淺論鋼筋混凝土與預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的加固
2015-04-16
引言
各種鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)在我國公路建設(shè)中被大量采用。近年來，隨著交通量的迅猛增長和車輛的重型化，許多原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低的橋梁承載力明顯不足；一些橋梁受各種病害影響發(fā)生強(qiáng)度、剛度降低；還有許多立交橋的梁跨結(jié)構(gòu)被超高車撞壞，混凝土大塊脫落，主筋被撞彎甚至折斷，嚴(yán)重威脅運(yùn)營安全。當(dāng)梁的結(jié)構(gòu)構(gòu)件不能提供足夠的強(qiáng)度和使用性能時(shí)，必須進(jìn)行加固。根據(jù)實(shí)際情況，可選用不同加固方法，如預(yù)應(yīng)力加固、噴射混凝土加固、聚合物浸漬加固、粘鋼加固、粘FRP板加固等。其中粘鋼加固由于具有方便快速、增加自重少、所需施工場地小等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛的應(yīng)用。
一、加大截面加固法
加大截面加固法、顧名思義，是采用同種材料——鋼筋混凝土，來增大原混結(jié)構(gòu)截面面積，達(dá)到提高結(jié)構(gòu)承載力的目的。基本要求是：原結(jié)構(gòu)結(jié)合面基層應(yīng)堅(jiān)實(shí)，表面應(yīng)粗糙、清潔，新澆混凝土收縮小，粘結(jié)性能好。在梁底分段剝開縱向鋼筋的保護(hù)層，焊上短鋼筋后再焊上新增受力鋼筋，新加受力鋼筋與原受力鋼筋比較靠近，通過焊接短筋進(jìn)行連接，短筋直徑應(yīng)不小于5d，間距不大于500mm。
混凝土梁底面暴露出主筋工作量大，施工操作復(fù)雜，且對原梁有一不定期的損傷。現(xiàn)場濕作業(yè)工作量大，養(yǎng)護(hù)期長，對生產(chǎn)和生活有一定的影響，截面增大對結(jié)構(gòu)外觀及房屋凈空也有一定的影響。該法施工工藝簡單，適應(yīng)性強(qiáng)，并具有成熟的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)；適用于梁、板、柱、墻和一般構(gòu)造物的混凝土的加固；但現(xiàn)場施工的濕作業(yè)時(shí)間長，對生產(chǎn)生活有一定的影響，且加固后的建筑物凈空有一定的減小。
二、預(yù)應(yīng)力加固法
預(yù)應(yīng)力加固法是采用外加預(yù)應(yīng)力鋼拉桿多結(jié)構(gòu)構(gòu)件或整體進(jìn)行加固的方法，特點(diǎn)是通過預(yù)應(yīng)力手段強(qiáng)迫后加部分——拉桿或撐桿受力，改變原結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布并降低原結(jié)構(gòu)應(yīng)力水平，致使一般加固結(jié)構(gòu)中所特有的應(yīng)力滯后現(xiàn)象得以完全消除。因此，后加部分與原結(jié)構(gòu)能更好的共同工作，結(jié)構(gòu)的總體承載力可顯著的提高。預(yù)應(yīng)力加固法具有加固、卸載、改變結(jié)構(gòu)內(nèi)力的三重效果。適用于大跨結(jié)構(gòu)加固，以及采用一般方法無法加固或加固效果很不理想的較高應(yīng)力狀態(tài)下的加固，施工設(shè)備簡單，可有效的提高梁的抗彎剛度，缺點(diǎn)是減小建筑凈空、影響建筑外立面，影響上層樓蓋結(jié)構(gòu)或屋面防水構(gòu)造。
三、粘鋼加固法
