CN102561213B

CN102561213B - 一种结构负弯矩区的钢板-混凝土组合结构加固方法

Info

Publication number: CN102561213B
Application number: CN201210034336.0A
Authority: CN
Inventors: 余志武; 谈遂; 蒋丽忠; 郭风琪
Original assignee: HUNAN ZHONGDA JIANKE CIVIL TECHNOLOGY CO LTD; Central South University; National Engineering Laboratory for High Speed Railway Construction Technology
Current assignee: HUNAN ZHONGDA JIANKE CIVIL TECHNOLOGY CO LTD; Central South University; National Engineering Laboratory for High Speed Railway Construction Technology
Priority date: 2012-02-15
Filing date: 2012-02-15
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2032-02-15
Also published as: CN102561213A

Abstract

一种结构负弯矩区的钢板-混凝土组合结构加固方法，其特征在于：①混凝土箱梁顶板(3)负弯矩区界面处理；②在混凝土箱梁顶板(3)负弯矩区表面植筋；③制作钢板(9)以及焊接栓钉(8)、波形钢板(14)；④在钢板(9)上制作自密实混凝土浇注孔(13)、定位调平孔(17)；⑤搭设反顶支架(2)，反顶卸载；⑥绑扎钢筋网(10)，安装到位；⑦在钢板(9)上涂结构胶，并撒细砂；⑧安装调平钢板(9)到设计位置，通过预先安装的设备张拉预应力，对钢板(9)预加压力；⑨自密实混凝土拌制及浇注；⑩放松预应力，拆除波形钢板(14)，养护混凝土；

铺装层施工，拆除反顶支架(2)。新型钢板-混凝土组合结构负弯矩区加固方法可以广泛应用于混凝土箱梁、T梁、空心板梁、普通钢筋混凝土梁、预应力混凝土梁的负弯矩区加固，特别是当应用在桥梁加固改造中时，几乎不降低原桥桥下净空高度、不要求原结构表面平整、造价低、不影响结构外观等，经济、安全、适用，工程质量易于保证，应用前景广泛。

Description

一种结构负弯矩区的钢板-混凝土组合结构加固方法

(一)技术领域

本发明涉及土木学科的桥梁和结构工程领域，具体涉及一种结构加固施工方法，尤其是混凝土梁顶部的结构加固施工。

(二)背景技术

由于爆炸、火灾、地震及钢筋锈蚀等自然因素，以及设计荷载等级偏低、施工不当等人为因素的影响，混凝土结构整体或局部的损坏日益严重。尤其对混凝土桥梁，近年来，随着我国经济的发展，道路载重车辆日趋大型化、重型化，交通流量迅猛增长，行车密度越来越大，使混凝土桥梁经受的冲击力、荷载疲劳程度不断提升，超限运输尤为严重，桥梁带病超负荷运营的现象十分突出，在役桥梁的承载能力、耐久性能、行车安全和舒适性都面临着极大的考验。当前，我国桥梁安全状况不容乐观，我国已进入新建和改造维修并重的过度期，桥梁改造加固任务繁重。在尽量不影响交通的情况下，如何有效地对混凝土桥梁进行加固和维修是亟待解决的问题。

对混凝土结构进行加固，是提高现有建筑物和桥梁结构的承载力和刚度及耐久性、延长使用寿命的需要。目前常用的加固方法有加大截面加固法、预应力加固法、粘钢加固法、FRP材料粘贴加固法、改变结构传力途径加固法以及外包钢加固法等。受结构形式或材料特性的影响，这些传统加固方法均有一定的局限性。

(1)预应力加固法对提高构件的抗剪能力有限，长期预应力损失往往需要二次张拉，维护困难。旧桥的已存预应力大小很难准确判断，这将直接影响新加预应力的大小，过大的预应力值将会造成反拱过大和局部受压承载能力不足，因此也限制了对抗弯承载能力的提高。

(2)采用加大截面加固法时，如果设计中未能从整体结构的角度上分析，仅仅为局部加大而加大，这样会造成整体结构其它部分形成薄弱层而发生重大破坏；加大构件截面，其质量和刚度将发生变化，结构的固有频率也随之改变，很有可能进入到地震或风震的频率中而产生共振现象；对原有结构的外形以及房屋使用空间上有一定的影响。

(3)粘钢加固法虽然施工工艺较简单，可在一定程度上提高结构的承载力，但对梁体表面平整度、清洁度要求较高，而且加固的有效性主要取决于粘结材料的强度及耐久性，抗疲劳性能也不够稳定。

(4)FRP加固对结构刚度的提高不明显，抗剪及连接问题均比较突出，且FRP材料与混凝土之间粘结面的耐久性和防火性能较差。

综上所述，传统加固方法存在新旧两种材料连接可靠性不足、提高的承载力有限、耐久性较差等缺陷。而且随着建筑物向大型化和复杂化发展，加固处理越来越复杂，加固难度越来越大，对于一些大型的建筑物和一些异形的结构构件，特别是一些大型桥梁，跨度大，结构复杂，同时受到活载作用，传统的加固方法有很大的局限性。

混凝土桥梁桥面铺装作为路面的一部分，位于混凝土梁顶部，直接受车载作用，应满足路面平整、行车安全舒适的使用功能。同时，桥面铺装作为桥梁结构的一部分，应能抵抗车辆荷载冲击作用而产生的磨损和剪切变形，分布车轮的集中荷载，防止雨水、日照等环境作用对桥面板的侵蚀。桥面铺装是抵御桥梁结构钢筋腐蚀破坏、提高结构耐久性的第一道防线。从在役桥梁调查中可以发现，桥面的早期损坏现象严重影响了桥面行车舒适性和桥梁结构的正常使用，解决不好必将造成较大的经济损失和不良的社会影响。

