[南京立體綠化墻]空心板橋加固技術(shù)研究現(xiàn)狀

2017-01-05 瀏覽520次

 近年來我國交通運(yùn)輸事業(yè)迅速發(fā)展，公路橋梁建設(shè)取得了巨大成就。 
    在各式公路橋梁中，裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋具有建筑高度較低、預(yù)制方便、用材經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，是中小跨徑橋梁中最常用橋型之一。以河南省為例，空心板橋占省內(nèi)橋梁總數(shù)50%以上。 
    然而，隨著橋梁服役時間增長及重載交通等因素影響，大量舊空心板橋出現(xiàn)病害，尤其是早期建造的空心板橋，承載力較低，且多采用小企口縫進(jìn)行連接，部分橋梁已出現(xiàn)單板受力的情況，危及橋梁安全，成為公路運(yùn)營的隱患。 
    目前，國內(nèi)在役空心板橋有相當(dāng)大的部分需要提升承載力或進(jìn)行加固維修。對于一些有一定承載力且損壞不大的空心板梁橋，如何通過適當(dāng)?shù)募庸檀胧梢允古f橋變新，承載力提升，恢復(fù)其通行要求，延長其使用壽命。 
    國內(nèi)外空心板橋加固技術(shù)研究現(xiàn)狀 
    世界各國不論是發(fā)達(dá)國家還是發(fā)展中國家，無一不把已建橋梁視為國家的寶貴財富，競相投入了大量的人力、物力，不斷加強(qiáng)現(xiàn)有橋梁維修、養(yǎng)護(hù)、加固與改造 
    目前，在世界范圍內(nèi)，橋梁維修、養(yǎng)護(hù)、加固的技術(shù)己成為交通研究領(lǐng)域中的重要課題。 
    1.橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固 
    橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固，即通過加強(qiáng)橋面鋪裝層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，采取措施使原橋跨結(jié)構(gòu)與鋪裝層形成整體，增大主梁有效高度及抗彎能力來改善行車條件和橋梁橫向分布荷載能力。

圖橋面補(bǔ)強(qiáng)層結(jié)構(gòu)示意

    橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固有如下特點(diǎn)： 
    ①施工時需鑿除原有橋面鋪裝，同時考慮到新舊混凝土相結(jié)合，新澆混凝土的干燥收縮影響等，尚需設(shè)置連接鋼筋和鋼筋網(wǎng)； 
    ②橋面補(bǔ)強(qiáng)加固后，自重增加，承載能力提高不顯著，此法利于在抗壓截面較小的場合使用。 
    ③該法能提高鉸縫的工作性能，改善空心板橋荷載的橫向分布，提高橋梁的整體受力效果。 
    除非空心板鉸縫破壞病害十分嚴(yán)重，對于只是提高空心板橋橫向整體性的加固而言，不宜單獨(dú)采用橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固。 
    采用本方法加固時應(yīng)視加固效果、受力分析來考慮是否配合其他的加固方法，以達(dá)到整體性和承載力均提高的效果，不推薦單獨(dú)使用。 
    2.體外橫向預(yù)應(yīng)力加固 
    體外橫向預(yù)應(yīng)力加固原理為通過施加橫向預(yù)應(yīng)力使橋板橫向下緣混凝土處于受壓狀態(tài)，平衡了橫向彎矩，消除了應(yīng)力集中的薄弱環(huán)節(jié)。 
    空心板間可以同時傳遞豎向剪力和彎矩，變鉸接板結(jié)構(gòu)形式為剛接板結(jié)構(gòu)形式，以增強(qiáng)裝配式板橋的橫向聯(lián)結(jié)能力，改善了橋梁的橫向分布，從而可提高裝配式板橋的承載能力。近年來，體外橫向預(yù)應(yīng)力加固法在空心板橋的加固中應(yīng)用逐漸增多。

