空心板梁桥铰缝病害分析和维修方法研究

更新时间:2019-10-29 06:16
 

  空心板梁桥铰缝病害分析和维修方法研究_其它考试_资格考试/认证_教育专区。第2 7卷第 4期 2 0 1 4年 8月 四川理工学院学报( 自然科学版) J o u r n a l o f S i c h u a nU n i v e r s i t yo f S c i

  第2 7卷第 4期 2 0 1 4年 8月 四川理工学院学报( 自然科学版) J o u r n a l o f S i c h u a nU n i v e r s i t yo f S c i e n c e&E n g i n e e r i n g ( N a t u r a l S c i e n c eE d i t i o n ) V o l ? 2 7 N o ? 4 A u g ? 2 0 1 4 文章编号: 1 6 7 3 ? 1 5 4 9 ( 2 0 1 4 ) 0 4 ? 0 0 6 5 ? 0 4 D O I : 1 0 . 1 1 8 6 3 / j . s u s e . 2 0 1 4 . 0 4 . 1 6 空心板梁桥铰缝病害分析和维修方法研究 刘明选 ( 上海浦江桥隧高速公路管理有限公司,上海 2 0 1 1 0 0 ) 摘要: 通过对上海市绕城高速南段 4 2座空心板梁桥铰缝典型病害的分析, 总结了简支空心板铰 缝破坏的病害特征, 并结合病害特征综合分析铰缝损坏的原因。进一步对铰缝破坏的维修工艺进行研 究, 提出一种合理的铰缝维修方法, 并通过维修前后板梁外观特征的检查和相邻板梁挠度差的定量测试 对铰缝的维修效果进行评定, 证明了该方法的有效性。从而为高速公路的简支空心板梁铰缝维修提供 参考和建议。 关键词: 空心板; 小铰缝; 病害分析; 维修方法 中图分类号: U 4 4 5 ? 4 文献标志码: A 一种快速有效的铰缝维修方法, 为高速公路空心板梁铰 缝维修提供参考和建议。 引 言 简支空心板桥具有结构简单, 预制、 安装方便, 结构 受力性能好, 标准化程度高, 故在桥孔通行要求不高、 下 部结构施工便捷的高速公路、 城市道路部分桥梁建造中 被广泛采用。早期建造的板式桥梁结构, 梁板之间采用 的浅铰接形式, 也被称为小铰缝。在板梁安装就位后, 采用高标号钢纤维混凝土浇筑板间铰缝。铰缝主要起 板梁的横向连接作用, 使板梁形成整体, 共同承载上部 荷载。设计方面由于小铰缝截面尺寸小且为素混凝土 结构, 接缝混凝土抗剪能力有限; 施工过程, 由于空间狭 小、 预制板侧面较光滑、 混凝土现场浇筑质量不可控, 造 成铰缝混凝土抗剪能力远不能达到设计要求。桥梁通 车后, 在承受上部车辆荷载反复作用下, 受板梁支座的 不均匀变形影响, 而且目前高速公路重载交通下, 小铰 缝混凝土极易破碎, 进而失去铰接作用, 造成桥面损坏、 单板受力。所以探索快速有效的铰缝维修方法是十分 必要的 [ 1 ] 1 空心板铰缝破坏特征分析 通过对上海市绕城高速南段 4 2座小铰缝空心板梁 的铰缝病害进行归类总结, 铰缝破坏病害特征主要为: ( 1 ) 各种中小跨径的混凝土板梁, 桥面板受建筑高 T梁结构弱。上海绕 度的影响, 本身的整体刚度比箱梁、 城高速南段 4 2座空心板梁桥构造上均采用小铰缝实现 各片板梁的横向连接, 整体性相对偏弱, 易出现铰缝破 坏的情况。由于小铰缝空心板梁存在先天不足, 在长期 重车作用下板间的横向联系失效, 活载不能被有效的横 向分布, 直至出现单板受力现象。 ( 2 ) 铰缝破坏一般表现为铰缝位置出现渗水, 由于 在长期超载和反复荷载作用下板梁铰缝处横向应力值 超过铰缝混凝土抗拉强度设计值, 将产生裂缝, 裂缝由 上部铰缝底缘产生, 并不断向桥面铺装顶层发展, 从而 2 ] 在桥面铺装出现纵向裂缝或纵向的破裂带 [ 。