基于组合结构的原理和方法对现有混凝土结构进行加固是对结构加固技术的一种创新与发展，为结构加固提供了一种新的思路。但是由于采用组合结构加固时，模板和原有构件之间的空隙较小，特别是当加固构件为异形构件时，如采用普通混凝土时，存在混凝土不能振捣密实，无法保证混凝土质量，新旧混凝土不能有效共同工作的技术瓶颈，限制了组合结构加固技术的应用。

随着近年来由于国民经济的快速发展，公路交通量、车辆重量和车速都大幅提高，目前公路和铁路桥梁中活载应力占总应力的比例也大幅提高，由于公路和铁路桥梁承受活载反复作用，使得疲劳问题的研究同益突出。这一点在桥梁工程师中已形成共识。造成疲劳开裂的直接原因，是活载使构造各裂源点所受到的应力变化。采用组合结构技术加固原有桥梁后，在活载作用下，钢板也存在同样的疲劳问题。

为此，针对传统加固方法中所存在的技术问题，本发明提出了一种结构负弯矩区的钢板-混凝土组合结构加固方法。

(三)发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种承载力高、刚度大、抗震性能和动力性能好、自重增加小、施工快速方便的新型结构负弯矩区的钢板-混凝土组合结构加固方法。

混凝土梁负弯矩区域处于受拉状态，钢板可以布置在混凝土梁的顶部，充分发挥其抗拉强度高的特点。钢板一混凝土组合加固时，通过在钢板上焊栓钉、在原混凝土梁顶部表面植筋、在原混凝土梁的顶部和加固钢板之间浇注混凝土等措施来使加固部分与原结构形成整体。所述原混凝土梁包括已经存在的混凝土箱梁、T梁、空心板梁、普通钢筋混凝土梁或预应力混凝土梁结构。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种加强钢板与混凝土以及新、老混凝土之间连接可靠性的方法。

本发明对于钢板与混凝土以及新、老混凝土之间的连接采取如下四项混合措施：

(1)在钢板与新混凝土的结合面上涂结构胶，并撒细砂，增强钢板与新混凝土界面连接可靠度；

(2)在原混凝土顶部对应钢板栓钉位置处开方形槽口，增大界面破坏时的滑移变形，提高新、老混凝土界面抗剪强度；

(3)加固钢板周边与混凝土中植筋对应焊接，增强钢和混凝土组合工作性能；

(4)简易提升装置中提升支撑螺纹钢的一端直接浇注在加固新增混凝土中，

进一步加强界面连接可靠度。

本发明所要解决的第三个技术问题是提供一种适合在混凝土连续梁支座负弯矩区结构加固时使用的钢板调平与定位方法。

本发明所要解决的第四个技术问题是提供一种适合维修加固处于混凝土梁顶部的桥面铺装层的方法。本发明改变部分铺装层成结构层，可以加高原有梁板的有效高度，增加梁板的抗弯能力，从而提高桥梁的荷载能力。

本发明所要解决的第五个技术问题是在桥面铺装层厚度有限的情况下，提供一种既能保证铺装工作性能，又能保证铺装层和加固层可靠连接的桥面加固方法。

本发明所要解决的第六个技术问题是突破混凝土不能振捣密实，无法保证混凝土质量的技术瓶颈，提供一种适合在模板和原混凝土梁顶部之间的狭小空间浇注并能保证质量的混凝土。

自密实混凝土是基于混凝土的施工性能来命名的，是指新拌混凝土具有高流动度、良好的粘聚性，不离析、不泌水，能在不经振捣或少振捣的情况下自行留平并自行流动通过钢筋充满模具的混凝土。自密实混凝土的硬化性能与普通混凝土相似，而新拌混凝土性能则与普通混凝土相差很大。自密实混凝土的自密实性能主要包括流动性、抗离析性和填充性。每种性能均可采用坍落扩展度试验、V漏斗试验(或T50试验)和L型箱试验等一种以上方法检测。

自密实混凝土属于高性能混凝土的范畴。自密实混凝土除了满足高性能混凝土定义中的耐久性、施工性、适用性、强度、体积稳定性和经济性要求外，在施工性上有更高的要求。它突破了传统振捣混凝土在成型方式上的局限，完全依靠自身重力(或只需外力轻微振动)便可自由流淌，穿越钢筋间隙填充模板每个角落，硬化后得到满足要求的强度和良好的耐久性能。

因此，自密实混凝土不仅从材料的性能保证了加固的效果，还从施工工艺上保证钢板-混凝土组合结构加固构件和原混凝土结构构件形成一个整体，解决了制约钢板-混凝土组合结构加固技术使用的瓶颈。

本发明所要解决的第七个技术问题是提供一种能有效降低组合结构加固后的钢板在活载作用下的疲劳应力幅的方法。

试验研究表明，钢板应力幅对组合加固梁的疲劳性能影响较大，而栓钉间距的影响不大，实际设计时应严格控制钢板的应力幅和应力上限。为解决这个技术问题，本发明提出预先对钢板施加压力，然而钢板在没有侧向支撑的情况下对其施加压力很容易失稳。本发明又提出在钢板一侧焊接波形钢板防止钢板侧向失稳。