圖橫向體外預(yù)應(yīng)力索示意

    體外預(yù)應(yīng)力加固法作為一種主動加固方法，不存在應(yīng)力滯后現(xiàn)象，保證了空心板間整體協(xié)同工作。采用該法對空心板橋進(jìn)行整體性加固，同樣存在一定缺陷。這些缺點(diǎn)在一定程度上限制了體外預(yù)應(yīng)力的應(yīng)用。 
    ①橫向預(yù)應(yīng)力法加固改變了裝配式空心板梁橋結(jié)構(gòu)的受力體系（鉸接變剛接），增大了橫向彎矩，導(dǎo)致板梁原有底板縱向裂縫的加劇和新縱向裂縫的出現(xiàn)。 
    ②需要通過增加配筋或特殊措施來克服張拉體外預(yù)應(yīng)力時錨固區(qū)產(chǎn)生的局部應(yīng)力。 
    ③本加固方法有的需在板梁上打孔，穿預(yù)應(yīng)力束，會破壞原有結(jié)構(gòu)。 
    ④加固時需要可靠的錨固條件，預(yù)應(yīng)力筋的防腐成本高，且技術(shù)難度大，施工工藝較為繁瑣。 
    ⑤預(yù)應(yīng)力張拉和使用過程中的預(yù)應(yīng)力損失、預(yù)應(yīng)力筋變形量的確定較為復(fù)雜。 
    3.橫向粘貼鋼板加固 
    橫向粘貼鋼板加固是用粘結(jié)劑及錨栓把鋼板粘貼錨固在混凝土結(jié)構(gòu)的薄弱部位，將鋼板與被加固的混凝土結(jié)構(gòu)形成整體，可以提高結(jié)構(gòu)承載力、剛度及延性。 

 a）通長b）局部

圖橫向粘貼鋼板示意

    工程上較為成熟的粘貼方式有兩種，一種是橫橋向通長整體粘貼，一種是將鋼板橫橋向垂直粘貼錨固在空心板鉸縫處，使相鄰空心板共同受力。 
    橫向粘貼鋼板加固法對交通影響小、不改變原結(jié)構(gòu)尺寸、技術(shù)可靠、工藝成熟且短期加固效果好。同時也存在以下缺陷： 
    ①在短期內(nèi)本加固方法鋼板粘結(jié)較為牢固，鋼板通過粘鋼膠與板梁共同受力。在汽車荷載的長期反復(fù)作用下，鉸縫兩側(cè)板梁容易發(fā)生豎向變位，進(jìn)而引起鋼板的錯動，造成鋼板的剪切破壞、錨固失效及脫落。若鉸縫存在滲漏水現(xiàn)象，鋼板的剝離脫落速度將更快。 
    ②采用本加固方法增加了加固后的鉸縫傳遞橫向彎矩的能力，但在荷載反復(fù)作用下容易導(dǎo)致板梁出現(xiàn)新的底板縱向裂縫或加劇原有縱向裂縫病害。 
    ③為了加強(qiáng)鋼板與空心板的連接，一般需要在空心板表面鉆孔，因而會造成空心板的損傷。 
    ④由于橋梁加固通常是在不卸載的情況進(jìn)行，故鋼板在受力過程中存在著應(yīng)力滯后現(xiàn)象。加固前原結(jié)構(gòu)已存在一定應(yīng)力，而所粘貼的鋼板僅在加荷載后才產(chǎn)生應(yīng)力。 
    ⑤另外，粘貼鋼板錨固結(jié)點(diǎn)的處理比較困難，鋼板防腐的成本高，施工工藝亦較為復(fù)雜。 
    4.Π形鋼板加固 
    Π形鋼板加固板梁是一項新型加固技術(shù)，它是指沿空心板縱向利用Π形鋼板將相鄰空心板連接起來，Π形鋼板與空心板之間采用膠粘劑、膨脹螺絲連接，進(jìn)而可以把荷載傳遞到鋼板，使鋼板與空心板協(xié)同工作。 
    這種加固方法充分發(fā)揮了鋼的材料特性，混凝土主梁的剛度與強(qiáng)度得到了提高。該加固方法施工快速簡便、經(jīng)濟(jì)可靠，并能有效提高主梁的抗彎、抗剪能力。

圖Π形鋼板加固局部示意

    底部采用Π形鋼板加固后橋梁的整體性都得到了大大的加強(qiáng)，各項受力情況都有所降低。長安大學(xué)胡慶安等利用ANSYS程序?qū)Ζ靶武摪寮庸谭ㄟM(jìn)行有限元數(shù)值模擬，在提高橋梁承載力方面得出以下結(jié)論： 
    ①Π形鋼板加固能提高主梁抗彎剪能力，有效地控制梁的彎曲變形與主應(yīng)力。在同樣的用鋼量條件下，Π形鋼板加固加固效果高于粘貼鋼板加固。 
    ②Π形鋼板其他尺寸不變，隨著肋板高度變化，加固主梁的最大豎向撓度、最大壓應(yīng)力均呈線性變化，可以根據(jù)工程需要，利用簡單的數(shù)學(xué)插值計算，即可得出所需的肋板高度。 
    ③同樣的用鋼量條件下進(jìn)行主梁Π形鋼板加固，提高主梁抗彎剪能力，肋板高度比肋板厚度起的作用大；增大板肋板高度加固效果高于增大肋板厚度。 
    Π形鋼板加固不僅能改善橫向聯(lián)系，提高橋梁整體性，還能提高空心板橋受力性能，在今后空心板橋加固設(shè)計中可以作為一種可行的加固方案予以考慮。 
    5.去梁增肋加固 
    去梁增肋加固法是針對多梁式橋梁提出的一種新穎的體系加固法，加固思路是： 
    去掉個別（1或2片）損傷較嚴(yán)重的空心板，剩余空心板維修后在原橋梁寬度范圍內(nèi)重新間隔排列，利用舊板之間的空間新增預(yù)應(yīng)力混凝土梁肋，新增梁肋內(nèi)布設(shè)鋼鉸線和普通鋼筋，與舊板共同承擔(dān)荷載。

