預(yù)應(yīng)力鋼板用于橋梁或梁板加固技術(shù)

1、預(yù)應(yīng)力頂推法修復(fù)雙曲拱橋加固技術(shù)殷樹(shù)芳巖土科技股份有限公司 浙江 310014摘要：拱肋是雙曲拱橋的主要承重構(gòu)件，拱橋建成后，多為重要的交通要道，交通量較大，重型車較多，從結(jié)構(gòu)安全性方面考慮，本次設(shè)計(jì)除對(duì)其進(jìn)行常規(guī)修補(bǔ)外，還將采取進(jìn)一步的措施，在提高其耐久性的同時(shí)盡可能恢復(fù)其承載力，維修設(shè)計(jì)時(shí)要考慮，盡量避免后加結(jié)構(gòu)的重量附著在原結(jié)構(gòu)上而增加原結(jié)構(gòu)的應(yīng)力水平，維修過(guò)程也盡量不對(duì)原結(jié)構(gòu)造成進(jìn)一步損傷，后加結(jié)構(gòu)必須與原結(jié)構(gòu)能很好地協(xié)調(diào)同工作，并在維修完成后共同參與受力。采用拱肋底增設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼拱承托的方法 關(guān)鍵詞：橋梁工程；預(yù)應(yīng)力鋼板；加固技術(shù)The reinforcement of pre-str

2、essed steel plate in bridgeShufang YinGeotechnical Technology Co., Ltd Zhejiang 310014Abstract: Zhejiang Province locates along the East China Sea with a large number of bridges ranking the third place all over China. Damage oc curs on the bridges frequently because of the heavy traffic, overload an

3、d the lower standards of bridge construction in the early time. Covering steel plate, carbon fiber sheet and pre-stressed carbon fiber plate is the mainly treatment. This normal treatment has the limitation of constant load sustaining, structural crack sealing, stiffness strengthening. This article

4、states a new technique that pre-stress on normal steel plate to avoid the live load stress lag. The reinforcement of pre-stressed steel plate, to some extent, can heal existing structural cracks, strengthen the stiffness and durability, bond the reinforce materials to bridge beam, then, improve the

5、effect of reinforcement. Key words: bridge, pre-stressed steel plate, reinforcement 預(yù)應(yīng)力頂推法修復(fù)雙曲拱橋的方法技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種建筑施工方法，尤其是修復(fù)雙曲拱橋的方法。背景技術(shù) 雙曲拱橋是我國(guó)應(yīng)用較廣的一種橋梁；但是經(jīng)過(guò)多年運(yùn)營(yíng)，部分結(jié)構(gòu)會(huì)呈現(xiàn)不同程度的病害，為保證橋梁結(jié)構(gòu)的正常運(yùn)營(yíng)和安全，合理的橋梁維修工作非常重要。 拱肋（混凝土拱肋）是雙曲拱橋的主要承重構(gòu)件，因而對(duì)拱肋的維修是橋梁維修工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)；為保障橋梁的結(jié)構(gòu)安全，在提高其耐久性的同時(shí)應(yīng)當(dāng)盡可能恢復(fù)其承載力，且盡量避免后加結(jié)構(gòu)的重量附著在原

6、結(jié)構(gòu)上而增加原結(jié)構(gòu)的應(yīng)力水平，維修過(guò)程也盡量不對(duì)原結(jié)構(gòu)造成進(jìn)一步損傷，后加結(jié)構(gòu)必須與原結(jié)構(gòu)能很好的協(xié)同工作，并在維修完成后共同參與受力?，F(xiàn)有的橋梁維修方案有多種多樣，然而，迄今為止能夠真正切實(shí)有效的卻寥寥無(wú)幾。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服上述背景技術(shù)中的不足，提供一種修復(fù)雙曲拱橋的方法的改進(jìn)，該方法應(yīng)具有對(duì)原橋梁結(jié)構(gòu)影響小、可恢復(fù)橋梁承載能力、建設(shè)速度快、施工簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：預(yù)應(yīng)力頂推法修復(fù)雙曲拱橋的方法，包括以下施工步驟：1） 制作鋼拱架：先根據(jù)拱橋形狀進(jìn)行測(cè)量和設(shè)計(jì)，確定需安裝在拱橋拱肋底部表面的鋼拱架結(jié)構(gòu)以及拱橋?qū)挾确较蛩桎摴凹艿臄?shù)量；接著鋼構(gòu)件放樣、加工制作拼接每個(gè)

7、鋼拱架所需的各個(gè)鋼拱件，加工完成后對(duì)各個(gè)鋼拱件進(jìn)行防腐防銹處理；2） 拱肋根部植筋并在鋼筋端部焊接固定鋼板，作為對(duì)應(yīng)于每一鋼拱架端部的鋼拱基礎(chǔ)；3） 組裝鋼拱架：將各個(gè)鋼拱件吊裝至拱橋拱肋的底部表面相應(yīng)部位，并通過(guò)焊接使各個(gè)鋼拱件前后相接形成沿拱橋拱肋弧線方向伸展且具有一個(gè)間隔空隙的鋼拱架，然后將鋼拱架的兩端分別與兩邊拱肋根部的鋼拱基礎(chǔ)焊接固定；鋼拱架的上端曲面盡量貼近拱橋拱肋的底部表面；4） 在所述間隔空隙兩側(cè)的鋼拱件的端面分別焊接作為千斤頂支撐的鋼板，然后插入千斤頂并啟動(dòng)千斤頂對(duì)兩側(cè)的鋼拱件施加預(yù)應(yīng)力，最后在兩塊鋼板之間焊接鋼質(zhì)連接件使鋼拱架連為完整的一體，拆除千斤頂；5） 鋼拱架頂面焊接

