CN113605261B - 采用钢纤维自应力混凝土加固连续梁负弯矩区的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种采用钢纤维自应力混凝土加固连续梁负弯矩区的方法，包括：钢纤维自应力混凝土浇入到墩顶负弯矩区，并采用插入式振动器斜向插入钢纤维自应力混凝土中进行振捣；养护。本发明提供一种采用钢纤维自应力混凝土加固连续梁负弯矩区的方法，用于桥梁工程新桥建设或加固维修，具体应用于连续梁负弯矩区的加固，本发明采用钢纤维自应力混凝土用于连续梁负弯矩区的推广利用，可以替代连续梁墩顶负弯矩区通过张拉负弯矩预应力钢束方法，本发明通过钢纤维自应力混凝土产生的预压应力来平衡自重、二期恒载及汽车荷载作用下产生的拉应力，设计理念清晰、施工安全性好、经济效益好、可尽快开放交通。

Description

采用钢纤维自应力混凝土加固连续梁负弯矩区的方法

技术领域

本发明属于桥梁工程新桥建设及加固维修技术领域，具体涉及一种采用钢纤维自应力混凝土加固连续梁负弯矩区的方法。

背景技术

预应力混凝土装配式连续梁是现代桥梁中使用非常广泛的结构形式之一。连续梁的承重结构(T型梁、箱型梁)不间断的连续跨越几个桥跨而形成超静定结构，具有结构刚度大、变形小、伸缩缝少和行车平顺舒适等突出优点，有利于满足现代高速行车的要求。与相同跨径简支梁相比，连续梁截面尺寸小、自重轻、正弯矩预应力钢束少。但是，连续梁墩顶负弯矩区上方混凝土在自重、二期恒载及汽车荷载作用下将产生较大拉应力。

目前，连续梁墩顶负弯矩区多通过张拉负弯矩预应力钢束，使得上方混凝土产生预压应力来平衡自重、二期恒载及汽车荷载作用下产生的拉应力。连续梁墩顶负弯矩预应力钢束施工往往容易出现质量问题，导致负弯矩预应力不足，主要原因如下：(1)负弯矩钢束多采用预应力扁形波纹管和扁形锚头，孔道狭小，不利于负弯矩钢束穿索和注浆；(2)负弯矩钢束多采用梁架设后在翼板下缘进行张拉的施工方式，操作不便且安全风险较大；(3)顶板钢筋与波纹管间设计间距小，再加上施工误差和混凝土浇筑时产生的扰动，将导致波纹管在水平方向和竖直方向均存在错位偏差。

负弯矩预应力不足将导致梁体下挠、出现结构性裂缝及桥梁承载力削弱，不满足设计荷载等级通行要求等严重后果。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种采用钢纤维自应力混凝土加固连续梁负弯矩区的方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种采用钢纤维自应力混凝土加固连续梁负弯矩区的方法，包括以下步骤：

步骤1，连续梁采用多个箱梁结构支承，相邻两个箱梁结构之间的墩顶区域为负弯矩区，在墩顶负弯矩区绑扎支撑加固单元；

步骤2，制备钢纤维自应力混凝土：

步骤2.1，确定各材料配比如下：

步骤2.2，干搅拌混合：

将配方量的钢纤维、砂和碎石进行干搅拌，使钢纤维、砂和碎石混合均匀，得到混合均匀的物料；

步骤2.3，湿搅拌混合：

向步骤2.2得到的混合均匀的物料中，加入配方量的水泥和水进行湿搅拌混合，搅拌时间10min～20min，得到钢纤维自应力混凝土；

步骤3，将步骤2得到的钢纤维自应力混凝土浇入到步骤1的墩顶负弯矩区，并采用插入式振动器斜向插入钢纤维自应力混凝土中进行振捣；

本步骤中，钢纤维自应力混凝土逐渐硬化；在硬化过程中，钢纤维自应力混凝土产生膨胀，在混凝土内部的钢筋和钢纤维的粘结力和外部界面约束作用限制下，混凝土内部产生一定的预压应力，进而平衡自重、二期恒载及汽车荷载作用下产生的拉应力；

本步骤中，墩顶负弯矩区浇筑的钢纤维自应力混凝土形成T形结构，具体浇筑位置为：在左侧箱梁结构的右翼缘板的上面，浇筑一定厚度的钢纤维自应力混凝土，形成T形结构的左侧顶板部位；在右侧梁结构的左翼缘板的上面，浇筑一定厚度的钢纤维自应力混凝土，形成T形结构的右侧顶板部位；在左侧箱梁结构的右端头顶部和右侧箱梁结构的左端头顶部之间，浇筑一定高度的钢纤维自应力混凝土，形成T形结构的竖向板部件；左侧顶板部位、右侧顶板部位和竖向板部件一体浇筑成形，形成T形结构的钢纤维自应力混凝土；

