浅谈桥梁梁体的加固处理技术

　　摘要：桥梁加固也就是针对危桥通过一些有效的加固措施,使受损桥梁结构能恢复到其原有的结构强度,或通过改变其结构从而减少原桥梁结构的荷载效应,或在已有结构的基础上提高结构的承载能力,以满足新的承载条件和使用功能的要求。本文作者主要介绍了一些常用的桥梁加固技术，并着重对其中的碳纤维加固技术的施工等问题进行了分析。
　　关键词：桥梁；加固处理；碳纤维加固
　　引言
　　我国道路桥梁大部分为建国后所建造,桥龄一般都在30年以上,病害问题如梁体老化、破损、裂缝等现象逐渐随道路交通的快速发展和运量的迅速增长而暴露出来,致使桥梁承载能力明显下降,危桥逐年增加。因此,对现有桥梁进行调查研究,分析桥梁损坏原因,并取采相应的维修加固措施,提高旧桥承载能力和桥梁荷载等级,使其充分发挥其经济效益和社会效益,确保道路交通正常运行是当务之急。
　　一、常见桥梁病害分类及加固设计原则
　　1.1常见桥梁病害分类
　　通过事例分析并结合静载试验、桥梁受力分析、道路运营状况及偶然事件的发生判定病害主要为以下六类:
　　(1)正常使用状态问题:梁体主要受拉区在荷载作用下开裂或原有裂缝有扩展,钢筋应力较大,结构使用状态出现问题；但梁体本身受压区未破损,受拉筋未损失,结构的极限强度并未减少。
　　(2)极限状态问题:梁体主要受力区在荷载作用下,截面应变符合平截面假定,截面应力较小,梁体在荷载作用下没有开裂或原有裂缝稳定,没有新的扩展,结构的使用状态没有问题；但梁体由于被撞而造成钢筋或预应力钢丝断裂,使梁体现有配筋与原设计相比减少,结构的极限强度降低。
　　(3)梁体底板混凝土保护层厚度过薄、露筋。
　　(4)车辆撞伤及部分桥梁设施(例如支座)丢失。
　　(5)结构出现裂缝。
　　(6)新旧桥面出现通长的纵向裂缝。
　　(7)其他(如混凝土剥落、锥坡沉降开裂等)。
　　1.2加固设计原则
　　加固设计是以实测数据为依据,以现行规范为标准,对现有结构进行补强设计,使现有结构在补强后能满足原设计的要求或满足规范和正常安全运营的要求。
　　二、桥梁加固的常用技术介绍
　　2.1碳纤维加固
　　碳纤维加固是近年来美、日等国家所研发的应用在土木工程中的新型加固补强技术。该方法采用同一方向排列碳纤维织物,在常温下用环氧树脂胶粘贴于混凝土结构表面,利用其紧密粘着于混凝土结构表面,使二者作为一个新的整体,共同受力,是一种非常简单且优良的加固补强方法。碳纤维加固特性如下:1)强度高:碳纤维加固材料强度普遍较钢材高,一些特制强化碳纤维强度可达钢材的数倍以上。2)超强防水效果:用环氧树脂胶点附于混凝土结构表面,防水效果好,可抑制钢筋腐蚀生锈。3)重量轻:其比重轻,在不增加结构自重的情况下,达到高强度的加固效果。施工简便,碳纤维重量轻,一般只需手工操作,不受施工空间的限制。施工进度快。4)不受形状限制:不论方形、矩形、六角形及各类不规则形,加固后均可保持物体原状,不影响表面装饰。5)适用性:用于结构梁、板抗弯、抗剪加固,补足原结构构件钢筋的不足,通过粘贴封闭箍提高柱子轴心抗压能力。
　　2.2环氧树脂低压灌缝
　　对于结构受力裂缝而言,由于其直接影响结构构件的弯剪承载能力,对结构的安全将起到较大的影响,因此,须进行加固、补强处理。其处理方法主要包括:环氧树脂裂缝灌胶封闭裂缝,并采用粘贴碳纤维片施工工艺,以抑制裂缝的进一步扩展,从而提高结构受力的整体性。环氧树脂低压灌缝的特性有:1)优异的机械性能、优异的粘合力:由于环氧树脂具有特强粘结力等优异的物理、力学性能和稳定的化学性能,保证对出现裂缝的混凝土结构实现完美的一体化修复。2)防化学侵蚀、防水:固化产物具有极强的抗水、抗化学稳定性,不会受雨水、海水、二氧化碳、硫酸等的侵蚀破坏。3)很强的渗透性:环氧树脂低压灌缝具有特强的渗透能力,便于灌缝和涂敷施工,甚至可灌注于0.05mm的裂缝中。4)强韧性,高耐冲击性:环氧树脂具有较好的韧性和力学分散性,因此能很好抗震和抗冲,能够适应频繁交通荷载的要求。适用性:各种桥梁的混凝土结构(如桥台、桥墩、梁、桥板、护栏、桥拱等)的粘结、修复和加固。
　　2.3粘钢加固