8、若干鋼板與拱橋拱肋錨固連接，并在拱橋拱肋與鋼拱架之間的間隙處灌注環(huán)氧砂漿；6） 按以上方法，在拱橋?qū)挾确较虿⑴虐惭b其余的鋼拱架；7） 所有鋼拱架之間焊接鋼板使之橫向連接為一體；8） 在拱肋根部制作包裹拱肋根部和加固支座的砼套箍，砼套箍的混凝土厚度不小于5cm，以加強(qiáng)加固支座和鋼拱架的保護(hù)。 所述防腐防銹處理是對(duì)鋼拱架的全部暴露面噴涂保護(hù)漆層。所述鋼質(zhì)連接件為鋼套管或H型鋼。拱橋施工前，原拱橋拱肋的混凝土表面需要進(jìn)行以下處理：鑿除表面破損混凝土，鋼筋及混凝土表面清理；采用高標(biāo)號(hào)環(huán)氧砂漿補(bǔ)平原損傷部位。鋼拱架在施加預(yù)應(yīng)力期間應(yīng)對(duì)交通進(jìn)行限制。本發(fā)明的有益效果是：在原有雙曲拱橋拱肋結(jié)構(gòu)上增設(shè)了鋼拱架

9、并且施加了預(yù)應(yīng)力后，明顯提高了原有橋梁的強(qiáng)度和剛度，因而橋梁的承載能力以及使用壽命得到大幅提升；并且所提供的修復(fù)方法對(duì)原橋梁結(jié)構(gòu)影響小、施工簡(jiǎn)單，所以建設(shè)速度快，對(duì)橋梁的交通影響較小。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明所涉雙曲拱橋的主視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1中A部的放大結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖1中B部的放大結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明的工作過(guò)程示意圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明提供的預(yù)應(yīng)力頂推法修復(fù)雙曲拱橋的方法，在拱肋底端增設(shè)鋼拱架進(jìn)行承托，并對(duì)新增鋼拱架施加切向（弧形鋼拱架的切線方向）預(yù)應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)對(duì)原拱橋部分卸載，盡可能恢復(fù)橋梁承載力。具體包括以下施工步驟：1）制作鋼拱架：先對(duì)拱橋形狀

10、測(cè)量和設(shè)計(jì)，確定需并排安裝在拱橋拱肋底部表面的鋼拱架的結(jié)構(gòu)和數(shù)量（根據(jù)雙曲拱橋的寬度確定并排設(shè)置在拱橋拱肋下方的鋼拱架的數(shù)量，也可根據(jù)需要確定）；接著鋼構(gòu)件放樣、加工制作組成每個(gè)鋼拱架的各個(gè)鋼拱件（每個(gè)鋼拱架由依序前后連接的多個(gè)鋼拱件組成，推薦數(shù)量為5個(gè)；鋼拱件推薦采用熱軋H型鋼制作），加工完成后對(duì)各個(gè)鋼拱件進(jìn)行防腐防銹處理；2）拱肋根部植筋，并在鋼筋端部焊接固定對(duì)應(yīng)于每一鋼拱架端部的鋼板作為鋼拱基礎(chǔ)（即在原主拱基礎(chǔ)通過(guò)錨固螺栓固定錨固鋼板）；3）組裝鋼拱架：將各個(gè)鋼拱件吊裝至拱橋拱肋底部表面的對(duì)應(yīng)部位，并通過(guò)焊接使各個(gè)鋼拱件前后相接形成一鋼拱架，該鋼拱架為與拱肋相適合的弧形且具有一個(gè)間隔空隙

11、（預(yù)留間隔空隙的目的是為后期使用千斤頂；推薦在第一鋼拱件和第二鋼拱件之間預(yù)留一個(gè)間隔空隙）；然后將鋼拱架的兩端分別與兩邊拱肋根部的鋼拱基礎(chǔ)焊接固定；鋼拱架的上端曲面盡量貼近拱橋拱肋的底部表面；4）在形成間隔空隙兩個(gè)鋼拱件的端部分別焊接作為千斤頂支撐的鋼板，然后插入千斤頂并啟動(dòng)千斤頂對(duì)鋼拱件施加預(yù)應(yīng)力（預(yù)應(yīng)力方向?yàn)榛⌒武摴凹艿那芯€方向；預(yù)應(yīng)力大小根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定，推薦不小于9N/平方厘米），最后在兩塊鋼板之間焊接鋼質(zhì)連接件（鋼套管或H型鋼）使鋼拱架連為一體，拆除千斤頂；5）鋼拱架頂面焊接若干鋼板與拱肋錨固連接，并在拱肋與鋼拱架之間的間隙處灌注環(huán)氧砂漿；6）按以上方法，在拱橋?qū)挾确较虿⑴虐惭b其余的