本发明所要解决的第八个技术问题是提供一种在对钢板施加压力时能有效防止钢板侧向失稳的方法。

所谓波形钢板就是经过机械方式压延而成的波纹形状的钢板。经过这种特殊处理的钢板最初应用于海军和航空工业中，例如使用在飞机的机身及机翼结构上。钢板延压成折板后，整体上表现为正交异性，在纵轴向具有易变形的性能，且在横向又具有一定刚度，不再需要设置加劲构造。本发明利用波形钢板的手风琴效应，即波形钢腹板似手风琴一样伸缩，无法抵抗轴向力以及弯矩的性质。考虑将波形钢板焊接在钢板的一侧，这样对钢板施加压力时波形钢板即保证钢板不会侧向失稳，又不会减弱对钢板所施加压力的大小，因为波形钢板在纵向可以近似为自由伸缩。

根据本发明的方法，与其相关的工序包括以下主要步骤：

步骤A：原混凝土梁顶部负弯矩区界面处理

在所述步骤A中包括以下步骤：

(1)将原混凝土梁顶部负弯矩区的铺装层或者粉刷层、装饰层清除，直至露出混凝土表面；

(2)若原混凝土梁顶部负弯矩区混凝土存在空洞等初始缺陷，需对其缺陷部位清除至密实处；

(3)将混凝土凿毛，且凿毛深度不小于6mm，然后用水清洗混凝土表面的浮渣、尘土；

(4)在原混凝土梁顶部对应钢板栓钉位置处开方形槽口，方形槽口的具体尺寸应根据栓钉直径、植筋以及栓钉间距综合考虑，建议按照25cm～40cm纵横向等间距开槽口，深度为1.5cm～2cm；

(5)若结构加固部位的钢筋有锈蚀现象时，需对钢筋表面除锈；当结构中钢筋锈蚀面积与原截面面积的比值超过1/12时，需补配钢筋。

步骤B：原混凝土梁顶部负弯矩区混凝土植筋

其操作要点：

(1)采用植筋技术时，桥梁主要构件的混凝土强度等级不得低于C25，其它构件混凝土强度等级不得低于C20。

(2)桥梁受力植筋用胶粘剂应采用A级胶；仅按构造要求植筋时可采用B级胶。

(3)植筋间距宜按照25cm～40cm纵横向等间距布置。

步骤C：制作钢板以及焊接栓钉、波形钢板

在所述步骤C中包括以下步骤：

(1)制作符合设计要求的钢板；

(2)选用符合国家标准的圆柱头焊钉，按照植筋间距，即按照25cm～40cm纵横向等间距焊接栓钉，注意与植筋交替形成梅花型布置形状；

(3)在钢板一侧焊接波形钢板，波形钢板的位置和尺寸应根据加固用钢板厚度和预加压力的大小确定，波形钢板的高度不大于40cm，间距不大于100cm；

步骤D：在钢板上制作自密实混凝土浇注孔、定位调平孔

沿加固钢板纵向和横向开方孔，其中方孔大小为20～35cm，浇注点之间的纵横向距离为80cm～100cm。

定位调平孔直径根据提升支撑螺纹钢直径大小确定，一般宜取22mm；在钢板上纵横向成夹角70度斜向梅花型布置，定位调平孔之间的纵横向距离为400cm～500cm。

步骤E：搭设支架，反顶卸载

对结构进行反顶卸载可以让加固后的结构承担更多的荷载，共同参与受力，加固效果更好。

步骤F：绑扎钢筋网，安装到位

为防止加固混凝土劈裂破坏，需在加固混凝土1/2高度处布置一层钢筋网，直径宜采用10mm，布置距离宜为植筋距离的一半，即按照12.5cm～20cm纵横向等间距布置。

步骤G：在钢板上涂结构胶，并撒细砂

在所述步骤G中包括以下步骤：

(1)在钢板与混凝土的结合面上涂结构胶。所述结构胶为满足《公路桥梁加固设计规范》(JTG/T J22-2008)粘贴钢板或型钢用胶粘剂安全性能指标的A级胶。

(2)在钢板与混凝土的结合面上撒细砂。所述细砂为粒径大于0.075mm的颗粒超过全重85％，且细度模数为2.2～1.6。

步骤H：安装调平钢板，张拉预应力，对钢板预加压力

在所述步骤H中包括以下步骤：

(1)安装本发明提出的钢板简易提升装置。本发明提出的简易提升装置由一根提升支撑螺纹钢、两根辅助提升螺纹钢、配套螺母、热轧槽钢组成。其中提升支撑螺纹钢、辅助提升螺纹钢为直径20mm的精轧螺纹钢筋；配套螺母为其相应的配套螺母；热轧槽钢为GB/T 707-1988中规定的40a型号槽钢。

(2)采用简易提升装置将钢板吊装、调平，然后采用简易提升装置自平衡定位；

(3)张拉预应力，对钢板施加压力，注意分级均匀加载；

(4)将钢板周边与混凝土中植筋对应焊接。

步骤I：自密实混凝土拌制

混凝土拌制完成之后，应进行坍落度试验、L型流动仪试验、U型仪试验、V漏斗试验，其检测结果应满足以下标准：坍落度应控制在240mm～270mm；坍落扩展度应控制在600mm～700mm；U型仪试验高度差Δh应小于30mm；V漏斗通过时间应控制在4s～25s。

步骤J：浇注自密实混凝土

在所述步骤J中包括以下步骤：

(1)浇注前半个小时，用水充分湿润原混凝土梁顶部混凝土以及钢板；

(2)自密实混凝土浇注可采用机械连续浇注和人工连续浇注，推荐使用机械连续浇注。尽量保证连续几个浇注孔同时浇注，浇注时可用木锤对钢板稍加敲击振动，必要时用长钎进行适当插捣，确保浇注混凝土的密实；

