裝配式預應力混凝土T型梁橫隔板加固技術(shù)

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裝配式預應力混凝土T型梁因其受力合理，施工簡便、快速，節(jié)省投資等，在我國橋梁建設中得到了廣泛的應用，例如鄭州黃河公路大橋、劉江黃河公路大橋、焦作黃河公路大橋、蘇通長江大橋及上海盧浦大橋等。在經(jīng)過長時間的運營后，部分橋梁出現(xiàn)病害，其病害呈現(xiàn)集中性和共同性，即T型梁病害以橫隔板病害最為典型。作為橫向連接的重要構(gòu)件，橫隔板出現(xiàn)損壞后，梁體之間橫向連接減弱，單梁受力加大，長時間荷載運營使橋梁處于危險狀態(tài)。所以，對T梁橫隔板加固技術(shù)的研究是十分必要的。

裝配式預應力T型梁橫隔板病害

根據(jù)焦作黃河公路大橋及鄭州黃河公路大橋橋梁定期檢測可知，預應力混凝土T型梁橫隔板病害主要有以下幾種。

裂縫

橫隔板裂縫主要出現(xiàn)在橫隔板中部。對于挖孔橫隔板，裂縫主要出現(xiàn)在T梁腹板部位兩側(cè)并且形成豎向及斜向裂縫，寬度通常在0.15mm～0.25mm之間。對于實心橫隔板，產(chǎn)生的裂縫主要對稱分布在T梁梁肋橫向至梁連接部位，豎向及斜向裂縫寬度均在0.10mm～0.25mm之間，少量橫隔板裂縫斜向向下延伸至橫隔板底部。如圖1所示。

混凝土剝落、鋼板外露

橫隔板混凝土剝落多出現(xiàn)在連接處。主要表現(xiàn)為鋼板表面及內(nèi)部混凝土與鋼板剝離，且產(chǎn)生較多較大裂縫，導致混凝土松動甚至掉落，最終露出鋼板。如圖2所示。

圖1 橫隔板裂縫

圖2 橫隔板混凝土剝落、鋼板外露

圖3 橫隔板鋼板開焊、混凝土碎落

鋼板開焊，混凝土碎落

橫隔板鋼板開焊、鋼筋剪斷，主要表現(xiàn)在橫隔板下部。實心橫隔板無開焊表現(xiàn)，空心橫隔板則以下部斜向鋼筋與鋼板開焊起始，直至鋼筋與鋼板連接完全被破壞結(jié)束，最終橫隔板失效。在此過程中，部分橫隔板鋼筋被剪斷導致橫隔板完全脫落，T型梁橫向連接為零。如圖3所示。

病害產(chǎn)生原因

設計方面

T型梁橫隔板是保證主梁共同受力的重要構(gòu)件，因此要求橫隔板本身或裝配式接頭應具有足夠的強度。由于跨中橫隔板的自重會增加主梁荷載，所以在設計橫隔板時容易造成橫隔板設計尺寸偏小，在原設計中橫隔板中部厚度僅為16cm，橫向聯(lián)接剛度不足，極易造成橫隔板破損、開裂；T型梁橫隔板理論計算按照偏心原理計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力，但在動載作用下，T型梁會發(fā)生扭轉(zhuǎn)，但扭轉(zhuǎn)力在設計中未考慮；裝配式T型梁橫隔板連接采用焊接鋼板進行連接，在長期動荷載作用下，鋼板焊縫易產(chǎn)生疲勞破壞。

施工方面

T型梁橫隔板因為縱斷面尺寸較小鋼筋布置較密，澆筑混凝土時振搗不便，橫隔板混凝土密實度則會受到影響；由于預制及吊裝過程中的施工誤差，在橫隔板連接軸處產(chǎn)生位置偏差，導致橫隔板連接不共面；預埋三角鋼板焊接于鋼筋之上，現(xiàn)澆段連接鋼板焊接于預埋鋼板之上，兩處焊接接觸面積較小，焊接質(zhì)量不易達標，則會嚴重影響該橫隔板結(jié)構(gòu)受力。