12、鋼拱架；然后在所有鋼拱架之間焊接鋼板（并排布置的多個(gè)鋼拱架之間焊接鋼板）使之橫向連接為一體；7）在拱肋根部（即拱橋基礎(chǔ)）制作包裹拱肋根部和加固支座的砼套箍，砼套箍的混凝土厚度不小于5cm，以加強(qiáng)加固支座和鋼拱架的保護(hù)。制作砼套箍時(shí)，先在拱橋基礎(chǔ)上植筋，并在多個(gè)鋼筋的端部焊接鋼筋片使之連為一體，然后澆筑混凝土）。施工注意事項(xiàng)：施工前，原拱橋拱肋的混凝土表面需要進(jìn)行以下處理：鑿除表面破損混凝土，鋼筋及混凝土表面清理；采用高標(biāo)號(hào)環(huán)氧砂漿補(bǔ)平原損傷部位。所述千斤頂為推薦液壓式千斤頂（如RC10-125，其油缸外徑為60mm）。鋼拱架在施加預(yù)應(yīng)力期間應(yīng)對(duì)交通進(jìn)行限制。1.前言 據(jù)統(tǒng)計(jì)，浙江省普通干線公路

13、每年3類以下的橋梁近400座，高速公路近100座，橋梁維修加固的任務(wù)非常繁重。在各種病害的橋梁中，早期修建的鋼筋混凝土空心板及等截面鋼筋混凝土連續(xù)梁是占主要部分，病害的普遍形式是結(jié)構(gòu)出現(xiàn)大量裂縫，結(jié)構(gòu)剛度和耐久性受到嚴(yán)重影響。常規(guī)加固方法很大程度上是對(duì)結(jié)構(gòu)的一種安全儲(chǔ)備，并不能有效改善結(jié)構(gòu)的整體受力狀況。在一些邊通車邊加固的項(xiàng)目中，新加固材料更難發(fā)揮應(yīng)有的作用。本項(xiàng)目的研究，通過(guò)室內(nèi)理論建模分析、對(duì)比梁板的破壞性試驗(yàn)、實(shí)橋荷載試驗(yàn)等手段，建立不同跨徑、結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力鋼板加固計(jì)算方法，以及對(duì)承載能力的影響的定量分析。為結(jié)構(gòu)恢復(fù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、或提高設(shè)計(jì)荷載等級(jí)提供理論依據(jù)。在研究試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際橋

14、梁的施工經(jīng)驗(yàn)，提出預(yù)應(yīng)力鋼板加固的施工工藝及工法。主要包括預(yù)應(yīng)力的施加方法及適用條件、預(yù)應(yīng)力荷載的保持方法及其損失值的估算，與常規(guī)加固方法的進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，為后續(xù)推廣奠定基礎(chǔ)。2.項(xiàng)目研究的必要性 2.1 研究目的：由于使用年限、環(huán)境惡化、設(shè)計(jì)缺陷及使用不當(dāng)?shù)纫蛩?，橋梁梁板?huì)出現(xiàn)大量裂縫，不僅會(huì)大大縮短橋梁的使用壽命，而且嚴(yán)重威脅車輛行人的安全。普通黏貼鋼板以其優(yōu)異的性能，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于橋梁、建筑物、隧道、涵洞及其他各種混凝土結(jié)構(gòu)加固修復(fù)項(xiàng)目中。但存在很多缺點(diǎn)。為了克服上述背景技術(shù)中的不足，本課題擬開(kāi)發(fā)一種預(yù)應(yīng)力黏貼鋼板的方法，該方法能增加橋梁承載能力，提高結(jié)構(gòu)剛度，最大限度發(fā)揮鋼板的材料力

15、學(xué)性能，同時(shí)具有實(shí)施簡(jiǎn)便、費(fèi)用較低、不影響結(jié)構(gòu)外形的特點(diǎn)。通過(guò)理論分析，研究預(yù)應(yīng)力的大小及其對(duì)承載能力的影響；通過(guò)足尺模型對(duì)比試驗(yàn)，驗(yàn)證分析實(shí)際效果，進(jìn)而提出一套對(duì)不同跨徑梁板的預(yù)應(yīng)力鋼板加固計(jì)算方法和施工工藝或工法，指導(dǎo)今后的橋梁加固。2.2 推廣應(yīng)用前景浙江省鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)橋梁量大面廣，對(duì)其病害的合理處置是橋梁加固維修中亟待解決的課題。通過(guò)本課題的研究，可以為我省橋梁加固維修技術(shù)提供技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用的新型實(shí)用技術(shù)，具有廣闊的推廣前景。2.3 項(xiàng)目實(shí)施的可行性 2.3.1 鋼板預(yù)應(yīng)力的施加技術(shù)鋼板是熱的良導(dǎo)體，當(dāng)鋼板加熱時(shí)，根據(jù)熱脹冷縮原理，長(zhǎng)度會(huì)增加采用這個(gè)原理，可預(yù)先將鋼板沉

16、浸在熱的液體中，受熱膨脹，長(zhǎng)度增長(zhǎng)，這時(shí)在保持溫度的情況下貼（或錨栓）在清理過(guò)的梁板底面，當(dāng)鋼板冷縮時(shí)，鋼板與梁板間產(chǎn)生應(yīng)力。在梁板上安裝鋼板，產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力后進(jìn)行注膠，使鋼板和梁板形成一個(gè)整體，共同受力，提高承載力。另外，通過(guò)對(duì)梁板中部進(jìn)行頂升或?qū)α喊宓纳喜夸佈b層進(jìn)行減載或在梁板上部?jī)啥税惭b支架后對(duì)梁板中部進(jìn)行拉抬，使得梁板下擾減少或使梁板處于水平直線狀態(tài)，相當(dāng)于在黏貼鋼板前，對(duì)梁體反向卸載，然后清理板底面，再粘貼鋼板，需要時(shí)同時(shí)用錨栓固定。當(dāng)撤去千斤頂、或增加表面鋪裝、或撤銷梁板中部的拉力時(shí)，鋼板受梁板的重力產(chǎn)生應(yīng)力。2.3.2 鋼板預(yù)應(yīng)力的計(jì)算：通過(guò)UNSYS、MIDAS 等大型通用有限元分