圖去梁增肋加固示意

    ①去梁增肋加固法由于增加了材料用量，施工時要起吊梁板，工程量稍大。 
    ②施工技術(shù)難度小，改善了舊梁板的橫向分布，新增的預(yù)應(yīng)力混凝土梁肋對原結(jié)構(gòu)整體剛度和承載力都有明顯提升。 
    ③舊板吊起后可以進(jìn)行檢查維修，加固方法可靠易行，在舊板裂縫嚴(yán)重的情況下是較為適宜的加固方法。 
    6.縱向粘貼加固 
    縱向粘貼加固法常用的加固材料為鋼板和纖維復(fù)合材料，國內(nèi)還最新開展了粘貼竹片加固空心板的試驗研究?？v向粘貼加固材料可提高空心板的承載能力。 
    粘貼鋼板的加固方法的施工工藝及優(yōu)缺點(diǎn)與橫向粘貼鋼板大致相同，不再詳細(xì)介紹。 
    粘貼纖維復(fù)合材料加固法是用專門配置的粘貼樹脂或浸漬樹脂將具有高彈性模量或高強(qiáng)度的纖維復(fù)合材料粘貼在橋梁混凝土構(gòu)件表面，使復(fù)合材料與原構(gòu)件形成整體，目前常用的纖維復(fù)合材料為CFRP（CarbonFiberReinforcedPolymer/Plastic，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料）。 
    研究人員通過空心板試驗、數(shù)值模擬、理論分析證明，粘貼纖維復(fù)合材料加固空心板可有效提高截面抗彎承載能力，尤其是構(gòu)件的屈服荷載和極限荷載顯著提高，對鋼筋混凝土構(gòu)件耐久性也有重要作用。 
    存在問題 
    雖然工程界已經(jīng)提出了一系列空心板橋整體加固方法，但在役空心板梁橋的加固方面但還存在亟待解決的問題。 
    （1）空心板橋加固的合理時機(jī) 
    不同病害程度的空心板橋，適用不同的加固方法。及早發(fā)現(xiàn)病害，采取配套加固方法，可降低加固工程量，防止病害進(jìn)一步發(fā)展而引起其他病害，長遠(yuǎn)來看還可以提高橋梁的服務(wù)年限，減少橋梁綜合養(yǎng)護(hù)成本。 
    而在役空心板梁橋大多是在發(fā)現(xiàn)病害嚴(yán)重時，通過荷載試驗發(fā)現(xiàn)橋梁承載能力不足后才決定加固，加固成本高，而且會中斷交通。 
    （2）缺乏鉸縫損傷評價 

    鉸縫是空心板橋整體受力的重要保證，鉸縫損傷是最常見的病害類型，對結(jié)構(gòu)承載能力影響很大。 
    目前一般的做法是碰到鉸縫處橋面鋪裝縱向開裂或板橋鉸縫處滲水，則認(rèn)為鉸縫破壞，而鉸縫破損即鑿開重做。 
    實(shí)際上，鉸縫的破損是逐步發(fā)生的，鉸縫破損程度不同對空心板橋的整體性能影響不同。 
    當(dāng)鉸縫破損程度較輕，尚未完全失去傳力能力，空心板橋承載能力仍滿足設(shè)計要求時，可采取修補(bǔ)的辦法，以較小的代價，防止鉸縫病害的進(jìn)一步發(fā)展。 
    對于橋梁檢測加固實(shí)際工作，仍缺乏行之有效的鉸縫損傷評價指標(biāo)。 
    （3）空心板橋加固計算理論不足 
    大量研究表明：車輛荷載作用下鉸縫會往復(fù)地受到水平拉、壓力的作用；當(dāng)橋梁鋪裝與空心板結(jié)合良好而成為統(tǒng)一整體共同工作時，可使簡支空心板橋的受力性能得到一定程度的提升。 
    然而，目前空心板橋的設(shè)計大多基于傳統(tǒng)的鉸接板計算理論，鉸縫工作機(jī)制的研究不夠透徹；空心板橋不同加固技術(shù)的相關(guān)計算理論仍然缺乏，已有空心板橋加固計算理論不能滿足目前交通運(yùn)輸發(fā)展下橋梁的使用要求。（南京立體綠化墻）