小运河桥宽空心板梁病害分析和加固设计

小运河桥宽空心板梁病害分析和加固设计（共2篇）

篇1：小运河桥宽空心板梁病害分析和加固设计

小运河桥宽空心板梁病害分析和加固设计

以宁通公路小运河桥为背景,通过对钢筋混凝土空心板梁病害的检测调查,分析了其主要病害包括裂缝、横向联结破坏及钢筋锈蚀等的`成因,并针对病害进行了相应的加固设计,为今后类似老桥加固提供了参考.

作 者：杨曙岚 Yang Shulan 作者单位：江苏省交通科学研究院,江苏南京,210017刊 名：现代交通技术英文刊名：MODERN TRANSPORTATION TECHNOLOGY年，卷(期)：6(3)分类号：U445.71关键词：桥梁工程 宽空心板梁 桥梁病害 加固设计 bridge engineering wide hollow slab beams reinforcement bridge disease reinforcement design

篇2：小运河桥宽空心板梁病害分析和加固设计

在对旧桥维修、加固和改造的工程实践中,国内外工程技术人员针对各种桥型,创造和总结出多种切实可行的加固方法。本文以宁通公路小运河桥为背景,通过对钢筋混凝土空心板梁的病害检测调查,分析了其主要病害包括裂缝、横向联结破坏及钢筋锈蚀等的成因,并针对病害进行了相应的加固设计,为今后类似的老桥加固提供了参考。

1 工程概况

宁通公路扬江段小运河桥建成于1992-06,按双向4车道一级公路技术标准设计,车辆荷载等级为汽车—20级、挂车—100,桥梁全宽23.5 m,分上、下行2幅布置,中央设分车道。上部结构采用7×13 m简支钢筋混凝土空心板梁,桥面连续,梁宽1.6 m,参照JT/GQS023-80标准图设计,桥面铺装采用10 cm厚30#混凝土;下部结构为双柱式墩台,钻孔灌注桩基础,墩、台桩径分别为Φ1.20 m、Φ1.30 m。小运河桥的立面图、横断面图见图1、2。

通过对小运河桥的检测发现,该桥上部结构主要承重构件板梁和桥面混凝土存在较为严重的问题,为了保证桥梁的行车安全性和结构耐久性,决定对其进行加固维修。

2 桥梁主要病害检测及分析

依据相关规范,对宁通公路扬江段小运河桥作详细的技术状况调查,查明病害和缺陷状况。检测内容主要包括:结构混凝土强度检测、保护层厚度检测、裂缝检测、钢筋位置检测、钢筋锈蚀检测及桥面铺装层检测等。限于篇幅,本文仅介绍其中的裂缝检测和钢筋锈蚀检测。

2.1 裂缝检测

混凝土结构最重要、最典型的病害主要是裂缝,因此现场检测小组重点对该桥的裂缝形状、位置、宽度、长度和深度等进行详细的调查和检测。通过检测发现桥梁桥面多处有明显纵向、横向和网状裂缝,导致桥面渗水严重,对板梁也造成了损害;部分板梁的铰缝连接失效,板梁铰缝处对应的桥面有明显纵向裂缝,出现明显的单板受力状态;大部分板梁均不同程度存在较为明显的纵向、横向裂缝,且内部钢筋锈蚀较为严重。部分裂缝分布及宽度见图3～图5。

2.2 钢筋锈蚀检测

选取上行线第1跨第3片板梁为测试对象(现场观测该片板梁的病害形式比较典型),在选取测试区域时以混凝土腐蚀情况比较严重的区域为中心,沿纵桥向每隔15 cm取一个测点,沿横桥向每隔15 cm取一列,在此区域内测得各测点的电势值。通过检测分析,绘制三维空间图来比较直观地表现该区域钢筋发生锈蚀的可能性。如图6所示,3#板外侧边缘向内30 cm和110 cm处各有一条锈蚀带。

为进一步了解板梁裂缝处内部钢筋锈蚀程度,现场选取了上行线第1跨3#梁和上行线第7跨4#梁这2片梁底纵向裂缝比较明显的梁作为检测对象,经凿开梁底发现这2片梁内的钢筋明显锈蚀。

针对小运河桥的主要病害进行成因分析:

