淺談芳玻韌布結(jié)合鋼板在寧波琴橋火災(zāi)后加固中的應(yīng)用6600字

1、淺談芳玻韌布結(jié)合鋼板在寧波琴橋火災(zāi)后加固中的應(yīng)用6600字 摘要：寧波琴橋西引橋第二孔2022年4月29日上午因意外起火燃燒，造成板梁、蓋梁、端部支座不同程度的燒傷，部分混凝土爆裂剝落，截面減小。經(jīng)檢測(cè)，受火災(zāi)影響較大的板梁跨中撓度均有增大。板梁加固設(shè)計(jì)方案考慮到該橋梁板是采用先張法預(yù)制梁板，混泥土火災(zāi)后的剝離對(duì)梁底鋼筋的握裹力及端部錨固影響都很大，經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)及檢測(cè)和施工單位等各方專家討論，采用芳玻軔布與鋼板相結(jié)合的綜合加固技術(shù)，即先將梁端鋼筋錨固區(qū)用鋼板壓緊防止預(yù)應(yīng)力筋的松弛，然后再進(jìn)展梁板的鑿除、環(huán)氧砂漿修補(bǔ)及粘帖芳玻軔布梁底加固技術(shù)。此橋目前已加固兩年多，理論證明加固效果明顯，到達(dá)預(yù)期

2、目的。 關(guān)鍵詞：加固 火災(zāi) 芳玻韌布 鋼板 寧波琴橋 一. 工程概況寧波市琴橋又名大沙泥橋，它跨越奉化江，是連接海曙和江東兩區(qū)的交通要道。 該橋共有十孔。其中主跨一孔，靠江東區(qū)一側(cè)的東引橋共有四孔，靠海曙區(qū)一側(cè)西引橋共有五孔。全橋橋長(zhǎng)293.08m。其中主孔橋跨構(gòu)造為獨(dú)榀鋼管混凝土系桿拱，跨徑為120m，引橋均為先張法預(yù)應(yīng)力雙腔空心板梁，每孔跨徑為1920m，其跨徑組成由東向西：19.04m+19.0m2+20.0m+120m+20.0m+19.0m3+19.04m?？亢Ｊ飬^(qū)西引橋第二孔WL-2由接坡處數(shù)起橋跨構(gòu)造于2022年4月29日上午發(fā)生火災(zāi)，導(dǎo)致該孔主梁和橋墩損壞。該孔上部構(gòu)造橫向共有

3、34榀先張法預(yù)應(yīng)力混凝土雙腔空心板梁組成，每塊空心板梁寬為0.99m，梁長(zhǎng)為19m?；炷翉?qiáng)度等級(jí)為C40，每塊空心板梁下設(shè)4塊20031mm圓板球冠橡膠支座。該孔下部構(gòu)造為由樁基和蓋梁組成的排架墩，其中橋墩為WP-1和WP-2，其蓋梁尺寸為長(zhǎng)35.34m，寬為1.40m，高為1.3411.600m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。鉆孔樁直徑為1.20m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25。由于混凝土在高溫下的爆裂、脫落、開裂等造成構(gòu)造強(qiáng)度的降低，構(gòu)件的剛度減少，同時(shí)在高溫的作用下預(yù)應(yīng)力鋼絞線強(qiáng)度損失，板底鋼筋強(qiáng)度及粘結(jié)力的降低。圖1 寧波琴橋主跨外景圖 二火災(zāi)損傷狀況1、該孔南216梁底縱向距西端0.6m10.

4、5m范圍內(nèi)混凝土外表呈黃白色，估計(jì)當(dāng)時(shí)混凝土外表溫度達(dá)7001000；其余梁底混凝土外表均呈煙熏黑色，估計(jì)當(dāng)時(shí)混凝土外表溫度達(dá)200300。2、WP-2墩蓋梁東側(cè)面橫向?yàn)槟?21梁范圍內(nèi)混凝土外表呈灰白色，估計(jì)當(dāng)時(shí)混凝土外表溫度達(dá)600800；WP-2墩蓋梁東側(cè)面其余部分及WP-3墩蓋梁西側(cè)面混凝土外表均呈煙熏黑色，估計(jì)當(dāng)時(shí)混凝土外表溫度達(dá)200300。圖2 火災(zāi)后梁底火災(zāi)后部分嚴(yán)重部位 三損傷程度梁底因火災(zāi)高溫突遇冷水造成混凝土內(nèi)外較大溫差而產(chǎn)生較大拉應(yīng)變，當(dāng)超過極限拉應(yīng)變時(shí)便成片爆裂、爆落，甚者露筋，在該孔西部10.5m范圍內(nèi)梁底剝落厚度為1658mm。西部梁底因火災(zāi)高溫導(dǎo)致其下緣預(yù)應(yīng)力鋼

