皇冠比分加固装配式空心板铰缝的方法综述

更新时间:2019-10-29 06:16
 

  摘要:新旧规范设计的空心板梁桥由于重载交通、设计施工等因素造成铰缝损坏、失效,以致于多块板整体受力变为单板受力。针对这一问题,工程界提出并实施了多种加固铰缝的措施以提高板的整体受力和刚度。本文就加固铰缝的各种措施予以汇总、阐述,以此比较了各种加固措施的效果,提出处治铰缝失效问题的最优方式,以便设计施工提供参考。

  装配式空心板梁桥的截面形式包括整体实心矩形板、装配式空心板、异形板其截面形式的多样化,使得其在我国取得广泛的应用[1]。对于高速公路、城市道路等部分桥梁(主要采用装配式钢筋混凝土、预应力混凝土空心板梁桥),其横向采用企口缝铰接、键槽联结的形式[2]。近年来由于道路的交通量尤其是超限超载车辆迅猛增加,桥面钢筋混凝土铺装层结构薄弱、早期通车的公路桥梁设计与现在新建桥梁设计思路不同、桥面钢筋混凝土铺装层的施工缺陷等原因,最终造成桥面和板缝间病害。桥面病害表现为,沥青混凝土面层内部产生较大的剪应力,引起不确定破坏面的剪切变形,或者由于面层中水泥混凝土和沥青混凝土粘结力变差,水平抗剪能力减弱,致使产生水平向相对滑移、拥抱现象。因温度变化伴随梁板大挠度而产生裂隙,面层在车辆荷载或渗水情况下产生塌陷、裂缝及坑槽。板缝间病害变现为,梁板间企口缝塌陷、破碎,板间横向传递失效,出现单块板参与受力现象。空心板受到的荷载大于设计值,其下缘被拉裂。面层破损后,梁板直接受到汽车荷载冲击,板上缘部位混凝土被碾碎。严重削弱了空心板梁桥的横向整体性与刚度,影响了行车安全[3-7]。

  增加铰缝钢筋,重做铺装层的加固机理为:以重做铺装层,加强横向联系,以保持与原桥起初的横向整体工作性[5];由于铰缝传力机理不明确,且存在新老 混凝土粘结等问题,往往仅能从构造上保证铰缝的可靠性。即便在铰缝中加入一些普通钢筋,也仅仅是对铰缝内的混凝土进行了加强,皇冠比分,铰缝仍可以从新老混凝土的粘结处首先发生破坏,最终导致其传力失效,使空心板梁桥运营时的受力和设 计时的假定受力不一致。这种加固方式等于复原新桥铺装层模样仅于铺装层多铺了加强钢筋,对于重载交通和长期的疲劳状况,铰缝问题仍然得不到彻底根治。

  灌浆加固法是利用压力设备将胶结材料压入混凝土裂缝中,胶结材料经过凝结、硬化后与混凝土形成整体,从而达到封堵加固的目的。常用的灌浆加固法包括水泥灌浆加固法和化学灌浆加固法。当裂缝宽度大于0.15 mm时常采用水泥灌浆加固法,裂缝宽度小于 0.15 mm 时常采用化学灌浆加固法。其中,化学灌浆加固法具有粘度低、可灌性好、收缩小以及粘结强度高,恢复效果好等优点而被广泛应用于各种情况下的裂缝修补及堵漏防渗处理。常用的胶结材料有水泥浆、环氧树脂、甲基丙烯酸酯等化学材料。该法施工工艺简单,施工周期短,经济效益高,且对板梁结构基本不造成损伤,在施工过程中对交通无影响,因此可以作为空心板梁铰缝。

  李松辉等[9]CFRP加固斜交板试验表明粘贴碳纤维布可有效抑制已有裂缝在荷载作用下的再扩展.试验桥在无车辆荷载时,不可恢复的裂缝宽度为1.0mm在相同的试验荷载作用下, 加固前,最大裂缝宽度增量为0.14mm, 加固后,裂缝宽度几乎没有变化, 由此可见, 碳纤维布对已有裂缝的抑制效果是相当明显的;粘贴碳纤维布引起了荷载横向分布规律的变化,提高了上部结构整体受力的能力; 对变截面桥梁进行加固设计时,宜先粘贴纵向纤维布,再粘贴横向纤维布,以增强碳纤维布沿变截面方向的抗剥离能力。

  刘其伟等[10] 研究表明:粘贴钢板加固法是采用粘结剂和锚栓将钢板粘贴锚固于混凝土结构受拉面或其它薄弱部位,使钢板与待加固的混凝土结构形成整体,以达到提高结构承载能力与耐久性的目的。 该法具有不改变原结构尺寸、对交通影响小、技术可靠、短期加固效果好且工艺成熟等优点,但也存在不可避免的缺陷:

