压重状态下桥梁粘钢、粘布施工技术的应用

1（2p）压重状态下桥梁粘钢、粘布施工技术的应用郑泽武1 目背景武汉长江二桥是长江上第一座预应力混凝土箱梁的斜拉桥，桥梁全长 4678m、桥为 180m+400m+180m 双塔双索面斜拉桥，于 建成通车。由于武汉长江二桥交通流量大，建成后一直处于超负荷运营状态（设计日车流量为 6万辆，实际流量已达 14 万辆） ，造成桥梁出现严重的累积损伤。经过维修前的检测，武汉长江二桥（南岸段）包括 13＃ ～16 ＃ 墩 125m+130m+83m 的预应力混凝土连续刚构及16＃ ～19 ＃ 墩 26m+预应力混凝土连续梁，其主要病害情况如下：1、13 #～16 #连续刚构箱梁内外裂缝共计 2118 条，总长 3125m，裂缝主要集中在 125m 悬臂跨端部（13 #墩附近） ，裂缝形式多为腹板斜向裂缝；且 125m 边跨跨中下挠较大，累计下挠量为 214、16 #～19 #连续梁箱内外裂缝共计 1839 条，总长 2824m，裂缝主要集中在各跨的L/4～3L/4 箱梁腹板处，大多为斜向裂缝，其中以 126m 中跨跨中处最为严重，箱梁内外部分裂缝已经贯通；且 126m 中跨跨中下挠严重，累计下挠量达 370挠速率成逐年增加的趋势。钢、粘布加固方案根据本桥梁总体维修加固方案，结合 13#～19 #墩的病害部位及受力状况，采用了如下的粘钢、粘布加固方案：1、粘钢：主要对病害较严重的 13#～14 #跨悬臂端及跨中、15 #～16 #悬臂端、17 #～18 #跨中两侧及 18#～19 #端部范围内进行腹板内外侧粘钢加固，根据裂缝的走向及加固范围的受力情况，粘钢全部采用双层钢板，第一层为水平方向，第二层为斜向钢板。2、粘布：主要对 13#～14 #、15 #～16 #及 17#～18 #底板病害部位进行粘布加固，为了保证底板的抗拉能力，粘布全部采用粘贴三层碳布。2 压重状态下桥梁粘钢、工工艺流程1、压重状态下粘钢施工工艺流程2粘贴钢板主要施工工艺：施工准备→搭设悬挂脚手架→测量定位放线→砼基面处理→植筋孔位布置→钻孔、清孔、植筋→钢板钻孔、打磨→桥面压重→粘贴钢板→加压固化→质量检查与试验→拆除压重→表面防护→拆除悬挂脚手架。2、压重状态下粘布施工工艺流程粘贴碳纤维布主要施工工艺：施工准备→测量定位放线→砼基面处理→涂刷底胶→修补胶找平→桥面压重→粘贴碳纤维布→固化、养护→质量检查与试验→拆除压重→表面防护→拆除悬挂脚手架。面压重与监测1、压重的作用与原则1）因桥梁上部结构为梁式结构，在粘钢、粘布加固时，由于受桥面交通荷载、桥下吊挂脚手架、施工荷载、梁体自重及温度变化等因素的影响，梁体挠度处于变化状态，如不采取有效措施而按常规的粘钢粘布施工工艺施工，随着梁体挠度的变化，粘贴后钢板与碳布往往不能有效地参与共同受力，无法达到提高桥梁承载力的加固效果。压重的作用是在粘钢、粘布跨的相临跨桥面上按理论计算值施加一定的荷载，使作业跨梁体结构有一定的预变形或有变形趋势，以此抵消一部分施工活荷载及部分恒载，从而保证施工完毕撤除压重后钢板或碳纤维布能与桥梁结构共同受力。2）压重的原则是综合考虑压重荷载、吊架荷载、施工活荷载、桥面荷载等因素，使施工作业跨产生向上的反拱或反拱趋势，为了保证压重效果和便于压重荷载的确定，通过建立各种荷载组合模型进行理论计算与实践试验，以作业跨的跨中底板底部产生 上的压应力卸载效应，作为压重荷载的控制原则，但压重跨的总荷载不得大于桥梁设计荷载，以保证结构安全。