粘钢法加固连续箱梁正截面抗弯承载力分析

粘钢法加固连续箱梁正截面抗弯承载力分析

0钢筋混凝土连续箱梁的加固技术普通钢筋混凝土连续箱梁是道路桥梁的典型类型之一。然而,在钢筋混凝土连续箱梁营运多年后,结构物不同位置出现的裂缝在降低其安全性和耐久性的同时,也较大地影响桥梁的服役寿命。因此,对带缝工作的钢筋混凝土连续箱梁进行加固处理,可延长其使用寿命、提高安全性和耐久性。曹娟丽本文依托广澳高速公路广珠段钢筋混凝土连续箱梁专项加固处治工程,通过病害分析、加固前后正截面抗弯承载能力的对比分析,分析粘贴钢板法的处治效果,为同类工程提供参考和借鉴。1续箱梁桥裂缝种类广澳高速公路广珠段全长62.4km,于1995年10月开工,1999年12月建成通车运营。全线钢筋混凝土连续箱梁桥共17座。钢筋混凝土连续箱梁桥在重载、超载交通影响下,营运多年后,箱梁主控截面存在较多裂缝,主要为:(1)梁体跨中部位腹板出现竖向裂缝;(2)底板出现通长断续横向裂缝;(3)墩顶部位翼缘板出现横向裂缝。尤以坦尾互通A匝道桥、坦尾互通B匝道1号桥、跨番中公路特大桥三座大桥尤为突出,本文主要对此三座大桥的病害进行分析。1.1结构体系的缺陷坦尾互通A匝道桥2通过现场检测和分析,其原因主要是桥梁上部结构为钢筋混凝土连续梁,箱梁在荷载作用下承受较大的弯矩,采用环氧水泥修补裂缝并未能从根本上改善结构的受力状况。1.2裂缝宽度、大小坦尾互通B匝道1号桥各跨梁体腹板跨中附近均有竖向裂缝,裂缝宽度均在0.1mm左右,且底板跨中附近有间距20cm左右的断续横向裂缝,裂缝最大宽度0.15mm。上述裂缝大部分已进行封闭处理,修补后未见重新开裂,R241.3跨腹板裂缝型跨番中公路特大桥部分桥跨底板跨中附近或1/4～3/4跨新增较密集细小横裂,裂缝呈断续通长分布,δ=0.06～0.12mm,@=15～25cm。个别裂缝与腹板竖裂缝、翼板横裂缝相连接,形成“L”型或“U”裂缝,且个别裂缝存在两侧边缘啃边破损现象;个别桥跨腹板新增多条竖裂缝,δ=0.08～0.28mm,个别裂缝存在两侧边缘啃边破损等现象。此外,部分裂缝靠近腹板侧局部有露筋现象,测量底板钢筋保护层,测量值普遍在21～28mm之间,个别保护层最薄处仅9mm(底板靠近腹板侧),且较多重车行驶的车道对应处的裂缝宽度比较大。梁体开裂主要由于钢筋保护层偏薄或重载冲击作用下,跨中梁底及附近承受较大正弯矩所致。左幅部分钢筋混凝土连续箱梁病害情况见表1。2抗弯压的计算《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)2.1正截面抗弯能力计算结果分别按照04规范和85规范对坦尾互通A匝道桥第一联19m+5×20m钢筋混凝土连续箱梁正截面抗弯承载能力进行了结构验算,具体的计算结果见表2。04规范正截面抗弯承载能力计算结果表明:全联正弯矩最大位置为最后边跨跨中位置,数值为14395.7kN·m;负弯矩最大位置为第六个支点位置,数值为-15653.2kN·m。中跨跨中位置内力为12436.6kN·m。85规范正截面抗弯承载能力计算结果表明:全联正弯矩最大位置为最后边跨跨中位置,数值为11957.6kN·m;负弯矩最大位置为第六个支点位置,数值为-14656.8kN·m。中跨跨中位置内力为8579kN·m。依据04规范的计算结果表明,边跨跨中和中跨跨中位置结构抗弯承载能力不足。2.2实现能力计算结果分别按照04规范和85规范对坦尾B匝道1号桥第三联11×26m普通钢筋混凝土连续箱梁正截面抗弯承载能力进行了结构验算,具体的计算结果见表3。04规范正截面抗弯承载能力计算结果表明:全联正弯矩最大位置为边跨跨中位置,数值为23625.5kN·m;负弯矩最大位置为第二个支点位置,数值为-26283.9kN·m。中跨跨中位置内力数值为22136.3kN·m。85规范正截面抗弯承载能力计算结果表明:全联正弯矩最大位置为边跨跨中位置,数值为19779.7kN·m;负弯矩最大位置为第二个支点位置,数值为-26693kN·m。中跨跨中位置数值为13976.3kN·m。由04规范计算结果可知,三个位置的结构抗弯承载力富余度均小于0,表明抗弯承载能力不足。2.3正截面抗弯承载能力计算结果分别按照04规范和85规范对跨番中公路跨线桥R18-25跨3×20m+4×27m+20m钢筋混凝土连续箱梁进行了结构验算,具体的计算结果见表4。