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空心板橋病害原因、加固設計解讀,好好看有用!

發布日期:2020-03-17 11:41:49 瀏覽量:248

空心板病害原因分析:

空心板梁的病害不是獨立的,而是相互影響、相互制約的。譬如最常見的病害支座脫空危害較大,支座脫空勢必造成其他支座反力增大,超過支座承載能力,易引起支座本身的損壞;支座脫空會大大增加板梁橫向彎矩,易引起板梁板底縱裂;支座脫空對鉸縫的工作狀況會產生不利影響,會加劇鉸縫損壞,進而會形成單板受力,最終造成對板梁本身的損傷。


1、設計原因

對鉸縫的驗算理論不完善,原設計中采用鉸接板理論計算鉸縫剪力較實際作用偏小忽略了鉸縫與預制空心板接觸面之間的粘結作用。

空心板鉸縫破損引起的“單板受力”問題是空心板簡支梁橋最常見同時也是最致命的病害。這一病害不僅直接導致梁體開裂,降低結構的承載能力與耐久性,同時還會引起和加速橋梁其他病害的產生和發展。

在我國,目前還沒有明確規定鉸縫如何進行抗剪計算,在以往的計算中,通常是以將鉸縫混凝土看作圬工材料,按圬工結構(《圬工規范》)直接受剪來計算鉸縫抗剪強度。由于《圬工規范》未考慮鉸縫屬于先后澆混凝土粘結,導致鉸縫抗剪承載力計算值往往遠遠大于其設計值。


2、施工原因

鉸縫淺而窄,不利于鉸縫混凝土的振搗,導致混凝土不密實,強度達不到要求。

板梁鉸縫接觸面混凝土未進行粗糙處理,或鑿毛后沒有清除松動混凝土塊,從而降低了預制板與鉸縫混凝土間的粘結強度。

鉸縫混凝土澆注前,應將梁體側面濕潤,否則新老混凝土接觸面粘結性能較差。


支座安裝不平導致支座脫空,形成“三條腿”現象。車輛通過時造成空心板的振動,使鉸接縫混凝土處于很不利的受力狀態,久而久之,鉸接縫混凝土逐漸破碎脫落。

施工時對整體化層內的鋼筋網位置控制不準等原因對鉸縫也有不利影響。


3、運營因素

重載運輸現象越來越嚴重,重載車輛對小跨徑橋梁的影響尤為顯著。

板梁損傷降低板梁剛度,又會反過來影響荷載的橫向分布,從另一方面增大鉸縫的內力行車軌跡固定,車輛荷載的反復作用下某些預制板鉸縫更易發生疲勞破壞。

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鉸縫病害:鉸縫開裂、脫落等病害的產生原因可主要歸結于計算理論、設計因素、施工因素、其它因素。

計算理論方面。鉸接板計算理論假設豎向荷載作用下鉸縫只傳遞豎向剪力,然而空心板鉸接縫處受力復雜,用傳統的鉸接板計算理論不能滿足目前交通運輸發展下橋梁的使用要求。

設計方面。計算理論方面的不足直接影響了空心板橋鉸縫結構的設計。鉸縫結構尺寸偏小,縫間連接鋼筋薄弱,設計中沒有足夠重視新舊混凝土之間的粘結力弱化問題均會導致鉸縫病害的產生。

施工方面。施工隊伍普遍對鉸縫不夠重視,不能做到嚴格按照規范和施工工藝的相關要求進行施工。鉸縫混凝土振搗不密實,鉸縫內鋼筋保留不全,鉸縫底部用布條、麻布等雜物填充,沒有澆筑鉸縫砂漿等,均會導致鉸縫混凝土強度達不到設計要求。澆注鉸縫混凝土前對空心板側沒有認真鑿毛,不仔細清除鑿毛產生的松動混凝土塊,或是沒有將板側進行灑水濕潤,都會降低新舊混凝土之間的粘結能力。

此外,超載車、地震、下部結構不均勻沉降等其他非正常原因也能導致鉸縫的破壞。唐先習通過試驗分析得出超載車輛產生的疲勞作用會對鉸接板結構產生較嚴重的破壞。在大幅值疲勞荷載作用下,深鉸縫的應用性能要好于淺鉸縫。

空心板裂縫:空心板常見病害形式之一為正彎矩處的橫向裂縫,主要是由于梁板之間的橫向聯系破壞,車輪荷載不能得到有效傳遞,導致單塊空心板承受的車輪荷載作用大于設計荷載而開裂。

橋面系病害:橋面鋪裝既保護行車道板不受車輛直接磨損、防止板遭受雨雪侵蝕,還起著分布車輪荷載的作用,對荷載的橫向傳遞有利,橋面鋪裝產生裂縫或損壞必然會影響板的受力。橋面鋪裝發生不同程度的裂縫或損壞的原因,可分為設計因素和施工因素。

設計因素包括:橋面鋪裝層設計理論不足;荷載因素考慮不充分;橋面鋪裝層混凝土強度不足;橋面鋪裝層厚度局部偏薄;橋面鋪裝層配筋偏小;排水設計不合理;橋面板剛度不夠等。

