随着我国经济的快速发展,城市化进程逐年加大,早期修建的城市桥梁或者因为长期使用导致服务性能下降而面临大修,或者因为沿线交通量快速增长而需拓宽改建。因此,城市桥梁维修加固与改造施工是发展的必然结果。那你知道桥梁维修加固的方法有哪些吗?
混凝土结构在常规静、动荷载及次应力下产生的裂缝称荷载裂缝,归纳起来主要有直接应力裂缝、次应力裂缝两种。主要原因:
1、在设计外荷载作用下,由于结构物的实际工作状态同常规计算有出入或计算不考虑,从而在某些部位引起次应力导致结构开裂。例如两铰拱桥拱脚设计时常采用布置“X”形钢筋、同时削减该处断面尺寸的办法设计铰,理论计算该处不会存在弯矩,但实际该铰仍然能够抗弯,以至出现裂缝而导致钢筋锈蚀。
2、桥梁结构中经常需要凿槽、开洞、设置牛腿等,在常规计算中难以用准确的图式进行模拟计算,一般根据经验设置受力钢筋。研究表明,受力构件挖孔后,力流将产生绕射现象,在孔洞附近密集,产生巨大的应力集中。在长跨预应力连续梁中,经常在跨内根据截面内力需要截断钢束,设置锚头,而在锚固断面附近经常可以看到裂缝。因此,若处理不当,在这些结构的转角处或构件形状突变处、受力钢筋截断处容易出现裂缝。
实际工程中,次应力裂缝是产生荷载裂缝的常见原因。次应力裂缝多属张拉、劈裂、剪切性质。次应力裂缝也是由荷载引起,仅是按常规一般不计算,但随着现代计算手段的不断完善,次应力裂缝也是可以做到合理验算的。例如现在对预应力、徐变等产生的二次应力,不少平面杆系有限元程序均可正确计算,但在40年前却比较困难。在设计上,应注意避免结构突变(或断面突变),当不能回避时,应做局部处理,如转角处做圆角,突变处做成渐变过渡,同时加强构造配筋,转角处增配斜向钢筋,对于较大孔洞有条件时可在周边设置护边角钢。
荷载裂缝特征依荷载不同而异呈现不同的特点。这类裂缝多出现在受拉区、受剪区或振动严重部位。但须指出,如果受压区出现起皮或有沿受压方向的短裂缝,往往是结构达到承载力的标志,是结构破坏的前兆,其原因往往是截面尺寸偏小。根据结构不同受力方式,产生的裂缝特征如下:
1、中 心受拉。裂缝贯穿构件横截面,间距大体相等,且垂直于受力方向。采用螺纹钢筋时,裂缝之间出现位于钢筋附近的次裂缝。
2、中 心受压。沿构件出现平行于受力方向的短而密的平行裂缝。
3、受弯。弯矩截面附近从受拉区边沿开始出现与受拉方向垂直的裂缝,并逐渐向中和轴方向发展。采用螺纹钢筋时,裂缝间可见较短的次裂缝。当结构配筋较少时,裂缝少而宽,结构可能发生脆性破坏。
4、大偏心受压。大偏心受压和受拉区配筋较少的小偏心受压构件,类似于受弯构件。
5、小偏心受压。小偏心受压和受拉区配筋较多的大偏心受压构件,类似于中 心受压构件。
6、受剪。当箍筋太密时发生斜压破坏,沿梁端腹部出现大于45°方向的斜裂缝 当箍筋适当时发生剪压破坏,沿梁端中下部出现约45°方向相互平行的斜裂缝。
7、受扭。构件一侧腹部先出现多条约45°方向斜裂缝,并向相邻面以螺旋方向展开。
8、受冲切。沿柱头板内四侧发生约45°方向斜面拉裂,形成冲切面。
9、局部受压。在局部受压区出现与压力方向大致平行的多条短裂缝。
桥梁结构加固的工作程序为:
桥梁检定——确定加固方案——施工图设计——施工组织设计——施工一一工程验收。对桥梁结构加固方案的选择十分重要,方案的优劣不仅影响资金的投人,而且将影响桥梁加固的质量。合理的加固方案应该达到加固效果好,对使用性能影响小,技术可靠,施工简便和经济合理。
对于产生裂缝的桥梁,要恢复桥梁结构的耐久性以及防水性能,就要对混凝土裂缝进行填充,所要用到的技术方法有以下几种:
(1)表层修补法。当出现较小的桥梁裂缝时,可采用对裂缝表层涂抹防水涂料及填料的方法进行处置,从而增强裂缝桥梁的耐久性及防水性。如果出现较大的裂缝,且裂缝有不断扩张的趋势,则要选择伸缩性强的材料对其进行修补。
