CN102912740A

CN102912740A - 一种公路简支梁桥的加固方法

Info

Publication number: CN102912740A
Application number: CN2012104358577A
Authority: CN
Inventors: 梁栋; 杜闯; 李岩峰; 张静娟
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology
Priority date: 2012-11-06
Filing date: 2012-11-06
Publication date: 2013-02-06

Abstract

本发明公开一种公路简支梁桥的加固方法。该加固方法采用以下工艺步骤：1.拆除待加固公路简支梁桥的护栏、桥面铺装和主梁之间的现浇横隔梁；2.利用钢束对每片主梁施加纵向体外预应力，所述钢束的张拉应力不大于控制应力的75%；3.当主梁下缘裂缝闭合，且跨中断面向上挠度达到3～4mm时，在主梁底面粘贴碳纤维片材；4.待碳纤维片材粘结牢固后，拆除施加纵向体外预应力的钢束；5.重做主梁之间的现浇横隔梁、护栏和桥面铺装。本发明加固方法可以大幅提高碳纤维片材在正常使用条件下的应力强度，增加构件自身刚度，改善构件使用性能，提高承载能力，并具有施工简单、易于操控、成本较低，适于推广等优点。

Description

一种公路简支梁桥的加固方法

技术领域

本发明属于道桥土木工程领域，特别涉及一种公路简支梁桥的加固方法。该方法利用预应力碳纤维片材，可对公路简支梁桥等混凝土受弯构件进行有效加固。

背景技术

目前，在我国的公路桥梁中大约有两成需要进行加固处理。碳纤维片材（包括板材和布材）由于具有很高的抗拉强度，在混凝土构件加固工程中得到了广泛的应用。在公路桥梁的加固施工中，普遍采用直接粘贴的方法将碳纤维片材粘贴于简支梁桥的下缘上，以提高简支梁桥的承载能力和抗变形能力。但普通粘贴的碳纤维片材由于二次受力、裂缝、挠度以及剥离破坏的影响，在正常使用状态下，碳纤维板材的应力通常不足其标准强度的5%，在有效承载力条件下，碳纤维片材的应力通常也不足其标准强度的20%，也就是说，碳纤维片材未能充分发挥其应有的增强增效作用。

为解决上述问题，出现了将碳纤维板张拉产生预应力后，粘贴于构件上，以加固公路桥梁的方法，它可以使碳纤维板在正常使用条件下的应力保持较高的水平，明显改善构件的工作性能。例如，中国专利文献CN1O2322152A（2012.01.18公布）公开了一种预应力碳纤维板张拉系统及张拉加固方法；CN1O1913128A（2010.12.15公布）发明了一种碳纤维板预应力张拉夹具；CN102505858A（2012.06.20公布）则提供了一种预应力碳纤维布张拉系统及张拉加固方法。这些方法的一个共同点是，利用机械装置直接张拉碳纤维片材，然后将其粘贴在需要加固构件的表面上。这些方法存有三个问题：一是张拉后的碳纤维片材是直线，而公路桥梁等混凝土构件在长期荷载作用下已发生明显变形，因此很难保证张拉后的碳纤维片材与构件表面的良好粘贴吻合；二是碳纤维片材相当轻薄，而公路桥梁等梁混凝土构件的体积和自重都很大，即使拉张后也很难改变其刚度，加固后构件的使用性能不佳；三是碳纤维片材的机械张拉装置较为复杂，工程实施难度大，质量难以保证。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是：提供一种公路简支梁桥的加固方法，该加固方法针对公路简支混凝土梁桥，并利用预应力碳纤维片材进行加固，可以大幅提高碳纤维片材在正常使用条件下的应力强度，增加构件自身刚度，从而改善构件的使用性能，提高其承载能力，并具有施工简单、易于操控、成本较低，适于推广等优点。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，设计一种公路简支梁桥的加固方法，该加固方法采用以下工艺步骤：

