粘钢工艺在桥梁加固工程中的应用

当前，我国专养公路桥梁大部分修建于上世纪60至80年代。随着我国公路交通运输业的迅猛发展，交通量和重载车辆不断增加，许多桥梁原设计承载能力已远远不能满足目前交通的需要，各种病害相继出现。因此，如何通过分析病害原因，采取相应的加固及改造技术措施，是危桥改造的一项课题。
　　1　粘钢加固的特点
　　粘钢加固的方法就是在(钢筋)混凝土构件表面用特制的结构胶粘贴钢板，以提高构件承载能力及耐久性等功能的一种结构加固方法。此方法在建筑结构加固工程中应用较多，近年来在桥梁加固工程中也逐渐得到应用。粘钢加固的方法具有如下的特点:
　　（1） 施工工艺简单，施工速度快，对交通影响较小，同时对结构物的外形几何尺寸改变较少或不改变外形几何尺寸。
　　（2） 施工时产生的污染和噪音较小，对生产和生活基本没有影响。
　　（3）此方法能适用于多种桥梁结构及不同的结构部位。
　　 粘钢加固的方法在桥梁加固工程中具有特殊的工程特点:
　　（1）在桥梁加固过程中，桥梁结构除主要承受恒载外，承受的汽车、日(年)温度(周期性)动荷载也占相当大的比重，需要经过桥梁检测和结构计算确定粘钢加固所承担的荷载量。
　　（2）粘钢加固的方法对结构的环境有一定的要求，一般适用于环境温度不超过60℃，相对湿度小于70%的环境空间。桥梁工程结构物一般在野外，环境比较恶劣，需要采取防腐蚀等保护措施。
　　（3）被加固桥梁构件部分卸载需要经过结构计算分析。
　　（4）粘钢加固的方法对结构的混凝土强度等级有一定的要求，早期修建的桥梁结构有的构件混凝土强度等级偏低。
　　2 粘钢加固材料其主要技术指标
　　粘钢加固的方法本身在桥梁加固过程中所用的主要材料有钢板、胶粘剂，辅助的材料有(膨胀)螺栓等。
　　2.1 钢板
　　钢板一般选用Ａ3钢板，工业中常用的3号钢或者16Ｍｎｑ钢板均可，厚度一般在2~6ｍｍ之间，可根据工程实际需要设计确定，特殊情况时可适当加厚，材料的各项性能指标应符合相应行业及有关规范的要求。
　　2.2 粘胶剂
　　粘胶剂目前种类很多，主要有ＪＧＮ(中科院大连化学物理研究所)、ＹＪＳ-1(冶金建筑研究总院)、ＥＴ(苏州混凝土制品研究所)、ＷＳＪ(武汉水利电力学院)等系列产品，各种粘胶剂的各项性能指标可查阅相关书籍或者直接向有关企业索取，其中特别的是ＪＧＮ系列中的ＪＧＮ-(Ａ) 粘胶剂是专为桥梁动(周期性)荷载而研究设计的产品，尽管其抗疲劳等性能需在工程实践中检验，但它的出现仍必将促进粘钢加固方法在桥梁加固工程中的应用。在桥梁加固工程中应根据工程的不同特点和部位选择不同品种的粘胶剂。
　　3 粘钢加固方法的设计理论
　　针对桥梁加固工程应注意如下几点：
　　（1）由于粘钢加固的破坏要求发生在混凝土上，因此粘贴钢板所分担的荷载应有一限值，且应考虑与结构中原承载部分(钢筋)共同受力。
　　（2）桥梁结构构件几何尺寸比较大，计算中必须全面、正确地计算荷载及钢板的各项取值。
　　（3）必要情况下，预应力混凝土桥梁加固时，如果粘钢加固的范围较大或者跨越不同的结构体系，尚应考虑混凝土收缩等的影响。
　　（4）粘钢加固时如对原结构有破坏，应对结构整体和局部构件进行强度及稳定验算。