(3)浇注时应注意结构各部位变形，应连续浇注一个加固构件完毕，并且中间间断时间不能超过混凝土初凝时间；

(4)酌情将自密实混凝土浇注孔以及定位调平孔处钢板补足。

步骤K：混凝土养护

混凝土浇注完成后，应及时施水养护，保证7～14天养护期：前7天每天应该施水养护最少4次：早上上班，中午吃饭前，傍晚吃晚饭前，晚上11～12点间。后7天，每天施水养护早、中、晚三次。

步骤L：放松预应力，拆除波形钢板

步骤M：桥面铺装层施工

在所述步骤M中包括以下步骤：

(1)对钢板喷砂除锈处理，清洁度达到Sa2.5级，粗糙度达到50～100μm；钢桥面板在施工、营运过程中一般会发生锈蚀，为保护桥梁结构的耐久性，在铺装前应对钢桥面进行喷砂除锈处理。根据喷砂除锈国标GB8923-88，要求钢桥面喷砂除锈清洁度达到Sa2.5级，即“非常彻底的喷射除锈，钢材表面无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物，任何的痕迹应仅是点状或条纹状的轻微色斑”。同时，为保证防腐层与钢桥面的附着力，要求钢桥面板喷砂除锈后粗糙度达到50～100μm。

(2)进行桥面铺装逐层施工。

在混凝土梁负弯矩区的结构加固部位，考虑铺装层功能要求的不同，桥面铺装分多层设计。桥梁铺装厚度＝原混凝土桥梁铺装层总厚度-加固混凝土厚度；但桥面铺装设计总厚度不宜少于80mm，结构组成为：55mm高弹改性沥青玛蹄脂碎石SMA-13、桥面专用防水粘结层EMU-100、25mm高弹改性沥青浇注式混凝土GA-5、Eliminator防水粘结体系，铺装由上至下依次为55mm厚的高弹改性沥青玛蹄脂碎石SMA-13层、桥面专用防水粘结层EMU-100层、25mm厚的高弹改性沥青浇注式混凝土GA-5层和Eliminator防水粘结体系层。

步骤N：拆除支架

本发明的上述技术方案相比传统加固方法具有以下优点：

(1)本发明利用钢板-混凝土组合结构加固施工技术，钢板布置在原混凝土梁顶部的负弯矩区域，充分发挥其抗拉强度高的特点。

(2)本发明对于钢板与混凝土以及新、老混凝土之间的连接采取以下三项混合措施：在钢板与新混凝土的结合面上涂结构胶，并撒细砂，增强钢板与新混凝土界面连接可靠度；在原混凝土顶部对应钢板栓钉位置处开方形槽口，提高了界面抗剪强度；加固钢板周边与混凝土中植筋对应焊接，进一步提高界面连接可靠度，增强钢和混凝土组合工作性能。

(3)本发明在原混凝土顶部对应钢板栓钉位置处开方形槽口，提高了界面抗剪强度。方形槽口的作用类似于剪力销，能显著提高粘结面的抗剪强度；方形槽口能改变界面的破坏模式，增大界面破坏时的滑移变形，从而保证钢和混凝土共同工作。

(4)本发明提出一种由一根提升支撑螺纹钢、两根辅助提升螺纹钢、配套螺母、热轧槽钢组成的简易提升装置。此方法可以方便、准确、快速调平钢板，并且采用简易提升装置自平衡定位，加快施工进度。此外，提升支撑螺纹钢的一端在施工后不拆除，直接浇注在加固新增混凝土中，可以进一步加强界面连接可靠度。

(5)本发明利用的钢板-混凝土组合加固技术，通过在钢板上焊栓钉、在原混凝土梁顶部表面植筋、在原混凝土梁顶部和加固钢板之间浇注混凝土等措施来使加固部分与原结构形成整体，能够有效共同工作，可以显著的提高结构特别是桥梁结构的承载能力。

(6)本发明利用的钢板-混凝土组合加固方法充分利用了新、旧材料的性能，具有承载力高、刚度大、抗震性能和动力性能好、自重增加小、加固效果突出等优点，特别适用于承受动荷载结构构件的加固。

(7)利用本发明的方法应用于旧桥桥面板上，可以在不改变原桥标高的情况下，既能修补已出现裂缝、剥离等损坏的桥面板，又能加高原有梁板的有效高度，增加梁板的抗弯能力，从而提高桥梁的荷载能力。

(8)加固钢板位于混凝土的外侧，因此不存在混凝土裂缝外露的问题。

(9)采用本发明的组合加固技术方案，因为不需要重新搭设支架支撑模板，所以对桥下交通影响小，同时对结构净空高度影响小。故本发明的技术方法特别适合加固桥下交通繁忙的立交桥以及跨线桥，以及对净空高度要求严格的结构。

(10)由于本发明利用了自密实混凝土在浇注过程中无需振捣成型，因此本发明解决了配筋密集、结构复杂、模板和原构件空间狭小等因骨料阻塞造成的空洞等问题，并减少了传统混凝土施工因漏振、过振造成的上下分层蜂窝麻面，提高了混凝土质量和耐久性能，从而大大简化了加固施工工艺，使普通混凝土无法施工的部位变成了可能，特别适用于一些复杂、异性的加固结构构件，大大拓展了适用范围。

(11)由于本发明利用了自密实混凝土技术，显著降低了传统振捣混凝土施工中的噪音污染，大幅度减轻了工人的劳动强度。同时由于配制自密实混凝土需要大量利用粉煤灰、粒化高炉矿渣、硅灰等工业固体废弃物，有利于资源的综合利用和生态环境的保护。

(12)本发明首次提出先在钢板一侧焊接波形钢板，然后对其预加压力，可以有效降低钢板的应力幅，同时避免对钢板预加压力时侧向失稳。此方法有效解决了钢板-混凝土组合加固技术应用于公路和铁路桥梁时钢板的疲劳问题，使其得到了广泛应用。

