粘鋼法加固連續箱梁正截面抗彎承載力分析

0鋼筋混凝土連續箱梁的加固技術普通鋼筋混凝土連續箱梁是道路橋梁的典型類型之一。然而,在鋼筋混凝土連續箱梁營運多年后,結構物不同位置出現的裂縫在降低其安全性和耐久性的同時,也較大地影響橋梁的服役壽命。因此,對帶縫工作的鋼筋混凝土連續箱梁進行加固處理,可延長其使用壽命、提高安全性和耐久性。曹娟麗本文依托廣澳高速公路廣珠段鋼筋混凝土連續箱梁專項加固處治工程,通過病害分析、加固前后正截面抗彎承載能力的對比分析,分析粘貼鋼板法的處治效果,為同類工程提供參考和借鑒。1續箱梁橋裂縫種類廣澳高速公路廣珠段全長62.4km,于1995年10月開工,1999年12月建成通車運營。全線鋼筋混凝土連續箱梁橋共17座。鋼筋混凝土連續箱梁橋在重載、超載交通影響下,營運多年后,箱梁主控截面存在較多裂縫,主要為:(1)梁體跨中部位腹板出現豎向裂縫;(2)底板出現通長斷續橫向裂縫;(3)墩頂部位翼緣板出現橫向裂縫。尤以坦尾互通A匝道橋、坦尾互通B匝道1號橋、跨番中公路特大橋三座大橋尤為突出,本文主要對此三座大橋的病害進行分析。1.1結構體系的缺陷坦尾互通A匝道橋2通過現場檢測和分析,其原因主要是橋梁上部結構為鋼筋混凝土連續梁,箱梁在荷載作用下承受較大的彎矩,采用環氧水泥修補裂縫并未能從根本上改善結構的受力狀況。1.2裂縫寬度、大小坦尾互通B匝道1號橋各跨梁體腹板跨中附近均有豎向裂縫,裂縫寬度均在0.1mm左右,且底板跨中附近有間距20cm左右的斷續橫向裂縫,裂縫最大寬度0.15mm。上述裂縫大部分已進行封閉處理,修補后未見重新開裂,R241.3跨腹板裂縫型跨番中公路特大橋部分橋跨底板跨中附近或1/4～3/4跨新增較密集細小橫裂,裂縫呈斷續通長分布,δ=0.06～0.12mm,@=15～25cm。個別裂縫與腹板豎裂縫、翼板橫裂縫相連接,形成“L”型或“U”裂縫,且個別裂縫存在兩側邊緣啃邊破損現象;個別橋跨腹板新增多條豎裂縫,δ=0.08～0.28mm,個別裂縫存在兩側邊緣啃邊破損等現象。此外,部分裂縫靠近腹板側局部有露筋現象,測量底板鋼筋保護層,測量值普遍在21～28mm之間,個別保護層最薄處僅9mm(底板靠近腹板側),且較多重車行駛的車道對應處的裂縫寬度比較大。梁體開裂主要由于鋼筋保護層偏薄或重載沖擊作用下,跨中梁底及附近承受較大正彎矩所致。左幅部分鋼筋混凝土連續箱梁病害情況見表1。2抗彎壓的計算《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTGD62-2004)2.1正截面抗彎能力計算結果分別按照04規范和85規范對坦尾互通A匝道橋第一聯19m+5×20m鋼筋混凝土連續箱梁正截面抗彎承載能力進行了結構驗算,具體的計算結果見表2。04規范正截面抗彎承載能力計算結果表明:全聯正彎矩最大位置為最后邊跨跨中位置,數值為14395.7kN·m;負彎矩最大位置為第六個支點位置,數值為-15653.2kN·m。中跨跨中位置內力為12436.6kN·m。85規范正截面抗彎承載能力計算結果表明:全聯正彎矩最大位置為最后邊跨跨中位置,數值為11957.6kN·m;負彎矩最大位置為第六個支點位置,數值為-14656.8kN·m。中跨跨中位置內力為8579kN·m。依據04規范的計算結果表明,邊跨跨中和中跨跨中位置結構抗彎承載能力不足。2.2實現能力計算結果分別按照04規范和85規范對坦尾B匝道1號橋第三聯11×26m普通鋼筋混凝土連續箱梁正截面抗彎承載能力進行了結構驗算,具體的計算結果見表3。04規范正截面抗彎承載能力計算結果表明:全聯正彎矩最大位置為邊跨跨中位置,數值為23625.5kN·m;負彎矩最大位置為第二個支點位置,數值為-26283.9kN·m。中跨跨中位置內力數值為22136.3kN·m。85規范正截面抗彎承載能力計算結果表明:全聯正彎矩最大位置為邊跨跨中位置,數值為19779.7kN·m;負彎矩最大位置為第二個支點位置,數值為-26693kN·m。中跨跨中位置數值為13976.3kN·m。由04規范計算結果可知,三個位置的結構抗彎承載力富余度均小于0,表明抗彎承載能力不足。2.3正截面抗彎承載能力計算結果分別按照04規范和85規范對跨番中公路跨線橋R18-25跨3×20m+4×27m+20m鋼筋混凝土連續箱梁進行了結構驗算,具體的計算結果見表4。