　　粘钢加固具有以下的有点：1)坚固耐用:经过多年来的工程实践,已经证明其完全能保证加固工程的质量,结构的强度和刚度都能满足设计的要求。2)施工快速:在保证粘钢加固结构质量的前提下,快速完成施工任务,并能根据业务要求,在不停产、不影响使用的情况下完成施工。3)简洁轻巧。4)灵活多样。5)经济合理:由于施工快,避免或减少工厂停产时间,节约加固材料,与其他加固方法比较,粘钢加固的费用大为节省,经济效益很高。6)适用性:粘钢加固可用于补充原结构构件中的钢筋量的不足,增强构件的抗弯、抗剪、抗压能力,对所加固构件的刚度提高也具有一定的效果。在混凝土构件表面粘贴钢板时,增加抗剪螺栓效果更好。
　　当然，桥梁加固的常用技术还有化学植筋、喷射混凝土等，由于文章篇幅有限，在这里作者就不一一介绍了。
　　三、桥梁加固技术的具体应用——碳纤维加固技术介绍
　　碳纤维加固混凝土是指在构件表面粘贴碳纤维材料,使碳纤维与混凝土牢固的粘结在一起并共同工作,达到加固结构、修补构件缺陷、提高结构承载力和抗震性能的目的。
　　3.1碳纤维加固技术的材料
　　碳纤维布的强度非常高,能达到3000MPa以上,弹性模量为230GPa左右,重量为200-300g/m2。碳纤维材料耐久性相当好,纤维片和环氧树脂的化学稳定性非常好,耐酸、碱和盐类的腐蚀,防水性良好,在重载荷载作用下的疲劳性能也优于金属及混凝土材料,并可长期经受核辐射和紫外线照射,其性能40年不会改变。
　　3.2施工工艺
　　（1）梁体表面处理
　　对于梁体表面剥落、疏松、蜂窝及腐蚀等病害,先将表面修复平整,对混凝土裂缝进行压浆封闭处理,使梁体表面无浮浆、油污等杂质。对转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧,圆弧半径应不小于20mm。混凝土表面要清理干净并保持干燥。
　　（2）涂层底层处理
　　碳纤维布的粘贴平整性主要在于梁体找平打磨工序。找平材料应按厂家提供工艺配制,对混凝土凹陷部位填补平整。
　　（3）粘贴碳纤维片材
　　1)梁体裂缝和受剪加固宜用U型粘贴,如下图1所示。梁体受弯加固宜用横向条形粘贴。
　　图1U型粘贴示意图
　　
　　
　　2)粘贴时应按设计尺寸裁剪碳纤维布,按厂家提供工艺配制粘贴树脂,并均匀涂抹于所要粘贴的位置,然后贴上碳纤维布,再用专用滚筒顺布的纤维方向滚压多次,挤排气泡,并不得损伤碳纤维布。粘贴层数和横向粘贴位置应按设计要求进行。侧面粘贴时一般不需要搭接,但两压条之间空隙不应大于3mm。梁底需要搭接碳纤维压条时,搭接宽度不应小于20mm。
　　3)最后一层碳纤维的表面均匀涂抹粘贴树脂,对于湿度或酸碱性比较大的地区,还要在碳纤维外层粘贴树脂固化后表面做高强砂浆,这样不仅增加了混凝土保护层厚度,又对防止混凝土酸碱侵蚀有较大的作用。
　　4)碳纤维片材与混凝土之间的粘贴质量,可用小锤轻轻敲击或手压碳纤维表面来检查,总有效粘贴面积不应低于95%。当碳纤维布的空鼓面积小于100cm2时,可用钟管胶进行补救；空鼓面积大于100cm2时,须将空鼓处的碳纤维布切除,重新搭接贴上新碳纤维布,搭接长度不小于10cm。
　　3.3碳纤维加固技术应用要点
　　(1)使用碳纤维布加固和修补桥梁时,不宜大量多层使用。
　　(2)碳纤维布强度非常高,弹性模量非常低,而环氧树脂的剪切强度一定,当经受大荷载时,超过其极限应变界面后就会产生微小裂纹,随裂纹的不断发展,界面最后将开裂破坏。如超过碳纤维片材加固限度,过量粘贴,就可能导致界面对剪应力的传递,而使碳纤维材料的强度无法得到充分利用。
　　(3)桥梁顶部的裂缝无法或不修复时,可能会由上部渗入酸碱性液体在梁体内部,进而加速对梁体钢筋的腐蚀,对梁体使用寿命构成威胁。
　　参考文献
　　【1】 冯永利.浅谈桥梁加固[J].山西建筑,2008,34(2).
　　【2】 碳纤维片材加固混凝土结构技术规程[S].CECS146,2003.
　　【3】 苏广斌、耿丽萍.桥梁加固实用技术探讨[J].黑龙江交通科技，2009年第1期.

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