（1）拆除待加固公路简支梁桥的护栏、桥面铺装和主梁之间的现浇横隔梁；

（2）利用钢束对每片主梁施加纵向体外预应力，所述钢束的张拉应力不大于控制应力的75%；

（3）当主梁下缘裂缝闭合，且跨中断面向上挠度达到3～4mm时，在主梁底面粘贴碳纤维片材；

（4）待碳纤维片材粘结牢固后，拆除施加纵向体外预应力的钢束：

（5）重做主梁之间的现浇横隔梁、护栏和桥面铺装。

与现有技术相比，本发明方法利用预应力碳纤维片材加固公路简支梁桥，采用广泛使用的体外预应力技术，对梁体受拉边缘施加反向预应力，然后将碳纤维片材均匀粘贴于被加固构件的表面，可充分利用碳纤维片材的自身高强特性，大幅提高加固后公路桥梁上部结构的刚度和极限承载能力，并显著提升公路桥梁的正常使用性能；体外预应力的施加能够对现有裂缝起到闭合作用，在粘结碳纤维片材后，可提高桥梁结构的耐久性；同时，预应力碳纤维片材与公路桥梁体表面贴附密切，有利于保证施工质量和加固效果。

附图说明

图1为本发明公路简支梁桥加固方法一种实施例的待加固桥梁形状结构示意图；其中，

图1（1）为简支梁桥的横断面示意图, 从图1（1）中可以看出待加固桥梁的主要构造：护栏1、桥面铺装3、主梁4和主梁4之间的现浇横隔梁2；

图1（2）为简支梁桥的立面示意图，从图1（2）中可以看出待加固桥梁的变形情况。

图2为本发明公路简支梁桥加固方法一种实施例的拆除原桥面铺装3、护栏和1现浇横隔梁2后的桥梁形状结构示意图；其中，

图2（1）为简支梁桥的横断面结构示意图，从图2（1）可以看出，待加固桥梁的护栏1、桥面铺装3及现浇横隔梁2已经被拆除，各片主梁4之间已经没有了横向联系；

图2（2）为简支梁桥的立面结构示意图。

图3为本发明公路简支梁桥加固方法一种实施例的对每片主梁4施加体外预应力钢束5的形状结构示意图；其中，

图3（1）为单片主梁施加体外预应力钢束5后的横断面结构示意图；

图3（2）为施加体外预应力后的简支梁桥立面结构示意图。从图3可以看出，体外预应力钢束5对各单片主梁4的作用，各片主梁4的跨中截面有了向上的挠度3-4mm。

图4为本发明公路简支梁桥加固方法一种实施例的对每片主梁粘结碳纤维片材6后的形状结构示意图；其中，

图4（1）为单片主梁在保持体外预应力的同时，在梁底粘贴碳纤维片材后6的横断面结构示意图；

图4（2）为保持体外预应力的同时，在梁底粘贴碳纤维片材6后的简支梁桥立面结构示意图。从图4可以看出当各单片主梁4在体外预应力的作用下，其向上挠度达到3-4mm时，在梁底粘贴的碳纤维片材6。

图5为本发明公路简支梁桥加固方法一种实施例的拆除纵向预应力钢束5后的形状结构示意图；其中，

图5（1）为碳纤维片材6粘贴牢固后，去除体外预应力钢束5后的横断面结构示意图；

图5（2）为碳纤维片材粘贴牢固后，去除体外预应力钢束后的简支梁桥立面结构示意图。从图5可以看出当去除各片主梁4的体外预应力钢束5后，碳纤维片材6即开始受力，起到了与体外预应力钢束5几乎相同的作用，使得主梁4保持了向上的挠度。

图6为本发明公路简支梁桥加固方法一种实施例的重做主梁4之间的横隔梁2、护栏1和桥面铺装3的形状结构示意图；其中，

图6（1）为单片主梁4加固完成后重新现浇横隔梁2、护栏1及桥面铺装3后的简支梁桥横断面结构示意图；

图6（2）为单片主梁加固完成后重新做现浇横隔梁2、护栏1及桥面铺装3后的简支梁桥立面结构示意图。从图6可以看出该桥已加固完成。

具体实施方式

下面结合实例及其附图进一步叙述本发明。

本发明涉及公路简支梁桥（简称梁桥）的加固方法（简称加固方法，参见图1-6）。针对即有公路简支梁桥，利用本发明加固方法进行梁桥加固的具体实施方式如下：

（1）拆除待加固简支梁桥中的护栏1、桥面铺装3和主梁4之间的现浇横隔梁2（参见图1），这不仅可降低二期恒载在公路桥梁主梁4引起的残余变形及应力，提高加固效果；同时也可将桥梁的上部结构化整为零，以便于加固施工（参见图2）；