2、压重方式及监控措施1）压重方式：在实际桥梁维修加固施工中，因大多数维修桥梁不能完全封闭交通，故在压重施工时应充分利用桥梁两侧的人行道及边车道进行压重，中间车道用来保证交通正常通行。对于多跨连续梁，如每跨维修工程量大致相同，一般应分两次进行压重，以完成全部作业跨的施工。压重荷载计算应综合考虑悬挂脚手架荷载及施工活荷载、桥面交通荷载等因素，按照拟压重部位，根据具体的桥梁上部结构形式，建立荷载组合模型，使用桥梁专用计算软件计算出压重的理论荷载值。压重荷载及压重部位确定后，根据桥梁一般临近江、河，取水相对容易的特点，考虑加载及卸载要方便快捷，尽量少影响交通，以及环保节能、文明施工等要求，采用橡胶水袋3注水进行压重的方式非常理想。压重前应根据计算出的理论压重荷载及压重部位的面积，计算出单位面积需压重的荷载；压重水袋尺寸及数量则根据单位面积的压重荷载及实际情况进行定制。2）监控措施：为了保证压重效果和结构的安全，压重应采用分级加载的形式，一般采用 50%→80%→100%三级进行加载。压重过程中应实时对桥梁结构关键断面的应力及挠度情况和裂缝的变化进行监控，确保结构的安全。压重过程中应尽量采取对称加载，每一级加载完毕后，应至少连续观测 24 小时，将观测到的关键断面的应力值和挠度变化值与理论计算值进行对比分析，在确保结构安全的前提下进行下一级加载，如实测值与理论值存在较大的偏差，应立即停止加载，分析原因后，根据实测结果对理论压重荷载进行必要的修正，保正在桥梁结构安全的前提下，使施工作业跨的跨中底板底部产生 上的压应力卸载效应即可满足施工要求。3 试验检测结果在桥梁维修加固施工完成后，可进行桥梁荷载试验，以检测粘钢、粘布的加固效果和对加固后桥梁的实际承载能力作出准确评价。下面选取武汉长江二桥（南岸段）维修工程量最大的 13＃ ～14 ＃ 跨部分断面的应力测试数据进行分析：13＃ ～14 ＃ 上游跨中断面受力分析表测试部位 测点编号实测应变（με）实测应力（算应力（校正系数残余应变（με）残余应变率（%）1 1 30 2 28 2 1 2 5 8 1 3 梁外部底板测点布置于碳纤维布上。从表中数据分析：在对称荷载作用下，13 ＃ ～14 ＃ 算应力为：正系数为 梁内部底板实测最大应力为 算应力为 正系数为 梁外部底板碳纤维布上测点实测最大应力 算应力为 正系数为 正系数在 间，平均实测最大应4力均小于计算应力，表明在维修加固后，13 ＃ ～14 ＃ 跨中断面抗弯性能满足设计要求。卸载后各测点的残余应变率均小于 10%，表明在维修加固后，跨中断面处于弹性工作状态。碳纤维布表面测点实测最大应力与计算值相吻合，表明加固后的梁体碳纤维布能与原结构共同有效的工作。在各工况加载作用下，碳纤维布与钢板未发生非正常变形，桥梁实际强度、刚度和承载能力满足设计及规范要求,达到了维修加固预期效果。4 结束语桥梁维修加固是一项新兴产业，本施工技术采用压重方法改变桥梁局部受力状态，在此条件下实施粘钢、粘布加固，有利于加固后钢板、碳布与梁体共同受力。并通过工程实践将常规的粘钢、粘布加固技术从理论和实践两方面进行了升华，对类似工程具有较强的指导意义。（作者单位：西安建筑科技大学 中国一冶路桥工程公司）