(13)本发明提出在加固混凝土层中间布置一层钢筋网，有效解决了混凝土劈裂问题，保证了钢板和混凝土共同工作。

(14)本发明提出在加固钢板上开自密实混凝土浇注孔，避免通常从侧面浇注的情况，能有效保证混凝土浇注质量。

综上所述，与现有技术相比，本发明的新型钢板-混凝土组合结构加固负弯矩区施工技术综合利用了组合结构加固、混凝土槽口的剪力销效应、桥面加固层参与整体受力、自密实混凝土、波形钢板各自的优点，能有效保证浇注混凝土密实度，并且使钢和混凝土、新老混凝土界面连接可靠度得到极大改善，使加固部分与原结构形成整体，共同工作，非常显著地提高加固效果。利用本发明提出的简易提升装置可以方便、准确、快速调平定位钢板，加快施工进度。本发明的新型钢板-混凝土组合结构负弯矩区加固方法可以广泛应用于混凝土箱梁、T梁、空心板梁、普通钢筋混凝土梁、预应力混凝土梁的负弯矩区加固，特别是当应用在桥梁加固改造中时，几乎不降低原桥桥下净空高度、不要求原结构表面平整、造价低、不影响结构外观等，经济、安全、适用，工程质量易于保证，应用前景广泛。

(四)附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，但不构成本发明实施方式的任何限制。其中

图1是三跨预应力混凝土连续箱梁桥反顶卸载示意图；

图2是沿图1中的A-A线的剖视图；

图3是植筋、栓钉以及混凝土方形槽口平面布置示意图；

图4是钢板上焊接栓钉和波形钢板示意图；

图5是钢板上自密实混凝土浇注孔示意图；

图6是波形钢板示意图；

图7是预应力以及波形钢板布置示意图；

图8是按照本发明所述方法加固负弯矩区后的箱梁桥结构示意图；

图9是按照本发明所述方法加固负弯矩区后的箱梁桥顶板放大示意图；

图10是钢板上定位调平孔示意图；

图11是简易提升装置示意图；

图12是热轧槽钢示意图；

图13是桥面铺装示意图；

图14是自密实混凝土拌制过程示意图。

图15是自密实混凝土配合比以及工作性能测试结果图。

图中附图标记表示为：1-混凝土箱梁；2-反顶支架；3-混凝土箱梁顶板；4-混凝土箱梁腹板；5-混凝土箱梁底板；6-混凝土方形槽口；7-植筋；8-栓钉；9-钢板；10-钢筋网；11-加固新增混凝土；12-原箱梁顶板混凝土表面；13-自密实混凝土浇注孔；14-波形钢板；15-预应力锚具；16-钢绞线；17-定位调平孔；18-提升支撑螺纹钢；19-辅助提升支撑螺纹钢；20-配套螺母；21-热轧槽钢；22-防水粘结层；23-铺装下面层；24-铺装上面层。

(五)具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，其中图中附图标记表示为：1-混凝土箱梁；2-反顶支架；3-混凝土箱梁顶板；4-混凝土箱梁腹板；5-混凝土箱梁底板；6-混凝土方形槽口；7-植筋；8-栓钉；9-钢板；10-钢筋网；11-加固新增混凝土；12-原箱梁顶板混凝土表面；13-自密实混凝土浇注孔；14-波形钢板；15-预应力锚具；16-钢绞线；17-定位调平孔；18-提升支撑螺纹钢；19-辅助提升支撑螺纹钢；20-配套螺母；21-热轧槽钢；22-防水粘结层；23-铺装下面层；24-铺装上面层。

实施例一为预应力混凝土连续箱梁桥。

根据本发明的新型钢板-混凝土组合结构加固施工方法包括以下步骤：

步骤A：混凝土箱梁顶板3负弯矩区界面处理

图1是三跨预应力混凝土连续箱梁桥反顶卸载示意图，如图1所示的三跨预应力混凝土连续箱梁桥，包括有混凝土箱梁1和反顶支架2。图2是沿图1中的A-A线的剖视图，即图1所示桥梁的典型断面。如图2所示，本实施例的典型断面包括混凝土箱梁顶板3、混凝土箱梁腹板4、混凝土箱梁底板5。首先确定每跨的负弯矩区域，并对区域内的混凝土箱梁顶板3表面进行界面处理。