(1)交通量的大幅增长,重型车辆增多,该桥原设计的荷载标准已不满足实际情况需要,在长期重荷载条件下,板梁之间铰缝混凝土易松散脱落,造成横向联结破坏,使得单块空心板单独承受车轮荷载,使其与两侧板梁之间形成上下错动,并导致相应位置的混凝土铺装层出现纵向裂缝;同时由于板梁预制时芯模上浮,导致顶板厚度变薄,加之桥面铺装仅为10 cm厚水泥混凝土,在较大车辆冲击作用下,桥面易出现裂缝,如图3所示。

(2)由于单板横向较宽,而板梁间的铰缝破损严重,相应位置的桥面铺装出现纵向裂缝,横向传递内力的能力很弱,作用在桥面上的荷载很少部分传递到全桥,轴载基本直接传递至相应位置板梁上,这时板梁受力必将加大,在重载长期作用下板梁变形将超过正常的工作状态要求,同时由于空心板梁在梁底空心薄弱处的混凝土厚度较薄,因此在板梁底相应位置易出现较大纵向裂缝,行车道部位的板梁病害则尤为严重,如图4所示。

另外,由于桥面铺装层存在大量裂缝,在桥面泄水孔堵塞的情况下,水极易通过裂缝进入板梁对钢筋和混凝土造成侵蚀,钢筋锈蚀膨胀从而导致梁底混凝土沿纵向钢筋出现开裂。

(3)钢筋混凝土空心板梁设计时即考虑带裂缝工作,由于构件受弯而出现横向裂缝,属于正常现象,只要横向裂缝宽度不超过规范允许限值,一般不会引起钢筋锈蚀。但当超载严重时,易出现横向裂缝过大、过密和开裂过高的情况(如图5所示),致使主梁刚度降低,产生其余病害,如梁端转角过大而导致伸缩缝损坏、铰缝间横向弯矩增大更易引起铰缝损坏等。

(4)从小运河桥混凝土强度检测结果(17.5～46.5 MPa)来看,施工质量存在较大的离散性,这与裂缝的分布情况也是相关的。

3 桥梁加固设计

3.1 换梁

对于部分病害较为严重的板梁,其纵向裂缝较宽,并伴有渗漏水现象,裂缝周边混凝土腐蚀、碳化较为严重,内部钢筋又有明显锈蚀,其钢筋不仅有效受力面积减小,且与混凝土的粘结力也会大幅度降低,因此采用换梁的方式处理。全桥需要更换的板梁共有6块,原有板梁混凝土等级较低,部分检测强度不足21 MPa,新换板梁采用C40混凝土。

3.2 裂缝与腐蚀混凝土的处理

对于宽度大于0.15 mm的裂缝,采用低压注浆法进行修补。低压注浆法修补混凝土裂缝采用以下工序:裂缝清理→粘贴注浆咀和封闭裂缝→试漏→配制注浆液→压力注浆→二次注浆→清理表面。对于宽度小于0.15 mm的裂缝,采用涂膜封闭法进行处理。涂膜封闭法修补混凝土裂缝采用以下工序:清扫混凝土表面→刮腻子→涂刷底层涂料→涂刷主层涂料。

对于混凝土腐蚀、碳化比较严重的板梁,应彻底将其凿除干净,并用洗净剂洗清,对锈蚀的钢筋应进行除锈,局部锈蚀比较严重的钢筋应予以截除,并用同类型新钢筋搭接更换,最后采用环氧树脂对凿除部分进行修补[2,3]。

3.3 板梁补强加固

对于纵向裂缝较深(深度大于10 cm)、横向裂缝过多或者混凝土剥落、腐蚀较为严重的板梁,其承载能力较以前有所降低,因此对此类板梁在进行裂缝或混凝土修补后,还需要对其进行加固补强。考虑到碳纤维加固具有施工方便、耐久性好、不影响结构自重等特点[4],故对需加固的板梁采用粘贴碳纤维布的方式进行补强。

该补强加固方式的受力特点是:后加纤维复合材料只承受活载引起的拉应力。在一般情况下,后补强材料的强度不能充分发挥作用,加固构件的破坏由原梁受拉钢筋控制,设计时应考虑分阶段受力的特点。即一期荷载效应(自重及恒载效应)由原梁承担,构件处于弹性工作阶段,截面应力(应变)按材料力学公式计算;二期荷载效应(活载效应)由加固后的截面承担。