17、析軟件，可以建立實(shí)體模型，對(duì)梁板不同預(yù)應(yīng)力大小對(duì)結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行彈性及非線性分析，合理取用預(yù)應(yīng)力值，取得最大的承載能力提高系數(shù)，同時(shí)又保證結(jié)構(gòu)的安全、耐久。2.3.3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證： 通過(guò)舊有空心板的普通粘鋼及預(yù)應(yīng)力粘鋼，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)荷載加載試驗(yàn)，測(cè)定梁板的彈性、非線性響應(yīng)特性，并與理論模型進(jìn)行比對(duì)分析，合理確定設(shè)計(jì)參數(shù)。通過(guò)等截面連續(xù)箱型梁粘鋼加固的現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)，驗(yàn)證實(shí)際橋梁的彈性響應(yīng)特征，合理確定設(shè)計(jì)參數(shù)。 3.發(fā)展現(xiàn)狀及研究熱點(diǎn)3.1現(xiàn)狀與問(wèn)題 3.1.1 國(guó)外研究的現(xiàn)狀二十世紀(jì)六十年代中期，粘鋼加固最早出現(xiàn)于法國(guó)和南非。在當(dāng)時(shí)，研究學(xué)者用環(huán)氧樹(shù)脂將鋼板粘貼于混凝土梁受拉表面，以提高梁的抗彎承載能

18、力，取得了很好的效果。進(jìn)入七十年代后，隨著各種性能更加優(yōu)良的建筑結(jié)構(gòu)膠相繼出現(xiàn)，該項(xiàng)技術(shù)被應(yīng)用于各種類型的建筑工程加固中。比如美國(guó)在1971年，于圣佛蘭多大地震的災(zāi)后修復(fù)過(guò)程中，就廣泛采用了粘鋼加固技術(shù)。如今，粘鋼加固技術(shù)逐步在世界許多國(guó)家被推廣，并被廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)工程、水利工程、交通工程和軍事設(shè)施等加固和維護(hù)工程中。目前國(guó)外己完成的研究主要有：1967年，南非的King和Fleming完成了素混凝土梁外粘鋼板的試驗(yàn)，這是粘鋼加固技術(shù)用于加固的首次嘗試，開(kāi)啟了對(duì)粘鋼加固技術(shù)的探索之路。1988年英國(guó)學(xué)者RJones對(duì)粘鋼加固混凝土梁的鋼板端部進(jìn)行錨固試驗(yàn)研究，對(duì)鋼板、粘合膠與混凝土界面之間

19、的相互作用做了理論分析，對(duì)該技術(shù)提出了許多新的見(jiàn)解3。1990年學(xué)者JhBasumbal等人做了粘鋼加固和其它傳統(tǒng)加固方法的對(duì)比試驗(yàn)研究，對(duì)各種結(jié)構(gòu)加固方法的優(yōu)缺點(diǎn)做了全面的介紹。1992年學(xué)者Oehles，Deric John對(duì)粘鋼加固混凝土梁的早期剝離破壞做了相關(guān)理論探討5。1995年RNSwamy等學(xué)者對(duì)粘鋼加固梁進(jìn)行了耐久性試驗(yàn)研究。1999年美國(guó)研究人員RNSwamy等人對(duì)粘鋼加固混凝土梁的抗剪性能特點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比研究，探究了各種因素對(duì)抗剪能力的影響 除此之外，還有ThomasTC、CHoudeJ等國(guó)外學(xué)者在粘鋼加固技術(shù)上也做出了大量的科研工作63.1.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 1991年湖北

20、建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院總結(jié)了武漢青島路倉(cāng)庫(kù)粘鋼加固的施工過(guò)程9，并對(duì)外粘鋼加固結(jié)構(gòu)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了介紹。1994年劉祖華等人根據(jù)彈性梁理論以及部分組合截面理論，推導(dǎo)出了粘鋼加固梁鋼板與混凝土之間剪應(yīng)力的解析解，還推導(dǎo)出了鋼板拉應(yīng)力和加固梁撓度的關(guān)系127J。1995年韓繼云等人分析了混凝土加固結(jié)構(gòu)受力特征和破壞機(jī)理，提出了加固結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)理念上的本質(zhì)差異，并提出不同的粘鋼加固法應(yīng)遵循的原則、設(shè)計(jì)構(gòu)造及施工要點(diǎn)。1996年同濟(jì)大學(xué)教授顏德恒及他的研究生通過(guò)理論計(jì)算分析和試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，探討了粘鋼加固結(jié)構(gòu)的受力機(jī)理，并對(duì)RC等級(jí)、側(cè)板高度和厚度等一些參數(shù)對(duì)梁的強(qiáng)度和剛度影響進(jìn)行了分析，對(duì)粘鋼加固技

