装配式改整体式空心板桥纵向裂缝加固措施研究

王金周 王冠男 武鑫哲

摘 要

将原设计为装配式的空心板桥改为整体现浇施工，板的受力状况由单向受力改为双向受力。改变施工方法却仍按最初设计配置横向钢筋的空心板桥，经常在跨中附近出现超出规范限定的纵向裂縫，有的甚至贯穿整跨。本文以典型的装配式和整体式空心板桥为研究对象，针对此类病害提出了施加体外横向预应力和粘帖横向钢板两种加固方法。

关键词：装配式空心板桥 、整体式空心板桥、纵向裂缝、体外预应力、粘帖钢板

1.混凝土的裂缝

混凝土的裂缝可以说是公路工程中桥梁的常见病害，混凝土结构的裂缝成因十分复杂、类型繁多，甚至是多种因素相互作用的结果，但每条裂缝都有其产生的成因。混凝

土桥梁的裂缝按其产生原因大致可以分为以下几种：1）荷载作用引起的裂缝；2）温度荷 起的裂缝；3）混凝土收缩引 裂缝；4） ；5）建筑材料质量导致的裂缝。[1]

2.空心板桥纵向裂缝的加固

2.1施加体外横向预应力

体外横向预 加固，通过施加横向预应 增强空心板桥的横向刚度，同时增设的横向预 力使空心板横向 缘混凝土处于受压 态，平衡了 荷载产生的横 弯矩。因此，设置横向体外预应力可提高空心板桥的横向联结性能，防止病害的恶化。施加体外横向预应力加固法具有施工方法简单、对交通的影响小、需要的设备简单、所需要的人力少、施工时间短、对原桥梁体结构损坏小、不增加路面标高以及不影响桥下净空等优点。但该方法在预应力的锚固点处会出现应力集中现象，而且由于预应力钢筋布置在梁体结构的外侧，非常容易受到环境（如温度、腐蚀性气体）的影响[2]。

1.常用的施加体外预应力方法

采用预应力法对钢筋混凝土或者预应力混凝土桥梁进行加固时，其使用的加固构件通常是钢杆、精轧螺纹钢或者钢丝索等钢材。施加体外预应力的方法一般包括纵向张拉、横向张拉和张拉钢丝束三种。横向张拉法的基本原理是通过在钢拉杆中部施加比较小的横向力，以在钢拉杆内产生比较大的纵向内力[3]。

2.预应力 失以及 预应力损 的措施

预应力损 是由加固 及承受加固件作用 体 两方面的变 引起的，造成预 力损失的主要 有：

1. 地基基础的徐变以及沉降；

2. 加固梁体的收缩以及其他变形；

3. 预应力钢束的徐变；

4. 温度作用产生的应变。

在预应力加固的过程中，因为基础的沉降，温度应变，新浇筑混凝土的徐变等原因将导致较大预应力损失，此时，为了保证加固效果，减少预应力损失，需要在加固过程当中，预留一定的构造措施，以便在使用过程中及时的调整预应力钢束的的工作应力数值[4]。

2.2粘帖横向钢板

粘贴横向钢板加固法属于被动加固方法，是通过特定的粘结剂，把钢板粘帖在混凝土结构物的受拉区域或者薄弱部位，使其与混凝土形成整体，共同工作，来替代需增加的补强钢筋，通过钢板与补强结构的共同作用，从而提高其结构体的刚度、限制混凝土裂缝的开展，改善钢筋混凝土结构的受力状态，增大梁体的承载能力，以起到补强加固的效果[5]。

用粘帖钢板的方法来对桥梁进行加固，在国外的工程实例中已获得了广泛的使用，在国内也有不少实例，这是因为这种加固法具有下列优点：

1. 原有桥梁结构不会被破坏；

2. 在加固工程中基本不增加原结构物的尺寸；

3. 施工过程时并不需要高级的专门技术人员操作；

4. 能在短期内 加固工程；

钢板粘帖法的施工工艺：

（1）钢板制作

制作粘帖加固所需要的钢板，并对钢板的表面进行预先处理。钢板按照所需要的 切割而成。钢板 面在粘帖一侧可用刨床制成 ，格状刻痕，以增加粘结 。可以采用手工操作钢丝刷对钢板进行除锈，在条件允许时可以使用喷砂除锈；在钢板与混凝土底面上用 电钻钻孔，按一定间距和 规格钻孔后运到工地。