依据04规范的正截面抗弯承载能力计算表明:全联20m跨正弯矩最大位置为边跨跨中位置,数值为20544.1kN·m,20m中跨跨中位置内力为19035.3kN·m,27m跨正弯矩最大位置为中跨跨中位置,数值为26151kN·m,20m跨负弯矩最大位置为中跨中支点,数值为-24427.7kN·m,27m跨负弯矩最大位置为中跨中支点,数值为-31513.2kN·m。依据85规范的正截面抗弯承载能力计算表明:全联20m跨正弯矩最大位置为边跨跨中位置,数值为17451.6kN·m,20m中跨跨中位置内力为12748.3kN·m,27m跨正弯矩最大位置为中跨跨中位置,数值为为19529kN·m,20m跨负弯矩最大位置为中跨中支点,数值为-24594.7kN·m,27m跨负弯矩最大位置为中跨中支点,数值为-30202kN·m。依据04规范和85规范计算得到内力最大的位置均相同,但04规范计算结果表明,跨番中公路跨线桥R18-25跨3×20m+4×27m+20m钢筋混凝土连续箱梁20m边跨跨中、20m中跨跨中、27m中跨跨中、20m中跨中支点及27m中跨中支点的富余度均小于0,其抗弯承载能力均不足。分别按照04规范和85规范对跨番中公路跨线桥L20-26跨20+5×25+20m钢筋混凝土连续箱梁腹板正截面抗弯承载能力进行了结构验算,计算结果见表5。同前述分析方法一样,由表5可知,跨番中公路跨线桥L20-26跨20m+5×25m+20m钢筋混凝土连续箱梁腹板典型位置的富余度小于0的情况较为突出,表明抗弯承载力也存在不足的情况。33粘合钢板法的加固措施基于广澳高速公路广珠段钢筋混凝土连续箱梁桥裂缝密集、正截面抗弯承载能力不足的现状,采用粘贴钢板法进行加固。3.1钢绞线的制作(1)加固用的钢板为Q345C镀锌钢板,钢板、连接螺栓及焊缝的强度设计值,应按现行国家标准规定采用。为保证防锈要求,钢板必须采用工厂所生产的热镀锌钢板,镀锌层厚度100μmm。(2)运输及施工过程中要求尽量避免刮花钢板。对小型伤口及焊缝,要求先将焊接处以及焊接处两边5cm的区域用钢丝轮打磨干净,涂上一层高强树脂漆,待树脂漆彻底干燥后涂上一层富锌漆即可。有条件时,也可使用镀锌钢桶专用焊缝补锌机进行熔锌补锌。(3)加固所用的粘钢胶必须满足强度要求,此外,作为粘结钢板加固结合面的被加固构件混凝土的强度等级也应满足现行规范要求。(4)为了防止钢板锈蚀,延缓粘结剂的老化,钢板表面应做密封防水处理。3.2钢板的安装及加固粘贴钢板施工工艺:根据施工图放样→混凝土表面缺陷修补→粘结钢板的混凝土接合面处理→配胶→植入固定钢板的螺栓→安装并固定钢板→用胶泥封边→压入粘胶→固化→钢板外露面防腐处理。3.33.3.1安装钢板及加固催化剂种类通过上节04规范和85规范的分析结果可知,04规范考虑了重要性系数,因而计算结果更偏于安全,因此,对加固效果的理论计算参照04规范计算方法。加固后按照04规范进行了验算,对坦尾互通A匝道桥第一联19m+5×20m跨中进行了粘贴钢板加固,边跨跨中抗弯承载力达到16012kN·m,富余度11%;对坦尾B匝道1号桥跨中进行了粘贴钢板加固,中跨跨中抗弯承载力达到29095kN·m,富余度23%;对跨番中公路跨线桥跨中进行了粘贴钢板加固,27m中跨跨中抗弯承载力达到35268kN·m,富余度35%。3.3.2抗弯承载力为了进一步验证粘贴钢板法加固后的效果,根据04规范和85规范计算结果,选取了三座钢筋混凝土连续箱梁的部分点位进行检测,坦尾互通A匝道桥第一联19m+5×20m跨中、坦尾B匝道1号桥跨中、跨番中公路跨线桥27m中跨跨中加固后的抗弯承载力为15983kN·m、28864kN·m、33289kN·m,富余度分别为11%、22%、27%。可见,实测值小于理论计算值,但理论计算结果和实测结果均表明,粘贴钢板法在旧桥加固中,可以有效地提高正截面的抗弯承载能力。4跨径范围裂缝跟踪检测广澳高速公路广珠段钢筋混凝土连续箱梁桥于2015年完成粘贴钢板法加固处治。加固处治前,表1中的22号跨21～22墩台1/4～3/4跨径范围存在16条细小横裂缝,裂缝长度为160～880cm,裂缝宽度为0.08～0.10mm;经跟踪检测,2019年,1/4～3/4跨径范围的裂缝条数仍为16条,裂缝长度为163～885cm,裂缝宽度为0.08～0.12mm。可见,采用粘贴钢板法加固后,原密集裂缝处的细小横裂缝没有进一步发展,条数没有增加,裂缝宽度和长度都在可接受的范围内,表明粘贴钢板法对钢筋混凝土