对某预应力钢构连续梁桥的病害分析及加固

邓春华

(重庆交通大学 河海学院 重庆 400074)

对某预应力钢构连续梁桥的病害分析及加固

邓春华

(重庆交通大学 河海学院 重庆 400074)

当今交通运输业迅猛发展，旧桥受到当时结构设计、材料强度、施工阶段环境等影响，其设计通车量远远不能满足现状，从而产生病害和承载力不足的问题。文中结合工程实例，对受损的预应力钢构连续梁桥进行病害成因分析，针对梁桥结构产生的裂缝等病害，采取粘贴碳纤维布进行维修，而后该桥的安全性、适用性和耐久性都满足了设计要求。

病害分析；裂缝；粘贴碳纤维布加固

引言

济南黄河二桥，位于济南西北，南北横跨黄河之上，西接济聊一级汽车专用路，终点(桩号 K100+630)接通与济青高速相接的北联路线，南通泰安。该桥为济南西外环的组成部分，全长5750米，宽35.5米，双向6车道；主桥为长947.66米的预应力钢构连续梁体系，该连续梁分为5跨，最大跨径为210米；其南北引桥均为35米的简支T型梁。设计荷载为汽-超20、拖-120。该桥于1996年开始修建，1999年完成通车。随着交通量、车辆载重的不断增加，梁体底面出现了大量严重程度不同的裂缝，所以对该桥梁进行病害成因分析及加固维修。

1 桥梁概况

该桥梁体下部受拉面出现裂缝，很有可能是体内配筋不足，材料强度不足，不能满足承载能力的要求，T型简支引桥的梁肋部位出现少量细裂缝和残缺，主桥和引桥的某些腹板部位出现细裂缝。值得一提的是，桥墩表面也有少量裂缝出现。

2 桥梁病害成因分析

该桥最大的病害就是存在大量的裂缝，这些裂缝在不同部位的宽度和发展方向各不相同，并且严重程度也各不相同。

对于梁体底面出现的裂缝，可能有以下几种原因：1）梁体混凝土强度不足，钢筋设置偏少，导致桥梁本身承载力不达标；2）桥梁实际受力超过了梁体结构受力设计值，使梁体的结构安全系数降低了；3）桥梁设计时，没有考虑到工程实际应用中的通车量是处于增长状态的。

2.1 裂缝成因分析

混凝土结构极易出现裂缝，一般的混凝土结构是带裂缝状态工作的。当混凝土结构出现损伤与破坏，所受的拉应力大于混凝土的抗拉强度时，裂缝就会不断开展，直至达到所规定的裂缝限值，使得人们从视觉上感到不安，即适用性和耐久性不能满足要求。

混凝土结构裂缝成因十分复杂，往往是多种因素相互作用而导致的裂缝形成。就其成因大致可分为两大类：

1）荷载裂缝；结构在外荷载的作用下形成的裂缝，裂缝宽度以及分布与外荷载密切相关。这种荷载裂缝的产生往往说明混凝土结构的承载能力不能满足要求。

2）变形裂缝；结构在非荷载因素作用下产生的裂缝。比如在温度变化、混凝土收缩等因素作用下，混凝土结构产生的变形受到限制时，结构内部就会产生拉应力，当混凝土极限抗拉强度不足以抵抗拉应力时，裂缝就会产生，一旦裂缝产生，混凝土就退出工作，拉应力由钢筋承担。

裂缝成因分析是裂缝评定、裂缝修补和加固的依据。如果不对带裂缝结构进行分析就盲目的对结构进行维修加固，不但得不到预期的补强效果，而且有可能引发二次病害。

3 维修加固措施

3.1 粘贴碳纤维布加固

该桥横跨黄河之上，加大了维修的难度，并且桥墩及地基承载力不予改变，上部结构的自重也不予改变，所以应选择轻质高强加固材料，便于施工。加固该受损梁体，采用粘贴高强度、高弹性模量碳纤维布是最理想的施工方案；碳纤维布质量轻、厚度薄，不需要较大的空间，尤其适用该桥加固空间紧张、加固环境不乐观的情况；粘贴碳纤维布时，施工简便，对施工环境要求低，通过环氧树脂将其粘贴在梁底表面使之与梁体形成整体即可。采取粘贴碳纤维布加固后的质量不会增加，还保证了外表轻巧美观，相比体外预应力施工有很大的优势；此加固方法能够使结构具有很好的耐久性，加固时只需碳纤维布和环氧树脂，它们具有耐碱、耐酸和耐大气环境腐蚀等性能。对梁体腹板某些细微裂缝以及桥墩上出现的细微裂缝，其宽度小于0.2mm，为保证梁体耐久性和防水性，避免结构体内钢筋锈蚀，通过喷射混凝土砂浆的方法灌缝即可。对于梁体某些残缺部位，可通过植筋技术进行修补。

