橋梁施工粘貼加固技術(shù)

1、PAGE 1PAGE 133第七章 粘貼加固技術(shù) 粘貼鋼板補(bǔ)強(qiáng)加固法 粘貼鋼板的日的在于補(bǔ)強(qiáng)原結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度不足，提高構(gòu)件的抗彎、抗剪能力，提高原結(jié)構(gòu)的剛度，限制裂縫的開展，改善鋼筋與混凝土的應(yīng)力狀態(tài)。 當(dāng)粘貼鋼板是試圖提高原構(gòu)件的抗彎強(qiáng)度時(shí)，鋼板粘貼在梁底或板底，鋼板和混凝土作為整體受力考慮，以鋼板與混凝土粘結(jié)面處混凝土的局部剪切強(qiáng)度控制設(shè)計(jì)。鋼板的規(guī)格宜薄而寬，厚度一般不超過6 mm，薄鋼板由于具有較好的彈性而易于適應(yīng)構(gòu)件表面狀況。粘貼鋼板補(bǔ)強(qiáng)加固的合理設(shè)計(jì)應(yīng)控制在鋼板發(fā)生屈服之前，混凝土不出現(xiàn)剪切破壞。為避免鋼板在自由端脫膠，端部可采用夾緊螺栓固定，也可在鋼板上按一定間距用螺栓固定。粘貼

2、鋼板補(bǔ)強(qiáng)加固的施工技術(shù)要點(diǎn)如下。(一)表面處理為了取得良好的粘貼效果，必須先對(duì)粘貼部位混凝土及所要粘貼的鋼板進(jìn)行認(rèn)真的表面處理?；炷恋恼迟N表面要清除破碎部分，鑿平、鑿毛并露出骨料，用鋼絲刷或用壓縮空氣清除浮塵，于輪貼鋼板前再用丙酮擦洗一遍。鋼板表面則需先用汽油洗去油污，用噴砂或砂輪打磨除銹，使表面露出光澤，再丙酮用擦洗，最后用一層環(huán)氧樹脂薄漿將粘貼面予以保護(hù)。(二)粘貼鋼板一般鋼板采用涂抹粘貼。先在混凝土表面和鋼板表面涂一層環(huán)氧樹脂膠漿，然后在鋼板上均勻鋪一層環(huán)氧砂漿，厚度約為4mm左右，隨即將鋼板貼在混凝土面上并加壓成型，通過加壓使多余的膠漿沿板邊擠出，從而使鋼板密貼在混凝土表面。關(guān)于鋼板

3、粘貼的加壓成型方式一般有二種：一種是螺栓加壓，即在混凝土粘貼面上每隔3060cm間距埋沒一根12mm的螺栓，在鋼板的相應(yīng)位置鉆孔，鋼板粘貼后通過旋緊螺帽加壓，另一種是用木楔加壓，即在構(gòu)件下方距構(gòu)件底面1520cm處設(shè)置支承梁(可在橋下搭設(shè)或在橋面懸出)，在支承梁與構(gòu)件之間安設(shè)木楔，待鋼板粘貼后即楔緊木楔以達(dá)到加壓的目的。當(dāng)在構(gòu)件上緣表面粘貼鋼板時(shí)，則可在鋼板上擱置重物進(jìn)行加壓。 采用粘貼鋼板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固時(shí)，粘貼質(zhì)量的好壞將直接影響加固效果，共中保證粘貼的密實(shí)又是關(guān)鍵，當(dāng)發(fā)現(xiàn)粘貼按縫有空隙時(shí)，應(yīng)及時(shí)用膠結(jié)劑填補(bǔ)。為了防止粘貼的鋼板銹蝕。鋼板的外露面亦應(yīng)清除油污，并用鋼絲刷除去銹斑(若用螺栓加壓，

4、螺栓亦應(yīng)同樣處理)并涂一層環(huán)氧樹脂薄漿罩面，再涂兩層防銹漆予以保護(hù)，以后每隔12年應(yīng)檢查一次防護(hù)層，若發(fā)現(xiàn)脫漆現(xiàn)象應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)。當(dāng)粘貼鋼板系用來增加原構(gòu)件的抗剪強(qiáng)度時(shí)，鋼板應(yīng)粘貼在梁的側(cè)面，如圖52所示。所粘貼的鋼板可以是塊狀，也可采用帶狀鋼板，若為帶狀鋼板，則應(yīng)沿著垂直于斜裂縫方向(即沿著主拉應(yīng)力方向)粘貼。為了提高帶狀鋼板板端的粘結(jié)強(qiáng)度，可在帶狀鋼板兩端設(shè)置水平錨固鋼板，采用粘貼技術(shù)補(bǔ)強(qiáng)加固舊橋可以取得較好的補(bǔ)強(qiáng)效果，國內(nèi)外都進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究與實(shí)際應(yīng)用。英國Quinton M5高速公路上的四座橋梁為通過重載車輛的需要，于1975年采用在梁底粘貼鋼板的方法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，取得了良好的效果。這四座

