李 麗 郭春明 李 鈞

(黑龍江建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150025)

公路和橋梁在竣工開設(shè)運轉(zhuǎn)過程中，隨著承受的行人、汽車等重力不斷增強，再加上使用的原材料本身會受到消耗，會導(dǎo)致公路橋體受損，使橋梁公路的承重能力逐漸下降，降低了公路橋梁的可靠性與安全性。如何選擇合適的原材料建造出可靠性高、安全性強、經(jīng)濟成本低的公路橋梁，已成為現(xiàn)階段企業(yè)及國家所關(guān)注的重點。現(xiàn)如今，增大截面法、粘貼鋼板法等成為我國常用的加固方式。然而這些加固方法從材料本身出發(fā)來看都存在一些不足，所以，為了適應(yīng)加固公路舊橋材料要求越來越高的發(fā)展趨勢，聚氨酯硅粉復(fù)合材料(PUSC)在加固工程中的運用已經(jīng)成為了國家非常重視的一部分。因為用其加固完成后，公路或舊橋的強度更高、重量更低、粘合性會更好。同時，該材料的運用可以省去部分其他材料的使用，降低加固工程的成本。

1 聚氨酯介紹

1.1 聚氨酯是什么

聚氨酯是一種合成樹脂，具有優(yōu)良的綜合性能。由于其合成單體種類繁多、反應(yīng)條件溫和、配方專業(yè)、可控性和調(diào)節(jié)空間大，目前，聚氨酯廣泛應(yīng)用于家具行業(yè)、建筑行業(yè)、制鞋業(yè)、航天飛行器制造、液化天然氣汽車制造等領(lǐng)域。

1.2 PUSC分析

聚氨酯是目前企業(yè)發(fā)展速度最快的高分子材料技術(shù)之一。它是由氰酸鹽和多元醇兩部分聚合而成氨酯的結(jié)構(gòu)，以塊狀、接枝或互穿網(wǎng)絡(luò)的形式由軟段和硬段組成，是一種多功能聚合材料。但由于分子結(jié)構(gòu)中含有NHH-CO，所以聚氨酯具有溫度變化敏感、耐水性差、熱性能較差的特點，長期使用后會產(chǎn)生嚴重的內(nèi)熱，極大限制了其在工程中的應(yīng)用。由于硅樹脂(聚硅氧烷)獨特的化學(xué)結(jié)構(gòu)組成和具有一系列優(yōu)異的性能，如，耐高溫、良好的動態(tài)性，可以恰到好處地彌補了聚氨酯彈性體的缺陷，兼有聚氨酯彈性體的優(yōu)點。實驗通過引入羥基，以聚氨酯為主體，加入了少量的硅粉，研究發(fā)現(xiàn)，在加入少量的硅粉的條件下，這種改良性聚氨酯硅粉復(fù)合材料的強度、剛度、重量、粘合性等確實會有很大的提升。

2 依托工程概要

2.1 工程情況

玉泉營立交橋是北京高速公路上非常重要的一座橋梁。其中間是京開高速發(fā)展公路以及北京段，穿過大興區(qū)黃村豐臺花巷，橋面總長80m，跨橋結(jié)構(gòu)簡單，鋼筋混凝土12m×10m實板橋，下橋面寬125m，中央隔離帶寬度30m，橋臺采用重力型橋，地基采用孔膨脹填樁，支撐為橡膠支撐。

2.2 損壞情況

(1)鋼筋進行混凝土實心板跨中區(qū)域可以均勻程度分布8～10條裂縫，裂縫間距20m～30cm。

(2)12號主梁底部中跨附近有裂縫，距右側(cè)5cm，裂縫長度約99m，寬度約1.5mm。

(3)12號梁右側(cè)距底部5cm處出現(xiàn)縱向裂縫。距1號橋臺23m，裂縫的長度約為9m。

(4)主梁法蘭兩側(cè)有水漬。

(5)主梁濕縫性能好，無裂縫、平臺進行交錯、漏水、脫色等典型結(jié)構(gòu)病害。

(6)橋梁鋪路、橋體欄桿異常，有縫隙。

據(jù)損壞程度分析，橋梁主體受到了很大的損害，需要進行加固修補。

2.3 橋梁加固設(shè)計

這座橋梁的配筋設(shè)計與施工的基本原則是可以確保京開高速24h安全運行，輔助道路于零時封閉，早上5點開放。鑒于此，在橋梁加固設(shè)計中應(yīng)綜合考慮橋面防水和攪拌甲板鋪裝處未發(fā)現(xiàn)垂直或水平裂縫。在實際施工中，梁底部的改性聚合物是現(xiàn)澆的。PUSC的增強厚度t=25mm，主要機械技術(shù)指標(biāo)如下。