　　 4　粘钢加固方法的施工工艺
　　 4.1 粘钢加固方法的施工工艺
　　粘钢加固方法的施工工艺由如下主要工序组成：
　　（1） 混凝土和切割好的钢板表面处理；（2）被加固构件卸荷。
　　（3） 粘胶剂配制并涂敷胶。（4） 固定钢板并加压、固化。
　　（5） 卸支撑检验。⑥防腐处理。
4.2桥梁工程上应用注意点
　　（1） 桥梁加固工程中结构构件几何尺寸较大，因此在混凝土表面处理过程中应严格保证构件表面平整，并且构件表面凿毛凹凸程度应尽量一致，如挂梁的牛腿部位等，构件表面凿毛选用一字形刀刃式凿具较合适。
　　（2）桥梁粘钢加固的范围一般较大，多采用5~15ｃｍ的长钢板条，切割钢板时必须采取措施保证钢板条整齐、无毛刺、反口、缺肉及翘曲等缺陷，必要时优先采用精密切割或者自动、半自动切割，实际操作时顺钢板长条方向间断切割的方法能比较有效地防止翘曲的发生。钢板条加压后(采用膨胀螺栓等方式)必须使钢板条保持平整，防止初变形，当钢板条不平整时，宜重新凿毛修整混凝土表面，尽量避免用胶粘剂找平。
　　5 粘钢加固方法中混凝土被加固构件的卸荷
　　在桥梁粘钢加固设计施工中，混凝土被加固构件卸荷设计及施工技术必须引起高度重视。卸荷的目标应使粘贴钢板无论是临时措施还是永久受力构件均应达到设计目的，同时保证结构的稳定。桥梁工程卸荷常用方法如以下所示:
　　5.1 简支梁结构
　　简支梁卸荷一般在梁板跨中设一个支点，施工时要在支顶点设置承托，条件不具备时也可设置两个支点，但由于采用两个支点时设备一次投入多，对于宽桥尤其如此，设计施工技术要求比较高，应尽量避免使用。
　　5.2 连续梁及悬臂构件
　　连续梁及悬臂结构构件卸荷比较复杂，工程实践中经常遇到的有箱梁悬臂卸荷及桥墩上桥梁横、纵桥向墩顶卸荷等。总之，桥梁工程采用粘钢加固时结构构件卸荷必须针对实际情况采取合适的方法安全、科学地进行，尤其要对支架顶力、梁体变形等进行周密、准确的计算。当桥梁有纵、横向预应力时，更应注意安全。
　　6　工程实例
　　6.1 工程概况
　　该桥梁为简支板梁桥，位于国道G316线K359+205处，桥长17.0m，桥净跨长8.0m，桥面宽度为净—9.0m+2×0.75m。设计荷载为汽—15，挂—80。桥梁上部构造为0.45m高的现浇钢筋混凝土简支板，下部构造为：浆砌块石基础及重力式“U”型桥台。
　　6.2 主要病害现象及原因分析
　　在长期的运营过程中，由于受车辆的荷载作用和超重车的影响，桥梁的行车道板和桥面系损坏严重。病害现象如下：
　　（1）简支板梁中部纵向开裂，最大裂缝宽度达到1.0cm；部分钢筋外露、锈蚀。
　　（2） 桥面铺装纵横向多处开裂，桥面铺装左右半幅现浇接缝处局部出现破碎现象。
　　（3）两桥台搭板多处断裂、下沉，造成桥台跳车，车辆过桥冲击响应较大，并影响行车安全。
　　6.3 加固措施及设计方案
　　经评定，该桥为四类危桥。桥梁的受力构件存在较为严重的病害，直接影响结构的强度和桥梁的承载力，必须采用加固措施，以保证桥梁结构安全和公路畅通。针对桥梁的病害特点，采用以下加固方法。
　　 6.3.1 简支板梁加固
　　（1）混凝土粘贴面处理：采取梁底板粘贴钢板，在全板的中部及板的两端1/3处梁底粘贴厚0.5cm宽25cm的钢板，并压浆加固。加固构件粘贴面处理是最关键工序，首先在混凝土粘贴面用角磨机将表面松散浮渣磨去，再用硬毛刷粘洗涤剂洗刷表面，待完全干后即可。