打开桥 。 本文结合上海市绕城高速南段 4 2座空心板梁桥铰 缝损坏病害的情况, 综合分析小铰缝空心板的破坏特征 和病害成因, 并对铰缝损害的维修工艺进行研究, 提出 面铺装可以看到铰缝位置的混凝土出现破碎, 而且桥面 铺装钢筋网和铰缝钢筋出现锈蚀断裂, 从而导致铰缝失 3 ] 效[ 。 收稿日期: 2 0 1 4 ? 0 3 ? 0 4 作者简介: 刘明选( 1 9 8 0 ? ) , 男, 湖北襄樊人, 工程师, 硕士, 主要从事桥梁检测加固方面的研究, ( E ? m a i l ) m x 6 1 2 _ 0 @1 6 3 . c o m 6 6 四川理工学院学报( 自然科学版) 2 0 1 4年 8月 梁间的横向连接较弱, 高速公路重车作用下铰缝容易损 坏。②由于桥面纵横坡或预制板梁的预拱度不合适等 原因造成桥面铺装局部厚度不足, 而且早期桥面铺装混 凝土标号较低、 桥面铺装钢筋直径较小、 间距设置较大 等情况, 降低了铺装层的整体化作用、 与板梁的协同作 用减小、 整体刚度降低。③桥梁设计中一片板梁一般为 4各支座, 但由于施工工艺的原因, 个别情况会出现一个 支座脱空的现象, 车辆通过时三个支座支撑的板梁会出 现翘动, 导致铰缝破碎损坏。 4 ) 施工方面的因素 ( 材料不符合要求, 设计铰缝或桥面混凝土铺装的强 度比设计低, 从上海绕城高速南段桥梁现场破坏的情况 看, 桥面铺装和铰缝混凝土呈破碎状, 经检测的混凝土 标号达不到设计要求, 振捣不密实, 钢筋绑扎不合要求, 施工时对板梁的横向联系没有引起足够的重视, 桥面混 凝土铺装内的钢筋网位置控制不准、 预制板梁铰缝以及 顶面凿毛不到位, 施工完后桥面钢筋网位于铺装层和板 梁之间形成一道夹层, 钢筋网未达到效果, 混凝土铺装 层及铰缝与预制板梁粘结不牢固情况严重, 均会导致铰 缝的损坏。 ( 3 ) 铰缝破坏一般发生在重车方向行车道范围内的 板梁上, 由于重车车速比较慢, 很少占用超车道, 使行车 道范围内的桥面纵向开裂频率远大于超车道。重车车 轮直接作用的板梁两侧的铰缝一般均出现渗水现象, 铰 缝混凝土被剪坏, 并逐步出现松散而脱落, 使板梁之间 2座 的横向联系发生明显下降。对上海绕城高速南段 4 桥梁损坏铰缝进行统计, 8 6 % 的损坏铰缝出现在重车的 行车道上。 4 ) 当重车通过时, 铰缝破坏的板梁出现明显的下 ( 挠, 使其与相邻两侧的板梁上下错动后行成台阶, 待重 车通过后, 这种错动消失, 又恢复原状, 采用电子位移计 对正常行车下的铰缝破坏的板梁的动挠度进行采集, 铰 缝损坏的相邻板梁的挠度差非常明显 [ 4 ] 。现场选取上 海市绕城高速南段铰缝渗水较严重的 6座桥梁进行监 测, 发现重车通过时渗水铰缝两侧的板梁出现了明显的 挠度差。 5 ) 铰缝破坏时上部结构的整体受力效果受到明显 ( 的削弱, 整体的刚度和强度下降, 一般铰缝损坏的板梁 梁底的横向裂缝发展较严重, 而且伴 随 着 裂 缝 处 的 渗 水, 检查中上海绕城高速南段桥梁 2 2座普通钢筋混凝 2 % 的渗水铰缝两侧的板梁出现横向裂 土空心板梁中 9 缝渗水析白。裂缝渗水会导致板梁内受力钢筋锈蚀, 如 果不及时维修, 板梁可能从弹性下挠发展成塑性变形, 影响结构的耐久性和安全性能 [ 5 ] 3 铰缝维修工艺的研究 3 ? 1 铰缝维修的具体实施工艺 通过对空心板铰缝的病害特征和成因进行综合分 析, 结合上海绕城高速南段的铰缝病害的具体特点, 提 出了高速公路铰缝损坏后快速有效的维修方法。 先进行铰缝病害的检测, 通过对铰缝渗水和桥面纵 向裂缝的外观检查和铰缝两侧相邻板梁的位移差的监 测判断铰缝损伤程度, 外观检测中要注意板梁的支座是 否脱空, 一旦出现支座脱空, 修复铰缝前应垫实脱空支 座。