CN102561214A - 一种结构正弯矩区的钢板-混凝土组合结构加固方法 - Google Patents

Abstract

一种结构正弯矩区的钢板-混凝土组合结构加固方法，其特征在于：①对原混凝土梁底板(5)的混凝土表面进行处理；②在原混凝土梁底板(5)植筋(7)；③在原混凝土梁底板(5)上制作自密实混凝土浇注孔(6)；④制作钢板(9)，在钢板(9)上焊接栓钉(8)以及波形钢板(14)；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)和反顶支架(2)，混凝土养护脱模形成结构正弯矩区加固后的钢板-混凝土组合结构。新型钢板-混凝土组合结构加固正弯矩区施工技术综合利用了组合结构加固、自密实混凝土、波形钢板各自的优点，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、预应力混凝土梁的正弯矩区加固，应用前景广泛。

Description

一种结构正弯矩区的钢板-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，尤其是混凝土连续箱梁桥底板的结构加固施工。

(二)背景技术

随着社会经济和交通运输事业的快速发展，交通流量大幅度增长，行车密度及车辆载重越来越大。许多历史遗留下来的旧桥及二十世纪五六十年代按旧标准修建的桥梁，由于设计荷载标准低，不少桥梁承载力不足；另外还有近年修建的一些桥梁因设计或者施工的原因存在不同的缺陷，这些都会使道路的通行能力受到影响，使在用桥梁存在潜在的安全隐患，不利于国民经济建设的发展。采取有效的改造加固措施恢复和提高它们的承载力，使其继续为现代交通服务，可以给国家带来巨大的经济效益。国内已有的一些经验表明，桥梁的加固费用约为新建桥梁的15％～30％，比重建新桥可以节省大量的资金，经济效益十分显著。

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)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。

(2)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。

(3)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。

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，车辆超限超载运输严重损坏了公路基础设施，桥梁的损坏速度，甚至超过了改造加固的速度。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，本发明提出了一种新型结构正弯矩区的钢板-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正弯矩区的钢板-混凝土组合结构加固方法。

钢板-混凝土组合加固是在经典的钢一混凝土组合梁基础上发展起来的一种新的结构形式。钢板可以布置在梁的底部，充分发挥其抗拉强度高的特点；也可以布置在梁的侧面，以增加混凝土梁的抗剪能力。钢板一混凝土组合加固时，通过在钢板上焊栓钉、在原混凝土梁底部表面植筋、在原混凝土梁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三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四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。

本发明所要解决的第五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)在钢板上对应自密实混凝土浇注孔处焊接门式钢筋，然后通过将钢板上门式钢筋与原结构钢筋焊接形成剪力连接件，浇注混凝土后加强结构整体工作性能；

(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。

本发明所要解决的第六个技术问题是提供一种适合在混凝土梁正弯矩区结构加固时使用的钢板调平与定位方法。

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：原混凝土梁底部界面处理

在所述步骤A中包括以下步骤：

(1)将原混凝土梁底部表面的粉刷层和装饰层清除，直至露出混凝土表面；

(2)若原混凝土梁底部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明的浮渣、尘土；

(4)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。

步骤B：原混凝土梁底部混凝土表面植筋

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：制作自密实混凝土浇注孔

沿原混凝土梁底部纵向和横向开方孔，其中方孔大小为20～35cm，浇注点之间的纵横向距离为80cm～100cm。

步骤D：制作钢板以及焊接栓钉、波形钢板

在所述步骤D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)在钢板上对应自密实混凝土浇注孔处焊接门式钢筋；

(4)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；

(5)如果需要，在钢板上制作自密实混凝土浇注孔。

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)将拉索一端固定在门式钢筋，穿过自密实混凝土浇注孔把钢板吊装到位，然后靠钢板上门式钢筋穿过自密实混凝土浇注孔进行调平；

(2)张拉预应力，对钢板施加压力，注意分级均匀加载；

(3)将钢板上门式钢筋与原混凝土梁钢筋焊接形成整体，固定钢板；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，用水充分湿润原结构混凝土以及钢板；

(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处混凝土补足。

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，拆除波形钢板和支架

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，钢板可以布置在原混凝土梁的底部，充分发挥其抗拉强度高的特点；也可以布置在原混凝土梁的侧面，以增加混凝土梁的抗剪能力。

(2)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、在原混凝土梁底部表面植筋、在原混凝土梁底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。