（2）表面处理

为了得到良好的粘帖效果，必须事先对钢板和混凝土的粘帖面仔细的处理。首先清除混凝土表面的破损部分，然后将混凝土表面凿平凿毛，使其骨料暴露，使用压缩空气或者钢丝刷将浮尘清除，在粘帖钢板之前还需要用丙酮擦一遍。使用汽油将钢板 的油污洗去，然后采用喷砂法或 进行打磨以除去铁锈，使钢板的表面 光泽，然后用丙酮将其 干净，最后涂一层环氧树脂 将钢板保护起来。

（3）粘帖钢板

首先刷一层环氧树脂胶浆在混凝土表面，然后在钢板表面涂抹一层环氧树脂胶浆，稍等片刻后在钢板上再次涂一层环氧树脂砂浆，通常厚度在2mm左右。随后立即把钢板粘贴到混凝土的表面，并拧紧螺丝加压，把多余的胶浆沿着板边挤出，使两者达到紧贴的程度。

（4）加压方式

将钢板与混凝土结构粘帖完成后，必须对钢板施加一定的压力以使钢板与混凝土表面密贴。施加压力的方式一般有三种：第一种是上述的采用螺栓来进行加压，就是在混凝土粘帖的表面间隔一定的距离预先埋设一根12mm的螺栓，钢板上留设有与之相应的孔，在将钢板粘帖到混凝土的表面后马上拧紧螺帽进行加压；第二种方法是采用木楔加压。即在加固构件的下方设置支撑梁（可以从桥下搭设或者从桥上悬挂），距离构件的底面约15-20cm，然后在钢板粘帖之后楔紧木楔以施加压力；第三种方法是采用重物来加压。如果是在混凝土构件的上缘粘帖钢板时，可以通过在钢板的上面放置重物来施加压力。

（5）防护处理

当前国内外工程实践中对粘帖钢板所采取的保护措施，通常是采用去除钢板表面的污染，采用钢刷去除螺栓锈斑，首先涂抹一层环氧树脂薄浆来罩面，再在其上涂抹两层防锈漆来进行防护。在这之后见隔1-2年检查一次防护层的使用情况，若发现脱漆的地方应该及时的采取措施来修补。在近年来的工程实践中有的省市采用喷射混凝土，在钢板的表面上喷射一层混凝土保护层，这样即减少了刷漆的工序，又大大削减了养护工作量。于此同时喷射的混凝土与原混凝土结构组成喷层——梁体组合工作体系，共同工作，这在一定程度上将提高原梁的承载能力，克服钢板补强容易锈蚀的缺点，这是一种效果比较好的预防保护钢板污染和锈蚀的方法[6]。

3.结论

本论文从我国现役空心板桥的病害开始，介绍了混凝土裂缝理论和桥梁加固理论，最后对体外横向预应力和粘帖横向钢板两种加固方法的影响因素进行了研究，得出结论如下：

1. 在车辆荷载和温度荷载作用下，装配式空心板桥横向拉应力的峰值出现在板宽中间位置铰缝处，因此纵向裂缝最易出现在铰缝处，而整体式空心板桥的板底横向拉应力的峰值出现在板宽中间位置附近，纵向裂缝容易出现在跨中中间位置附近。

2. 施加横向体外预应力作为一种主动加固方法，可以明显降低板桥底板的横向拉应力，在一定范围内预应力越大、施加位置越靠近跨中加固效果越好。板桥的宽跨比越小，施加横向体外预应力加固效果越好。

3. 粘帖横向钢板是一种被动加固方法，依靠钢板和板体共同工作来达到加固目的。粘帖钢板的厚度越大加固效果越好，当钢板厚度超过8mm之后，钢板厚度对加固效果的影响不大。越靠近跨中，粘帖钢板加固的效果越好。板桥的宽跨比对于粘帖钢板的加固效果影响不大。

参考文献

[1] 谭晟. 高等级公路桥梁空心板开裂原因分析研究[D]. 重庆交通大学， 2008.

[2] 史俊芳. 体外预应力加固箱梁的有限元分析[D]. 河北工业大学桥梁与隧道工程， 2010.

[3] 郭世波. 桥梁加固与改造常用方法探析[J]. 中国科技博览， 2011（31）：156.

[4] 刘建华. 公路桥梁维修加固技术分析与应用[J]. 科技致富向导， 2012（5）：199.

[5] 崔金伟， 杭亦非. 粘贴钢板法桥梁加固技术与应用[J]. 市政技术， 2010.

[6] 汤广春. 高速公路桥梁常见病害及检测、维修技术： 中国公路学会桥梁和结构工程分会2005年全国桥梁学术会议， 宁波， 2005[C].