21、術(shù)的工程應(yīng)用提出了許多建議俐。1998年吳耀輝通過(guò)粘鋼加固梁的試驗(yàn)進(jìn)行了粘貼滑移、錨固長(zhǎng)度等方面的研烈30J。同年，朱海峰通過(guò)粘鋼加固梁試驗(yàn)對(duì)混凝土梁的受彎構(gòu)件的短期剛度、撓度以及裂縫開(kāi)展進(jìn)行了研列10。2010年彭德喜、李大慶、吳德明等學(xué)者對(duì)預(yù)應(yīng)力粘鋼加固混凝土梁做了試驗(yàn)研究，探究了預(yù)應(yīng)力粘鋼加固對(duì)混凝土梁正常使用階段受力狀態(tài)的影響13。這些年來(lái)，通過(guò)大量的試驗(yàn)研究和工程項(xiàng)目實(shí)踐，粘鋼加固技術(shù)得到了建筑工程界的普遍認(rèn)可，針對(duì)粘鋼加固技術(shù)的試驗(yàn)研究以及理論分析也取得了不錯(cuò)的進(jìn)展。然而，鋼板與混凝土梁之間膠層剝離問(wèn)題、膠層老化問(wèn)題、普通粘結(jié)對(duì)既有裂縫控制問(wèn)題以及預(yù)應(yīng)力施工工藝問(wèn)題還有待進(jìn)一步完善

22、。除此之外，還應(yīng)對(duì)粘鋼加固法所用的粘結(jié)材料、錨固性能特點(diǎn)、二次受力和結(jié)構(gòu)非線性分析等問(wèn)題進(jìn)行探究，使該加固技術(shù)趨于完善。綜合上述，國(guó)內(nèi)外對(duì)梁底黏貼預(yù)應(yīng)力鋼板加固橋梁的研究鮮有報(bào)導(dǎo)，工程實(shí)例極少。多見(jiàn)的是普通鋼板黏貼加固橋梁的技術(shù)且已比較成熟。3.2熱點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)3.2.1擬解決關(guān)鍵問(wèn)題1、 解決傳統(tǒng)普通粘鋼加固鋼板恒載不受力，活載受力滯后的問(wèn)題。2、 解決傳統(tǒng)黏鋼加固鋼板不能有效彌合減少梁板原有裂縫，結(jié)構(gòu)剛度弱的問(wèn)題。3、 解決預(yù)應(yīng)力鋼板加固提高鋼筋混凝土梁板整體剛度，增強(qiáng)全截面受力，減少原梁板底砼拉力，提高結(jié)構(gòu)承載能力。4.通過(guò)試驗(yàn)，解決適用于預(yù)應(yīng)力鋼板加固用的力學(xué)性能好、施工方便、有效時(shí)間

23、最持久的鋼板粘貼工藝。 3.2.2 實(shí)施的具體內(nèi)容本課題主要實(shí)施以下項(xiàng)目的研究 3.2.2.1 鋼板預(yù)應(yīng)力加固對(duì)結(jié)構(gòu)承載能力影響的理論分析： 通過(guò)建立不同結(jié)構(gòu)實(shí)體理論模型，計(jì)算分析預(yù)應(yīng)力鋼板對(duì)結(jié)構(gòu)抗彎、抗剪承載能力的影響，預(yù)應(yīng)力對(duì)原有混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響分析，確保施加合理的預(yù)應(yīng)力之后，暨滿足提高承載能力又保證舊混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)力在合理限度內(nèi)。分析計(jì)算施加預(yù)應(yīng)力之后，對(duì)結(jié)構(gòu)舊有裂縫彌合的影響，以及提高梁板正常使用極限狀態(tài)計(jì)算分析方法。 3.2.2.2 鋼板預(yù)應(yīng)力的施加技術(shù)：主要從反向卸載頂升、鋼板預(yù)熱二方面來(lái)使鋼板取得合理的預(yù)應(yīng)力，并盡可能減少預(yù)應(yīng)力損失。鋼板是熱的良導(dǎo)體，當(dāng)鋼板加熱時(shí)，根據(jù)熱脹冷縮

24、原理，長(zhǎng)度會(huì)增加，采用這個(gè)原理，可預(yù)先將鋼板沉浸在熱的液體中，受熱膨脹，長(zhǎng)度增長(zhǎng)，這時(shí)在保持溫度的情況下貼（或錨栓）在清理過(guò)的梁板底面，當(dāng)鋼板冷縮時(shí)，鋼板與梁板間產(chǎn)生應(yīng)力。在梁板上安裝鋼板，產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力后進(jìn)行注膠，使鋼板和梁板形成一個(gè)整體，共同受力，提高承載力。 通過(guò)對(duì)梁板中部進(jìn)行頂升或?qū)α喊宓纳喜夸佈b層進(jìn)行減載或在梁板上部?jī)啥税惭b支架后對(duì)梁板中部進(jìn)行拉抬，使得梁板下擾減少或使梁板處于水平直線狀態(tài)，然后清理板底面，再粘貼鋼板，需要時(shí)同時(shí)用錨栓固定。當(dāng)撤去千斤頂、或增加表面鋪裝、或撤銷梁板中部的拉力時(shí)，鋼板受梁板的重力產(chǎn)生應(yīng)力。 3.2.2.3 實(shí)體模型的試驗(yàn)驗(yàn)證預(yù)先選取具有典型病害特征的舊鋼筋混

