板梁橋黏貼鋼板加固方法及其控制要點(diǎn)

葉敬元 于心然

摘 要：以為3 m*10 m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁為例，闡述黏貼鋼板加固方法及控制要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：空心板梁;預(yù)防性養(yǎng)護(hù);粘鋼加固

中圖分類號(hào)：U445.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTJ 001-97）（簡(jiǎn)稱97《標(biāo)準(zhǔn)》，下同）、《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTJ021-89）（簡(jiǎn)稱89《規(guī)范》，下同）和《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ023-85，簡(jiǎn)稱85《規(guī)范》，下同）中，最高的車輛荷載標(biāo)準(zhǔn)是汽-超20，掛車120。1985年至今，該標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范已經(jīng)作過兩次修訂，目前是《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01-2014）、《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60-2015）和《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3362-2018）（簡(jiǎn)稱2018《規(guī)范》）?，F(xiàn)行汽車荷載采用車道荷載+車輛荷載組成。特別是對(duì)跨徑5 m橋梁，集中荷載PK由《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01-2003）的180 kN提高到2014《標(biāo)準(zhǔn)》的270 kN，在跨徑5 m～50 m之間按直線內(nèi)插（270 kN～360 kN），即2018《規(guī)范》公式PK=2（L0+130）。標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范的修訂以及實(shí)際交通量的變化，對(duì)橋梁使用造成一定的影響。針對(duì)當(dāng)年按97《標(biāo)準(zhǔn)》、85及89《規(guī)范》設(shè)計(jì)的小跨徑板梁橋，在不滿足現(xiàn)行規(guī)范和實(shí)際運(yùn)營荷載的情況下，如何采取預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施，是現(xiàn)役橋梁運(yùn)營管理面臨的一個(gè)課題。其中粘鋼加固是有效的措施之一。

1 工程概況

某高速公路于2001年底建成通車。采用的是上述97《標(biāo)準(zhǔn)》、85和89《規(guī)范》。該高速公路上的小跨徑空心板梁，梁底出現(xiàn)了一些縱向裂縫等病害，如圖1。

該橋的上部結(jié)構(gòu)為3 m*10 m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁，下部結(jié)構(gòu)為雙柱墩、U型臺(tái)。橋梁立面圖見圖2和空心板梁斷面圖見圖3。

2 板梁彎矩的計(jì)算

2.1 計(jì)算模型及參數(shù)

混凝土材料力學(xué)性能：10 m預(yù)制板混凝土采用40號(hào)混凝土，容重γ=26 kN/m3，彈性模量 E=3.25×104 MPa。收縮徐變時(shí)間考慮成橋10年，即3 650天;預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用 ASTMA416-87a標(biāo)準(zhǔn)270級(jí)φj12.7 mm，公稱面積98.7 mm2，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度Ryb=1 860 MPa，彈性模量E=1.95×105 MPa;張拉控制應(yīng)力：10 m板預(yù)應(yīng)力鋼束張拉控制應(yīng)力為1 339 MPa;

汽車荷載：汽車荷載采用車道荷載加載;沖擊系數(shù)：按照《公路橋涵通用設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG D60-2015 4.3.2 條規(guī)定計(jì)算;整體升、降溫：按升溫25℃，降溫20℃考慮。

2.2 抗彎承載能力計(jì)算結(jié)果

本次設(shè)計(jì)荷載按《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60-2015）取公路-I級(jí)。10 m跨徑小板梁橋在荷載基本組合作用下的跨中彎矩效應(yīng)值和承載力見表1。

由表1可知，板梁的抗彎承載力與效應(yīng)值相差較大，承載力不足，不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。雖然目前板梁尚未出現(xiàn)橫向裂縫，但承載能力儲(chǔ)備不足，還應(yīng)提前介入，采取預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施，防患于未然。

3 預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案

根據(jù)表1計(jì)算得到的承載力與效應(yīng)值進(jìn)一步計(jì)算出小板梁橋縱向所需要的鋼板用量，計(jì)算方法參照《公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T J22-2008）。采用板底粘鋼進(jìn)行加固，方案為：每片邊梁粘貼寬250 mm，厚5 mm的鋼板2片，每片中梁粘貼寬200 mm，厚5 mm的鋼板2片。如圖4。

