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浅谈公路桥梁碳纤维加固施工技术 

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浅谈公路桥梁碳纤维加固施工技术

摘要:随着公路交通运输量不断增加,公路桥梁负荷日趋加重,加之旧桥部分老化、破损或受原设计标准的限制,己不能适应现代交通运输的要求,迫切需要对其进行技术改造,尤其是采用加固补强等方法来恢复、提高其承载力。本文结合个

人实际经验就公路桥梁加固施工技术进行了论述。

前言

 

   随着我国交通量日益增加,单车重量也不断增大。为了适应道路运输载重量不断发展的要求,人们发现桥梁的混凝土开裂、剥落、衰变及钢筋的锈蚀(管道灌浆不饱满普遍存在)对桥梁的损害问题非常严重,需要大量的资金来维护或改建,现实使人们开始重视混凝土桥梁的耐久性。提高混凝土桥梁耐久性的技术途径有两个,一是采用高性能混凝土,以提高混凝土的抗渗性、匀质性、抗冻性,从而提高混凝土抵抗碳化和冷冻侵袭的能力;另外一种是提高既有桥梁耐久性的有效途

径即对缺陷桥梁进行加固改造,延长其使用寿命。

 

一、工程概况

 

   某桥为一斜腿刚架钢筋混凝土桥,1973年建成,通车至今已30多年。全桥在横桥向由六个刚架片组成,刚架片之间通过桥面连续以及横隔板连接,每个刚架片在拱脚和跨中铰接,形成三铰斜腿刚架桥。边跨梁一端直接搁置在桥台上,另一端搁置在中跨主梁端部的牛腿上。主桥计算跨径21.65M。全桥长26M,桥面净宽7M。设计荷载汽一26,拖一100。由于种种原因,桥梁结构出现了一些病害,主要

有斜腿主筋、箍筋出现锈蚀,铁锈膨胀引起混凝土保护层剥落等。

 

二、桥粱加固的基本方法与原则

 

1、加固原则

 

  加固设计以原桥为基础,在不改变原桥结构型式的前提下,对原桥主要受力

构件进行加固,加固设计必须考虑以下几个重点:

 

  1、下部结构具有足够的潜力。

 

  2、加固后必须要达到能通过重吨的单车的要求。

 

  3、因为下部是航道,所以在跨中腹板和斜腿加固过程中,应尽量保持原有净

,不得使下部空间削减过多。

 

  4、对各开裂构件的表面进行修补,保证构件表面光滑而连续。  

  5、在补强的同时,应注意加固物本身自重对原桥的影响。

 

  6、加固后保持桥梁的整体美观。

 

2、加固方法

 

  根据目前该桥的交通情况,通过加固,将原桥设计荷载提高为能通过单车重车吨加固设计、加固施工完成后,还要对该桥进行静力荷载试验,以检测桥梁加固工程是否合格,确保其安全性。加固盖梁和桥墩,待桥墩压浆完毕,桥梁整体稳定后再进行封闭盖粱与桥墩裂缝,盖梁底部出现裂缝的部位作环氧硅,增加盖梁截面积,盖梁侧面粘贴钢板桥墩外侧先纵向粘贴碳纤维片,再环向粘贴碳纤维片将

裂缝部位封住。桥梁加固一般是通过对构件的补强和结构性能的改善来恢复或提高现有桥梁的承载能力,以延长使用年限,适应现代交通运输的要求。其改造的主要技术途径有加强薄弱构件、增加辅助构件、改变结构体系、减轻恒载、加固墩台及基础等。

三、加固理论计算

 

   为了从整体上把握桥身在加固前各个部分在外部荷载作用下所产生的应力分布特征,找到最不利截面,为加固方案提供详细的理论依据,特利用大型有限元

计算软件ANSYS对该桥梁结构进行了数值模拟分析。

 

   1、计算模型采用数据

 

      主跨、边跨型梁截面基本尺:T梁全高;H=800MM,上翼缘宽:B1=1250MM

翼缘高度:T=220MMT梁下宽:B=250MM。斜腿支点附近矩形截面基本尺寸:截面高度:H=500MM,截面宽度:B=250MM,材料特性:C30混凝土强性模量:E=3.0*10MPA;混凝土泊松比:V=0.1667。钢

材泊松比:V=0.3  

   2、有限元模型建立

 

      全桥横向共由六榻梁组成,各棍梁的形态结构均一致,因此,先对单榻梁以及斜腿建立有限元计算模型。考虑到主梁结构复杂,斜腿截面沿纵桥向变化,为了能更真实的反映结构的空间特性,采用8节点的solid45空间实体单元进行模拟共