(3)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。

(4)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；在钢板上对应自密实混凝土浇注孔处焊接门式钢筋，然后通过将钢板上门式钢筋与原结构钢筋焊接形成剪力连接件，浇注混凝土后加强结构整体工作性能；加固钢板周边与混凝土中植筋对应焊接。

(5)本发明提出在钢板上对应自密实混凝土浇注孔处焊接门式钢筋，有以下三个作用：钢板靠门式钢筋穿过自密实混凝土浇注孔进行调平；将钢板上门式钢筋与原混凝土梁钢筋焊接形成剪力连接件，可以固定钢板；门式钢筋焊接形成剪力连接件后，浇注混凝土加强结构整体工作性能，能有效保证新老混凝土界面连接可靠度。

(6)本发明采用钢板-混凝土组合加固施工时，钢板可以作为混凝土浇筑的模板，可以加快施工进度，同时节省施工成本。

(7)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。

(8)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，尤其采用该方法用于T形截面梁时，不会增加梁高，降低净空高度。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。

(9)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。

(10)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。

(11)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。

(12)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。

(13)本发明提出在原结构开自密实混凝土浇注孔，避免通常从侧面浇注的情况，能有效保证混凝土密实度；同时浇注孔可以作为钢板的吊装孔，简化施工程序，加快施工速度，保证施工安全。

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正弯矩区施工技术综合利用了组合结构加固、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，并且通过形成剪力销使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。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、预应力混凝土梁的正弯矩区加固，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是混凝土浇注孔在底板横向开孔距离示意图；

图4是混凝土浇注孔在底板纵向开孔距离示意图；

图5是混凝土植筋和钢板栓钉布置示意图；

图6是钢板上焊接栓钉、门式筋以及波形钢板示意图；

图7是波形钢板示意图；

图8是预应力以及波形钢板布置示意图；

图9是按照本发明所述方法加固正弯矩区后的箱梁桥结构示意图；

图10是按照本发明所述方法加固正弯矩区后的箱梁桥底板放大示意图；

图11是自密实混凝土拌制过程示意图。

图12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-自密实混凝土浇注孔；7-植筋；8-栓钉；9-钢板；10-钢筋网；11-加固新增混凝土；12-原箱梁底板混凝土表面；13-门式钢筋；14-波形钢板；15-预应力锚具；16-钢绞线。

(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-自密实混凝土浇注孔；7-植筋；8-栓钉；9-钢板；10-钢筋网；11-加固新增混凝土；12-原箱梁底板混凝土表面；13-门式钢筋；14-波形钢板；15-预应力锚具；16-钢绞线。

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：混凝土箱梁底板5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。首先确定每跨的正弯矩区域，并对区域内的混凝土箱梁底板5表面进行界面处理。

在所述步骤A中包括以下步骤：

(1)将混凝土箱梁底板5表面的粉刷层和装饰层清除，直至露出混凝土表面；

(2)因为混凝土箱梁底板5存在空洞等初始缺陷，需对其缺陷部位清除至密实处；

(3)将混凝土箱梁底板5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)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底板5虽存在钢筋部分锈蚀情况，但都属于极轻微锈蚀，不需补配钢筋。

步骤B：在混凝土箱梁底板5混凝土表面植筋

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。本实施例为C50。

(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。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。图5是混凝土植筋和钢板栓钉布置示意图，本实施例的植筋7间距为25cm×25cm，如图5所示。

步骤C：制作自密实混凝土浇注孔6

沿原混凝土梁底部纵向和横向开方孔，其中方孔大小为20～35cm，浇注点之间的纵横向距离为80cm～100cm。图3是混凝土浇注孔在底板横向开孔距离示意图，如图3所示，本实施例在混凝土箱梁底板5上沿横向开自密实混凝土浇注孔6，自密实混凝土浇注孔6的孔口截面为30cm×30cm的方孔，自密实混凝土浇注孔6横向间距为100cm；图4是混凝土浇注孔在底板纵向开孔距离示意图；如图4所示，本实施例在混凝土箱梁底板5上沿纵向开自密实混凝土浇注孔6，自密实混凝土浇注孔6的孔口截面为30cm×30cm的方孔，自密实混凝土浇注孔6纵向距离为100cm。

步骤D：制作钢板9以及焊接栓钉8、波形钢板14

在所述步骤D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6是钢板上焊接栓钉、门式筋以及波形钢板示意图，如图6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5所示。