25、凝土梁板，進(jìn)行普通粘鋼及不同預(yù)應(yīng)力鋼板粘鋼的模擬，布設(shè)應(yīng)變計(jì)、繞度計(jì)等傳感器，分級(jí)加載，測(cè)試梁板的彈性及非線性反應(yīng)，加載至破壞狀態(tài)，比較二種加固方法對(duì)梁板內(nèi)力及變形的影響，對(duì)極限荷載能力的影響。3.3 關(guān)鍵技術(shù)主要的施工工藝設(shè)想如下：A、橋梁頂升預(yù)應(yīng)力黏貼鋼板實(shí)施內(nèi)容及方案：實(shí)施方案順序：頂升粘貼面處理 加壓固定及卸荷系統(tǒng)準(zhǔn)備（根據(jù)實(shí)際情況和設(shè)計(jì)要求，卸荷步驟有時(shí)省去） 膠粘劑配制 涂膠和粘貼 固化、卸加壓固定系統(tǒng) 梁板回落檢驗(yàn) 維護(hù)3.3.1橋梁整體頂升方案1、頂升設(shè)備配置頂升設(shè)備采用德國(guó)西門子同步頂升系統(tǒng)，本系統(tǒng)由雙向液壓系統(tǒng)（油泵、油缸、高壓油管、高壓接頭等）、監(jiān)測(cè)傳感器、雙作用薄型液壓

26、千斤頂、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等幾個(gè)部分組成。2、頂升方案u 操作平臺(tái)圍繞墩柱搭設(shè)簡(jiǎn)易雙排腳手架，腳手架采用4.0-6.0m、48mm的普通鋼管，沿墩柱四周成抱箍狀，確保支架穩(wěn)固后再進(jìn)行引橋更換支座施工。u 反作用力基礎(chǔ)梁底與蓋梁底的空間高度滿足20cm，利用蓋梁作為反力基礎(chǔ)，將薄型千斤頂放置在蓋梁和梁板之間，用PLC整體頂升系統(tǒng)進(jìn)行縱向逐聯(lián)、橫向同步頂升梁體，取出原支座，換入新支座。u 頂升控制點(diǎn)布置根據(jù)橋梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，我們將按照橋梁體系3跨或4跨為一聯(lián)進(jìn)行整體頂升，每個(gè)橋墩分為2個(gè)控制點(diǎn)、橋臺(tái)處為1個(gè)控制點(diǎn)，每個(gè)控制點(diǎn)放置14臺(tái)雙作用千斤頂（200T），分為一組。單片梁板兩端各放置2個(gè)200t超薄

27、型液壓千斤頂，每片梁板可以提供800t的頂升力，滿足施工要求。在不封路面，車輛正常行駛，不損壞橋體的的情況下進(jìn)行橋梁底部支座的更換。4跨1聯(lián)作業(yè)液壓頂升泵站4臺(tái)，每臺(tái)泵站控制2個(gè)控制點(diǎn)，將泵站放置在兩個(gè)橋墩立柱之間。每組千斤頂設(shè)兩個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)配置一臺(tái)拉線式傳感器，精度為0.01mm頂升過(guò)程中實(shí)時(shí)檢測(cè)并控制頂升高度及頂升速度。系統(tǒng)共提供16個(gè)位移檢測(cè)裝置，液壓頂升泵站將每片梁板的實(shí)際頂升高度采集，傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)中供電控系統(tǒng)做頂升位置閉環(huán)控制。用1臺(tái)主控系統(tǒng)控制4臺(tái)液壓頂升泵站，提供計(jì)算機(jī)工控界面。 PLC同步頂升更換支座3.3.2同步頂升監(jiān)控方案1、頂升施工監(jiān)控的目的橋梁頂升施工監(jiān)控的最

28、基本要求是保證施工過(guò)程中橋梁結(jié)構(gòu)的安全，施工結(jié)束后的橋梁線形和內(nèi)力狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求。 2、頂升施工監(jiān)控的方法、梁體監(jiān)控的內(nèi)容梁體結(jié)構(gòu)監(jiān)控包含豎向位移監(jiān)控、縱橫向位移監(jiān)控及應(yīng)力監(jiān)控。豎向位移及沉降監(jiān)控采用直線數(shù)碼位移傳感器和蘇光DS05精密水準(zhǔn)儀；縱橫向位移監(jiān)控采用徠卡TM30高精密全站儀，應(yīng)力監(jiān)控采用數(shù)碼應(yīng)變表面?zhèn)鞲衅?。、梁體監(jiān)控的方法、梁板豎向位移監(jiān)控梁板各頂升點(diǎn)頂升高度的不一致將在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生附加內(nèi)力，因此在頂升過(guò)程中對(duì)結(jié)構(gòu)的豎向位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)是至關(guān)重要的。、主梁應(yīng)力監(jiān)控根據(jù)橋梁的受力特點(diǎn)，若支點(diǎn)處產(chǎn)生不均勻豎向位移時(shí)，在中間橫隔梁部位將產(chǎn)生較大附加彎矩，因此梁板應(yīng)力監(jiān)控點(diǎn)布置在橫隔板下緣與梁

