既有鋼-混組合梁橋常見病害分析及其加固策略.

1、既有鋼一混組合梁橋常見病害分析及其加固策略 159既有鋼一混組合梁橋常見病害分析及其加固策略黃僑 1,2 榮學(xué)亮 2 陸軍 3（1.東南大學(xué)橋梁與隧道工程研究所 南京 210096;2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)橋梁工程研究所 哈爾濱 150090;3.蘇州天獅建設(shè)監(jiān)理有限公司 蘇州 215011摘要:鋼一混組合粱橋以其施工速度快 ,建筑高度小 ,抗震性能好等優(yōu)點 ,在我國 公路和城市橋梁建設(shè)中得 到了廣泛的應(yīng)用。但是由于交通量和重型車輛的不斷增 加 ,空氣、水汽、工業(yè)煙塵以及其他化學(xué)和污 染物的環(huán)境作用 ,缺乏定期的養(yǎng)護(hù)維修 等原因 ,既有鋼一混組合梁橋在運營若干年后 ,出現(xiàn)了不同程 度的病害問題。為保

2、證 該類橋梁的安全運營 ,延長其使用壽命 ,必須對該類型橋梁進(jìn)行維修、加固。 本文通 過調(diào)研國內(nèi)外既有鋼一混組合梁橋的運營狀況 ,總結(jié)、歸納了該類橋梁出現(xiàn)的幾種 常見病害 , 并在病害成因分析的基礎(chǔ)上 ,研究了該類橋梁的加固方法。并對幾種不同 的加固方式進(jìn)行了對比分 析,研究了各種加固方法的適用性。對癥下藥 ,幾種加固方 法相結(jié)合 ,變被動加固為主動加固的加固 設(shè)計理念貫徹于本文的加固方法中。關(guān)鍵詞:鋼一混組合梁橋病害加固方法體外預(yù)應(yīng)力1引言鋼一混組合梁橋是一種在公路尤其城市橋梁工程中應(yīng)用較多的結(jié)構(gòu)形式之一。 該結(jié)構(gòu)形式最早出現(xiàn)于 19世紀(jì)末 20世紀(jì)初 ,經(jīng)過幾代工程師們近百年深入、細(xì) 致、

3、全面地研究和應(yīng)用。自 20世紀(jì)70年代開始快速 發(fā)展。以法國為例 ,據(jù)該國 1990t993年建設(shè)的橋梁上部結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計分析 ,工字鋼梁與混凝土橋梁構(gòu)成的 公路 組合梁在跨長 30-dlOm 范圍內(nèi)最有競爭力 ,在 6080m 跨長則有明顯優(yōu)勢。組合粱 的占有率達(dá) 85%。 在我國公路和城市橋梁中 ,組合梁的應(yīng)用也取得了舉世公認(rèn)的進(jìn) 步 ,1993 建成的上海楊浦大橋 （跨徑為 602m,2001建成的福建青州閩江大橋 （跨徑為605m。其加勁梁均采用了鋼一混組合結(jié)構(gòu) ,在同類型橋梁中 位居世界前列。 2005 年 我國首座波形鋼腹板 PC 組合箱梁公路橋一潑河大橋建成通車 （跨徑 4×

4、;30m,2006 年 建成通車的常州新運河平陵大橋為國內(nèi)首例大跨度 （主跨 llOm 鋼一混凝土組合連續(xù) 梁橋 ,2005年開工建 設(shè)中的河南鄄城黃河大橋是目前世界上最長的波形鋼腹板PC組合箱梁橋 （跨徑 58X50re。在城市立交橋 建設(shè)中 ,鋼-混組合梁也以其跨越能力大 , 建筑高度小 ,抗震性能好以及施工速度快等優(yōu)點得到了廣泛的應(yīng) 用 ,建成了以北京航 天橋（主跨 73m、朝陽橋（主跨 64m、淮安市長征橋 （跨徑 18.5m+30m+18.5m為代 表 的一批鋼一混組合連續(xù)梁橋 ,取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益?？梢灶A(yù)期進(jìn)入 21世紀(jì)后 , 鋼一混組合梁這種結(jié) 構(gòu)形式必將得到更大的發(fā)展。2

5、常見病害及成因分析應(yīng)該指出的是 ,國內(nèi)外既有鋼一混組合梁橋目前的運營狀況較好 ,出現(xiàn)的問題也 不算嚴(yán)重 ,但是未雨綢 繆,隨著該類型結(jié)構(gòu)形式橋梁在國內(nèi)的進(jìn)一步推廣使用 ,以及由 于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展帶來的對橋梁功能要求的提 高。對其進(jìn)行病害分析及加固策略研 究也是必要的。根據(jù)已有文獻(xiàn)資料的研究報道以及現(xiàn)場調(diào)研表明,既有 鋼混組合梁橋常出現(xiàn)以下幾種病害。既有鋼一混組合梁橋常見病害分析及其加固策略 I 采用直徑 13ram、長 51ram的螺栓。 CFRP板材的粘貼位置如 ? 圖 5所示,通 過加載試驗后 ,得出如下結(jié)論 :使用 CFRP加固后的試驗梁 ,強(qiáng)度增加最大可達(dá) 45OA;使用 CFRP 加固