进行铰缝维修时, 先在损坏的铰缝两边各 5 0c m范 围内凿除桥面铺装和铰缝混凝土, 清除损坏的桥面钢筋 网, 铰缝钢筋完好时, 应保留铰缝钢筋, 施工过程中使用 机械设备时应注意不要破坏板梁的主体结构, 凿除完毕 后进行清理, 重新浇筑铰缝混凝土和桥面铺装时采取新 6 ] 措施 [ : ( 1 ) 在板梁铰缝中顺向放置预制好的钢筋骨架, 。 2 铰缝破坏的成因分析 从对上海市绕城高速南段铰缝出现破损的空心板 梁的状况出发, 综合分析铰缝损害的原因, 对导致铰缝 破坏的主要原因归纳为 4方面: ( 1 ) 公路自身特点因素 高速公路行车道的划分, 使车辆行驶的轨迹具有规 律性,皇冠比分 因此行车道上板梁承受重复荷载的几率增加, 在 重车荷载作用下导致板梁的铰缝破坏。 ( 2 ) 荷载方面因素 正常使用下桥梁的承载能力是由设计荷载标准确 定的。随着社会的发展, 车辆总重和轴重日益增大, 特 别是近几年集装箱卡车的大幅增加, 公路运输对桥梁的 要求越来越高, 从实际的交通结构上看, 目前高速公路 超载严重, 加速了铰缝的损坏。 ( 3 ) 设计方面的因素 设计方面主要有以下 3方面原因: ① 目前上海地区 早期建设的高速公路一般采用小铰缝空心板梁, 采用的 铰缝结构尺寸, 断面变化较小, 铰缝混凝土标号较低, 板 使原设计 的 铰 缝 中 的 素 混 凝 土 变 成 钢 筋 混 凝 土 结 构 ( 图1 ) ; ( 2 ) 将铰缝和桥面铺装混凝土的标号提高到 C 5 0 , 从而提高铰缝混凝土的整体性; ( 3 ) 铰缝两侧的板 梁上种植钢筋, 进一步加强铰缝连接力; ( 4 ) 在不提高桥 面标高的前提下, 增加桥面混凝土铺装层的厚度, 铺设 双层钢筋网片, 并加密桥面铺装钢筋, 增大铺装钢筋的 直径; ( 5 ) 将铰缝钢筋骨架、 原有的和种植的铰缝钢筋, 第2 7卷第 4期 刘明选: 空心板梁桥铰缝病害分析和维修方法研究 以及双层桥面铺装钢筋网绑扎焊接成整体( 图2 ) 。混凝 土铺装浇筑完毕后, 表面应做好防水措施后再浇筑沥青铺 有 装, 整个过程施工完成后, 施工段两侧各封闭 2m范围, 条件的可以考虑封闭车道, 防止未达到强度时, 车辆行驶 7 ] 的振动影响施工质量, 待达到强度后开放交通[ 。 6 7 图 4 桥面铺装纵向裂缝情况 图 1 铰缝内钢筋骨架施工工艺 差的监测结果见表 1 , 表 1中铰缝位置的标示以相邻两 片板的编号进行标示, 如L 0 0 2 0 4- 0 5表示第 2跨 4 # 板 和5 # 板 之 间 的 铰 缝。 相 邻 两 片 板 梁 最 大 挠 度 差 为 9 ] 1 ? 9 6m m~ 2 ? 1 8m m , 说明板梁铰缝已破坏 [ 。 图 2 铰缝位置钢筋网结构示意图 3 ? 2 维修后效果的判断 以上海绕城高速南段一座 3跨简支空心板梁为例, 判断该维 修 方 法 的 可 靠 性。该 桥 跨 径 布 置 为 1 6m + 2 2m+ 1 6m , 维修前中跨 2 2m 空心板梁的梁底铰缝位 置渗水严重, 对应铰缝的桥面铺装位置出现通长的纵向 裂缝, 打开纵向裂缝处沥青铺装发现铰缝混凝土破碎, 桥面混凝土铺装的钢筋网和铰缝钢 筋 出 现 锈 蚀 断 裂。 现场情况详如图 3 、 图 4所示。 编号 1 2 3 图 5 动挠度监测典型时程曲线 铰缝修复前后相邻板梁的挠度差 铰缝位置 L 0 0 2 0 4- 0 5 L 0 0 2 0 8- 0 9 L 0 0 2 1 1- 1 2 维修前最大挠度差 y m m Δ 1/ 2 ? 1 8 2 ? 0 2 1 ? 9 6 维修后最大挠度差 y m m Δ 2/ 0 ? 1 6 0 ? 1 9 0 ? 1 3 采用本文的铰缝维修方法对该桥损坏的铰缝进行 维修加固, 维修加固后半年对该桥维修效果进行检测, 结果表明: 梁底铰缝位置未出现渗水, 桥面铺装未出现 纵向裂缝, 车辆通过时相邻板梁之间 的 位 移 差 显 著 减 小, 现场在相同铰缝跨中位置两侧安装电子位移计, 采 用相同的重车对维修效果进行检测。