5、絞線受熱膨脹，使砼保護(hù)層產(chǎn)生沿預(yù)應(yīng)力鋼絞線的縱向裂縫，該處預(yù)應(yīng)力筋有回縮現(xiàn)象，預(yù)應(yīng)力有部分損失。對(duì)該孔縱向裂縫最寬處南12梁北側(cè)進(jìn)展鑿洞觀察：裂縫深度為30mm，距鋼絞線中心尚差20mm，橫向位置距鋼絞線中心20mm以上，說明該裂縫處鋼絞線仍然有10mm以上混凝土包裹粘結(jié)。由于先張法預(yù)應(yīng)力梁靠?jī)啥隋^固長(zhǎng)度(Lm)內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋與混凝土間的包裹粘結(jié)來到達(dá)錨固要求的，但該孔南7、8、10、12梁的縱向裂縫末端距梁端僅0.66m，小于該梁的錨固長(zhǎng)度(Lm=1.5m)，因此預(yù)應(yīng)力將有可能進(jìn)一步損失。WP-2墩蓋梁東側(cè)面橫向?yàn)槟?21梁約長(zhǎng)22m范圍內(nèi)為迎火面，混凝土爆裂損傷厚度為1840mm?；馂?zāi)后梁底燒

6、傷面積示意圖如圖3：被燒損的梁體，雖然由于預(yù)應(yīng)力筋回縮現(xiàn)象有可能導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失增大，但由于砼的剝落而導(dǎo)致截面特性減小，從而使預(yù)應(yīng)力重心的相對(duì)偏心矩增大，故預(yù)拱度反而有所增大，該現(xiàn)象說明預(yù)應(yīng)力根本是有效的，尚未有很大損失。該孔西端橡膠支座迎火面外表有龜裂損傷、部分露出鋼板，不影響承載才能，僅影響耐久性。通過荷載試驗(yàn)該孔承載才能目前仍到達(dá)原設(shè)計(jì)要求。圖3 WL-2孔梁底燒損測(cè)繪示意圖 四. 加固修復(fù)原那么及計(jì)算分析加固修復(fù)原那么：首先去除燒傷病害；混 凝土剝落處用高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿修復(fù)；擬采用美國(guó)TYFO?芳玻韌布加固，在計(jì)算分析的根底上擬定設(shè)計(jì)加固方案；精心施工，使該橋經(jīng)過加固后的承載才能不低于原板梁

7、。其計(jì)算分析過程可分為：等待截面換算；荷載作用下的撓度及預(yù)應(yīng)力分析；預(yù)應(yīng)力鋼鉸線拉力損失值和彎矩儲(chǔ)藏?fù)p失值計(jì)算；芳玻韌布提供的拉力值和彎距值計(jì)算。1.等代截面換算空心板梁的等代截面的換算：按截面等代的原那么，即面積相等，截面慣性距相等。將原截面轉(zhuǎn)化為后圖的形式等代斷面已計(jì)入鉸縫的面積。如圖4所示。圖4 等代截面換算示意圖等代換算按照減法進(jìn)展，原矩形截面等代為118cm75cm矩形截面，原空心圓形截面等代為矩形截面?？招牟糠謸Q算方法如下：空心圓形截面面積A=3036cm2，抗彎慣矩I=620000cm4，設(shè)以邊長(zhǎng)分別為b和h得長(zhǎng)方形代替，根據(jù)等代原那么，即A=bh，I=bh3/12，求得中空長(zhǎng)方

8、形截面的尺寸：b=61.3cm，h=49.5cm，近似取b=61cm，h=50cm。如圖5所示：圖5 預(yù)應(yīng)力板梁受力示意圖橋燒傷前的空心板截面抗彎慣性矩為I前：I前=b1h13/12- b2h23/12=118753/12-61.349.53/12=3528861.159cm4橋燒傷后的空心板截面抗彎慣性矩為I后按空心板底面高度平均損失4cm計(jì)算：I后=b1h13/12- b2h23/12=11875-43/12-61.349.53/12=2899881.826 cm42.荷載作用下的撓度及預(yù)應(yīng)力分析由橋梁板在預(yù)應(yīng)力作用下的撓度計(jì)算公式：f=kNyeL2/EI。其中：k：系數(shù)預(yù)應(yīng)力不同情況下的

