美国对槽形桥梁的加固方法

刘 硕

(涿州市交通运输局)

美国对槽形桥梁的加固方法

刘 硕

(涿州市交通运输局)

美国在上世纪60年代前后建成了很多小跨径槽形桥梁，现在还有一部分仍在使用中。采用的加固方法有粘贴碳布法、喷涂环氧树脂法、体外预应力法、埋置剪力钢筋法。对各种加固方法进行详细叙述，并对它们进行了比较。

美国对槽形桥梁的加固方法

1 概述

美国阿肯色州在上世纪50～70年代建成了很多槽形(门形)桥梁。这些槽形梁多用于L=5.8 m的小跨径。槽形梁横向密排布置，共7片梁形成7.6 m的桥宽。混凝土强度为21 MPa，钢筋强度为276 MPa。槽形梁腹板较厚，未配置剪力钢筋，只在腹板下端配了两根Φ25钢筋。直到2003年阿肯色州有389座这样的桥还在使用。很多桥梁出现了混凝土剥落、钢筋裸露现象。

2 加固方案

对这些病态严重的槽形梁，考虑了多种加固方案，以期提高这些桥梁的承载能力。基本思路是增加体外补强材料。首先想到的是粘贴碳纤维布的方法。先在腹板侧面粘贴，在一周内即可完成。试验发现梁中应力和跨中挠度有所减小，但幅度不大，只下降了12%。后来，把“碳纤维增强聚合物”(CFRP)分别贴在梁的侧面和底面，则明显改善了结构内力和变形。最后还采用了喷涂“石墨纤维增强聚合物”，抗弯能力大大提高，高达96%。

埋设剪力钢筋法是在宽厚的腹板内钻孔，然后将钢筋嵌入其中，以期提高结构抗剪能力。结果表明，这种做法明显改善了结构破坏特征，并减小了跨中挠度。

体外预应力法:先将钢绞线的两端锚固在槽形梁端，在跨中设一短顶柱，顶柱被钢绞线托住。当施加预应力时，顶柱向上升起，相当于给槽形梁施加了一个集中荷载，产生了跨中负弯矩，抵消了结构自重，同时也提高了活载承载能力。以下详细叙述各种加固方法，并对它们的优劣进行对比。

3 用“炭纤维增强聚合物”(CFRP)加固

CFRP材料的抗拉强度为2 800 MPa，弹性模量165 GPa，破断时的延伸率为 0.016 9，CFRP条宽度为 50 mm，厚1.19 mm。通常，我们多用CFRP进行提高抗弯能力的加固，但这里是为了加强抗剪能力。CFRP条布置分两种，一是竖向粘贴，另一种是45°斜向粘贴。竖向CFRP条共7种，中—中距离14 cm;斜向条中—中距离为20cm。

4 喷涂环氧树脂加固

用环氧树脂喷涂后，酷似给构件穿上了外衣，既可以加固构件，又可以防止混凝土腐蚀老化。把环氧树脂和固化剂混合后加垫至90℃，形成胶状粘合剂，用喷枪将它喷涂在构件表面上。环氧树脂初凝时间为6 h，强度增长完成后位8 h。树脂外衣只穿在腹板内侧，自梁端算起1.7 m范围内，以期增加梁的抗剪强度。树脂外衣厚度3.2 mm。环氧树脂自身的力学性能为:抗拉强度 52.4 MPa，抗压强度124.1 MPa，抗弯轻度90 MPa，抗拉极限伸长率0.015。

5 埋设剪力筋加固

为了提高槽形梁的抗剪能力，在腹板内埋置了Φ16(MMFX)钢筋，这种钢材具有很好的使用性能:屈服强度为827 MPa，极限抗拉强度为1 220 MPa，极限应力时的应变为0.12，弹性模量200 GPa。它自身有环氧涂层，具有很高的抗腐蚀性能。埋设剪力筋的范围为距梁端1.3 m，间距30 cm。具体做法如下:

(1)裁剪钢筋每段长35 cm;(2)在桥面上标出要埋入钢筋的位置;(3)钻Φ25直径的孔眼，深38 cm;(4)用压力空气和毛刷清理孔眼;(5)用环氧树脂枪注入环氧树脂，至1/2深度;(6)将钢筋对正插入孔内;(7)转动钢筋，使它和环氧树脂均匀接触，并将钢筋完全插入;(8)清理插钢筋处的桥面，避免车辆颠簸;(9)环氧树脂养生，气温49℃时只需1 h，4 ℃时则需32 h。

6 埋设剪力筋的野外施工实例

有一4孔双车道桥，1955年建成，L=5.8 m，横向有7片梁组成，5片中梁，2片边梁，密排布置，组成7.3 m的桥面净宽，桥面未铺设沥青层。

槽形梁破坏严重，混凝土大面积脱落，腹板在钢筋高度处开裂，设计时钢筋未充分深入梁端。

剪力筋加固时，两人为一组进行埋筋操作，其余人管制交通。安装期间需关闭一条车道，工作人员可以直接在桥面上操作。首先在桥面上定出钻孔位置，然后从梁端36 cm处开始钻孔，间距30 cm，孔深38 cm，共钻4个Φ25直径孔眼;用刷子将孔眼清理干净，注入1/2孔深的环氧树脂;将钢筋插入并左右旋转，使钢筋、混凝土与环氧树脂充分接触;最后将挤出的环氧树脂清理干净并整平。

7 三种加固方法的比较

为对三种加固方法进行比较制作了大量实验梁。从造价上看，CFRP法完成一片梁的加固费用大约为$2 000，而埋设剪力筋法，只需$ 575。另外，如更换一片梁则需$3 500。用这几种方法加固后的梁都有不同程度的加强;除了一片用环氧树脂法加固的梁为剪切破坏外，所有其它的加固梁，在破坏前都表现出较好的延性。

综合三种加固方法，从造价和加固效果分析，剪力筋加固法为最好。它不但造价低、效果好，而且还可以直接在桥面上操作，简化了安装过程。

8 结论

美国阿肯色州在上世纪50～70年代，建成了很多小跨径槽形梁桥，槽形梁密排布置，内梁宽1.07 m，外梁宽1.14 m。这种梁腹板很宽，所以没有配剪力筋。直到2003年，还有389座这样的桥在使用。其中近1/10的桥混凝土剥落，钢筋裸露，亟待加固。对槽形梁采用了不同形式的加固，都取得了较好的效果，除强度提高外，还改善了它们的破坏特征，表现出了较大的延性。

进行比较的方案是:碳纤维布加固，喷涂环氧树脂加固和埋置剪力筋加固。从加固效果和经济指标看，埋置剪力筋法最好。(原设计未配剪力筋)。

从测得的跨中挠度看，活载的横向传递量很小，在梁的相互作用中，相邻梁只能提供摩擦力。因此，按常规办法计算横向分布系数的做法是偏于不安全的。

卡车81 km/h的速度下，冲击系数最大(1.24)，但该值仍小于规定值。

U445.7

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1008-3383(2012)07-0108-01

2012-03-15