监测结果见表 1 , ? 1 9m m , 和加固前 相邻两片板梁之间的最大挠度差为 0 的测试结果相比挠度差明显减小, 说明板梁的横向联系 图 3 梁底铰缝渗水的情况 得到加强, 上部结构的整体工作性能较好, 该方法进行 9 ] 铰缝维修加固效果较好 [ 。 通过外观检查初步判断铰缝已出现损伤, 为了进一 步判断铰缝损伤的程度, 现场在板梁跨中位置铰缝两侧 8 ] 位置安装电子位移计 [ , 采用 3 0t 标准车辆加载, 通过 4 结 论 铰缝是相邻空心板梁连接的重要构件, 是保证板梁 共同受力的关键。本文结合上海市绕城高速南段 4 2座 监测铰缝两侧的位移差对铰缝损坏程度进行判断。现 场典型的铰缝位移差的监测时程曲线 四川理工学院学报( 自然科学版) 2 0 1 4年 8月 报 -自然科学版 $($T+T,-/RT ? /R)% !R# 彭利英 $卫 军 $班 霞 $等 % 钢筋锈蚀对空心板连接铰缝 受力性能影响分析 !&#% 铁道科学与工程学报 $($) +,- ? .% !T# 刘晓春 $卫 军 $李 沛 $等 % 一种基于相对位移的铰缝传 力性能评 估 方 法 !& #% 中 南 大 学 学 报 - 自 然 科 学 版 $ (R$TT+),-RR// ? RR)R% !*# 王立志 % 现役空心 板 桥 单 板 受 力 病 害 治 理 方 案 !&#% 公路交通科技 -应用技术版 $(+),- ? R% 单 板 受 力” 病害机理 !.# 黄民水 $朱宏平 % 空心 板 梁 桥 “ 及其加固处 治 研 究 !&#% 华 中 科 技 大 学 学 报 -自 然 科 学版 $(()$R.+,-) ? % !/# 卫 军 $李 沛 $徐 岳 $等 % 空心板铰缝协同工作性 能 影 响因素分析 !&#% 中国公路学报 $($T+,-S ? RR% 小铰缝空心板梁的铰缝病害情况, 对空心板铰缝损坏的 特征进行总结, 综合分析铰缝损坏的原因, 提出一种快 速有效的铰缝维修方法。通过本文研究得出: 1 ) 考虑到高速公路重载车辆较多, 小铰缝空心板 ( 横向联系较弱, 建议以后新建高速公路不再采用小铰缝 的空心板梁结构。 ( 2 ) 铰缝损伤判断应通过外观检查梁底铰缝渗水的 形态, 结合桥面铺装对应位置的病害开展情况, 对铰缝 损伤做出初步判断, 根据外观检查的情况, 可进一步采 取动态监测相邻板梁的位移差的方法对铰缝破损程度 做进一步的量化。 3 ) 本文铰缝维修方法是修复铰缝损伤的有效方 ( 法, 维修实施过程中应注意施工质量, 才能修复铰缝, 增 加桥梁的横向联系。 参 考 文 献: !# 赵素锋 % 装配式空心板梁桥铰缝病害机理分析与防 治措施 !&#% 中国港湾建设 $(+T,-* ? )% !# 项贻强 $邢 骋 $邵林海 $等 % 铰接预应力混凝土空心板 梁桥的空 间 受 力 行 为 及 加 固 分 析 !&#% 东 南 大 学 学 !)# 邹毅松 $袁波波 $王银辉 $等 % 基于瞬态动力分析的装 配式板桥铰 缝 损 伤 识 别 !&#% 重 庆 交 通 大 学 学 报 -自 然科学版 $($R(+,- ? R$T% !S# 钱寅泉 $周正茂 $葛玮明 $等 % 基于相对位移法的铰缝 破损程度检测 !