粘贴钢板技术在桥梁加固工程中的应用

　　摘要：粘贴钢板技术在构造物的加固改造工程中已广泛应用，结合包头市机场高速立交桥改造工程。对桥墩（台）盖梁因受力性质改变而应力不足问题进行计算分析，为确定实施方案提供理论依据。
　　关键词：粘贴钢板；桥梁加固改造；应力验算
　　一、概述
　　机场高速公路立交桥上部结构为预应力混凝土空心板，下部结构为肋板式桥台、三柱式桥墩，桩基础。由于对该桥进行加宽，原来一侧为单车道，现在变为一侧双车道，因为受力的变化，因此需对其盖梁悬臂部分进行加固。
　　二、加固计算
　　本次计算过程原则上采用最新规范，即《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）。
　　1．截面性质
　　
　　图1桥墩（台）布置图
　　2．材料性质
　　混凝土为25号混凝土，fcd=11.5Mpa，ftd=1.23Mpa，Ec=2.8×104Mpa
　　受拉钢筋直径28mm，配置9根：fsk=335Mpa，fsd=280Mpa，Es=2.0×105Mpa，ns==7.14，As=615.752×9=5541.77mm2
　　受压钢筋，共4根，其中直径25mm，As=490.874×4=1963.496mm2。
　　粘贴钢板性质：Q235，其抗拉设计强度为167MPa。
　　3．单块空心板的荷载计算
　　3.1恒载
　　沥青混凝土铺装9cm厚+现浇混凝土10cm厚+中间护栏重+空心板自重（每块重270KN，共15块）：恒载全重5998KN。
　　3.2活载
　　以下计算均以桥墩盖梁来计算（可以代替桥台盖梁计算）。
　　该桥梁原设计以旧规范为准，原设计荷载为汽车-超20级，控制荷载为550kn车辆荷载，新规范按照20m插值，结果为Pk=240KN,qk=10.5KN，本次计算中以新规范为准。
　　荷载横向分布系数如表1：
　　荷载横向分布系数表1
　　1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
　　0.5 0.35 0.35 0.3 0.3 0.2 0 0 0 0.2 0.3 0.3 0.35 0.35 0.5
　　3.3荷载组合
　　对于汽车冲击系数，基频f=100/20=5，μ=0.1767lnf-0.0157=0.27。荷载组合计算公式：1.2*恒载+1.4（1.27*汽车荷载）。考虑超限车辆的放大倍数为1.3。
　　各板反力计算值表2
　　荷载 1号梁 2号梁 3号梁 4号梁 5号梁 6号梁 7号梁 8号梁
　　恒载 400 400 400 400 400 400 400 400
　　双侧2B
　　对称布置 450 315 315 270 270 180 0 0
　　荷载组合
　　未考虑超限 1280.1 1040.07 1040.07 960.06 960.06 800.04 480 480
　　荷载组合
　　考虑超限 1520.13 1208.091 1208.091 1104.078 1104.078 896.052 480 480
　　3.4承载能力极限状态下设计荷载
　　未考虑超限时的受力计算，根据现场资料仅进行盖梁悬臂端部的设计。其中以悬臂根部受力最为不利。
　　KNm
　　KN
　　4．加固前板梁现有配筋的极限承载能力评估
　　
　　5．加固设计
　　由以上可以得出结论，目前空心板梁截面抗力已低于其铰缝破坏情况下承载能力极限状态设计弯矩值，因此需对该桥进行加固。同时，考虑到机场高速公路重车及超重车较多，借鉴其他省在这种情况下的加固设计经验，取1.3倍公路—Ⅰ级荷载作为加固设计荷载，即：
　　考虑超限时的受力计算，根据现场资料仅进行盖梁悬臂端部的设计。其中以悬臂根部受力最为不利。
　　KNm
　　KN
　　
　　根据以上分析，利用粘贴钢板的方法进行抗弯和抗剪加固。
　　根据《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2006的第10.2条进行抗弯加固设计；根据《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2006的第10.3条抗剪加固设计。
　　5.1抗弯加固设计
　　拟采用在两侧进行全贴4mm钢板加固，采用试算法。经过计算受压区高度
　　为x=82.11mm。抗力矩合计：受压区混凝土+受压区钢筋+受压区两侧钢板=1653.125+659.734+132.448=2445.307KNm>γ0Md=2097.38KNm，提高的弯矩承载能力为38%<40%（未粘贴钢板的弯矩承载能力为1767KNm），加固设计符合要求。
　　5.2抗剪加固
　　经计算应由弯起钢筋承担的剪力仍有239KN的缺口，根据《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2006的第10.3条,由两侧粘贴4mm钢板提供的抗剪能力为:Vbsp=Φvb*fsp*Asp*hsp/Ssp=0.63*167*2*500*4*1300/500=1094.184KN≥239KN
　　单侧粘贴4mm钢板提供的抗剪能力为：547.092KN，而且桥台盖梁（与桥墩盖梁尺寸相同）的剪力值远小于桥墩盖梁，所以桥台盖梁可以单侧贴钢板满足抗剪的需要。
　　5.3弯剪组合受力分析
　　在悬臂根部需要钢板分担的剪力和弯拉应力最大。剪力大小为239KN，考虑到满贴钢板，受剪作用按1300mm宽度，作用面积为2*（1300*4）=14706mm2，所受最大主应力大小为：239/（14706*0.75*10-3sin（45°））=30.6（MPa）。
　　按实际弯拉应力大小为2097.38/2445.307*167=143MPa。
　　弯拉应力与受剪主拉应力组合值为：166.0532MPa<167MPa，所以4mm钢板粘贴可以满足要求。
　　5.4方案确定
　　为了防止使用过程中钢板因锈蚀对加固效果的影响，采用6mmQ235钢板满贴桥墩盖梁两侧面，8mmQ235钢板满贴桥台盖梁内侧面。
　　三、结语
　　随着社会经济的快速发展，对城市基础设施建设的要求越来越高。大量的城市桥梁已无法满足城市发展的需要，选择经济、适用而且对交通影响较小的改造方案，是城市建设者的重要任务。本文结合包头市机场高速立交桥改造工程桥墩（台）帽的加固补强设计计算，为方案的实施提供科学的依据，并在实际应用中取得了良好的效果。

《粘贴钢板技术在桥梁加固工程中的应用》

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