在所述步骤A中包括以下步骤：

(1)将混凝土箱梁顶板3表面的桥面铺装层清除，直至露出混凝土表面；

(2)若原混凝土梁顶部负弯矩区混凝土存在空洞等初始缺陷，需对其缺陷部位清除至密实处。本实施例的混凝土箱梁顶板3不存在空洞等初始缺陷，无需进行缺陷处理；

(3)将混凝土箱梁顶板3混凝土凿毛，且凿毛深度不小于6mm，然后用水清洗混凝土表明的浮渣、尘土；

(4)在混凝土箱梁顶板3对应钢板栓钉8位置处开混凝土方形槽口6；

图3是植筋、栓钉以及混凝土方形槽口平面布置示意图，如图3所示，本实施例的混凝土方形槽口6按照25cm～40cm纵横向等间距布置，深度为2cm；

(5)若结构加固部位的钢筋有锈蚀现象时，需对钢筋表明除锈；当结构中钢筋锈蚀面积与原截面面积的比值超过1/12时，需补配钢筋。

本实施例中的混凝土箱梁顶板3不存在钢筋锈蚀情况，不需补配钢筋。

步骤B：在混凝土箱梁顶板3负弯矩区表面植筋

其操作要点：

本实施例为C50。

本实施例属于桥梁受力植筋，选用A级胶。

(3)植筋7间距宜按照25cm～40cm纵横向等间距布置。

本实施例的植筋7间距为25cm×25cm，如图3所示。

步骤C：制作钢板9以及焊接栓钉8、波形钢板14

在所述步骤C中包括以下步骤：

(1)制作符合设计要求的钢板9；

(2)选用符合国家标准的圆柱头焊钉，按照植筋7间距，即25～40cm纵横向等间距焊接栓钉，注意与植筋7交替形成梅花型布置形状。

图4是钢板上焊接栓钉和波形钢板示意图，如图4所示，本实施例在钢板9上焊接栓钉8；本实施例的栓钉8间距为25cm×25cm，如图3所示。

(3)在钢板9一侧焊接波形钢板14，波形钢板14的位置和尺寸应根据加固用钢板9厚度和预加压力的大小确定，波形钢板14的高度不大于40cm，间距不大于100cm。

图6是波形钢板示意图，如图6所示，波形钢板14的具体形状及型号在桥梁加固中一般选用1000型、1200型、1600型；波形钢板14厚度一般为9mm～16mm。本实施例的波形钢板14选用1000型，且波形钢板14厚度为9mm，高度为40cm；图7是预应力以及波形钢板布置示意图，如图7所示，对于本实施例，在钢板9的顶面(非混凝土侧)布置波形钢板14、预应力锚具15、钢绞线16。在本步骤中，只安装波形钢板14，且横向布置间距为100cm。

步骤D：在钢板9上制作自密实混凝土浇注孔13、定位调平孔17沿钢板9纵向和横向开自密实混凝土浇注孔13，其中自密实混凝土浇注孔13的大小为20～35cm，自密实混凝土浇注孔13之间的纵横向距离为80cm～100cm。

图5是钢板上自密实混凝土浇注孔示意图，如图5所示，本实施例在钢板9上沿纵向和横向开自密实混凝土浇注孔13，自密实混凝土浇注孔13的孔口截面为30cm×30cm的方孔，自密实混凝土浇注孔13纵横向间距均为100cm。

本实施例的提升支撑螺纹钢18的直径为20mm，故定位调平孔17的直径取22mm。图10是钢板上定位调平孔示意图，如图10所示，在钢板9上纵横向成夹角70度斜向梅花型布置，定位调平孔17之间的纵横向距离为400cm～500cm。

步骤E：搭设反顶支架2，反顶卸载

对结构进行反顶卸载可以让加固后的结构承担更多的荷载，共同参与受力，加固效果更好。如图1所示，在每跨L/3处搭设反顶支架2，利用千斤顶反顶卸载全部恒载。其操作要点：

(1)反顶支架2需进行预压试验；

(2)反顶过程中需严密监控桥梁控制截面的应变以及支座和跨中截面位移；

反顶力大小需采用压力盒进行观测，分级均应加载，达到设计要求。

步骤F：绑扎钢筋网10，安装到位

为防止加固混凝土劈裂破坏，需在加固新增混凝土11的1/2高度处布置一层钢筋网10，直径宜采用10mm，布置距离宜为植筋7距离的一半，即12.5cm～20cm。

本实施例选用10mm的钢筋，图9是按照本发明所述方法加固负弯矩区后的箱梁桥顶板放大示意图，如图9所示，按照12.5cm×12.5cm间距布置形成钢筋网10，布置在加固新增混凝土11高度一半处。

步骤G：在钢板9上涂结构胶，并撒细砂

在所述步骤G中包括以下步骤：

(1)在钢板9与加固新增混凝土11的结合面上涂结构胶。所述结构胶为满足《公路桥梁加固设计规范》(JTG/T J22-2008)粘贴钢板或型钢用胶粘剂安全性能指标的A级胶。

(2)在钢板9与加固新增混凝土11的结合面上撒细砂。所述细砂为粒径大于0.075mm的颗粒超过全重85％，且细度模数为2.2～1.6。

步骤H：安装调平钢板9，张拉预应力，对钢板9预加压力

在所述步骤H中包括以下步骤：

(1)安装本发明提出的简易提升装置。图11是简易提升装置示意图，如图11所示，本发明提出的简易提升装置由一根提升支撑螺纹钢18、两根辅助提升螺纹钢19、配套螺母20、热轧槽钢21组成。其中提升支撑螺纹钢18、辅助提升螺纹钢19为直径20mm的精轧螺纹钢筋；配套螺母20为其相应的配套螺母；热轧槽钢21为GB/T 707-1988中规定的40a型号槽钢。

如图11所示，提升支撑螺纹钢18一端通过配套螺母20固定在热轧槽钢21上，另一端穿过定位调平孔17插入加固新增混凝土11中，其插入加固新增混凝土11中的深度为加固新增混凝土11的厚度，此提升支撑螺纹钢18既可以定位钢板，又可以浇注在加固新增混凝土11中增强钢板9和加固新增混凝土11连接可靠度。

图12是热轧槽钢示意图，如图12所示，在热轧槽钢21制作三个精轧螺纹钢筋孔，分别供提升支撑螺纹钢18和辅助提升螺纹钢19使用。两根辅助提升螺纹钢19的一端通过配套螺母20固定在热轧槽钢21上，另一端固定在钢板9上。

(2)采用简易提升装置将钢板9吊装、调平，然后采用简易提升装置自平衡定位；

(3)对钢板9施加压力，注意分级均匀加载；如图7所示，本实施例在钢板9的顶面(非混凝土侧)布置波形钢板14、预应力锚具15、钢绞线16。先把预应力锚具15安装在两块已经安装在钢板9上的波形钢板14之间，然后通过预应力锚具15固定好钢绞线16，利用预应力锚具15和钢绞线16共同工作产生拉力，相反的对钢板9产生压力。