(2)注浆法。注浆法是指当桥梁出现裂缝时,在桥梁裂缝中填充水泥或树脂类物质,以此来增强桥梁的耐久性及防水性能。通常可选用的首要材料为:环氧树脂。在修复时,应选择低速低压式注入法。钢钉与环氧树脂注入法一起运用的话,可大大增强桥梁裂缝方位的整体性,是一种避免裂缝恶化的好办法。
(3)填充法。在对桥梁维修加固时,裂缝填充法是适合修复大裂缝(0.3mm)的办法,作业简单,费用低。宽度小于0.3mm,深度较浅的裂缝、以及小规模裂缝的简易处理。在具体操作中应沿着桥梁裂缝凿出一条深槽,然后在深槽中填充各种粘性材料。例如沥青、环氧树脂、膨胀水泥、水泥砂浆及多种化学加固剂等。
(4)喷涂法。喷浆修补法是指,在对桥梁裂缝进行凿毛处置后,在其表层涂抹粘度高且密实的水泥砂浆,以维护裂缝的修补办法。需要警惕的是,在喷浆之前,要将裂缝表层的剥离物清除,再用干净水洗清洗,在喷浆前必 须要将基层洒水湿润然后再喷浆,这样浆液轻易就能粘附在裂缝表面,起到非常好的防护作用。
(5)粘结钢板法。当桥梁的钢筋构建呈现应力裂缝时,进行桥梁加固和维修时,应先对裂缝进行处置,再在裂缝处贴上粘结板,并使用膨胀螺栓对钢板进行加固,这里要强调的是,钢板的粘贴方向要与裂缝保持垂直。结构加固技术对桥梁结构的加固技术有:外部粘贴、加大截面、增设纵梁、改动规划以及外部应力等加固法。
直接涂胶粘贴钢板宜使用锚固螺栓,锚固深度不应小于6.5倍锚栓直径。锚栓布置的间距应满足下列要求:锚栓中 心大间距为24倍钢板厚度;小间距为3倍锚栓孔径。锚栓中 心距钢板边缘大距离为8倍钢板厚度或120mm中的较小者。小距离为2倍锚栓孔径。锚栓用于钢板定位或粘贴加压,不以上面叙述限制。
对板应在延伸长度范围内通常设置垂直于受力钢板方向的压条。压条应在延伸长度范围内均匀布置,且应在延伸长度的端部设置一道。钢压条的宽度不应小于受弯加固钢板宽度的3/5 ,钢压条的厚度不应小于受弯加固钢板厚度的1/2。
对梁,应在延伸长度范围内均匀设置U形箍(图9.6.3),且应在延伸长度的端部设置一道加强箍。U形箍的粘贴高度应为梁的截面高度;梁有翼缘,应伸至其底面。U形箍的宽度,对端箍不应小于加固钢板宽度的2/3,且不应小于80mm;对中间箍不应小于加固钢板宽度的1/2,且不应小于40mm,U形箍的厚度不应小于受弯加固钢板厚度的1/2,且不应小于4mm。U形箍的上端应设置纵向钢压条;压条下面的空隙应加胶粘钢垫块填平。
(6) 混凝土因碱骨料而开裂的裂缝修补
因碱骨料反应产生的裂缝,一般为延伸性的,特别是钢筋用量较少时,对膨胀的约束较小,于是裂缝宽度显著变大。
此类裂缝特点:
1)如果混凝土不受约束(无筋或少筋)的情况下,碱骨料反应裂缝呈网状(龟背纹),裂缝网接近六边形,裂缝从网结点三分岔开,夹角约120°,在较大的六边形之间还可以再发展出小裂缝。
2)当碱骨料反应受到钢筋或外力的约束时,其膨胀力将垂直于约束力的方向,而膨胀裂缝则平行于约束力的方向,出现顺筋裂缝。
3)大体积无筋混凝土的碱骨料反应膨胀裂缝的深度可达数十厘米。
4)钢筋混凝土的碱骨料膨胀裂缝的深度一般不会超过保护层厚度,宽度多为(0.3~0.5)mm。
5)碱骨料反应裂缝通常伴随有渗出物,多为半透明的乳白色或黄褐色,有时也呈茶褐色或黑色。
(6)与收缩产生的网状裂缝有相似处,但收缩裂缝出现的时间较早,多在施工后若干天内。而碱骨料反应裂缝则出现较晚,多在施工后数年甚至10~20年后。
对这种裂缝,可以注入环氧树脂或涂抹防水材料,防止水分由外部浸入,从而控制碱骨料反应。
在日常养护工作时,为保证桥梁的安全性,需要经常进行桥梁维修加固来满足其使用功能并延长其使用寿命。