  浙江省金华市某空心板桥,上部为13孔20m装配式预应力混凝土简支变截面空心板梁,综合评定该桥桥梁技术状况为四类危桥,利用钢板和π型钢进行加固比较。为了充分比较粘贴钢板加固与∏形钢加固的使用效果,两加固方法取相同体积、相同厚度的钢板,模型2采用粘贴钢板加固,钢板横截面尺寸为:100×0.8cm,模型3采用∏形钢加固,∏形刚肋板高取30cm,钢板厚取0.8cm。

  在相同的汽车荷载作用下,∏形钢加固后主梁挠度、主拉应力所改善,粘贴钢板加固后主梁挠度、主拉应力也有所改善,但是∏形钢加固后,但∏形钢加固效果明显高于粘贴钢板加固。模型3的各项加固降低率均大于模型2的加固降低率,模型3的最大竖向挠度降低率15.22%明显大于模型2的最大竖向挠度降低率13.04%,这说明∏形钢加固提高梁的刚度较好于粘贴钢板加固,其原因是∏形钢利用自身的截面形式能较大增大梁的截面惯性矩,约束铰缝之间裂缝开展,提高了横向抗弯、抗扭刚度,减小构件挠度,间接增强承载能力,提高板间横向协作性和横向刚度。π型钢加固样式及效果。

  预应力钢束在板底上缘横穿各个梁板,使得各个板间受压力一致。根本上减弱了应力集中,抵消了铰缝间不大的横向弯矩。同时,板与板之间由铰接缝变为刚板梁连接,变单一的缝间传递剪力变为既传递剪力有传递横向弯矩。由此,提高了整体空心板梁桥的横向整体性和刚度。使得各个板能有效的相互协作,共同承担外部荷载。所以,同时也提高了桥梁的整体承载能力[3、6]。

  1.处理蜂窝、麻面、空洞、掉块、露筋等缺陷; 2.在板底下表面黏贴碳纤维布; 3. 安装浇筑端部锚固件;4. 将固定预应力的钢筋箍按设计位置进行固定; 5. 清理空心板间铰缝; 6.利用行车少的时段采用注浆法修复铰缝; 7.在桥面铺装横向预应力束对应截面刻槽,将梁底横向预应力束对应位置凿毛; 8.安装并张拉横向预应力筋,用早强型混凝土封闭桥面预应力筋。设置构造钢筋网,用锚喷混凝土封闭梁底预应力筋。 9.铺设沥青铺装。

  机理:施加双向横向预应力钢束,既可以实现单向施加横向预应力的加固效果,又可以抵消由于单向预应力的施加所产生的反向弯矩,避免了顶板受拉现象。从而使得铰缝耐久性提高,铰接变位刚接,板的整体受力性能和整体刚度可以彻底改善。从承载力和横向分布性能方面来讲,施加双向预应力钢束加固措施可以从根本上治理铰缝损坏问题。某空心板桥梁,施加双向预应力加固图,如图7~8所示。

  这种横向连接方式的真正流行是在日本。日本的空心板梁桥均设有端横隔板和中横隔板,并在横隔板中穿上预应力钢束以加强横向整体性。横向预加力的数量很大,横向总预加力约为165kN/m。施工方法为架设预制板—连接各片梁的预应力管道—穿预应力钢束—灌注接缝间的 现浇混凝土—张拉横向预应力—桥面铺装,图4所示为日本典型的空心板 梁桥形式。可以发现,若横向接缝混凝土不发生开裂,则这种形式的空心板桥更接近于一块整板,可认为这种连接为横向整体式连接。

  韩国和美国在参照日本空心板的基础上,分别对本国的空心板梁桥进行了改进,均在原有基础上增加了横隔板和横向预应力。美国的AASHTOLRFD桥梁设计规范和加拿大规范已经对这种形式的空心板作了一些规定,如最小接缝深度不小于175mm,并推荐在减去预应力损失后,预制板的侧向应力为1.7MPa,但没有对预应力的作用范围给出规定。

  1、对比7种加固方法的效果可得到,施加单向和双向横向预应力钢束体系可以提高空心板梁桥的横向整体性与刚度,比重做铺装、粘贴钢板、玻璃钢、π型钢、灌浆的的加固方法效果理想。施加单向和双向横向预应力钢束体系,可以增强空心板梁桥的横向分布性能,使得各个板梁共同协作能力增强,消除了单板受力的情况再次发生。

  2、施加单向和双向横向预应力后,增强了板桥上部结构的横向联结能力,每块板梁下缘底上方处于同等压力状态,削弱了铰缝间的应力集中现象,板与板之间即可传递剪力又可传递横向弯矩。变原来空心板板间的铰接构造为刚接构造,改善行车荷载的横向分布能力,空心板间更有效地传递行车荷载作用,从而适当提高板桥的承载能力,尤其是中央板块更为显著。

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