(4)将钢板9周边与混凝土中植筋7对应焊接。

步骤I：自密实混凝土拌制

采用商品混凝土搅拌站进行搅拌。其原材料为：

(1)水泥：采用普通42.5硅酸盐水泥；

(2)粉煤灰：I级粉煤灰；

(3)砂：河砂，中砂，细度模数2.58，II区级配合格，堆积密度1576kg/m³，表观密度2610kg/m³；

(4)石：碎石，5-20mm连续级配合格，针片状含量为9.2％，压碎指标3.4，堆积密度1470kg/m³，表观密度2700kg/m³；

(5)减水剂：高效减水剂，减水率大于25％。

图14是自密实混凝土拌制过程示意图，本实施例的自密实混凝土拌制过程如图14所示；图15是自密实混凝土配合比以及工作性能测试结果图，自密实混凝土拌制后需进行工作性能测试，本实施例的配合比以及工作性能测试结果如图15所示。

步骤J：运输自密实混凝土

(1)自密实混凝土宜在90min内卸料完毕，当最高气温低于25℃时，运送时间可延长30min；

(2)自密实混凝土在运输过程中要保证自密实混凝土不离析、不泌水、工作性能不损失。

步骤K：浇注自密实混凝土

在所述步骤J中包括以下步骤：

(1)浇注前半个小时，用水充分湿润混凝土箱梁顶板3以及钢板9；

(2)自密实混凝土浇注可采用机械连续浇注和人工连续浇注，推荐使用机械连续浇注。尽量保证连续几个自密实混凝土浇注孔13同时浇注，浇注时可用木锤对钢板9稍加敲击振动，必要时用长钎进行适当插捣，确保浇注混凝土的密实；

(4)酌情将自密实混凝土浇注孔13和定位调平孔17处钢板补足。

步骤L：混凝土养护

步骤M：放松预应力，拆除波形钢板14

图8是按照本发明所述方法加固负弯矩区后的箱梁桥结构示意图；本实施例加固后得到的典型断面如图8所示；按照本发明所述方法加固后得到的混凝土箱梁顶板3局部放大示意图如图9所示。

步骤N：桥面铺装层施工

在所述步骤N中包括以下步骤：

(1)对钢板9喷砂除锈处理，清洁度达到Sa2.5级，粗糙度达到50～100μm；

(2)进行桥面铺装逐层施工。

图13是桥面铺装示意图，如图13所示，本实施例的桥面铺装层从下至上包括防水粘结层22、铺装下面层23、铺装上面层24。其技术指标为：

防水粘结层22：底涂层，Zed S94，用量：150～200g/m2；Eliminator防水层(两层)，用量2500～3500g/m2；Tack Coat No.2胶粘剂，用量100～200g/m2。

铺装下面层23：25mm浇筑式沥青混凝土GA-5，撒布3～5mm预拌碎石。

铺装上面层24：防水粘结层EMU-CQ，用量300～500g/m2；改性沥青SMA-13，厚度55mm。

步骤O：拆除反顶支架2

容易理解，虽然上面是结合箱梁桥来对本发明进行的说明，然而本发明可同样地应用于其他结构形式，如混凝土箱梁、T梁、空心板梁、普通钢筋混凝土梁、预应力混凝土梁、公路中的小箱梁等。

最后应说明的是：以上具体实时方式所述仅为本发明的优选实施方案。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种结构负弯矩区的钢板—混凝土组合结构加固方法，其特征在于通过在钢板上焊接栓钉、在原混凝土梁顶部表面植筋、在原混凝土梁顶部与加固钢板之间浇注混凝土来使加固部分与原结构形成整体共同工作，所述原混凝土梁包括已经存在的混凝土箱梁、T梁或空心板梁结构；混凝土和钢板布置在负弯矩区域的原混凝土梁顶部；钢板在浇注混凝土前预加压力，在钢板非混凝土侧焊接波形钢板。

2.根据权利要求1所述的一种结构负弯矩区的钢板—混凝土组合结构加固方法，其特征在于在钢板与混凝土的结合面上涂结构A级胶，并撒细砂；结构胶安全性能需满足《公路桥梁加固设计规范》(JTG/TJ22-2008)粘贴钢板或型钢用胶粘剂要求；所述细砂为粒径大于0.075mm的颗粒超过全重85%，且细度模数为2.2～1.6。

3.根据权利要求1所述的一种结构负弯矩区的钢板—混凝土组合结构加固方法，其特征在于采用简易提升装置安装调平钢板；所述简易提升装置由一根提升支撑螺纹钢、两根辅助提升螺纹钢、配套螺母、热轧槽钢组成；其中所述提升支撑螺纹钢、辅助提升螺纹钢为直径20mm的精轧螺纹钢筋；配套螺母为其相应的配套螺母；热轧槽钢为GB/T707-1988中规定的40a型号槽钢。

4.根据权利要求3所述的一种结构负弯矩区的钢板—混凝土组合结构加固方法，其特征在于简易提升装置的提升支撑螺纹钢一端永久浇注在加固新增混凝土中，加强界面连接可靠度。

5.根据权利要求4所述的一种结构负弯矩区的钢板—混凝土组合结构加固方法，其特征在于所述混凝土为自密实混凝土，并且坍落度应在240mm～270mm；坍落扩展度在600mm～700mm；U型仪试验高度差△h小于30mm；V漏斗通过时间在4s～25s，粗骨料粒径为5mm～20mm，针片状含量小于10%，细骨料的细度模数大于2.3。

