淺談預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱梁結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)
2015-09-22
橋梁是交通中不可缺少的重要組成部分，在人類社會的發(fā)展中起到重要的作用。在對橋梁進(jìn)行加固設(shè)計(jì)之前，需要對橋梁現(xiàn)狀進(jìn)行全面的研究，尤其是預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱梁的裂縫研究。橋梁往往在形成機(jī)理和表現(xiàn)形式等方面存在著問題，這些問題也是橋梁設(shè)計(jì)理論和施工方法等因素不合理所導(dǎo)致的。
1預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱梁結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)
1.1裂縫情況及原因分析
引起預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橋梁裂縫的原因有很多，主要有荷載引起的裂縫、溫度變化引起的裂縫、地基礎(chǔ)變形引起的裂縫等。鋼筋銹蝕引起的裂縫、凍脹引起的裂縫、施工工藝質(zhì)量引起的裂縫等。荷載引起的裂縫是由于外載荷的直接應(yīng)力和次生應(yīng)力作用產(chǎn)生的。在設(shè)計(jì)計(jì)算階段，荷載引起的裂縫可能由于設(shè)計(jì)計(jì)算階段的漏算、模型不合理、結(jié)構(gòu)不合理、設(shè)計(jì)斷面不足、鋼筋布置失誤、預(yù)應(yīng)力加載不足和安全系數(shù)不足等原因產(chǎn)生。在施工階段，荷載引起的裂縫可能由于預(yù)制結(jié)構(gòu)了解不清、構(gòu)造處置不當(dāng)、沒有完全按照圖紙施工、翻身和運(yùn)輸安裝隨意、施工順序不當(dāng)?shù)仍蛟斐傻摹?br />
在使用階段，荷載引起的裂縫可能由于受到撞擊、車載過大、重型車輛過多和自然災(zāi)害等原因造成的。在進(jìn)行混凝土澆注的過程中，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)整體不能采取隔離層等放松約束措施，混凝土在水化熱和大氣溫度的作用下，加之混凝土的內(nèi)部溫度較大，混凝土內(nèi)部出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力，導(dǎo)致約束裂縫的產(chǎn)生。
地基的變形有時會出現(xiàn)不均沉降和水平方向位移等，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加應(yīng)力，造成機(jī)構(gòu)開裂，地基基礎(chǔ)的不均勻沉降的原因有：試驗(yàn)資料不準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)荷載差異太大、地質(zhì)勘察精度不夠、分期建造的基礎(chǔ)、地基凍脹等。
此外，預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橋梁裂縫還包括鋼筋銹蝕引起的裂縫、凍脹引起的裂縫、施工工藝質(zhì)量引起的裂縫等。
1.2 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱梁結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)
首先進(jìn)行預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橋梁的裂縫寬度計(jì)算。根據(jù)預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG62-2004）規(guī)定：鋼筋混凝土構(gòu)件在Ⅰ類和Ⅱ類環(huán)境下裂縫寬度不超過 0.2mm,在Ⅲ、Ⅳ類環(huán)境下混凝土構(gòu)件的裂縫寬度不得超過 0.15mm。
裂縫計(jì)算的最小裂縫計(jì)算公式如下：
考慮到長期車載、超載現(xiàn)象嚴(yán)重現(xiàn)象，裂縫計(jì)算的較大裂縫計(jì)算公式如下：
其中σg代表裂縫處鋼筋拉應(yīng)力；Eg代表相臨裂縫之間的距離；