5、橋梁均為三跨(1727.417m)的變截面鋼筋混凝土連續(xù)空心板梁橋。于1970年建成，1973年的設(shè)計(jì)檢查表明通行重車的承載能力不夠，經(jīng)現(xiàn)場檢查，各橋板的下緣均有若干裂縫。加固方法采用在板底粘貼厚6.5mm、寬254mm、長6.50m的鋼板粘貼劑采用環(huán)氧樹脂，以細(xì)磨的二氧化硅為填料，其最大粒徑為0.4mm。施工時(shí)先對(duì)鋼板及混凝土的粘貼面噴砂，清除表面污染和浮漿，然后粘貼鋼板。粘貼時(shí)先將鋼板掛在固定于板底的吊桿上，鋼板表面經(jīng)手工涂膠后，從懸掛在板底吊桿上的反作用梁上將鋼板楔緊粘貼在安裝位置， 使多余的粘膠沿鋼板邊緣擠出。為避免粘貼劑局部剝落或開裂，鋼板兩端以夾緊螺拴固定在混凝土上，最后以灰色的云

6、母氧化鐵涂料涂在鋼板外露面以防銹蝕。加固前后曾對(duì)其中一座橋梁進(jìn)行靜載對(duì)比試驗(yàn)試驗(yàn)表明。經(jīng)過粘貼鋼板補(bǔ)強(qiáng)后，板梁的剛度比加固前提高11，大致為按未開裂板的結(jié)構(gòu)分析結(jié)果的2倍，在給定荷載下，裂縫的開展度減少了3540。此外，試驗(yàn)還表明，粘貼劑環(huán)氧樹脂在硬化過程中因行車振動(dòng)的影響(全橋在高速公路開放交通的情況下進(jìn)行加固施工)，使其剪切強(qiáng)度降低16，但仍高于橋面混凝土的剪切強(qiáng)度 因此并不影響加固效果。 前面所說的云南大開門橋，在對(duì)主梁采用增焊主筋加固的同時(shí)，對(duì)梁端腹板上因主拉應(yīng)力而產(chǎn)生的斜裂縫及掛梁牛腿處的剪切裂縫，也采用環(huán)氧樹脂粘貼鋼板的方法進(jìn)行了加固，在梁肋兩側(cè)跨越裂縫設(shè)置斜向帶狀鋼板，鋼板兩端設(shè)

7、錨固板并用螺栓定位加壓成型，也取得了良好的效果。第二節(jié) 粘貼玻璃鋼加固法 采用環(huán)氧樹脂膠漿粘貼玻璃纖維布形成玻璃鋼，可以大大提高粘貼層的抗拉強(qiáng)度。根據(jù)廣東省交通科研所的試驗(yàn)，以10丙酮稀釋環(huán)氧樹脂凈漿、制成合有四層玻璃纖維布的玻璃鋼， 其抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到170MPa。云南省交通科研所做的小梁試驗(yàn)表明，粘貼長度與小梁跨徑之比L1L0.42670.4667時(shí)，最大荷載能力與素混凝土梁相比提高1.602.10倍；在梁側(cè)面粘貼十層玻璃纖維布后，當(dāng)L1L0.3670.90時(shí)，提高1.0382.757倍；粘貼長度愈大，最大抗拉荷載也愈大。該所另一項(xiàng)試驗(yàn)證實(shí)，由于玻璃鋼的彈性模量較低，因此，在粘貼玻璃纖維布

8、時(shí)摻加高強(qiáng)鋼絲，使玻璃鋼的剛度得到提高。為此，在補(bǔ)強(qiáng)加固工程中，常常在玻璃纖維布中間粘貼5mm的高強(qiáng)鋼絲予以加勁。 粘貼玻璃鋼補(bǔ)強(qiáng)加固的施工技術(shù)要點(diǎn)是： (一)搭設(shè)支架，安裝成型模板。 (二)混凝土粘貼面的表面處理(同前)。 (三)用高強(qiáng)鋼絲制備加勁。高強(qiáng)鋼絲除銹后織成排柵，并用丙酮擦洗，然后涂上環(huán)氧樹脂膠漿。 (四)成型。在成型模板上鋪一層塑料薄膜，在其上先刷一層環(huán)氧膠漿，鋪設(shè)第一層玻璃纖維布，壓平擠出氣泡，再刷第二層環(huán)氧膠漿，鋪第二層玻璃纖維布。當(dāng)鋪至所需厚度的一半時(shí)，即可鋪放加工好的高強(qiáng)鋼絲排柵，并用環(huán)氧砂漿填平排柵的空隙刮平后再鋪設(shè)其余幾層玻璃纖維布。 (五)粘貼。在成型的玻璃鋼頂面鋪