施工因素包括:橋面鋪裝層與梁板粘結不好;橋面鋪裝層鋼筋網定位不準確;橋面鋪裝層混凝土施工控制不嚴格;橋面鋪裝層特殊位置處理不當,如施工縫、伸縮縫以及橋梁拓寬改建時新老橋交界處;橋面鋪裝層混凝土養護較差;橋面防水層的影響等。

鋪裝縱向開裂機理:運營期間縱向開裂主要原因為橋面溫度應力和荷載應力疊加造成;施工期間縱向開裂是溫度應力和微差收縮應力疊加造成。橋面鋪裝縱向開裂是由于空心板橋的橫向剛度較小,板間橫向傳力靠鉸縫和鋪裝層共同承擔。在行車荷載作用下,板縫間鋪裝層受彎剪作用,且以抗剪為主。受長期重復荷載的作用,橋面鋪裝極易發生疲勞破壞,沿板縫縱向開裂。當橋梁承受超限車載時,主板撓度進一步加大,從而加劇橋面鋪裝的縱向開裂。

整橋病害:鉸縫是板間傳遞內力的關鍵構件。鉸縫損壞會大大削弱板間的橫向聯系,進而增大板受力,最終形成單板受力狀態。

橋面鋪裝既保護行車道板不受車輛直接磨損、防止板遭受雨雪侵蝕,還起著分布車輪荷載的作用,對荷載的橫向傳遞有利,橋面鋪裝產生裂縫或損壞必然會影響板的受力。

空心板承受外荷載作用離不開下部結構的支撐,是支座將上部結構荷載傳遞到下部墩臺,支座的損傷會導致橋梁受力狀態的改變。

除了以上原因,超載因素和行車軌跡過于規則也是導致空心板各個病害產生的重要原因。從現實的交通狀況看,實際行駛的重載車輛普遍存在超載運輸現象。據調查,高等級公路上空心板橋損壞情況較一般等級公路嚴重。盡管高等級公路采取了限制措施,在利益驅動下仍有重載車選擇夜間行駛。超載車輛載重大、車速慢,形成“重車集中、成串通行”現象,給橋梁和路面造成嚴重的損壞。車輛荷載在小跨徑橋的荷載總效應中所占比例遠大于大、中橋,所以超載對小跨徑空心板橋尤為不利。高等級公路,尤其是高速公路對行車道的劃分,使車輛行駛軌跡具有規律性。重車一般行駛在靠右側的行車道上,大大提高了若干空心板塊承受重車荷載的機率,致使這些板塊間的鉸縫更容易發生破壞,各支座壓縮變形不均勻。



國內外空心板橋加固技術

1、體外橫向預應力加固

體外橫向預應力加固原理為通過施加橫向預應力使橋板橫向下緣混凝土處于受壓狀態,平衡了橫向彎矩,消除了應力集中的薄弱環節,空心板間可以同時傳遞豎向剪力和彎矩,變鉸接板結構形式為剛接板結構形式,以增強裝配式板橋的橫向聯結能力,改善了橋梁的橫向分布,從而可提高裝配式板橋的承載能力。近年來,體外橫向預應力加固法在空心板橋的加固中應用逐漸增多。

體外預應力加固法作為一種主動加固方法,不存在應力滯后現象,保證了空心板間整體協同工作。采用該法對空心板橋進行整體性加固,同樣存在一定缺陷。這些缺點在一定程度上限制了體外預應力的應用。

①橫向預應力法加固改變了裝配式空心板梁橋結構的受力體系(鉸接變剛接),增大了橫向彎矩,導致板梁原有底板縱向裂縫的加劇和新縱向裂縫的出現。

②需要通過增加配筋或特殊措施來克服張拉體外預應力時錨固區產生的局部應力。

③本加固方法有的需在板梁上打孔,穿預應力束,會破壞原有結構。

④加固時需要可靠的錨固條件,預應力筋的防腐成本高,且技術難度大,施工工藝較為繁瑣。

⑤預應力張拉和使用過程中的預應力損失、預應力筋變形量的確定較為復雜。

2、橋面補強層加固

橋面補強層加固,即通過加強橋面鋪裝層結構強度,采取措施使原橋跨結構與鋪裝層形成整體,增大主梁有效高度及抗彎能力來改善行車條件和橋梁橫向分布荷載能力。

橋面補強層加固有如下特點:

①施工時需鑿除原有橋面鋪裝,同時考慮到新舊混凝土相結合,新澆混凝土的干燥收縮影響等,尚需設置連接鋼筋和鋼筋網;

②橋面補強加固后,自重增加,承載能力提高不顯著,此法利于在抗壓截面較小的場合使用。

③該法能提高鉸縫的工作性能,改善空心板橋荷載的橫向分布,提高橋梁的整體受力效果。

除非空心板鉸縫破壞病害十分嚴重,對于只是提高空心板橋橫向整體性的加固而言,不宜單獨采用橋面補強層加固。采用本方法加固時應視加固效果、受力分析來考慮是否配合其他的加固方法,以達到整體性和承載力均提高的效果,不推薦單獨使用。