划分节点6868个单元,4202个离散;

     

 

   3、支承条件

 

      由于加固将改变整个桥梁的支承条件,即将中跨跨中的铰接改回原设计方案中的固接,同时,将斜腿趾部的铰接改为固接,这会导致整个刚架片的应力重分布,而后的加固正是针对应力重分布后的结构进行处理的,因此,在有限元模拟加固前的结构应力分布时,各截面尺寸虽然按照加固前计算,但支承条件,在中跨跨中

和斜腿趾部按照固接计算,而其他部位按铰接算。

 

四、加固措施

   碳纤维加固工艺流程

  混凝土表面处理→找平→涂底胶→粘贴→养护

  1.操作要点

  1.1混凝土表面处理:

  1、用角磨机打磨混凝土表面,去掉混凝土表面劣化层并将模板间段差打磨平滑;

  2、打磨后以毛刷或高压空气除去粉尘,粘胶前再用清洗剂擦拭混凝土表面;

  3、对于混凝土表面有较大缺陷处(如蜂窝、麻面或疏松处)应预先进行修复,对麻面应用环氧砂浆找平,混凝土表面疏松的地方应先将其剔除,然后用环氧砂浆找补,直到平整为止,且保持砼清洁干燥;

  1.2找平:

  打磨后的混凝土表面若仍有凹陷处,应使用修补胶将其找平。构件转角处应用修补胶修复为光滑的圆弧,其外表面的曲率半径不应小于20mm

  1.3 涂底胶:

  1、将施工过程中用到的结构胶和浸润胶先放在各自的容器中单独搅拌,待搅拌均匀后,按照设计比例将两者逐步混合搅拌至均匀,而后以滚筒刷子含浸混合好的底胶均匀涂布,底胶指触干燥时间约312小时;

  2、配置粘贴胶时,要控制好粘接胶的用量,尽量控制在可使用范围时间内,如果配置过多有剩余,超出规定使用时间则不得再次使用;

  1.4粘贴:

  1、首先按照设计要求的尺寸裁剪碳纤维布,根据现场实际需求,碳纤维布的宽度分为200mm300mm两种,长度有2000mm900mm1500mm等多种尺寸,所以在实际施工前,先按照所需尺寸裁剪碳纤维,这样便于工人施工操作,从而提高施工效率;

  2、在粘贴碳纤维布前,提前对所需粘贴的部位放线定位,以便达到粘贴位置的准确,根据现场实际情况,分别在所需要加固的梁底、板底等位置放线标记,以便工人施工精确,防止加固位置不在所需位置处而没有达到加固的效果;

  3、按照生产厂家提供的工艺条件配置结构胶粘剂,并均匀涂抹于粘贴部位,涂贴过程中,按照定位线的尺寸,在指定位置用滚压式的方法均匀涂贴,特别在搭接转角的部位处多涂抹一些结构胶;

  4、将碳纤维用手轻压贴于需粘贴的位置,采用专用的滚筒顺纤维方向多次滚压,使胶液充分浸透碳纤维布,注意滚压时不得损伤碳纤维布,特别注意碳纤维边缘处的粘贴程度,在该边缘处用同样的方式滚压,使之与结构胶充分接触,达到100%粘接;

  5、多层粘贴时应重复上述步骤,并应在碳纤维表面的结构胶粘剂指触干燥时,立即进入下一层的粘贴。且应在最后一层碳纤维布的表面涂抹一层结构胶粘剂;

  6、如碳纤维长度不够需搭接时,搭接长度应不小于100mm,当多层碳纤维布加固时,各条或各层碳纤维布之间的搭接位置宜相互错开;粘贴两层或以上时,应连续粘贴,否则再开始粘贴前里层碳纤维表面应擦拭干净;

  7、粘贴过程中,进行空鼓检查并采取相应的处理方法:可以在碳纤维布上开2个以上的孔,使用注射器注入结构胶;沿着碳纤维布的方向切入几刀,然后用结构胶填充,最后用毛刷涂抹胶在切口处封闭。

五、结束语

 

   总之,公路桥梁加固技术是二十一世纪公路桥梁施工领域发展速度最快、用途最广的一门科学技术。然而加固施工工艺相对较复杂,要求桥梁加固工程取长补短,不仅延长了原桥的使用寿命,同时还增强了原桥的承载能力。因此,加速我国旧桥加固或改造技术的研究,不仅能更好地、及时地为现代交通运输服务,而且能为国家带来巨大的经济效益和社会效益


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