然后根據(jù)荷載試驗(yàn)報(bào)告，箱梁各測試截面在最不利試驗(yàn)荷載工況作用下，實(shí)際測量的最危險(xiǎn)結(jié)果，取得測試數(shù)據(jù)，做好加固設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備工作。根據(jù)裂縫計(jì)算公式和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱梁結(jié)構(gòu)的實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最后提出鋼筋混凝土箱梁結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計(jì)方案。
根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)提出三種加固設(shè)計(jì)方案，分別為掛網(wǎng)錨噴混凝土、底板粘貼碳纖維布、底板粘貼玄武巖纖維。由于篇幅原因，不對每一種方案進(jìn)行詳細(xì)說明。根據(jù)實(shí)際情況的比較選取第三種方案。
2 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱梁結(jié)構(gòu)加固施工
根據(jù)實(shí)際情況，最終確定的方案為底板粘貼玄武巖纖維，即（1）封閉處理。針對寬度小于 0.20mm 的裂縫。（2）清縫灌漿處理。針對寬度大于0.20mm 的裂縫。（3）在裂縫病害采取裂縫封閉后，在箱梁底板、腹板和翼緣板粘貼玄武巖纖維布。
2.1裂縫封閉
2.1.1針對寬度小于0.20mm的裂縫，首先開鑿一個V形槽，寬10～20mm，深5mm。
2.1.2去除浮渣和裂縫內(nèi)灰砂，烘干混凝土表面。
裂縫外用蘸有丙酮或二甲苯的回絲洗擦一遍，不可用清水洗，保持V形槽內(nèi)無灰、塵油污等。
2.1.3在裂縫四周涂一層環(huán)氧漿液。
然后嵌入環(huán)氧砂漿，將其平面與原混凝土面用刮刀刮齊平。環(huán)氧樹脂硬化后就可以正常使用。由于裂縫封閉使用化學(xué)藥劑，操作人員如果短期接觸不會產(chǎn)生副作用或影響不大，但是使用乙二胺等固化劑時，必須進(jìn)行保護(hù)，防治皮膚灼傷。拌制環(huán)氧樹脂時，要戴口罩，注意通風(fēng)，并且防治火災(zāi)的發(fā)生。
2.2 裂縫灌漿
進(jìn)行裂縫清理。首先開鑿 V 形槽，寬 4～6mm，深 2～4mm；然后剔除裂縫口表面的松散雜物，對外露鋼筋進(jìn)行除銹處理，用丙酮沿縫長范圍內(nèi)進(jìn)行洗刷。
進(jìn)行埋設(shè)灌漿嘴和封縫。灌漿嘴的布置間距以 35～40cm 為宜盡量保證上寬縫可稀、窄縫要密，并且每一條裂縫保證至少有一個進(jìn)漿孔和排氣孔。封縫時應(yīng)該保證無論縫寬大小同時封閉，防裂縫相互貫通造成跑氣跑膠。在封縫后還要進(jìn)行密封檢查。進(jìn)行灌漿，步驟如下：接通管道-膠漿注入灌漿罐-打開儲氣瓶閥門-打開灌漿罐-灌漿冒漿后關(guān)閉此嘴-停止該縫的壓漿-停止壓漿-關(guān)閉壓漿嘴閥門。停止壓漿的標(biāo)準(zhǔn)為出漿率持續(xù)5～10min 小于 0.1L/min。
2.3 粘貼玄武巖纖維布
粘貼玄武巖纖維布施工工藝：構(gòu)件基底處理-涂刷底層涂料-環(huán)氧膩?zhàn)有扪a(bǔ)-粘貼玄武巖纖維布-表面防護(hù)。
2.3.1 施工準(zhǔn)備
應(yīng)認(rèn)真閱讀設(shè)計(jì)施工圖，擬定施工方案和施工計(jì)劃；施工前應(yīng)測量粘貼部位混凝土的表層含水率以及其所處環(huán)境溫度；去除被加固構(gòu)件表面的疏松部分，保證可以露出混凝土結(jié)構(gòu)層；若粘貼玄武巖纖維材料的施工工藝有涂刷底膠的要求時，應(yīng)按粘結(jié)劑供應(yīng)廠商的底膠配制說明書進(jìn)行操作；專人負(fù)責(zé)粘結(jié)劑的配制，并且按粘結(jié)劑供應(yīng)廠商要求的配比和工藝進(jìn)行配制。
2.3.2 粘貼玄武巖纖維片材
首先按加固設(shè)計(jì)部位放線定位；然后裁剪玄武巖纖維布；接著配制漫漬樹脂并且均勻涂抹于所要粘貼的部位；最后用專用的滾筒順纖維方向多次滾壓，擠除氣泡，保證浸漬樹脂充分浸透纖維布；重復(fù)上述步驟，上一層干燥后進(jìn)行下一層的粘貼。
3 結(jié)語
本文首先分析預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因，提出了加固設(shè)計(jì)方案，并對加固施工進(jìn)行詳細(xì)的說明，為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱梁結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計(jì)和施工提供理論基礎(chǔ)和施工經(jīng)驗(yàn)。
