淺談預應力鋼筋混凝土箱梁結構加固設計
2015-09-22
橋梁是交通中不可缺少的重要組成部分，在人類社會的發(fā)展中起到重要的作用。在對橋梁進行加固設計之前，需要對橋梁現(xiàn)狀進行全面的研究，尤其是預應力鋼筋混凝土箱梁的裂縫研究。橋梁往往在形成機理和表現(xiàn)形式等方面存在著問題，這些問題也是橋梁設計理論和施工方法等因素不合理所導致的。
1預應力鋼筋混凝土箱梁結構加固設計
1.1裂縫情況及原因分析
引起預應力鋼筋混凝土橋梁裂縫的原因有很多，主要有荷載引起的裂縫、溫度變化引起的裂縫、地基礎變形引起的裂縫等。鋼筋銹蝕引起的裂縫、凍脹引起的裂縫、施工工藝質量引起的裂縫等。荷載引起的裂縫是由于外載荷的直接應力和次生應力作用產(chǎn)生的。在設計計算階段，荷載引起的裂縫可能由于設計計算階段的漏算、模型不合理、結構不合理、設計斷面不足、鋼筋布置失誤、預應力加載不足和安全系數(shù)不足等原因產(chǎn)生。在施工階段，荷載引起的裂縫可能由于預制結構了解不清、構造處置不當、沒有完全按照圖紙施工、翻身和運輸安裝隨意、施工順序不當?shù)仍蛟斐傻摹?br />
在使用階段，荷載引起的裂縫可能由于受到撞擊、車載過大、重型車輛過多和自然災害等原因造成的。在進行混凝土澆注的過程中，因為結構整體不能采取隔離層等放松約束措施，混凝土在水化熱和大氣溫度的作用下，加之混凝土的內(nèi)部溫度較大，混凝土內(nèi)部出現(xiàn)較大的拉應力，導致約束裂縫的產(chǎn)生。
地基的變形有時會出現(xiàn)不均沉降和水平方向位移等，導致結構產(chǎn)生附加應力，造成機構開裂，地基基礎的不均勻沉降的原因有：試驗資料不準、結構荷載差異太大、地質勘察精度不夠、分期建造的基礎、地基凍脹等。
此外，預應力鋼筋混凝土橋梁裂縫還包括鋼筋銹蝕引起的裂縫、凍脹引起的裂縫、施工工藝質量引起的裂縫等。
1.2 預應力鋼筋混凝土箱梁結構加固設計
首先進行預應力鋼筋混凝土橋梁的裂縫寬度計算。根據(jù)預應力混凝土橋涵設計規(guī)范（JTG62-2004）規(guī)定：鋼筋混凝土構件在Ⅰ類和Ⅱ類環(huán)境下裂縫寬度不超過 0.2mm,在Ⅲ、Ⅳ類環(huán)境下混凝土構件的裂縫寬度不得超過 0.15mm。
裂縫計算的最小裂縫計算公式如下：
考慮到長期車載、超載現(xiàn)象嚴重現(xiàn)象，裂縫計算的較大裂縫計算公式如下：
其中σg代表裂縫處鋼筋拉應力；Eg代表相臨裂縫之間的距離；
然后根據(jù)荷載試驗報告，箱梁各測試截面在最不利試驗荷載工況作用下，實際測量的最危險結果，取得測試數(shù)據(jù)，做好加固設計的準備工作。根據(jù)裂縫計算公式和預應力鋼筋混凝土箱梁結構的實測數(shù)據(jù)進行分析，最后提出鋼筋混凝土箱梁結構的加固設計方案。
根據(jù)實測數(shù)據(jù)提出三種加固設計方案，分別為掛網(wǎng)錨噴混凝土、底板粘貼碳纖維布、底板粘貼玄武巖纖維。由于篇幅原因，不對每一種方案進行詳細說明。根據(jù)實際情況的比較選取第三種方案。
2 預應力鋼筋混凝土箱梁結構加固施工
根據(jù)實際情況，最終確定的方案為底板粘貼玄武巖纖維，即（1）封閉處理。針對寬度小于 0.20mm 的裂縫。（2）清縫灌漿處理。針對寬度大于0.20mm 的裂縫。（3）在裂縫病害采取裂縫封閉后，在箱梁底板、腹板和翼緣板粘貼玄武巖纖維布。
2.1裂縫封閉
2.1.1針對寬度小于0.20mm的裂縫，首先開鑿一個V形槽，寬10～20mm，深5mm。
2.1.2去除浮渣和裂縫內(nèi)灰砂，烘干混凝土表面。
裂縫外用蘸有丙酮或二甲苯的回絲洗擦一遍，不可用清水洗，保持V形槽內(nèi)無灰、塵油污等。
2.1.3在裂縫四周涂一層環(huán)氧漿液。
然后嵌入環(huán)氧砂漿，將其平面與原混凝土面用刮刀刮齊平。環(huán)氧樹脂硬化后就可以正常使用。由于裂縫封閉使用化學藥劑，操作人員如果短期接觸不會產(chǎn)生副作用或影響不大，但是使用乙二胺等固化劑時，必須進行保護，防治皮膚灼傷。拌制環(huán)氧樹脂時，要戴口罩，注意通風，并且防治火災的發(fā)生。
2.2 裂縫灌漿
進行裂縫清理。首先開鑿 V 形槽，寬 4～6mm，深 2～4mm；然后剔除裂縫口表面的松散雜物，對外露鋼筋進行除銹處理，用丙酮沿縫長范圍內(nèi)進行洗刷。
進行埋設灌漿嘴和封縫。灌漿嘴的布置間距以 35～40cm 為宜盡量保證上寬縫可稀、窄縫要密，并且每一條裂縫保證至少有一個進漿孔和排氣孔。封縫時應該保證無論縫寬大小同時封閉，防裂縫相互貫通造成跑氣跑膠。在封縫后還要進行密封檢查。進行灌漿，步驟如下：接通管道-膠漿注入灌漿罐-打開儲氣瓶閥門-打開灌漿罐-灌漿冒漿后關閉此嘴-停止該縫的壓漿-停止壓漿-關閉壓漿嘴閥門。停止壓漿的標準為出漿率持續(xù)5～10min 小于 0.1L/min。
2.3 粘貼玄武巖纖維布
粘貼玄武巖纖維布施工工藝：構件基底處理-涂刷底層涂料-環(huán)氧膩子修補-粘貼玄武巖纖維布-表面防護。
2.3.1 施工準備
應認真閱讀設計施工圖，擬定施工方案和施工計劃；施工前應測量粘貼部位混凝土的表層含水率以及其所處環(huán)境溫度；去除被加固構件表面的疏松部分，保證可以露出混凝土結構層；若粘貼玄武巖纖維材料的施工工藝有涂刷底膠的要求時，應按粘結劑供應廠商的底膠配制說明書進行操作；專人負責粘結劑的配制，并且按粘結劑供應廠商要求的配比和工藝進行配制。
2.3.2 粘貼玄武巖纖維片材
首先按加固設計部位放線定位；然后裁剪玄武巖纖維布；接著配制漫漬樹脂并且均勻涂抹于所要粘貼的部位；最后用專用的滾筒順纖維方向多次滾壓，擠除氣泡，保證浸漬樹脂充分浸透纖維布；重復上述步驟，上一層干燥后進行下一層的粘貼。
3 結語
本文首先分析預應力鋼筋混凝土結構裂縫產(chǎn)生的原因，提出了加固設計方案，并對加固施工進行詳細的說明，為預應力鋼筋混凝土箱梁結構的加固設計和施工提供理論基礎和施工經(jīng)驗。