車輛超載

超限或者超載車輛經(jīng)過一次對橋面的損害相當于普通車輛的7倍到20倍，如果超載車輛增多，對T梁橫隔板的損壞將會加劇，形成橫隔板開裂、混凝土脫落等病害。

養(yǎng)護管理欠缺

管理制度不完善；養(yǎng)護管理工作受到環(huán)境、資金影響，浮于表面，流于形式；養(yǎng)護管理人員水平欠缺，經(jīng)驗處理較為普遍，科學合理性難以保證；定期與經(jīng)常檢查不及時，發(fā)現(xiàn)問題任其發(fā)展，導致病害升級。

橋面鋪裝過薄

橋面鋪裝厚度偏薄，鋼筋布置間距偏大，長期荷載運營，橋面鋪裝易發(fā)生破壞；鋪裝破壞后使橋面整體性減弱，分布于T梁的荷載局部增大，導致橫隔板受力增大。

由于以上原因，橫隔板成為薄弱部位，極易產(chǎn)生病害，導致上部結(jié)構(gòu)整體受力減弱，影響結(jié)構(gòu)安全。

橫隔板加固方案

預應力T型梁橫隔板加固方法目前主要有：

（1）粘貼鋼板；

（2）將橫隔板連接變?yōu)闈窠涌p連接；

（3）將原T型梁變?yōu)橄湫土骸?/p>

圖4 實心橫隔板鋼板加固圖

圖5 空心橫隔板鋼板加固圖

上述（2）、（3）兩種加固方法均需要中斷交通，并且施工難度較大、造價較高，綜合比較分析，采用在橫隔板兩側(cè)及底部粘貼鋼板的加固方案，下面介紹T型梁橫隔板粘貼鋼板的加固方案。

根據(jù)對裝配式預應力混凝土T型梁橫隔板受力分析與結(jié)構(gòu)計算，結(jié)合實際情況對中間挖孔的橫隔板在底部粘貼厚度為6mm的Q345-B鋼板，在橫隔板上部與下部兩側(cè)粘貼8mm厚鋼板，鋼板的高度和長度按照力學計算確定。對于不挖孔的橫隔板在底部粘貼6mm厚鋼板，對于橫隔板上部、下部兩側(cè)采用8mm厚鋼板，同時在實心橫隔板兩側(cè)粘貼斜向8mm厚鋼板，以加強橫隔板抗拉性能以及結(jié)構(gòu)整體性，如圖4、圖5所示。粘貼鋼板的具體尺寸，按照結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀分析確定。為了鋼板與橫隔板粘貼密實，能夠形成共同受力，按設計要求采用高強度錨栓進行錨固。錨固完成后在鋼板表面涂刷防銹漆保護，保護年限應在15年至20年以上。對于鋼板表面及兩側(cè)鋼板間隙之間的混凝土破損情況，將破損混凝土清理后，用環(huán)氧砂漿和環(huán)氧混凝土填充修復。

對于橫隔板側(cè)面出現(xiàn)裂縫的情況，采用改性環(huán)氧溶液進行修補。對與橫隔板部分混凝土破損、剝離等情況采用環(huán)氧砂漿修復，對原預埋連接鋼板開焊部位，清除焊渣，進行內(nèi)焊。

橫隔板加固施工技術(shù)及案例

圖6 焦作黃河大橋

橫隔板加固施工是T型梁橫隔板加固的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，橫隔板加固技術(shù)嚴格按照《公路橋梁加固施工規(guī)范》《公路橋梁養(yǎng)護規(guī)范》要求進行，對于橫隔板加固中所用材料（鋼板、粘結(jié)膠、高強度螺栓、環(huán)氧砂漿及防腐涂料）均嚴格按照設計文件和《公路橋梁加固設計規(guī)范》《公路橋梁加固施工規(guī)范》的要求進行制作和采購，橫隔板加固施工工序，按照下列步驟進行?；静襟E為：橫隔板表面處理—劃線鉆孔、植埋螺栓—配膠—粘貼鋼板—防腐—檢驗。具體施工工序如下。

