桥梁牛腿裂缝处理方法研究

杨秀华

(孝感学院城市建设学院,湖北孝感432000)

桥梁牛腿裂缝处理方法研究

杨秀华

(孝感学院城市建设学院,湖北孝感432000)

分析了牛腿开裂的原因,对牛腿部位维修加固的方法进行了探讨,可供养护管理部门参考。

桥梁牛腿;裂缝;维修加固

“牛腿”是混凝土悬臂梁桥中常用的构造,其受力复杂,应力集中明显,属于桥梁结构中的薄弱部位。尽管桥梁建设者很早就认识到这一问题,并在桥梁设计时尽量从构造上予以加强,但经过大量的调查,发现运营桥梁中“牛腿”部位的开裂非常普遍,有些还较严重,甚至出现因牛腿部位发生断裂而造成严重的事故。因此分析服役桥梁中牛腿的开裂原因,并提出合理的加固措施是提高桥梁的承载能力,延长桥梁使用寿命的有效途径。

1 牛腿的构造

图1为一悬臂体系桥梁的挂梁与悬臂的搁置构造,悬臂端与挂梁端结合部的局部构造称为牛腿。从图1可知,由于两梁端在此处的相互搭接,中间需设置传力支座来传递较大的竖向力和水平力,因此牛腿高度虽然不到梁高的一半,但又要传递较大的反力,这就使它成为桥梁上部结构中的受力薄弱部位。

图1 牛腿构造图

2 牛腿开裂的原因

2.1 荷载及次应力作用引起的裂缝

由于桥梁牛腿处梁高骤然减小,在凹角处就有应力集中现象。当车辆行至此处将对其产生较大冲击,特别是超重车经过时,应力的骤增将会对牛腿造成很大破坏;同时,车辆反复作用的疲劳荷载也是引起牛腿开裂的重要原因。

2.2 温度变化引起的裂缝

温度的升降会使混凝土发生相应的伸缩变形,伸缩变形一旦受到约束,就会在结构内产生应力,当混凝土抗拉强度不足以抵抗此内力时,结构即产生温度裂缝。由于牛腿部位所受约束不大,所以温度变化裂缝往往不是牛腿产生裂缝的主要原因。

2.3 混凝土收缩引起的裂缝

混凝土收缩的原因有多种,且其引起的裂缝是工程中常见的。若工程中混凝土配合比设计及施工能严格按规范要求操作,混凝土收缩引起的裂缝就能得到有效的控制。

2.4 基础变位产生的裂缝

地基的不稳定会使基础竖向产生不均匀沉降,此时结构中会产生相应的附加应力,当附加应力超出结构的抗拉能力,就会导致结构开裂。牛腿处约束很小,如果工程地基稳定的话,基础变形引起牛腿产生裂缝的可能性就很小。

2.5 钢筋锈蚀引起的裂缝和冻胀引起的裂缝

这两种裂缝都是由于混凝土体内物质膨胀,对混凝土产生膨胀应力,从而导致混凝土开裂。

2.6 施工材料质量和施工工艺引起的裂缝

工程施工过程中材料质量把关不严,施工工艺、流程不严格按照设计和规范执行的话,牛腿裂缝就会因材料质量和工艺问题引起。

总之,桥梁牛腿部位裂缝产生的原因是多方面的,其中超重车辆过桥和疲劳作用常常是导致牛腿开裂的主要原因。

3 裂缝的处理方法

为确保桥梁的使用并延长其寿命,应对牛腿部位的裂缝进行修复并采取适当的措施予以加固。

3.1 桥梁结构裂缝的表面封闭修补法

3.1.1 压力灌浆和凿槽嵌补法

该类方法适用于各类混凝土桥梁的裂缝修补。缝宽小于0.3mm采用表面封闭;缝宽0.3～0.5mm采用化学灌浆封闭;大于0.5mm的裂缝采用凿槽嵌补法修复。非受力产生的裂缝可用水泥浆封闭,一般用环氧树脂和丙烯酸酯类(甲凝)等化学材料。该法可用于牛腿产生的微小裂缝,非应力裂缝或小应力裂缝。