&#% 公路交通科技 $($S+/,-/. ? )% A n a l y s e so f D i s e a s eo f H o l l o wS l a bH i n g e dJ o i n t a n dS t u d yo nt h eR e p a i r Me t h o d L I UM i n g x u a n ( S h a n g h a i H u a n g p uR i v e r B r i d g e s a n dS u p e r h i g h w a yM a n a g e m e n t C o . , L t d ,S h a n g h a i 2 0 1 1 0 0 ,C h i n a ) A b s t r a c t : T h e f a i l u r e c h a r a c t e r i s t i c s o f h o l l o ws l a bh i n g e dj o i n t s a r e c o n c l u d e dt h r o u g ht h e t y p i c a l d i s e a s e a n a l y s e s o f 4 2 h o l l o ws l a bb r i d g e s h i n g e dj o i n t s a t s o u t h e r ns e c t i o no f G 1 5 0 1S h a n g h a i r i n g e x p r e s s w a y .T h e c a u s e s o f h i n g e dj o i n t s d a m a g e a r es y n t h e t i c a l l ya n a l y z e dt h r o u g ht h e d i s e a s e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e b r i d g e s .F u r t h e r s t u d i e s o nr e p a i r p r o c e s s o f h i n g e dj o i n t s d a m a g e a r et a k e nt op r o p o s ear e a s o n a b l em e t h o dt or e p a i r t h eh i n g e dj o i n t s .A n dt h em a i n t e n a n c ee f f e c t o f h i n g e dj o i n t s i s e v a l u a t e dt h r o u g ht h e e x a m i n a t i o n s o f b r i d g e s ? a p p e a r a n c e c h a r a c t e r i s t i c s b e f o r e a n da f t e r t h e m a i n t e n a n c e a n dt h e q u a n t i t a t i v e t e s t s o f d e f l e c t i o nd i f f e r e n c e sb e t w e e na d j a c e n t b r i d g e sb e f o r ea n da f t e r t h em a i n t e n a n c e ,a n dt h em e t h o di sp r o v e dt ob e e f f e c t i v e .T h u s i t p r o v i d e s t h er e f e r e n c ea n ds u g g e s t i o nf o r t h e m a i n t e n a n c e w o r ko f t h e h o l l o ws l a bh i n g e dj o i n t s o f h i g h w a y b r i d g e s . 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