9、K值取不同值；Ny：鋼絞線的預(yù)應(yīng)力合力；e：鋼絞線的中心偏心距；E：彈性模量；I：截面慣性距；L：板梁的計(jì)算跨度。根據(jù)公式 f=kNy.eL2/EI可以推導(dǎo)出：f前/ f后=Ny前/I前/Ny后/I后根據(jù)檢測(cè)報(bào)告結(jié)果，可知燒傷后橋的撓度比燒傷前撓度增加30%35%，燒傷后的板梁高度損失35cm。按燒傷后板梁的撓度比未燒傷的板梁撓度增加30%計(jì)：1/1.3=Ny前/ I前/Ny后/ I后Ny后/ Ny前=1.068由以上計(jì)算可知道預(yù)應(yīng)力砼板梁內(nèi)的預(yù)應(yīng)力值經(jīng)過燒傷影響后即遇火災(zāi)后，在試驗(yàn)荷載作用下，其預(yù)應(yīng)力增大值比該板梁未經(jīng)火災(zāi)損傷時(shí)增大了6.8%。3.預(yù)應(yīng)力鋼鉸線拉力損失值和彎矩儲(chǔ)藏?fù)p失值計(jì)算1

10、預(yù)應(yīng)力鋼鉸線增加拉力值計(jì)算根據(jù)原設(shè)計(jì)圖紙，預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度Ryb=1860Mpa，控制張拉應(yīng)力=0.75Ryb，原4束6根直徑15.24的鋼絞線計(jì)算面積140mm2，設(shè)計(jì)拉力值為F： F=18600.7561404=4687.2kN 預(yù)應(yīng)力板梁鋼絞線拉力的損失值為F：F=4687.26.8%=318.72 KN(2)預(yù)應(yīng)力鋼鉸線增加彎矩值計(jì)算參照原設(shè)計(jì)圖，一塊典型中板在未燒傷前設(shè)計(jì)抵抗彎矩為M原=120T?m，當(dāng)預(yù)應(yīng)力損失為F時(shí)，其抵抗彎矩儲(chǔ)藏?fù)p失為M失：M失= F Z=31.870.6=19.12 T?m4.芳玻韌布提供的拉力值和彎距值(1)用加固方法補(bǔ)充預(yù)應(yīng)力鋼鉸線的拉力損失值擬采

11、用在板底粘貼芳玻韌布來承當(dāng)預(yù)應(yīng)力板梁增加的拉力F，芳玻韌布選取美國(guó)進(jìn)口的TYFO?芳玻韌布，其強(qiáng)度設(shè)計(jì)值220Mpa，厚度為1.3mm，一塊空心板寬度為1170mm。在板底粘貼一層芳玻韌布，可以進(jìn)步預(yù)應(yīng)力板梁的抗拉力為F： F=1.32201170/103 =334.6KN(2)用加固方法補(bǔ)充彎矩儲(chǔ)藏?fù)p失值 板底粘貼一層TYFO?芳玻韌布加固后新增加的抗彎彎矩簡(jiǎn)化計(jì)算如下：M=1.32201170750-110+(110+80)/2/106 =223.587KN?m =24.59T?m由計(jì)算知：M=24.59T?m M失= 19.2 T?m，加固后滿足要求。 五、維修加固方案1、設(shè)計(jì)思路1基層

12、處理，即敲除砼燒疏層，外露鋼筋除銹；2板底順橋向裂縫處理；3燒損混凝土修復(fù)，即WL2孔梁底和WP2橋墩蓋梁東側(cè)面部位因火災(zāi)保護(hù)層減薄，影響耐久性，在這些部位采用高強(qiáng)度修補(bǔ)砂漿對(duì)原遭火燒破壞混凝土進(jìn)展修復(fù)。4WL2孔梁底和WP2橋墩蓋梁經(jīng)過高強(qiáng)度修補(bǔ)砂漿修復(fù)后，再采用粘貼美國(guó)原裝進(jìn)口TYFO纖維復(fù)合材料簡(jiǎn)稱芳玻韌布補(bǔ)強(qiáng)，以恢復(fù)及進(jìn)步承載才能；5為了防止空心板梁西端燒損部位鋼絞線粘結(jié)錨固失效，在西端采用壓緊鋼板裝置增加摩阻錨固。2、維修加固工工藝1施工準(zhǔn)備，根本不影響交通。2敲除砼燒疏層，外露鋼筋除銹。、鑿除原板梁外表因火燒形成的燒疏層混凝土，直至堅(jiān)實(shí)構(gòu)造層。鑿除燒疏層的厚度應(yīng)由加固工程師指導(dǎo)下完