粘鋼加固法是在混凝土構(gòu)件表面用特制的建筑結(jié)構(gòu)膠粘貼鋼板，以提高承載力的一種加固法?；炷两Y(jié)構(gòu)加固用膠、強(qiáng)度高，粘結(jié)力強(qiáng)，耐老化，彈性模量高，線膨脹系數(shù)小，具有一定的彈性，膠本身強(qiáng)度及其粘結(jié)強(qiáng)度總是大于混凝土的強(qiáng)度。與其他加固方法相比，粘鋼加固技術(shù)有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如不減小建筑凈空、不影響建筑外立面，不影響上層樓蓋結(jié)構(gòu)或屋面防水構(gòu)造，施工時(shí)對生產(chǎn)和冬小麥影響較小，無現(xiàn)場澆注混凝土的濕作業(yè)，施工設(shè)備簡單，可有效的提高梁的抗彎剛度，粘鋼加固后幾乎不增加結(jié)構(gòu)自重，因此不會引起基礎(chǔ)等其它構(gòu)件的連鎖加固。采用構(gòu)件外部粘鋼加法，鋼板厚4mm，材質(zhì)A3，粘結(jié)劑采用冶金建筑研究院的YJS結(jié)構(gòu)膠，對于這類梁的加固是在梁底面粘貼鋼板，鋼板固定起初設(shè)計(jì)是用的射釘，但是由于鋼板較薄和混凝土強(qiáng)度低，所以射釘又無鋼質(zhì)墊圈，錨固不力，而導(dǎo)致鋼板剝落，并且易造成鋼板翹曲。后來采用了木架板加對頭楔頂緊帶鋼，效果很好，既經(jīng)濟(jì)又安全可靠。
采用粘鋼技術(shù)加固砼梁，技術(shù)可靠，工藝簡單，不增加結(jié)構(gòu)自重，不會引起基礎(chǔ)等其他構(gòu)件的連續(xù)加固，不影響建筑使用功能。施工靈活，不占獨(dú)立工期，做到了對建筑質(zhì)量缺陷的處理，不影響施工進(jìn)度。具有明顯的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
該法施工快速、現(xiàn)場無濕作業(yè)或僅有抹灰等少量濕作業(yè)，對生產(chǎn)和生活影響小，且加固后對原結(jié)構(gòu)外觀和原有凈空無顯著影響，但加固效果在很大程度上取決于膠粘工藝與操作水平；適用于承受靜力作用且處于正常濕度環(huán)境中的受彎或受拉構(gòu)件的加固。
四、粘FRP板加固法
粘FRP板的施工工藝分以下幾個(gè)步驟：首先用噴砂機(jī)打磨混表面，去掉1-2mm表面疏松層；然后用噴氣機(jī)清除混凝土表面的混凝土碎裂屑；環(huán)氧樹脂和固化劑按一定的比例混合，然后均勻地涂于FRP板的板面和混凝土梁的表面上，粘貼時(shí)要趕出氣泡并壓平；粘貼后對粘貼面施加壓力，直到粘結(jié)劑養(yǎng)護(hù)完成。本文建議粘FRS板加固用的FRP板的厚度取為2—4m，且FRP板與加固的梁等長。從加固的效果出發(fā)，進(jìn)行抗彎加固時(shí)，宜在梁的受拉面粘貼FRP板，進(jìn)行抗剪加固時(shí)，宜在梁的底面和側(cè)面粘貼的FRP板以形成U型加固方案，提高試件的延性。為了保證加固梁的FRP板與混凝土在使用過程中粘結(jié)完好，還可在FRP的端部采用錨固加強(qiáng)措施。
FRP板直到破壞均表現(xiàn)出線彈性特征，其力學(xué)性能與加固纖維的種類和纖維的排列方向有關(guān)，因而可通過改變纖維的排列方向得到某一特定方向上最大的材料強(qiáng)度。粘FRP板進(jìn)行抗彎加固和抗剪加固的效果均與FRP板纖維的布置方向有關(guān)。
由粘FRP的抗彎加固和抗剪加固的試驗(yàn)研究可知：在對梁進(jìn)行加固時(shí)，一般可同時(shí)提高梁的受彎承載力和受剪承載力，亦即抗彎加固和抗剪加固是相關(guān)聯(lián)的。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固時(shí)，應(yīng)針對結(jié)構(gòu)的具體情況，重點(diǎn)進(jìn)行某一方面的加固。
結(jié)束語
由于FRP板應(yīng)力應(yīng)變曲線沒有屈服平臺，存在脆性性能，因而加固梁的延性問題被提出來了，但只要設(shè)計(jì)合理，粘FRP板加固梁的延性可以得到滿足。且粘FRP板加固對提高隨重復(fù)荷載的構(gòu)件（如吊車梁）的正截面和斜截面疲勞強(qiáng)度效果都較好，尤其是對斜截面疲勞強(qiáng)度的提高效果更大。粘FRP板不僅可用于梁的加固，而且可用于樁和砌體的加固；還可用于新結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。通過改進(jìn)FRP板的材料性能和粘結(jié)劑的性能可進(jìn)一步提高粘FRP板的加固效果。粘FRP板技術(shù)是一種有效的結(jié)構(gòu)加固形式。