（2）利用钢束5对每片主梁4施加纵向体外预应力，对需要加固的梁体在距其底面5～10cm的位置处，在主梁4梁体两侧对称设置一束纵向预应力钢束5，张拉应力不大于控制应力的75%（参见图3）；

（3）当主梁4下缘裂缝闭合，且跨中断面向上挠度达到3-4mm时，在主梁4的底面粘贴碳纤维片材6（参见图4）。梁体下缘裂缝闭合，可提高桥梁公路简支梁桥的耐久性；而跨中断面出现向上挠度，可以大幅提高公路简支梁桥的抗弯刚度，这对于提升公路简支梁桥的使用性能非常有益。

所述碳纤维片材6的尺寸可按主梁4的底面大小进行裁剪。如选用碳纤维板加固时，则粘贴1层即可；如选用碳纤维布加固时，则需要粘贴3-5层。碳纤维片材6的主要力学性能应参照GB/T3354-1999《定向纤维增强塑料拉伸性能试验方法》测定，其主要的技术指标要求为：

抗拉强度标准值	≧3000MPa
		弹性模量	≧2.1×10⁵MPa
伸长率	≧1.4%

本发明所述粘贴碳纤维片材6的工艺是，先在主梁4的底面均匀涂抹底胶，厚度2-5mm，待底胶指触干燥后,进行打磨、修整；然后涂抹粘结胶，厚度2-5mm，在已涂好粘结胶的混凝土表面铺覆碳纤维片材6，滚动碾压使粘结胶液充分浸渍碳纤维片材，形成复合材料；经自然养护至粘结胶完全固化，调整密实气泡或鼓泡；最后涂刷表面防护胶即完成粘贴。

（4）待碳纤维片材6粘结牢固后，拆除纵向预应力钢束5（参见图5）。纵向预应力钢束5承担的荷载将转移至碳纤维片材6上，这就使得碳纤维片材6的高强特性得以充分利用。

（5）重做主梁4之间的现浇横隔梁2、桥面铺装3和护栏1（参见图6）。这可以加强公路简支梁桥的横向联系，提高公路简支梁桥结构的整体性。

研究表明，即有公路简支梁桥的加固应以提高单片梁的承载能力为主，并考虑其横向整体性。如何给碳纤维片材6施加预应力是本发明公路桥梁加固方法成功的关键。本发明利用成熟的体外预应力技术（该技术可参见体外预应力体系及其施工方法，CN1469058）间接为碳纤维片材6施加预应力，通过重做桥面铺装层和各片主梁4之间的现浇横隔梁2，提高公路简支桥梁的横向整体性；同时，体外预应力可以封闭已有裂缝，提高公路桥梁的耐久性。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims

1.一种公路简支梁桥的加固方法，该加固方法采用以下工艺步骤：

（4）待碳纤维片材粘结牢固后，拆除施加纵向体外预应力的钢束；

（5）重做主梁之间的现浇横隔梁、护栏和桥面铺装。

2.根据权利要求1所述的公路简支梁桥的加固方法，其特征在于所述的所述碳纤维片材的尺寸按主梁的底面大小进行裁剪，选用碳纤维板加固时，粘贴1层；选用碳纤维布加固时，粘贴3-5层。

3. 根据权利要求1所述的公路简支梁桥的加固方法，其特征在于所述粘贴碳纤维片材的工艺是，先在主梁的底面均匀涂抹底胶，厚度2-5mm，待底胶指触干燥后，进行打磨、修整；然后涂抹粘结胶，厚度2-5mm，在已涂好粘结胶的混凝土表面铺覆碳纤维片材，滚动碾压使粘结胶液充分浸渍碳纤维片材，形成复合材料；经自然养护至粘结胶完全固化，调整密实气泡或鼓泡；最后涂刷表面防护胶即完成。