(3)在钢板9上对应自密实混凝土浇注孔6处焊接门式钢筋13，如图6所示；

(4)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7是波形钢板示意图，如图7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8是预应力以及波形钢板布置示意图，如图8所示，对于本实施例，在钢板9的底面(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。

(5)如果需要，在钢板9上制作自密实混凝土浇注孔6。

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；

(3)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10是按照本发明所述方法加固正弯矩区后的箱梁桥底板放大示意图，如图10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)如图6所示，将拉索一端固定在门式钢筋13，穿过自密实混凝土浇注孔6把钢板9吊装到位，然后靠钢板9上门式钢筋13穿过自密实混凝土浇注孔6进行调平；

(2)对钢板9施加压力，注意分级均匀加载；如图8所示，本实施例在钢板9的底面(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。

(3)将钢板9上门式钢筋13与混凝土箱梁底板5的钢筋焊接形成整体，固定钢板；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11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11所示；图12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12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K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底板5混凝土以及钢板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6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；

(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6处混凝土补足。

步骤L：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M：放松预应力，拆除波形钢板14和反顶支架2。图9是按照本发明所述方法加固正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9所示；按照本发明所述方法加固后得到的混凝土箱梁底板5局部放大示意图如图10所示。

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 (10)

1.一种结构正弯矩区的钢板-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、在原混凝土梁底部表面植筋、在原混凝土梁底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、空心板梁、普通钢筋混凝土梁或预应力混凝土梁结构。

2.根据权利要求1所述的一种结构正弯矩区的钢板-混凝土组合结构加固方法，其特征在于混凝土和钢板布置在正弯矩区域的原混凝土梁底部。

3.根据权利要求1一种结构正弯矩区的钢板-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Δh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。

4.根据权利要求1所述的一种结构正弯矩区的钢板-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/T J22-2008)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。

5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的一种结构正弯矩区的钢板-混凝土组合结构加固方法，其特征在于钢板在浇注混凝土前预加压力。

6.根据权利要求5所述的一种结构正弯矩区的钢板-混凝土组合结构加固方法法，其特征在于在钢板非混凝土侧焊接波形钢板。

7.根据权利要求6所述的一种结构正弯矩区的钢板-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。

8.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的一种结构正弯矩区的钢板-混凝土组合结构加固方法，其特征在于包括以下步骤：

A、对原混凝土梁底部的混凝土表面进行处理；

B、在原混凝土梁底部植筋；

C、在原混凝土梁底部上制作自密实混凝土浇注孔；

D、制作钢板，在钢板上焊接栓钉；

E、绑扎钢筋网，安装到位；

F、在钢板上涂结构胶，并撒细砂

G、安装调平钢板到设计位置；

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正弯矩区加固后的钢板-混凝土组合结构。

9.根据权利要求8所述的一种结构正弯矩区的钢板-混凝土组合结构加固方法，其特征在于步骤A包括：将原混凝土梁底部表面的粉刷层和装饰层清除，直至露出混凝土表面。

10.根据权利要求8所述的一种结构正弯矩区的钢板-混凝土组合结构加固方法，其特征在于步骤A包括：原混凝土梁底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；或者步骤A包括：将原混凝土梁底部混凝土凿毛，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；或者步骤A包括：原混凝土梁底部的钢筋有锈蚀现象，需对钢筋表面除锈；或者步骤A包括：原混凝土梁底部的钢筋锈蚀面积与原截面面积的比值超过1/12补配钢筋；或者所述步骤B中的植筋间距为25～40cm纵横向等间距布置；或者所述步骤C中的自密实混凝土浇注孔径大小为20cm～35cm，浇注点之间的纵横向距离为80cm～100cm；或者所述步骤D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，同时在钢板上对应自密实混凝土浇注孔处焊接门式钢筋；或者所述步骤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；或者所述步骤G中可以将自密实混凝土浇注孔作为吊装孔使用；钢板靠门式钢筋穿过自密实混凝土浇注孔进行调平；将钢板上门式钢筋与原混凝土梁钢筋焊接形成剪力连接件，可以固定钢板；或者在所述步骤D后面加入步骤：钢板的非混凝土侧焊接波形钢板；或者在所述步骤G后面加入步骤：张拉预应力，对钢板预加压力；或者在所述步骤I后面加入步骤：放松预应力、拆除波形钢板；或者在所述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；或者在所述步骤J后面加入步骤：拆除支架。

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