3、橫向粘貼鋼板加固

橫向粘貼鋼板加固是用粘結劑及錨栓把鋼板粘貼錨固在混凝土結構的薄弱部位,將鋼板與被加固的混凝土結構形成整體,可以提高結構承載力、剛度及延性。

工程上較為成熟的粘貼方式有兩種,一種是橫橋向通長整體粘貼,一種是將鋼板橫橋向垂直粘貼錨固在空心板鉸縫處,使相鄰空心板共同受力。

橫向粘貼鋼板加固法對交通影響小、不改變原結構尺寸、技術可靠、工藝成熟且短期加固效果好。同時也存在以下缺陷:

①在短期內本加固方法鋼板粘結較為牢固,鋼板通過粘鋼膠與板梁共同受力。在汽車荷載的長期反復作用下,鉸縫兩側板梁容易發生豎向變位,進而引起鋼板的錯動,造成鋼板的剪切破壞、錨固失效及脫落。若鉸縫存在滲漏水現象,鋼板的剝離脫落速度將更快。

②采用本加固方法增加了加固后的鉸縫傳遞橫向彎矩的能力,但在荷載反復作用下容易導致板梁出現新的底板縱向裂縫或加劇原有縱向裂縫病害。

③為了加強鋼板與空心板的連接,一般需要在空心板表面鉆孔,因而會造成空心板的損傷。

④由于橋梁加固通常是在不卸載的情況進行,故鋼板在受力過程中存在著應力滯后現象。加固前原結構已存在一定應力,而所粘貼的鋼板僅在加荷載后才產生應力。

⑤另外,粘貼鋼板錨固結點的處理比較困難,鋼板防腐的成本高,施工工藝亦較為復雜。

4、去梁增肋加固

去梁增肋加固法是針對多梁式橋梁提出的一種新穎的體系加固法,加固思路是:去掉個別(1或2片)損傷較嚴重的空心板,剩余空心板維修后在原橋梁寬度范圍內重新間隔排列,利用舊板之間的空間新增預應力混凝土梁肋,新增梁肋內布設鋼鉸線和普通鋼筋,與舊板共同承擔荷載。

①去梁增肋加固法由于增加了材料用量,施工時要起吊梁板,工程量稍大。

施工技術難度小,改善了舊梁板的橫向分布,新增的預應力混凝土梁肋對原結構整體剛度和承載力都有明顯提升。

③舊板吊起后可以進行檢查維修,加固方法可靠易行,在舊板裂縫嚴重的情況下是較為適宜的加固方法。

5、Π形鋼板加固

Π形鋼板加固板梁是一項新型加固技術,它是指沿空心板縱向利用Π形鋼板將相鄰空心板連接起來,Π形鋼板與空心板之間采用膠粘劑、膨脹螺絲連接,進而可以把荷載傳遞到鋼板,使鋼板與空心板協同工作。這種加固方法充分發揮了鋼的材料特性,混凝土主梁的剛度與強度得到了提高。該加固方法施工快速簡便、經濟可靠,并能有效提高主梁的抗彎、抗剪能力。

底部采用Π形鋼板加固后橋梁的整體性都得到了大大的加強,各項受力情況都有所降低。利用ANSYS程序對Π形鋼板加固法進行有限元數值模擬,在提高橋梁承載力方面可以得出以下結論:

①Π形鋼板加固能提高主梁抗彎剪能力,有效地控制梁的彎曲變形與主應力。在同樣的用鋼量條件下,Π形鋼板加固加固效果高于粘貼鋼板加固。

②Π形鋼板其他尺寸不變,隨著肋板高度變化,加固主梁的最大豎向撓度、最大壓應力均呈線性變化,可以根據工程需要,利用簡單的數學插值計算,即可得出所需的肋板高度。

③同樣的用鋼量條件下進行主梁Π形鋼板加固,提高主梁抗彎剪能力,肋板高度比肋板厚度起的作用大;增大板肋板高度加固效果高于增大肋板厚度。

Π形鋼板加固不僅能改善橫向聯系,提高橋梁整體性,還能提高空心板橋受力性能,在今后空心板橋加固設計中可以作為一種可行的加固方案予以考慮。

6、縱向粘貼加固

縱向粘貼加固法常用的加固材料為鋼板和纖維復合材料,國內還開展了粘貼竹片加固空心板的試驗研究。縱向粘貼加固材料可提高空心板的承載能力。粘貼鋼板的加固方法的施工工藝及優缺點與橫向粘貼鋼板大致相同,不再詳細介紹。

粘貼纖維復合材料加固法是用專門配置的粘貼樹脂或浸漬樹脂將具有高彈性模量或高強度的纖維復合材料粘貼在橋梁混凝土構件表面,使復合材料與原構件形成整體,目前常用的纖維復合材料為CFRP(Carbon FiberReinforced Polymer/Plastic,碳纖維增強復合材料)。研究人員通過空心板試驗、 數值模擬、理論分析證明,粘貼纖維復合材料加固空心板可有效提高截面抗彎承載能力,尤其是構件的屈服荷載和極限荷載顯著提高,對鋼筋混凝土構件耐久性也有重要作用。





文章來源: 永年加固公司
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