29、板相交的位置,全橋共布置19個(gè)監(jiān)測(cè)截面，每跨1個(gè)。每個(gè)截面沿橫向布置四個(gè)應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)。應(yīng)力監(jiān)測(cè)采用HY-65B3000B數(shù)碼應(yīng)變表面?zhèn)鞲衅?。它直接以?shù)碼方式將測(cè)量值傳送給專門配置的數(shù)顯表或計(jì)算機(jī)顯示。有線/無(wú)線傳送距離可達(dá)1km或更遠(yuǎn)。、監(jiān)測(cè)頻率根據(jù)橋梁頂升工程的施工步驟，對(duì)以下施工工況實(shí)施監(jiān)測(cè)：橋梁稱重：根據(jù)橋梁上部結(jié)構(gòu)自重的分布特點(diǎn)，各頂升點(diǎn)承受的結(jié)構(gòu)自重并不完全相同，因此為了防止結(jié)構(gòu)發(fā)生不均勻豎向位移，在頂升施工實(shí)施之前應(yīng)對(duì)上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行稱重，合理分配各頂升點(diǎn)的頂升力。主梁頂升：在各頂升循環(huán)過(guò)程中，將對(duì)梁體豎向位移進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)通過(guò)專門的數(shù)據(jù)采集軟件采集并實(shí)時(shí)顯示，采樣頻率為

30、5次/min。頂升階段完成：將主梁每升高1mm設(shè)為一個(gè)頂升階段，最大高度控制在10mm以內(nèi)。每一階段頂升完成后，對(duì)橋面標(biāo)高進(jìn)行一次測(cè)量，確定各測(cè)點(diǎn)實(shí)際標(biāo)高與設(shè)計(jì)控制值的誤差。并通過(guò)液壓系統(tǒng)對(duì)高程進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。頂升全部完成：根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，頂升至6-8mm后，可取出支座，對(duì)橋面標(biāo)高進(jìn)行一次測(cè)量，并通過(guò)液壓系統(tǒng)對(duì)高程進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，直至滿足預(yù)定要求為止。、施工監(jiān)控目標(biāo)施工監(jiān)控總目標(biāo)是支座更換完成后橋面曲線高程與設(shè)計(jì)值誤差控制在±3mm以內(nèi)。在頂升過(guò)程中，主梁每頂升1mm為一個(gè)階段，每階段橋面曲線高程與設(shè)計(jì)值誤差縱向控制在±1mm以內(nèi)，橫向控制在±2mm以內(nèi)。頂升過(guò)程中

31、，主梁附加應(yīng)力處于合理范圍內(nèi)，不出現(xiàn)新的裂縫，原有裂縫寬度無(wú)明顯增大，滿足相關(guān)規(guī)范要求。3.3.3.粘貼鋼板橫梁加固采用5毫米厚Q345熱軋扁帶鋼板，采用8.8級(jí)M10高強(qiáng)螺栓連接。粘鋼膠采用專門配制的改性環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑，其各項(xiàng)性能指標(biāo)應(yīng)達(dá)到A級(jí)膠標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙鋼板的規(guī)格采購(gòu)合適規(guī)格的鋼板,在正式下料前應(yīng)進(jìn)行下料試拼,鋼板原則上要求整塊,必要時(shí)可進(jìn)行焊接,但每塊鋼板上可允許有兩個(gè)焊縫(即只允許一塊鋼板拼接兩塊小鋼板組成),鋼板焊縫飽滿,焊接質(zhì)量應(yīng)符合要求，焊縫不應(yīng)布置在受力最大處，且應(yīng)與受力方向垂直，焊條型號(hào)、質(zhì)量應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)低合金鋼焊條GB/T 5118的規(guī)定。橫梁上鉆孔應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)

32、要求進(jìn)行布孔，用鋼筋定位儀檢查孔位處的鋼筋分布情況，如孔位處有鋼筋，可對(duì)孔位進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，但不得超過(guò)5，以避免破壞原結(jié)構(gòu)鋼筋，對(duì)孔位有調(diào)整的鋼板，應(yīng)進(jìn)行編號(hào)登記，并調(diào)整鋼板上預(yù)留孔位。鋼板上鉆孔采用臺(tái)式鉆床進(jìn)行施工，孔徑12，鉆控前應(yīng)先根據(jù)在橫梁上孔樣情況用油漆在鋼粘板上確定孔位，然后才能鉆孔施工。橫梁砼表面用鋼絲球進(jìn)行清理、打磨平整，有不平整的地方用找平膠或環(huán)氧砂漿進(jìn)行修補(bǔ)并保持混凝土粘合面干燥清潔狀態(tài)；鋼板接觸面用鋼絲刷清除浮銹，用金鋼砂輪片打磨鋼板表面，直至出現(xiàn)金屬光澤,鋼板粘合面有一定粗糙度,打磨紋路應(yīng)與鋼板受力方向垂直,以滿足鋼板與粘貼膠之間的粘貼要求。膠液兩個(gè)組份的配合比例按該膠的

33、說(shuō)明書(shū)采用,配合時(shí),稱量必須準(zhǔn)確,拌合時(shí)應(yīng)按同一方向進(jìn)行,避免產(chǎn)生氣泡和水分進(jìn)入容器。粘貼時(shí)選擇睛朗、干燥的天氣操作，將新鮮配好拌和均勻的建筑結(jié)構(gòu)膠用刮刀緊密、均勻地分別涂抹在作過(guò)表面清潔處理的混凝土粘合面和鋼板粘合面上，并使之充分浸潤(rùn)在粘合面上；然后再把結(jié)構(gòu)膠涂抹在鋼板粘合面上，使在板寬中央膠的厚度達(dá)3，兩側(cè)可稍薄一些，并由多人共同托住鋼板對(duì)準(zhǔn)螺栓向混凝土粘合面上（以上過(guò)程必須兩面同時(shí)進(jìn)行），迅速擰緊螺栓錨固鋼板，擰螺栓扳手采用測(cè)力扳手，使高強(qiáng)螺栓的拉力達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并使鋼板與混凝土粘合面緊密粘合，擠出多余粘鋼膠，粘貼膠的性能滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，膠縫厚度控制在35，粘貼完畢待膠液完全固化后用