9、一層環(huán)氧砂漿，用支撐由中部向兩端依次均勻地頂起模板，使玻璃鋼緊貼在構(gòu)件表面上，至環(huán)氧砂漿從縫隙中溢出，再用最外一層寬玻璃纖維布將溢出的環(huán)氧砂漿包敷在梁的腹板上。 (六)脫模和防腐處理。第三節(jié) 粘貼鋼筋加固法 由于玻璃鋼的彈性模量較混凝土低，當(dāng)采用粘貼玻璃鋼補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，在其受力時(shí)玻璃鋼的拉伸長度比混凝土大，因而控制結(jié)構(gòu)變形的能力較差。粘貼鋼板又存在加工成型較為困難、需要一定數(shù)量的支架材料及輔助設(shè)備等問題。為彌補(bǔ)上述方法的不足，采用粘貼鋼筋進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固可以取得較好的效果。 采用粘貼鋼筋補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，所用鋼筋的直徑以不超過8mm為宜，粘貼劑環(huán)氧砂漿的厚度一般為鋼筋直徑的2倍。粘貼鋼筋的施工要點(diǎn)為： (一)搭設(shè)

10、支架，在支架上設(shè)支承梁和成型模板。 (二)混凝土粘貼面的表面處理。 (三)布設(shè)鋼筋。鋼筋事先按設(shè)計(jì)長度拉直截好，用丙酮擦洗后放在模板上綁扎成排柵，或在橋下點(diǎn)焊成排柵后就位。鋼筋排柵表面涂一層環(huán)氧樹脂膠漿后用吊桿吊住并緊貼在構(gòu)件底面上。 (四)粘貼。為了便于脫模，在模板上先鋪一層塑料薄膜。將環(huán)氧砂漿均勻地?cái)備佋谀０迳?。在模板與支承梁之間打入木楔將模板頂起壓在構(gòu)件底面上，使環(huán)氧砂漿壓人鋼筋排柵空隙內(nèi)以保證鋼筋與混凝土粘為一體。 (五)脫模與防護(hù)。待環(huán)氧砂漿固化后即可拆卸模板，檢查粘貼質(zhì)量并進(jìn)行修補(bǔ)，最后對(duì)鋼筋進(jìn)行涂漆等防護(hù)處理。 采用粘貼技術(shù)進(jìn)行橋梁補(bǔ)強(qiáng)加固，其施工工藝較為簡單。但是，粘貼質(zhì)量的好

11、壞將直接影響加固的效果。為此，在施工時(shí)對(duì)下列幾個(gè)問題必須嚴(yán)加控制。 （一)嚴(yán)格掌握膠結(jié)料的配合比，環(huán)氧砂漿采用的砂子的粒徑不宜大于0.4mm。 (二)施工溫度。環(huán)氧樹脂在低溫條件下固化較慢，涂層也不易均勻，所以一般宜選擇在1528的溫度下施工。若施工溫度較低則需采取加溫養(yǎng)護(hù)措施，例如采用紫外線燈烘烤等。 (三)保持成型所需的壓力。粘貼補(bǔ)強(qiáng)大多數(shù)在梁(扳)的底面進(jìn)行，由下向上就貼，如果成型時(shí)施加的壓力不夠，補(bǔ)強(qiáng)層可能下墜，與混凝土粘合不緊密，以致發(fā)生脫落。 (四)涂膠要均勻且用力刮平，將氣泡擠出，以免形成空洞或脫膠。 (五)做好粘貼基面的處理和防護(hù)措施。 第四節(jié) 碳炭纖維粘貼補(bǔ)強(qiáng)加固法一、粘貼碳