依據04規范的正截面抗彎承載能力計算表明:全聯20m跨正彎矩最大位置為邊跨跨中位置,數值為20544.1kN·m,20m中跨跨中位置內力為19035.3kN·m,27m跨正彎矩最大位置為中跨跨中位置,數值為26151kN·m,20m跨負彎矩最大位置為中跨中支點,數值為-24427.7kN·m,27m跨負彎矩最大位置為中跨中支點,數值為-31513.2kN·m。依據85規范的正截面抗彎承載能力計算表明:全聯20m跨正彎矩最大位置為邊跨跨中位置,數值為17451.6kN·m,20m中跨跨中位置內力為12748.3kN·m,27m跨正彎矩最大位置為中跨跨中位置,數值為為19529kN·m,20m跨負彎矩最大位置為中跨中支點,數值為-24594.7kN·m,27m跨負彎矩最大位置為中跨中支點,數值為-30202kN·m。依據04規范和85規范計算得到內力最大的位置均相同,但04規范計算結果表明,跨番中公路跨線橋R18-25跨3×20m+4×27m+20m鋼筋混凝土連續箱梁20m邊跨跨中、20m中跨跨中、27m中跨跨中、20m中跨中支點及27m中跨中支點的富余度均小于0,其抗彎承載能力均不足。分別按照04規范和85規范對跨番中公路跨線橋L20-26跨20+5×25+20m鋼筋混凝土連續箱梁腹板正截面抗彎承載能力進行了結構驗算,計算結果見表5。同前述分析方法一樣,由表5可知,跨番中公路跨線橋L20-26跨20m+5×25m+20m鋼筋混凝土連續箱梁腹板典型位置的富余度小于0的情況較為突出,表明抗彎承載力也存在不足的情況。33粘合鋼板法的加固措施基于廣澳高速公路廣珠段鋼筋混凝土連續箱梁橋裂縫密集、正截面抗彎承載能力不足的現狀,采用粘貼鋼板法進行加固。3.1鋼絞線的制作(1)加固用的鋼板為Q345C鍍鋅鋼板,鋼板、連接螺栓及焊縫的強度設計值,應按現行國家標準規定采用。為保證防銹要求,鋼板必須采用工廠所生產的熱鍍鋅鋼板,鍍鋅層厚度100μmm。(2)運輸及施工過程中要求盡量避免刮花鋼板。對小型傷口及焊縫,要求先將焊接處以及焊接處兩邊5cm的區域用鋼絲輪打磨干凈,涂上一層高強樹脂漆,待樹脂漆徹底干燥后涂上一層富鋅漆即可。有條件時,也可使用鍍鋅鋼桶專用焊縫補鋅機進行熔鋅補鋅。(3)加固所用的粘鋼膠必須滿足強度要求,此外,作為粘結鋼板加固結合面的被加固構件混凝土的強度等級也應滿足現行規范要求。(4)為了防止鋼板銹蝕,延緩粘結劑的老化,鋼板表面應做密封防水處理。3.2鋼板的安裝及加固粘貼鋼板施工工藝:根據施工圖放樣→混凝土表面缺陷修補→粘結鋼板的混凝土接合面處理→配膠→植入固定鋼板的螺栓→安裝并固定鋼板→用膠泥封邊→壓入粘膠→固化→鋼板外露面防腐處理。3.33.3.1安裝鋼板及加固催化劑種類通過上節04規范和85規范的分析結果可知,04規范考慮了重要性系數,因而計算結果更偏于安全,因此,對加固效果的理論計算參照04規范計算方法。加固后按照04規范進行了驗算,對坦尾互通A匝道橋第一聯19m+5×20m跨中進行了粘貼鋼板加固,邊跨跨中抗彎承載力達到16012kN·m,富余度11%;對坦尾B匝道1號橋跨中進行了粘貼鋼板加固,中跨跨中抗彎承載力達到29095kN·m,富余度23%;對跨番中公路跨線橋跨中進行了粘貼鋼板加固,27m中跨跨中抗彎承載力達到35268kN·m,富余度35%。3.3.2抗彎承載力為了進一步驗證粘貼鋼板法加固后的效果,根據04規范和85規范計算結果,選取了三座鋼筋混凝土連續箱梁的部分點位進行檢測,坦尾互通A匝道橋第一聯19m+5×20m跨中、坦尾B匝道1號橋跨中、跨番中公路跨線橋27m中跨跨中加固后的抗彎承載力為15983kN·m、28864kN·m、33289kN·m,富余度分別為11%、22%、27%。可見,實測值小于理論計算值,但理論計算結果和實測結果均表明,粘貼鋼板法在舊橋加固中,可以有效地提高正截面的抗彎承載能力。4跨徑范圍裂縫跟蹤檢測廣澳高速公路廣珠段鋼筋混凝土連續箱梁橋于2015年完成粘貼鋼板法加固處治。加固處治前,表1中的22號跨21～22墩臺1/4～3/4跨徑范圍存在16條細小橫裂縫,裂縫長度為160～880cm,裂縫寬度為0.08～0.10mm;經跟蹤檢測,2019年,1/4～3/4跨徑范圍的裂縫條數仍為16條,裂縫長度為163～885cm,裂縫寬度為0.08～0.12mm。可見,采用粘貼鋼板法加固后,原密集裂縫處的細小橫裂縫沒有進一步發展,條數沒有增加,裂縫寬度和長度都在可接受的范圍內,表明粘貼鋼板法對鋼筋混凝土