13、成，防止野蠻施工而將混凝土未燒疏層振松脫落。、外露鋼筋采用鋼絲刷進(jìn)展除銹處理。、用使用吹風(fēng)機(jī)將板底灰塵、雜物吹凈，確保梁板底清潔，無浮塵。注意：在鑿除燒損疏松層時(shí)，注意一定不應(yīng)使原梁的鋼絞線松動(dòng)。3裂縫修補(bǔ)處理方法上述工序施工完成后，為了保證工程質(zhì)量，根據(jù)檢測(cè)報(bào)告，在火災(zāi)后由構(gòu)造受力與火災(zāi)荷載共同作用而產(chǎn)生的斷斷續(xù)續(xù)順橋向裂縫見下表。采用環(huán)氧膠進(jìn)展裂縫修補(bǔ)施工，此注入樹 脂不含溶劑，固化成分高，硬化收縮性小，對(duì)各種構(gòu)造物具有良好的接著力，可以完全發(fā)揮修補(bǔ)或補(bǔ)強(qiáng)之效用，對(duì)構(gòu)造物恢復(fù)其整體性，進(jìn)而達(dá)成一體化的功用。并根據(jù)裂縫寬度大小分兩種不同工法施工。、當(dāng)裂縫為寬度0.2mm細(xì)小裂縫時(shí)的處理方法a

14、、基層處理，先用角磨機(jī)打磨混凝土外表，使混凝土細(xì)微裂縫露出。b、用吹風(fēng)機(jī)將裂縫處灰塵吹凈。c、用環(huán)氧膠對(duì)細(xì)小裂縫做密封處理、當(dāng)裂縫寬度0.2mm時(shí)的處理方法a、基層處理：先用角磨機(jī)打磨混凝土外表，使混凝土裂縫露出。b、安裝底座：以間距2530cm安裝底座。c、裂縫密封：以密封劑將可能漏漿之蜂窩和裂縫密封，等待硬化。d、環(huán)氧樹脂灌注：以注射針筒將構(gòu)造環(huán)氧樹脂注入裂縫，至灌滿為止。4WL2孔梁底和WP2橋墩蓋梁東側(cè)面燒損混凝土修復(fù)為恢復(fù)原構(gòu)造設(shè)計(jì)尺寸，首先原板底砼清理干凈，然后采用高強(qiáng)度修補(bǔ)砂漿對(duì)原遭火燒破壞混凝土進(jìn)展修復(fù)。該修補(bǔ)砂漿經(jīng)過高分子聚合物改性，對(duì)混凝土構(gòu)件的結(jié)合力極強(qiáng)，鏝抹時(shí)不垂落，硬

15、化后不收縮、不開裂、強(qiáng)度高；能恢復(fù)構(gòu)造強(qiáng)度，防止外界因素對(duì)鋼筋的侵蝕。、施工前需去除底面的疏松物質(zhì)、浮灰、油污、鐵銹等，并用水沖洗干凈，使外表潤(rùn)濕。、刷界面劑一道。、用聚合物高強(qiáng)專用修補(bǔ)砂漿進(jìn)展修補(bǔ)，厚度大時(shí)要分層施工，每層不超過2cm,保證修補(bǔ)的密實(shí)度。、在00C以上使用，漿料終凝約3小時(shí)左右后，注意保護(hù)外表免遭雨水的破壞。、如坑洞或燒傷非常深，可在該處布置鋼筋網(wǎng)或者植6鋼筋處理，然后采用聚合物高強(qiáng)專用修補(bǔ)砂漿進(jìn)展修補(bǔ)。、在修補(bǔ)層上用JGN環(huán)氧修補(bǔ)膠抹平細(xì)處理。5、粘貼美國(guó)TYFO芳玻韌布加固梁底、施工工藝a、基層處理鏟除待粘貼的基層的風(fēng)化疏松層及剝落物等，用修補(bǔ)砂漿進(jìn)展補(bǔ)平，再磨光使之平整