12、纖維加固技術(shù)概述粘貼碳纖維加固技術(shù)是一種新型的橋梁加固改造技術(shù)。碳纖維片(CFRP)是用拉抗強(qiáng)度極高的的碳纖維經(jīng)環(huán)氧樹脂預(yù)浸而成的結(jié)構(gòu)增強(qiáng)復(fù)合片材。將它用環(huán)氧樹脂作為粘結(jié)劑，沿受力方向或垂直于裂縫方向粘貼在受損構(gòu)件上，粘結(jié)劑作為它們之間的剪力連接媒介，形成新的復(fù)合體，使增強(qiáng)貼片與原有鋼筋共同受力，增大了結(jié)構(gòu)抗拉或抗剪能力，能有效地提高強(qiáng)度、剛度、抗裂性和延性，控制裂縫和撓度的繼續(xù)發(fā)展。粘貼碳纖維加固技術(shù)的主要特點(diǎn)是：幾乎不增加結(jié)構(gòu)自重和截面尺寸；不改變橋下凈空高度；施工方便；對(duì)原結(jié)構(gòu)幾乎不會(huì)造成新的損傷；具有良好的耐腐蝕性和耐久性，具有良好的抗疲勞性能；優(yōu)異的力學(xué)性能，可有效應(yīng)用于多種結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)

13、，包括抗彎、抗剪、抗壓、抗疲勞、抗震、抗風(fēng)、控制裂縫和撓度的擴(kuò)展、增加結(jié)構(gòu)的延性；根據(jù)受力分析可以進(jìn)行多層粘貼進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，其方向性也可以靈活掌握。二、加固實(shí)例唐通線義井大橋位于唐通線香河縣城東300米潮白河上。該橋建于1971年，上部為33孔T型截面簡支梁結(jié)構(gòu)，下部為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，雙柱式墩臺(tái)。橋梁總長：466.3m；每跨標(biāo)準(zhǔn)跨徑：14.10m；計(jì)算跨徑：13.70m；橋面凈寬：凈72x0.75m（人行道）；原設(shè)計(jì)荷載：汽15級(jí)，拖60級(jí)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通量日益增大，大噸位車輛越來越多，原橋的承載能力已無法滿足目前交通的需要，橋梁出現(xiàn)了很多病害。主要表現(xiàn)在：主梁跨中出現(xiàn)環(huán)向裂縫、支點(diǎn)處出

14、現(xiàn)斜向裂縫和隔板開裂，以及墩頂蓋梁裂縫等，已屬三類橋梁，因此急需對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改造，將其承載能力提高達(dá)到汽20級(jí)，掛100級(jí)的荷載標(biāo)準(zhǔn)。為了確定橋梁目前的承載能力以及判斷橋梁的加固效果和對(duì)粘貼碳纖維加固與增大截面法兩種方案的比較研究，在施工前后對(duì)該橋進(jìn)行單梁靜載試驗(yàn)；在竣工后進(jìn)行全橋的動(dòng)靜載試驗(yàn)，由荷載試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可得出以下結(jié)論：1由靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)可見：各試驗(yàn)孔各工況測試截面應(yīng)變的校驗(yàn)系數(shù)平均值在0.78左右；試驗(yàn)孔各工況的撓度校驗(yàn)系數(shù)平均值在0.82左右;撓度校驗(yàn)系數(shù)和應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)均低于大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法中所規(guī)定的1.05的上限。這說明試驗(yàn)孔上部橋跨結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)荷載作用下，結(jié)構(gòu)處于彈性工作

15、階段，具備設(shè)計(jì)要求的剛度和承載能力。2由靜載試驗(yàn)結(jié)果分析可知：工況一加載時(shí)增大截面法加固的橋跨結(jié)構(gòu)的應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)較優(yōu)于粘貼碳纖維加固的橋跨結(jié)構(gòu)，撓度校驗(yàn)系數(shù)兩方案基本相當(dāng)；工況二加載時(shí)粘貼碳纖維加固的橋跨結(jié)構(gòu)的應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)與增大截面法加固的橋跨結(jié)構(gòu)的應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)基本相當(dāng)，而粘貼碳纖維加固的橋跨結(jié)構(gòu)的撓度校驗(yàn)系數(shù)略低于增大截面法加固的橋跨結(jié)構(gòu)的撓度校驗(yàn)系數(shù)。由此可見，隨荷載的增加，碳纖維參與承載的能力逐漸增大，所以其校驗(yàn)系數(shù)顯現(xiàn)逐漸減小的趨勢。3從動(dòng)載試驗(yàn)數(shù)據(jù)可見：計(jì)算基頻較實(shí)測基頻小,這說明計(jì)算結(jié)果反映的結(jié)構(gòu)剛度小于實(shí)測結(jié)果反映的結(jié)構(gòu)剛度，即說明該橋整體剛度較大，有較強(qiáng)的抗沖擊性能，結(jié)構(gòu)滿足設(shè)