4 粘鋼加固的施工工藝與控制要點(diǎn)

4.1 粘鋼加固的施工主要流程

厚5 mm的鋼板采用手工涂膠法粘貼鋼板。主要流程如圖5：

4.2 主要工藝與控制要點(diǎn)

4.2.1 放樣

包括梁底表面放樣和鋼板放樣。梁底表面放樣是對(duì)照?qǐng)D紙把鋼板的大概位置在梁底板表面放出來，后期結(jié)合探筋結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。鋼板放樣是對(duì)照?qǐng)D紙尺寸進(jìn)行鋼板裁剪。

4.2.2 梁底混凝土表面處理、探筋、植筋、鑿毛

a）梁底混凝土表面處理包括梁底混凝土表面缺陷修補(bǔ)、鋼筋除銹、混凝土表面打磨，使梁底表面平整度達(dá)到要求，無裂縫、脫層、起鼓、脫落等病害。推薦的工法：可選擇水泥砂漿、聚合物水泥砂漿、改性環(huán)氧砂漿或批嵌結(jié)構(gòu)膠等方法修補(bǔ)梁底混凝土蜂窩、空洞。鋼筋打磨，在修補(bǔ)的混凝土范圍及周邊涂刷滲透型阻銹劑。固化后打磨至堅(jiān)實(shí)平整的混凝土新面。

b）探筋就是要探明梁底鋼筋的位置，為精確鉆孔提供保障，避免鉆孔時(shí)碰到鋼筋，特別是避免碰到預(yù)應(yīng)力鋼絞線。比如：對(duì)照原板梁配筋圖，采用鋼筋探測(cè)儀探測(cè)原有普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼束位置;并采用有色筆標(biāo)注出鋼筋和鉆孔的準(zhǔn)確位置。

c）植筋包括鉆孔、注膠和植筋。在探測(cè)標(biāo)注的鉆孔的平面位置實(shí)施鉆洞?？咨?、孔徑、注膠量、垂直度要嚴(yán)格控制。推薦的工法：采用與植筋直徑配套鉆頭的電鉆進(jìn)行鉆孔（禁止使用水鉆）。如萬一碰到普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼束時(shí)，可重新探測(cè)，適當(dāng)調(diào)整鉆孔位置。清孔，用壓縮空氣由內(nèi)向外吹出孔內(nèi)積灰，用毛刷擦刷孔壁，反復(fù)多次，至孔中清潔、干燥，不建議用水沖洗。采用待植筋的的鋼筋或螺栓試插，檢查孔深和孔徑。注膠，比如采用管式化學(xué)錨栓，則插入管式膠黏劑，機(jī)械旋入錨栓至設(shè)計(jì)深度。

d）鑿毛就是梁底混凝土要鑿毛。梁底露出新鮮的混凝土，有2 mm～3 mm紋理深度，保持干燥清潔狀態(tài)。推薦的工法：在梁底粘鋼的放樣范圍內(nèi)用斬斧依次輕斬混凝土表面，紋路應(yīng)與受力方向垂直，用無油壓縮空氣吹除或用毛刷掃除表面粉粒;然后采用無油棉絲球蘸丙酮擦拭混凝土粘合面，除去油污。

4.2.3 鋼板加工、制作，打孔、打磨

a）鋼板加工、制作，就是根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行鋼板下料和裁剪。切割邊緣表面光滑無毛刺、咬口、翹曲等缺陷。應(yīng)采用通長鋼板，不得焊接接長，長度不足的鋼板應(yīng)予廢棄。宜在工廠中完成，或向工廠下單定制。并給鋼板進(jìn)行編號(hào)、標(biāo)注方向，與梁體位置相對(duì)應(yīng)。

b）打孔，就是在鋼板上打螺栓孔。這個(gè)孔位應(yīng)與梁底板螺栓孔吻合。推薦的工法：采用一塊和鋼板長寬一樣的透明塑料板，將已經(jīng)植入梁體的螺栓的位置放樣到透明塑料板上，在透明塑料板上標(biāo)注出螺栓孔的位置，再把這個(gè)帶有標(biāo)注螺栓孔位置的透明塑料板固定在鋼板上，在透明塑料板上螺栓孔位置打孔且穿過塑料板，繼續(xù)穿過鋼板，這樣就完成鋼板打孔。清楚孔的邊緣毛刺。

c）打磨?；炷琉べN面要鑿毛，鋼板的黏貼面也要打磨，達(dá)到除銹和粗糙的要求。推薦的工法：可采用噴砂或平砂輪打磨，直至出現(xiàn)金屬光澤，打磨紋路應(yīng)與鋼板受力方向垂直，手摸應(yīng)有“扎手”感，不得漏打。如有污染，宜采用無油棉絲球蘸丙酮擦拭。