6、黼土扳 后,試驗梁的 剛度也有顯著的增加 ,當(dāng) P=128kN 時,加固后的試驗梁的跨中撓度僅為同樣荷載作用下 ,控制梁跨中撓度的 25%;加固材料 CFRP 的彈性模量不得小于被加固梁中鋼材的彈性模量。眾多試驗研究表明 ,采用碳纖維片材加固鋼一混組合梁橋可以有效的提高原橋地承載能力 ,減小主梁 , 撓度。812mml -一T-.f 一. '1一鋼粱 E 之爿 圖5CFRP板材加固組合粱示意圖3.3鋼梁裂紋或銹蝕等缺陷的修補'當(dāng)鋼梁出現(xiàn)裂紋進(jìn)行修補時 ,如僅以焊接和增加蓋板等將裂紋堵塞一下 ,是不能 解決問題的。必須充分 調(diào)查裂縫發(fā)生部位的鋼材質(zhì)量、焊接狀態(tài)、應(yīng)力狀態(tài)、銹 蝕狀

7、況和疲勞狀態(tài)等 ,依據(jù)調(diào)查的結(jié)果采取對策。有 時,為了改善材質(zhì) ,必須更換構(gòu)件 , 為了改善應(yīng)力狀態(tài) ,必須優(yōu)化構(gòu)造細(xì)節(jié)或變更結(jié)構(gòu)。當(dāng)鋼梁發(fā)生銹蝕時 , 必須及時除 銹,并按鋼結(jié)構(gòu)的防腐要求進(jìn)行防腐處理。3.4混凝土橋面板更換由于受到車輛局部荷載的反復(fù)作用及混凝土碳化、鋼筋銹蝕,板抗彎能力相對較弱 ,鋼一混凝土組合梁橋 的橋面板使用壽命一般應(yīng)低于其鋼梁的使用壽命。當(dāng)混 凝土橋面板局部破裂或腐蝕嚴(yán)重時 ,需要局部或整 體更換混凝土橋面板。在鑿除混 凝土橋面板后應(yīng)同時檢查剪力連接件的使用情況 ,必要時可更換或增加剪 力連接件 數(shù)量后 ,再重新澆筑橋面板。3.5更換剪力鍵當(dāng)發(fā)現(xiàn)梁端的混凝土橋面板與鋼

8、梁明顯錯位 ,表明剪力鍵已因疲勞或縱向剪力 過大而失效。在此情況 下,必須鑿除混凝土橋面板 ,更換剪力鍵并重新澆筑混凝土橋 面板。否則鋼一混凝土組合梁將蛻化為鋼一混凝 土疊合梁 ,其撓度將明顯增大、承 載能力將大幅降低。3.6鋼板局部失穩(wěn)的處理 . 對于局部失穩(wěn)的鋼板可采取局部更換鋼板、局部粘 貼或加焊鋼板及箱內(nèi)局部增加橫向或縱向加勁肋的 措施 ,以增加其局部穩(wěn)定性。4 結(jié)語(1既有鋼一混組合梁橋最常見的 ,也是最可能出現(xiàn)的病害 ,其包括 :鋼梁構(gòu)件由于 銹蝕、疲勞、高應(yīng)力集 中及焊接殘余應(yīng)力等因素導(dǎo)致出現(xiàn)裂紋 ,而引起構(gòu)件的脆性 斷裂 ;鋼一混組合梁橋特有的構(gòu)造和施工過程導(dǎo) 致的組合連續(xù)梁橋

9、負(fù)彎矩區(qū)橋面板 開裂和橋面板縱向開裂 ;混凝土橋面板局部破損、腐蝕 ;剪力鍵剪斷或疲 勞破壞等。(2 已有研究表明 ,當(dāng)既有鋼一混組合梁橋承載能力不足 ,或荷載等級要求提高時 可以采用體外預(yù)應(yīng)力 或粘貼碳纖維片材的加固方法。這兩種方法均可以有效地提 高既有鋼一混凝土組合梁橋的承載能力 ,一般情 況下提高幅度可達(dá)到 20%"-40%。(3 剪力鍵是保證鋼梁和混凝土橋面板共同工作的關(guān)鍵所在 ,如果因其疲勞或承 受過大的縱向剪力而破 壞時 ,必須更換之。否則鋼一混凝土組合梁的組合作用已不 復(fù)存 ,并將蛻化為疊合梁 ,其承載能力將大幅 降低。(4 鋼一混凝土組合梁橋具有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)的共性問題 ,例如混凝土 橋面板開裂、破損和鋼粱 腐蝕、疲勞裂紋、鼓包等病害 ;同時也具有其獨特的個性 問題 ,例如剪力鍵的疲勞和剪斷問題。在實際工程中 須對具體的病害進(jìn)行具體的分 析 ,進(jìn)而采取具有針對性的加固策略 ,以達(dá)到加固的目的。甜 全國既有橋梁加固、改造與評價學(xué)術(shù)會議論文集 參考文獻(xiàn) 陳開利，王邦楣，林亞超橋梁工程鑒定與 加固手冊北京