(1)彎曲抗拉強度為36 MPa;(2)抗剪的強度為19 MPa;(3)彈性比例系數(shù)為122 GPa;(4)PUSC與混凝土界面的粘結(jié)度不能低于28MPa、且確保PUSC與鋼筋混凝土表面不發(fā)生掉落的現(xiàn)象。

根據(jù)數(shù)據(jù)計算可以得出，加固舊橋的計算數(shù)據(jù)符合現(xiàn)在國家規(guī)定的技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 加固前后承受重力分析

為進一步試驗PUSC在加固舊橋時的具體效果，對使用該材料加固后的材料進行了動靜荷載的分析。其中，靜荷載的觀察內(nèi)容：(1)跨度偏轉(zhuǎn)大小。(2)裂縫寬度大小的變化。動荷載計算觀察內(nèi)容：(1)沖擊電流值對于交流電流幅值的倍數(shù)。(2)固有頻率。(3)阻尼系數(shù)與臨界阻尼系數(shù)之比等。

不同水平荷載條件下進行加固前后各梁跨中撓度的橫向分布特征曲線, 水平坐標(biāo)表示每個主梁的序列號，當(dāng)坐標(biāo)是每個主“梁跨”中的偏轉(zhuǎn)觀測(mm)時，特征曲線的虛線表示加固前的橋梁測試節(jié)點，反映了鋼筋橋的測試結(jié)果。

加固前后的不同加載情況下主梁跨中撓度橫向分布曲線分析與比較。如果加固橋梁的荷載為橫向荷載，預(yù)加固橋梁的荷載為橫向荷載，分布曲線面積為平面,得到各梁的受力情況明顯改善。加固后各梁的最大跨中撓度減小16%、33%、27%、20%和23%。

2.5 經(jīng)濟性分析比較

在橋梁支護工程加固試驗的基礎(chǔ)上，分別研究了不間斷交通運行的條件，新型加固方法和常規(guī)加固方法。比較得出，本研究提出的新材料、新技術(shù)、新工藝的直接工程造價約為25.4萬元人民幣，而傳統(tǒng)的加固方法的直接工程造價約為32萬人民幣。

與傳統(tǒng)的橋梁加固技術(shù)方法可以相比，本研究主要采用PUSC加固空心板梁橋，可節(jié)省20%左右的投資，具有一個良好的社會發(fā)展效益和經(jīng)濟環(huán)境效益。

2.6 試驗結(jié)論

通過對PUSC支撐的鋼筋混凝土板“梁橋”的加固設(shè)計與施工工程實踐、負荷試驗和經(jīng)濟分析的比較，得出以下結(jié)果：(1)新材料可以改變鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，改變整個橋體的受力分布。(2)新材料能充分抑制舊橋主體縫隙寬度的擴展，也不會使其再出現(xiàn)側(cè)邊縫隙，提高整個橋體承受重力的能力。(3)新材料可以降低舊橋沖擊電流值對于交流電流幅值的倍數(shù)，延長橋體使用年限。(4)與以往的方法相比，成本降低了22%，降低了經(jīng)濟損耗。

3 結(jié) 語

聚氨酯硅粉復(fù)合材料(PUSC)已經(jīng)應(yīng)用到我國的公路舊橋加固工程中，身為一種新型復(fù)合材料，傳統(tǒng)的公路舊橋加固材料在效率、強度、外觀等許多方面都是無法與之相比較的。PUSC不僅可以使舊橋加固后的強度增大，保證粘合性很強，而且在減輕橋體重量，保證公路橋的可靠性方面有著很重要的作用。近年來，聚氨酯復(fù)合結(jié)構(gòu)材料得到了進一步的發(fā)展和成熟，使用方法也日益完善。PUSC的運用，使成本降低和材料本身的諸多優(yōu)勢逐步顯現(xiàn)，促使越來越多的公路舊橋加固企業(yè)積極使用和推廣。