4.2.4 膠黏劑配制

采用A級(jí)膠，其性能需滿足《公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T J22-2008）的要求。按照生產(chǎn)廠家產(chǎn)品要求進(jìn)行配制。使用易大口盆（桶），按照配比，先放入稱好量的甲組料，然后放入與甲組料相應(yīng)的乙組料，充分拌和。

4.2.5 粘鋼

a）試掛。粘鋼之前，根據(jù)梁體黏鋼位置選取對(duì)應(yīng)編號(hào)的鋼板，將鋼板上的螺栓孔對(duì)準(zhǔn)梁體預(yù)先植入的螺栓，把鋼板掛上。如個(gè)別螺栓孔和螺栓不吻合，鋼板掛不上，應(yīng)根據(jù)螺栓來修正螺栓孔的大小，使得螺栓能夠順利穿入。

b）涂膠。選擇晴朗、干燥天氣操作。取下試掛的鋼板，將新配好的膠黏劑用鏟刀分別涂抹在混凝土粘合面和鋼板粘合面上?；炷琉べN面上涂抹的膠要刮平，消除鑿毛不平的影響。鋼板打磨面涂膠，應(yīng)在板寬中央涂抹膠厚一些，如厚度達(dá)3 mm～5 mm，兩側(cè)可薄一些。

c）黏鋼。就是把鋼板通過膠黏劑與混凝土梁體粘結(jié)成一整體。鋼板厚度大于5 mm時(shí)，采用壓力注膠法，鋼板厚度不大于5 mm時(shí)采用手工涂膠法。以手工涂膠法為例：由多人共同托住鋼板讓螺栓穿過螺栓孔然后黏貼到梁底板上（此過程中，為避免長鋼板彎曲并減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，建議使用撐杠或螺旋頂升支架對(duì)鋼板進(jìn)行同步支撐），并迅速擰緊螺帽，順序是從鋼板中間向兩邊依次對(duì)稱緊固，使鋼板與混凝土粘合面緊密粘合，擠出多余粘鋼膠。

d）檢查。用錘輕輕敲擊鋼板，從響聲來判斷粘結(jié)效果，避免空鼓。否則此粘結(jié)件不合格，應(yīng)取下鋼板重新粘貼或采取有效措施補(bǔ)膠。

4.2.6 固化

在結(jié)構(gòu)膠完全固化前不能擾動(dòng)鋼板，固化后，鋼板粘貼檢查，粘結(jié)面積應(yīng)不小于95%（即空鼓率不大于5%），采用冷切工藝切除錨栓頭。

4.2.7 防腐涂裝

選用合適材料進(jìn)行鋼板防腐涂裝（本文不作贅述）。

5 檢測(cè)結(jié)果

10 m預(yù)應(yīng)力空心板梁粘鋼加固施工主要控制數(shù)據(jù)見表2。

6 結(jié)論

（1）采取粘貼鋼板等預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施，能夠很好地提高小跨徑橋梁的承載能力，滿足現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范及實(shí)際運(yùn)營荷載要求。

（2）控制粘鋼的工藝非常粘貼鋼板施工過程中，梁底板的鑿毛、鋼板表面打磨、植筋和粘鋼效果（空鼓率）非常關(guān)鍵。

（3）對(duì)粘鋼進(jìn)行拉拔試驗(yàn)是檢驗(yàn)粘鋼效果的重要指標(biāo)，要形成內(nèi)聚破壞。通過本橋試驗(yàn)，鋼板與混凝土的正拉黏結(jié)強(qiáng)度大于2.5 MPa，且為內(nèi)聚破壞。

（4）對(duì)梁端抗剪不足的斷面，還應(yīng)該進(jìn)行抗剪加固，提高抗剪能力。

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