16、，沒有尖角和突起物。梁板底有孔洞或混凝土損傷處應(yīng)用專用構(gòu)造修補(bǔ)膠進(jìn)展修補(bǔ)。粘貼前去除構(gòu)造外表的結(jié)露和凝水，使其枯燥。確保裂縫處理合格后再進(jìn)展纖維粘貼。b、配制特種環(huán)氧樹脂和浸潤(rùn)纖維布在環(huán)境溫度下按比例混合環(huán)氧樹脂組份A和組份B，并用低速機(jī)械攪拌約5分鐘，期間溫度應(yīng)控制在5-380C度之間。根據(jù)圖紙尺寸裁剪美國(guó)TYFO芳玻韌布纖維布，并將裁剪好的纖維布用TYFO專用樹脂均勻涂濕。c、復(fù)合補(bǔ)強(qiáng)層的施工將待加固的構(gòu)造外表涂刷一層混合好的樹脂做底層。在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，將濕透的纖維布象貼墻紙一樣平整地貼在砼外表，纖維布之間經(jīng)向主纖維方向搭接長(zhǎng)度不得小于150mm。對(duì)復(fù)合補(bǔ)強(qiáng)層進(jìn)展檢查，樹脂中的氣泡必須在樹

17、脂硬化前排出，每一層纖維布必須與前一層或基層嚴(yán)密附著。在粘貼復(fù)合材料部位需進(jìn)展粉刷時(shí)，如有需要在復(fù)合材料硬化前進(jìn)展撒砂處理，以增加外表粗糙度。d、復(fù)合補(bǔ)強(qiáng)層的養(yǎng)護(hù)在環(huán)境溫度和濕度下，粘貼后的復(fù)合纖維布24小時(shí)即可到達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%，48小時(shí)將完全硬化，可以進(jìn)展加載或使用。在燒損混凝土經(jīng)過修復(fù)、然后經(jīng)過泰扶TYFO纖維復(fù)合材料加固后，在空心板梁西端錨固區(qū)內(nèi)預(yù)應(yīng)力張拉位置：0.96m和3.47m處安裝鋼板壓緊裝置，祥見施工圖紙，其安裝程序及工藝如下：、按設(shè)計(jì)位置在西端布置種植化學(xué)螺栓，為了使螺栓與膠層之間不粘結(jié)，可在種植螺栓暴露段包裹一層自粘性橡膠帶為隔離層。、按螺栓位置在壓緊鋼板上放樣鉆孔。、

18、對(duì)壓緊鋼板的粘結(jié)面進(jìn)展除銹，呈金屬光澤，并用丙酮除油污清潔。、在粘結(jié)面兩側(cè)涂抹一定厚度的建筑構(gòu)造膠。、安裝壓緊鋼板，通過擰緊螺栓初步壓緊鋼板，使飽滿的建筑構(gòu)造膠擠出，使之填滿。、經(jīng)24小時(shí)后，建筑構(gòu)造膠根本固化，此時(shí)再次擰緊螺栓，使之產(chǎn)生壓緊力，增強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼絞線端部的錨固力。7 球冠橡膠支座修補(bǔ)工藝 除去龜裂損壞部分； 用無水酒精或丙酮清潔被修補(bǔ)外表； 立半圓聚乙烯模板； 建議采用單組份聚氨酯灌筑修補(bǔ)。 六. 加固修復(fù)施工質(zhì)量控制在芳玻韌布布粘貼后養(yǎng)護(hù)即將完畢時(shí)，質(zhì)檢員仔細(xì)觀察芳玻韌布復(fù)合材料以檢查是否存在空鼓，以保證總有效粘結(jié)面積不低于95%。當(dāng)芳玻韌布的空鼓面積不大于10000mm2時(shí)，可采用針管注膠的方法進(jìn)展修補(bǔ)，當(dāng)空鼓面積大于10000mm2時(shí)，可將空鼓部位的芳玻韌布片材切除，重新搭接貼上等量的芳玻-韌布片材，搭接長(zhǎng)度不應(yīng)小于150mm。加固后控制截面撓度與計(jì)算撓度的比值均小于0.8，說明構(gòu)造有足夠的平安儲(chǔ)藏，剛度滿足要求。相對(duì)剩余變形最大值為10.8，小于標(biāo)準(zhǔn)要求的20，說明該跨的梁具有較好的彈性回復(fù)才能。 七. 結(jié)論寧波琴橋西引橋火災(zāi)后加固至今有兩年多，根據(jù)理論證明及監(jiān)測(cè)站的再次檢查，加固后該橋承載力及各板梁剛度較加固前有較大幅度的進(jìn)步，剩余變形滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，