计算时抗拉强度设计值取ff=1 400 MPa,Ef=2×105MPa[5]。计算结果表明,当采用粘贴3层(2层纵向,1层横向布设)0.111 mm厚度的碳纤维布对板梁进行加固时,其正截面抗弯承载力可比原设计提高10%。具体加固粘贴方式见图7。

3.4 桥面铺装重新铺设

考虑到原桥面主要病害是开裂和渗漏水,因此,为了改善桥面受力性能,防止桥面渗漏水,使桥面混凝土铺装层与板梁共同受力,从而提高板梁的设计承载力,必须对原桥面铺装进行凿除并重新铺设。

通过对下部结构按原桥10 cm混凝土铺装(工况1)、桥面铺装更换成14 cm混凝土现浇层+6 cm沥青面层(工况2)和桥面铺装更换成14 cm钢筋混凝土铺装层(工况3)3种维修方案(相应作用在盖梁上的恒载分为3个工况)进行验算,立柱和桩基承载力均满足规范要求,但盖梁在恒载和挂车荷载组合作用下,裂缝宽度和承载能力验算均不满足规范要求,但从计算结果来看,桥面铺装更换成14 cm钢筋混凝土铺装所增加的恒载对盖梁的影响不大,其裂缝宽度和承载力验算值基本与原桥一致,见表1、表2。

从上部结构计算结果来看,若将桥面换成14 cm钢筋混凝土铺装层,假定10 cm混凝土铺装参与共同受力,则板梁的承载力可提高约20%(见表3),而自重增加引起荷载作用效应增加仅约5%(见表4),由此可看出,尽管加厚桥面铺装增加了结构自重,但板梁承载力的提高比例明显大于荷载作用效应的增加比例,因此,加厚桥面铺装对提高板梁承载力、改善桥面受力性能是较为有利的。

综上所述,采用适当增厚桥面铺装可起到加固板梁的作用,但桥面铺装不宜过厚,宜控制在14cm以内。

故本次加固设计最终确定:凿除原有桥面混凝土(30#混凝土),清除原有板梁铰缝内填塞混凝土,重新施工铰缝,并铺设14 cm厚C40防水混凝土铺装层,以增加梁的有效高度,提高其承载能力;铺装层内设2层D12钢筋网,可以有效参与荷载的横向分布,改善结构的整体受力性能。桥面铺装具体构造见图8。由于铺装层厚度较原来增加4 cm,桥头处需要进行调坡处理,以保证线形顺畅。

全桥要拆除原护栏和中央分隔带,外侧现浇防撞护栏,内侧安装波形护栏,并对桥面泄水孔重新施工。拆除桥台处原有伸缩缝,重新安装D80型钢组合伸缩缝。

3结论

本文主要分析了小运河桥的病害及成因,并针对病害进行了加固维修设计。加固后运营情况表明,文中的加固方法是非常有效的,提高了小运河桥的整体性能和耐久性能,也为今后的老桥加固提供了参考。

(1)增大桥面铺装层厚度、提高混凝土强度、加强钢筋布置,可以加强桥梁横向整体性,有效提高桥梁的荷载横向分布能力,有助于解决单板受力的病害,同时能增大板梁的有效高度,提高其承载能力。

(2)在板梁底部粘贴碳纤维布,可以提高其承载能力,且该方法施工方便,几乎不增加原结构自重。

摘要：以宁通公路小运河桥为背景,通过对钢筋混凝土空心板梁病害的检测调查,分析了其主要病害包括裂缝、横向联结破坏及钢筋锈蚀等的成因,并针对病害进行了相应的加固设计,为今后类似老桥加固提供了参考。

关键词：桥梁工程,宽空心板梁,桥梁病害,加固设计

参考文献

[1]中华人民共和国交通部,国家统计局.第一二次全国公路普查主要数据公报[R].2002,2.

[2]杨文渊,徐辑.桥梁维修与加固[M].北京:人民交通出版社,1992.

[3]黄侨.公路钢筋混凝土简支梁桥的体外预应力加固技术[M].北京:人民交通出版社,1998.

[4]蒙云,卢波.桥梁加固与改造[M].北京:人民交通出版社,2004.