3.1.2 表面粘贴修补法

表面粘贴修补法有玻璃布粘贴法和钢板粘贴法两种。玻璃布粘贴法,耐水性好,强度高,常用的材料是无捻粗纱方格布,胶结剂多为环氧基液。钢板粘贴法,所用材料是钢板、环氧基液胶结剂等。这类方法都要求构件表面严格处理,粘结剂要按要求养护,防火防毒。

3.1.3 打箍加固封闭法

该方法适用于主应力裂缝,多用钢筋、钢板等材料。该方法比较适合混凝土梁体的加固,对牛腿加固较难实施。

3.1.4 表面喷浆法

该方法适用于表面裂缝,常用的方法有无筋素喷浆、挂网喷浆、与凿槽嵌补结合等。该方法处理的构件要将剥离处除净,有缺处填塞,露筋部分除锈,最好把裂缝处凿成V形槽,喷前冲净表面,开喷前把基层湿润一下。此方法不太适合牛腿部位的加固。

3.2 桥梁结构裂缝的主要加固方法

3.2.1 截面增强法

该方法适用于简支 T梁、空心板梁、箱梁等,连续梁和连续刚构的局部,主要用到钢材、混凝土、膨胀螺栓等材料,主要工艺是表面凿除、钢筋布设、立模浇注、养生。此方法常与植筋法联用。植筋法施工较为简单,加固效果明显,在工程实践中经常使用。在牛腿加固中可以使用植筋法,在牛腿底部两侧植筋,布设钢筋网,现浇混凝土进行加固处理。

3.2.2 粘贴加固法

粘贴加固法有钢板粘贴加固法和碳纤维粘贴加固法。这两种加固方法原则上适用于任何梁,但从经济角度看,更适用于不希望增大荷载和短期要完成加固的跨度较大的连续结构。钢板粘贴法主要用钢板、膨胀螺栓、环氧树脂粘结剂等材料;碳纤维粘贴加固法主要用到碳纤维片、环氧树脂粘结剂等材料。

桥梁牛腿的加固可以用粘贴钢板法,在桥梁牛腿两侧钻孔,埋设膨胀螺栓,粘贴钢板。

3.2.3 改变结构体系加固法

该方法适用于临时通过超载车辆,且桥下增设的设施不影响交通或泄洪,主要用到钢筋、混凝土、钢构件等。采用该法进行桥梁加固,确定方案时应充分考虑当前和今后的桥下交通,认真处理结构体系改变对原结构产生的影响。

3.2.4 预应力加固法

该加固方法适用于预应力度下降,挠度异常增大,并留有孔道或可加设体外束筋的预应力梁、钢筋混凝土梁。预应力加固法主要采用预应力钢杆、钢筋、钢丝束、钢绞线等材料。采用体外预应力补强时,应重视着力点的设置,保证其牢固可靠,过度圆顺,并采取严格的防锈措施,充分考虑预应力损失。

3.2.5 置换混凝土加固法

该方法适用于受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的梁、柱等混凝土承重构件的加固,常用钢纤维混凝土等材料。其缺点是施工作业时间长。该加固方法可以用于牛腿部位混凝土强度不足或小应力拉裂的情况。

4 结语

牛腿部位受力较复杂,运营期间很容易出现问题,服役桥梁中牛腿开裂的现象非常常见,应引起设计人员的足够重视。设计中应尽量避免采用牛腿,而将联与联的伸缩缝设在共用墩上。

对已产生裂缝的桥梁牛腿,本文分析了常见的裂缝成因,并对维修加固方法进行了综述,可供养护管理部门参考。

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Study on Bracket Crack Control Methods in Bridge

Yang Xiuhua
(School of U rban Construction,Xiaogan University,Xiaogan,Hubei 432000,China)

In this article,the author analyzed the reasons of bracket crack in bridge and discussed the maintenance and reinforcement methods of bridge bracket.The methods can provide reference for bridge maintenance.

bridge bracket;crack;maintenance and reinforcement

U 445.7

A

1671-2544(2010)03-0091-03

2010-04-02

杨秀华(1971— ),女,湖北孝感人,孝感学院城市建设学院讲师。

(责任编辑:邹礼平)