34、小錘進(jìn)行檢查，如無(wú)空洞聲鋼板面積95%，即表示已粘貼密實(shí)，發(fā)現(xiàn)有不合格的進(jìn)行返工處理，本工程螺栓孔距較大，施工時(shí)采用鋼夾具對(duì)鋼板進(jìn)行臨時(shí)固定，以保證粘貼密實(shí)。鋼板外表尚需進(jìn)行防護(hù)處理，涂刷前，鋼板必須除銹，呈金屬光澤；防護(hù)處理采用泰諾鋼結(jié)構(gòu)阻銹劑TC 10 VAP，采用人工涂刷或機(jī)械噴涂。3.3.4.橋梁回落檢查支座安放情況，待梁底結(jié)構(gòu)膠完全固化，確保無(wú)誤后再次頂升梁板，取出臨時(shí)支撐，落梁時(shí)，控制千斤頂?shù)囊淮位芈淞?，緩慢分?jí)卸載，密切關(guān)注各個(gè)支座處的位移傳感器數(shù)據(jù)的變化，保持梁體同步回落，直至穩(wěn)固。梁體回落的過(guò)程中，黏貼的鋼板逐漸增加預(yù)應(yīng)力。B、鋼板加熱熱脹冷縮預(yù)應(yīng)力黏貼鋼板實(shí)施內(nèi)容及方案3.

35、3.5實(shí)施方案順序：粘鋼區(qū)域混凝土表面處理 鉆孔植埋螺桿待粘貼鋼板打孔與表面處理 鋼板加熱 配制結(jié)構(gòu)膠粘貼鋼 加壓固定 鋼板表面防腐處理。3.3.6施工工序 1）表面處理，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的要求并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量定位，在需粘貼鋼板加固混凝土表面放出位置大樣，深度鑿至7左右，寬度以能放入鋼板為宜，表面不平的地方應(yīng)用尖鑿輕鑿整平，再用鋼絲刷清除表面浮漿，剔除表層疏松物，最后用無(wú)油壓縮空氣吹除表面粉塵或清水沖洗，待完全干燥后用脫脂棉沾丙酮擦拭表面。2）植埋螺栓，依照設(shè)計(jì)圖紙的要求，放出需鉆孔的位置，用鋼筋混凝土保護(hù)層測(cè)試儀查明混凝土鋼筋布置，然后鉆孔。應(yīng)避免鉆孔打孔時(shí)碰及鋼筋，用壓縮空氣清理孔內(nèi)浮塵，再用丙

36、酮清孔，在孔內(nèi)灌注三分之二孔深的結(jié)構(gòu)膠，用丙酮清洗螺栓，之后安裝錨固螺栓，要求埋設(shè)牢固，具有可靠的抗拔力，以保持粘貼鋼板時(shí)有效地加壓，同時(shí)還可以幫助鋼板克服剪切，有利于粘貼得耐久作用。3）鋼板打孔與表面處理，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)混凝土上的實(shí)際放樣進(jìn)行粘貼鋼板下料，并依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)植埋的螺栓，先對(duì)待粘貼的鋼板進(jìn)行配套打孔，然后對(duì)鋼板的粘貼面用鋼絲刷磨機(jī)或磨光砂輪機(jī)進(jìn)行除銹和粗糙處理，打磨粗糙度越大越好，打磨紋路應(yīng)與鋼板受力方向垂直。4）鋼板加熱， 鋼板在-20。C40。C時(shí)，線膨脹系數(shù)為12*10-6，10米長(zhǎng)的鋼板，假使安裝時(shí)氣溫在20。C左右，當(dāng)加溫至40。C，鋼板延長(zhǎng)約為1cm。當(dāng)鋼板加熱時(shí)，根據(jù)熱脹冷縮原

37、理，長(zhǎng)度會(huì)增加，在常溫20。C計(jì)算，當(dāng)長(zhǎng)3米的鋼板，加熱至60。C100。C時(shí)，長(zhǎng)度延伸1cm。當(dāng)鋼板回到常溫時(shí)，鋼板冷縮，會(huì)對(duì)附著的梁板產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，與梁板共同作用產(chǎn)生承載力。溫度變化范圍及線膨脹系數(shù)橋梁種類 溫度變化范圍 線膨脹系數(shù) 一般地區(qū) 寒冷地區(qū)鋼筋混凝土橋5。C35。C -15。C35。C 10*10-6鋼橋 -10。C40。C -20。C40。C 12*10-6組合鋼橋 -10。C50。C -20。C40。C 12*10-6采用這個(gè)原理，在梁板上安裝鋼板，產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力后進(jìn)行注膠，使鋼板和梁板形成一個(gè)整體，共同受力，提高承載力。縱向鋼板選用Q345C型鋼板，規(guī)格為7800mm（長(zhǎng)）*200mm（寬）*10mm（厚）。橫向鋼板選用Q345C型鋼板，規(guī)格為990mm（長(zhǎng)）*100mm（寬）*10mm（厚）?？v、橫鋼板粘貼施工方法基本相同。5）粘貼鋼板，用丙酮清洗混凝土表面和鋼板粘貼面，并待其發(fā)揮干燥。將粘鋼結(jié)構(gòu)膠按照供應(yīng)