3.1.1 加固原理

粘贴碳纤维布加固技术是将高强度的碳纤维布粘贴于结构表面，使它们共同参与受力以达到提高结构承载力的目的。

碳纤维材料的力学性能优良，它的抗拉强度可达普通钢材的10倍，碳纤维材料在被织成碳纤维布之后，构成碳纤维布的碳纤维丝不能共同参与受力，一般情况下，它受力时，一部分碳纤维丝达到其极限抗拉强度而退出工作，剩下的部分碳纤维丝参与下一阶段受力，直至所有碳纤维被拉断而退出工作。但是当碳纤维布和粘结剂作用时，组成碳纤维布的各碳纤维丝就能共同参与受力，这样很大程度上提高了碳纤维布的抗拉强度。碳纤维加固技术少不了粘结剂的参与，它既能使各碳纤维丝共同作用，又能使碳纤维布与结构共同受力，以达到结构补强、加固的效果。

4 施工方法

1）准备工作

在梁底面标出需粘贴碳纤维布的位置和范围。

2）表面处理

清除梁体底面风化层，使其露出新的结构面，清除结构表面灰尘，保证结构表面干净；对梁底裂缝进行凿开处理并喷射混凝土灌缝，然后整平被粘贴表面，保证无油污等杂质；对残缺部位应进行修补，保证表面平顺。表面处理时应注意：当外露钢筋锈蚀了，应对其做除锈处理；平整处理时，可通过涂刷环氧腻子于凹凸粗糙处，并刮平。

3）涂刷涂料

待表面干燥后，将表面处理树脂用滚筒均匀的涂刷在需补强部位，不得有遗漏；待表面处理树脂不粘手时，用修平树脂填平表面凹凸处，保证表面平整。

4）粘贴碳纤维布

待涂料基本固化后，用干燥的滚筒将浸渍树脂涂刷于待补强表面上；将碳纤维布展开、拉紧平铺在浸渍树脂上，用滚筒反复滚压以排除布与树脂之间的空气，使布与树脂充分的结合并完全浸于浸渍树脂中，如果发现碳纤维布与浸渍树脂之间有未密合的地方，可用美工刀沿着碳纤维布的顺纤维方向剪开，再涂上浸渍树脂并用滚筒反复挤压直至无空气；待碳纤维布粘贴 30min后，用滚筒再次涂刷浸渍树脂；待碳纤维布自然风干，重复上述步骤，粘贴第二层碳纤维布，以此类推。注意：在铺设最后一层碳纤维布时，需做最后一次平整处理并涂上浸渍树脂，风干过程中应做好防水、防尘等保护措施。

5）养护

粘贴碳纤维布后初期固化需1天，在初期固化尚未完成之前，禁止车辆通行，达到完全固化则需7天。养护期间可采取铺盖薄膜的方式来防水、防尘。

6）涂装

在碳纤维布表面充分风干，浸渍树脂硬化前，可根据设计要求，在其表面涂刷涂料漆进行装饰或涂刷防护漆。

5 结论

针对该桥梁体底面出现的裂缝，选择粘贴碳纤维布加固的方法，它施工简便快捷、材料轻薄、极具耐久性、能有效提高承载力。如今，该桥的安全性和适用性均满足要求，说明粘贴碳纤维布对该桥进行加固的方法是切实可行的。

[1]郑正华，邓超. 粘贴碳纤维布加固技术在桥梁维修加固中的应用[J]. 黑龙江交通科技，2013，(12)：74，77.

[2]刘松平. 钢筋混凝土桥梁裂缝成因分析与加固措施研究[硕士学位论文][D].浙江：浙江大学，2012.

[3]焦孟军. 钢筋混凝土连续箱梁桥裂缝分析[硕士学位论文][D]. 江苏：南京航空航天大学，2008.

U45

B

1007-6344（2016）07-0017-01

邓春华(1994-)，女，四川资阳人，硕士在读研究生，研究方向为城市道路和桥梁工程设计理论与养护技术。