表面處理

對需要粘貼鋼板的位置進行表面找平處理，如出現(xiàn)混凝土的破損現(xiàn)象，應先將破損混凝土清除，破損部分可用環(huán)氧砂漿找平；對出現(xiàn)孔洞、麻面等問題的混凝土，使用環(huán)氧砂漿進行修補找平；對鋼板連接軸出現(xiàn)偏差情況，在混凝土表面使用環(huán)氧混凝土進行找平，然后再粘貼鋼板；對鋼板開焊情況，鑿除鋼板表面及兩鋼板之間混凝土，對鋼板表面用噴砂、砂布或者平砂輪打磨，直至出現(xiàn)金屬光澤，務必清除鋼板油漬及鐵銹，對開焊鋼板進行補焊，后使用環(huán)氧混凝土進行修補找平。找平完成后，應打磨掉2mm～3mm厚表層，露出粗集料富集的新面，后使用壓縮空氣除去表面粉塵，這樣可保證粘鋼膠與混凝土黏結(jié)效果。

鉆孔預埋螺栓

根據(jù)橫隔板加固施工圖紙對需要粘貼鋼板的位置劃線布局，嚴格按照圖紙要求，垂直打孔，打孔前應根據(jù)原始設計圖紙明確鋼筋布置位置，鉆孔時避免碰及鋼筋。橫隔板鉆孔完成后根據(jù)空洞位置對鋼板標記，后對鋼板單獨打孔。打孔完成后清理橫隔板螺栓孔，將螺栓穿過孔洞，兩邊注入密實錨固膠，在固化過程中避免擾動。

配膠

橫隔板粘貼鋼板使用A級膠，使用時按照產(chǎn)品說明書中要求比例配置粘鋼膠，配置完成后須攪拌均勻，且超過使用說明規(guī)定時間后，該結(jié)構(gòu)膠不得再使用，需進行重新配膠。在使用之前對該批粘結(jié)膠抽樣檢驗，必須滿足規(guī)范要求抗拉強度大于30MPa,抗拉彈性模量大于3500MPa的要求。

粘貼鋼板

根據(jù)圖紙要求，將膠粘劑涂抹至鋼板黏合面及處理好的混凝土黏合面，為使膠能充分浸潤、擴散、粘附于黏合面，宜先用少量膠于黏合面來回涂抹，少量多次涂抹至1mm～3mm厚，涂至中間厚，邊緣薄，然后將鋼板貼至預定位置。隨后盡快檢查鋼板與混凝土表面是否粘貼密實，若出現(xiàn)空洞則應剝下鋼板、補膠重新粘貼。檢查無誤后立即旋緊螺帽進行加壓，使膠粘劑從鋼板邊緣擠出為準。完成后在常溫常壓下完成固化，固化過程避免擾動。

防腐

鋼板防腐處理，首先人工打磨鋼板對鋼板除銹，至露出金屬光澤。完成后涂刷兩層環(huán)氧富鋅底漆，將鋼板粘貼完成后對底漆掉落部分補漆，最后涂刷兩層灰云鐵氯化橡膠面漆，總厚度不得少于240μm。防銹漆應將鋼板外露表面全部涂刷，不得出現(xiàn)空缺。

檢驗

敲擊粘貼完成的鋼板，檢驗鋼板有效黏結(jié)面積，大于90%即為合格。檢查涂刷防腐漆，如出現(xiàn)空缺則應補漆。

結(jié)語

本加固技術(shù)在鄭州黃河公路大橋及焦作黃河大橋橫隔板加固中得以應用，其中鄭州黃河公路大橋全長5549.86m，自橫隔板加固完成現(xiàn)已運營6年；焦作黃河大橋全長3010.13m，橫隔板加固完成至今運營已2年，橋梁運營狀態(tài)良好。使用該方法加固完成的橫隔板均滿足其梁體共同受力、加強結(jié)構(gòu)整體性的要求，充分體現(xiàn)該加固方案施工便捷、快速，造價節(jié)省且無需中斷交通的優(yōu)點。黃河大橋橫隔板加固成功也為加固T型梁橫隔板提供了一定的參考價值。