　　（2）钢构件加工：钢板采用3号钢，板厚0.5cm宽25cm。钢板、焊缝的质量检验应符合规范要求，加固构件加工要保证钢板切割边缘表面光滑，无毛刺、咬口及翘曲等缺陷，钢板接长的焊接需在平台上进行整形找平，钢板黏合面用喷砂、砂布或平砂轮打磨，直至露出金属光泽。打磨按要求保证一定的粗糙度，打磨纹路应与钢板受力方向垂直，其后用脱脂棉粘丙酮或酒精擦拭干净。钢板外露面必须除锈至呈现金属光泽并保持干燥；
　　（3）粘胶剂的配制：粘胶剂应满足设计要求的各项力学指标和耐久性要求。本工程粘胶剂采用触变性双组份环氧树脂胶料。甲组份为粘稠膏状物，乙组份为固化剂。使用时在施工现场临时配制，配制严格按产品使用说明书规定进行。每次配胶量以一次用完为准，一般不超过10kg。施工配制时，按选定配比秤量，将甲、乙两组分倒入干净容器内，用搅拌器进行搅拌，拌至干稀色泽完全均匀为止。粘胶剂配制的施工环境温度宜选在10—30℃之间。
（4） 涂胶、粘钢、固定、加压、固化： 粘胶剂配制好后，用抹刀涂抹在已处理好的板面上，为使胶能充分浸润、渗透、扩散、粘附于结合面，先用少量胶于结合面来回刮抹数遍，再添抹至所需厚度（1~3mm），中间厚，边缘薄。涂胶完成后，立即将钢板贴于预定位置，钢板粘贴后，用手锤沿粘贴面轻轻敲击钢板，如无空洞声，表示已粘贴密实，否则应剥下钢板，补胶，重新粘贴。钢板粘贴好后立即用预埋螺栓卡具、支撑等固定，并适当加压，以使胶液刚从钢板边缘挤出为度，若有局部不贴合处可用木楔打入，将钢板与混凝土表面压实。粘胶剂在常温下固化，24h即可拆除夹具或支撑，三天即可受力使用。本工程施工环境温度约为15℃，粘胶剂自然固化。涂胶施工前先将钢板与混凝土粘贴面作予贴实验，防止涂胶后两贴面不合，尺寸不符等因素，造成胶粘剂放置时间过长固化。夹具或支撑的间距及加压施力的大小，根据粘贴面的平整程度具体确定，以钢板与混凝土表面压实，胶层均匀、饱满并保持适当压力为好，胶的时限较强，使用前进行现场试配，根据当时施工现场气温条件对有效时间长短作适当调整。采用植筋法安装螺栓加固，螺栓用φ22钢筋加工，钻孔间距为100cm。当钻孔与钢筋位置冲突时，适当调整孔位，并按调整孔位安装钢板，粘贴钢板端部锚固至关重要，粘贴钢板端部锚固分为粘贴钢板自身的端部锚固和粘贴钢板端部与其它构件的锚固，是保证粘贴钢板正常工作的关键。裂缝处用骑马钉加固，骑马钉用φ25钢筋加工，间距为40cm，同时用环氧砂浆封缝，压浆处理，压浆机压力控制在2.0MPa以内。（见图1）

　　 （5）质量检验：加固构件的粘钢质量，现场采用非破损检验。即外观检查钢板边缘溢胶色泽，硬化程度，以小锤敲击钢板，检验钢板的有效粘结面积，锚固区有效粘结面积不应小于95%，非锚固区有效粘结面积不应小于70%。
　　（6） 防腐处理：采用防锈漆对加固用钢板涂抹三遍进行防腐处理，涂抹面应均匀。
　　
　　6.3.2上部结构改造
　　凿去全桥桥面铺装层和两侧人行道、桥栏杆，挖除桥台搭板并作以下处理：
　　（1） 桥面铺装改用聚丙烯纤维钢筋混凝土，桥栏杆改为现浇C25钢筋混凝土防撞墙。
　　（2）桥台背采用渗水性材料换填，碾压密实后用C15水泥稳定土基层补强，现浇C40钢筋混凝土桥台搭板。

　　7 结束语
　　随着技术的进步和工程新材料的不断出现，粘钢加固方法在桥梁加固工程中将逐渐得到广泛的应用。

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