16、計(jì)要求。4由動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)果分析可知：碳纖維加固且在跨中增設(shè)一道橫隔梁的橋跨結(jié)構(gòu)的固有頻率低于增大截面法加固且在橋跨的L/3和2L/3處增設(shè)橫隔梁的橋跨結(jié)構(gòu)的固有頻率。這說明：碳纖維加固且在跨中增設(shè)一道橫隔梁對(duì)提高橋跨結(jié)構(gòu)的整體剛度效果明顯。三、粘貼碳纖維片后受彎構(gòu)件的正截面強(qiáng)度計(jì)算計(jì)算假定：1.碳纖維片僅在活載作用下分擔(dān)一部分承載能力，故可按相應(yīng)的彈性模量比值，按容許應(yīng)力法計(jì)算其應(yīng)力狀態(tài)。2.平截面假定：構(gòu)件彎曲后，其截面仍保持為平面，加固粘貼的碳纖維片材的拉應(yīng)變?nèi)园雌浇孛婕俣ㄓ?jì)算確定，但不應(yīng)超過碳纖維片材的容許拉應(yīng)變。3.截面受壓區(qū)混凝土的應(yīng)力圖形可簡化為矩形，其壓力強(qiáng)度取混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度

17、設(shè)計(jì)值fcd ，截面受拉混凝土的抗拉強(qiáng)度不予考慮。4.鋼筋應(yīng)力等于鋼筋應(yīng)變與其彈性模量的乘積，但不大于其設(shè)計(jì)強(qiáng)度值。碳纖維片材的拉應(yīng)力等于碳纖維片材彈性模量與其相應(yīng)拉應(yīng)變的乘積。5.碳纖維片材的容許拉應(yīng)變，取，且不應(yīng)大于碳纖維片材極限拉應(yīng)變的2/3和0.01兩者中的較小值。式中 碳纖維片材厚度折減系數(shù)，按下式確定： 碳纖維片材的層數(shù)；每層碳纖維片材的厚度；碳纖維片材的彈性模量。6.混凝土的極限應(yīng)變?yōu)閏u=0.0033; 普通鋼筋的極限應(yīng)變?yōu)閟=0.01；由于碳纖維材料無明顯流限，其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系幾乎成線性變化，故假定其極限應(yīng)變?yōu)閏f =s=0.01，也即在極限承載力狀態(tài)計(jì)算時(shí)其抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度可取為

18、=2.31050.01=2300Mpa(對(duì)本橋加固中采用的TXD-20和TXD-30而言),而不能按其實(shí)測極限強(qiáng)度3400 MPa進(jìn)行計(jì)算，也即僅取用其極限強(qiáng)度的2300/3400=67.6%，已使在極限承載力狀態(tài)下的變形協(xié)調(diào)。7.在達(dá)到受彎承載力極限狀態(tài)前，碳纖維片材與混凝土之間必須粘結(jié)可靠，不發(fā)生粘結(jié)剝離破壞。根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理正截面極限承載能力計(jì)算的基本公式: 或 假定則得：取碳纖維材料的設(shè)計(jì)強(qiáng)度Rcf =2300MPa后即可按上式求得中性軸的位置。從或的條件即可求得截面極限承載能力,并必須滿足的安全條件。結(jié)合以上假定及基本原理可進(jìn)行正截面強(qiáng)度計(jì)算：1.混凝土受壓區(qū)高度和受拉面碳纖維片材的應(yīng)變，按下列兩式聯(lián)立求解確定：粘貼碳纖維片材時(shí),在混凝土粘貼基面處的應(yīng)變定義為碳纖維片材粘貼處碳纖維片材的基準(zhǔn)應(yīng)變,其計(jì)算方法如下:式中 加固前受彎構(gòu)件計(jì)算截面已作用的初始彎矩； 加固前初始彎矩作用下受壓邊緣的壓應(yīng)變； 、加固前初始彎矩作用下受拉邊緣的鋼筋拉應(yīng)變和拉應(yīng)力； 受壓邊緣混凝土壓應(yīng)變綜合系數(shù)； 受拉鋼筋拉應(yīng)變不均勻系數(shù)； 內(nèi)力偶臂系數(shù)，取0.87； 鋼筋彈性模量與混凝土彈性模量的比值； 受拉鋼筋配筋率，； 混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；按有效受拉混凝土截面面積計(jì)算的縱向受拉鋼筋配筋率，；有效受拉混凝土截面面積，對(duì)受彎構(gòu)件取 ，式中和分別為受