6.根据权利要求1至5任一权利要求所述的一种结构负弯矩区的钢板—混凝土组合结构加固方法，其特征在于波形钢板为1000型、1200型或1600型，钢板厚度为9～16mm，波形钢板的高度不大于40cm，间距不大于100cm。

7.根据权利要求5所述的一种结构负弯矩区的钢板—混凝土组合结构加固方法，其特征在于包括以下步骤：

A、对原混凝土梁顶部的混凝土表面进行处理；

B、在原混凝土梁顶部植筋；

C、制作钢板，在钢板上焊接栓钉；

D、在加固钢板上制作自密实混凝土浇注孔以及定位调平孔；

E、绑扎钢筋网，安装到位；

F、在钢板与混凝土的结合面上涂结构胶，并撒细砂；

G、安装简易提升装置，安装调平定位钢板；

H、自密实混凝土拌制；

I、浇注自密实混凝土；

J、混凝土养护脱模形成结构负弯矩区加固后的钢板—混凝土组合结构。

8.根据权利要求7所述的一种结构负弯矩区的钢板—混凝土组合结构加固方法，其特征在于步骤A包括：将原混凝土梁顶部表面的粉刷层和装饰层或者铺装层清除，直至露出混凝土表面。

9.根据权利要求7所述的一种结构负弯矩区的钢板—混凝土组合结构加固方法，其特征在于步骤A包括：原混凝土梁顶部的混凝土存在空缺的初始缺陷，需对其缺陷部位清除至密实处。

10.根据权利要求7所述的一种结构负弯矩区的钢板—混凝土组合结构加固方法，其特征在于步骤A包括：将原混凝土梁顶部混凝土凿毛，且凿毛深度不小于6mm，然后用水清洗混凝土表明的浮渣、尘土。

11.根据权利要求7所述的一种结构负弯矩区的钢板—混凝土组合结构加固方法，其特征在于步骤A包括：在原混凝土梁顶部对应钢板栓钉位置处开方形槽口，方形槽口按照25cm～40cm纵横向等间距布置，深度为1.5cm～2cm。

12.根据权利要求7所述的一种结构负弯矩区的钢板—混凝土组合结构加固方法，其特征在于步骤A包括：原混凝土梁顶部的钢筋有锈蚀现象，需对钢筋表面除锈。

13.根据权利要求7所述的一种结构负弯矩区的钢板—混凝土组合结构加固方法，其特征在于步骤A包括：原混凝土梁顶部的钢筋锈蚀面积与原截面面积的比值超过1/12需补配钢筋。

14.根据权利要求7所述的一种结构负弯矩区的钢板—混凝土组合结构加固方法，其特征在于所述步骤B中的植筋间距为25～40cm纵横向等间距布置。

15.根据权利要求7所述的一种结构负弯矩区的钢板—混凝土组合结构加固方法，其特征在于所述步骤C中的栓钉间距按照与植筋间距相同，栓钉纵横向间距为25cm～40cm，焊接栓钉纵横向等间距布置，栓钉与植筋交替形成梅花型布置形状。

16.根据权利要求7所述的一种结构负弯矩区的钢板—混凝土组合结构加固方法，其特征在于所述步骤D中的自密实混凝土浇注孔的大小为20cm～35cm，浇注点之间的纵横向距离为80cm～100cm；所述定位调平孔直径宜取22mm，在钢板上纵横向成夹角70度斜向梅花型布置，定位调平孔之间的纵横向距离为400cm～500cm。

17.根据权利要求7所述的一种结构负弯矩区的钢板—混凝土组合结构加固方法，其特征在于所述步骤E中的钢筋直径为10mm，钢筋网纵横向布置距离为植筋距离的一半，布置高度为加固混凝土厚度的一半。

18.根据权利要求7所述的一种结构负弯矩区的钢板—混凝土组合结构加固方法，其特征在于在所述步骤C后面加入步骤：钢板的非混凝土侧焊接波形钢板。

19.根据权利要求18所述的一种结构负弯矩区的钢板—混凝土组合结构加固方法，其特征在于：在所述步骤G后面加入步骤：张拉预应力，对钢板预加压力。

20.根据权利要求19所述的一种结构负弯矩区的钢板—混凝土组合结构加固方法，其特征在于：在所述步骤I后面加入步骤：放松预应力、拆除波形钢板。

21.根据权利要求8所述的一种结构负弯矩区的钢板—混凝土组合结构加固方法，其特征在于在所述I步骤后面加入步骤：对钢板喷砂除锈处理，清洁度达到Sa2.5级，粗糙度达到50μm～100μm，然后进行铺装层施工。

22.根据权利要求21所述的一种结构负弯矩区的钢板—混凝土组合结构加固方法，其特征在于桥面铺装设计总厚度不少于80mm，结构组成为：55mm高弹改性沥青玛蹄脂碎石SMA-13、桥面专用防水粘结层EMU-100、25mm高弹改性沥青浇注式混凝土GA-5、Eliminator防水粘结体系，铺装由上至下依次为55mm厚的高弹改性沥青玛蹄脂碎石SMA-13层、桥面专用防水粘结层EMU-100层、25mm厚的高弹改性沥青浇注式混凝土GA-5层和Eliminator防水粘结体系层。

23.根据权利要求8至22中任一权利要求所述的一种结构负弯矩区的钢板—混凝土组合结构加固方法，其特征在于在所述D步骤后面加入步骤：搭设支架、利用千斤顶反顶卸除原混凝土梁所承担荷载。

24.根据权利要求23所述的一种结构负弯矩区的钢板—混凝土组合结构加固方法，其特征在于在所述步骤J后面加入步骤：拆除支架。