng)度。碳纖維加固技術(shù)少不了粘結(jié)劑的參與，它既能使各碳纖維絲共同作用，又能使碳纖維布與結(jié)構(gòu)共同受力，以達(dá)到結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)、加固的效果。

4 施工方法

1）準(zhǔn)備工作

在梁底面標(biāo)出需粘貼碳纖維布的位置和范圍。

2）表面處理

清除梁體底面風(fēng)化層，使其露出新的結(jié)構(gòu)面，清除結(jié)構(gòu)表面灰塵，保證結(jié)構(gòu)表面干凈；對梁底裂縫進(jìn)行鑿開處理并噴射混凝土灌縫，然后整平被粘貼表面，保證無油污等雜質(zhì)；對殘缺部位應(yīng)進(jìn)行修補(bǔ)，保證表面平順。表面處理時(shí)應(yīng)注意：當(dāng)外露鋼筋銹蝕了，應(yīng)對其做除銹處理；平整處理時(shí)，可通過涂刷環(huán)氧膩?zhàn)佑诎纪勾植谔?，并刮平?/p>

3）涂刷涂料

待表面干燥后，將表面處理樹脂用滾筒均勻的涂刷在需補(bǔ)強(qiáng)部位，不得有遺漏；待表面處理樹脂不粘手時(shí)，用修平樹脂填平表面凹凸處，保證表面平整。

4）粘貼碳纖維布

待涂料基本固化后，用干燥的滾筒將浸漬樹脂涂刷于待補(bǔ)強(qiáng)表面上；將碳纖維布展開、拉緊平鋪在浸漬樹脂上，用滾筒反復(fù)滾壓以排除布與樹脂之間的空氣，使布與樹脂充分的結(jié)合并完全浸于浸漬樹脂中，如果發(fā)現(xiàn)碳纖維布與浸漬樹脂之間有未密合的地方，可用美工刀沿著碳纖維布的順纖維方向剪開，再涂上浸漬樹脂并用滾筒反復(fù)擠壓直至無空氣；待碳纖維布粘貼 30min后，用滾筒再次涂刷浸漬樹脂；待碳纖維布自然風(fēng)干，重復(fù)上述步驟，粘貼第二層碳纖維布，以此類推。注意：在鋪設(shè)最后一層碳纖維布時(shí)，需做最后一次平整處理并涂上浸漬樹脂，風(fēng)干過程中應(yīng)做好防水、防塵等保護(hù)措施。

5）養(yǎng)護(hù)

粘貼碳纖維布后初期固化需1天，在初期固化尚未完成之前，禁止車輛通行，達(dá)到完全固化則需7天。養(yǎng)護(hù)期間可采取鋪蓋薄膜的方式來防水、防塵。

6）涂裝

在碳纖維布表面充分風(fēng)干，浸漬樹脂硬化前，可根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在其表面涂刷涂料漆進(jìn)行裝飾或涂刷防護(hù)漆。

5 結(jié)論

針對該橋梁體底面出現(xiàn)的裂縫，選擇粘貼碳纖維布加固的方法，它施工簡便快捷、材料輕薄、極具耐久性、能有效提高承載力。如今，該橋的安全性和適用性均滿足要求，說明粘貼碳纖維布對該橋進(jìn)行加固的方法是切實(shí)可行的。

[1]鄭正華，鄧超. 粘貼碳纖維布加固技術(shù)在橋梁維修加固中的應(yīng)用[J]. 黑龍江交通科技，2013，(12)：74，77.

[2]劉松平. 鋼筋混凝土橋梁裂縫成因分析與加固措施研究[碩士學(xué)位論文][D].浙江：浙江大學(xué)，2012.

[3]焦孟軍. 鋼筋混凝土連續(xù)箱梁橋裂縫分析[碩士學(xué)位論文][D]. 江蘇：南京航空航天大學(xué)，2008.

U45

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1007-6344（2016）07-0017-01

鄧春華(1994-)，女，四川資陽人，碩士在讀研究生，研究方向?yàn)槌鞘械缆泛蜆蛄汗こ淘O(shè)計(jì)理論與養(yǎng)護(hù)技術(shù)。