步骤4，待钢纤维自应力混凝土初凝后，在钢纤维自应力混凝土外部覆盖塑料布保湿，并每隔固定时间喷水一次，待钢纤维自应力混凝土完全硬化后，再喷水养护固定时间，形成连续梁负弯矩区加固结构。

优选的，步骤1中，支撑加固单元具体安装方法为：

墩顶负弯矩区为T型形状，将墩顶负弯矩区自上向下划分为多层，每层铺设多道横向钢筋和多道纵向钢筋；然后，再铺设多道竖向钢筋，竖向钢筋、横向钢筋和纵向钢筋交叉位置绑扎固定。

优选的，步骤3中，混凝土内部产生的预压应力为2～10Mpa。

优选的，对于T形结构的钢纤维自应力混凝土，左右两侧表面，与箱梁结构翼板主体表面平齐；左右两侧长度，为2m～4m；T形结构的整体高度，为梁高1/3。

本发明提供的采用钢纤维自应力混凝土加固连续梁负弯矩区的方法具有以下优点：

本发明提供一种采用钢纤维自应力混凝土加固连续梁负弯矩区的方法，用于桥梁工程新桥建设或加固维修，具体应用于连续梁负弯矩区的加固，本发明采用钢纤维自应力混凝土用于连续梁负弯矩区的推广利用，可以替代连续梁墩顶负弯矩区通过张拉负弯矩预应力钢束方法，本发明通过钢纤维自应力混凝土产生的预压应力来平衡自重、二期恒载及汽车荷载作用下产生的拉应力，设计理念清晰、施工安全性好、经济效益好、可尽快开放交通。

附图说明

图1为本发明提供的采用钢纤维自应力混凝土加固连续梁负弯矩区的方法的原理示意图；

图2为图1的局部放大图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种采用钢纤维自应力混凝土加固连续梁负弯矩区的方法，用于桥梁工程新桥建设或加固维修，具体应用于连续梁负弯矩区的加固，本发明采用钢纤维自应力混凝土用于连续梁负弯矩区的推广利用，可以替代连续梁墩顶负弯矩区通过张拉负弯矩预应力钢束方法，本发明通过钢纤维自应力混凝土产生的预压应力来平衡自重、二期恒载及汽车荷载作用下产生的拉应力，设计理念清晰、施工安全性好、经济效益好、可尽快开放交通。

参考图1和图2，本发明提供一种采用钢纤维自应力混凝土加固连续梁负弯矩区的方法，包括以下步骤：

步骤1，连续梁采用多个箱梁结构支承，相邻两个箱梁结构之间的墩顶区域为负弯矩区，在墩顶负弯矩区绑扎支撑加固单元；

支撑加固单元具体安装方法为：

墩顶负弯矩区为T型形状，将墩顶负弯矩区自上向下划分为多层，每层铺设多道横向钢筋和多道纵向钢筋；然后，再铺设多道竖向钢筋，竖向钢筋、横向钢筋和纵向钢筋交叉位置绑扎固定。

步骤2，制备钢纤维自应力混凝土：

步骤2.1，确定各材料配比如下：

材料要求：

(1)水泥采用4.0级自应力硫铝酸盐水泥。抗压强度7天不小于32.5MPa、28天不小于42.5MPa；

(2)砂子选用优质河砂，细度模数2.3＜μm＜3.0；

(3)碎石选用石灰石碎石，粒径大小为5mm～20mm；

(4)水选用符合饮用水标准水源；

(5)钢纤维选用型号为直径0.75mm、长度60mm，抗拉强度不低于1300MPa，形状为两端带弯钩，长为平直状。

步骤2.2，干搅拌混合：

将配方量的钢纤维、砂和碎石进行干搅拌，使钢纤维、砂和碎石混合均匀，得到混合均匀的物料；

步骤2.3，湿搅拌混合：

向步骤2.2得到的混合均匀的物料中，加入配方量的水泥和水进行湿搅拌混合，搅拌时间10min～20min，得到钢纤维自应力混凝土；

因此，本发明中，为保证钢纤维在混凝土中均匀分布，防止形成钢纤维结团，采取先干后湿的搅拌工艺。即：先将钢纤维、砂和碎石进行干搅拌，将钢纤维打散，然后再加入水泥和水湿搅拌，并适当延长搅拌时间，一般不宜低于10min。

步骤3，将步骤2得到的钢纤维自应力混凝土浇入到步骤1的墩顶负弯矩区，并采用插入式振动器斜向插入钢纤维自应力混凝土中进行振捣；

在向墩顶负弯矩区浇筑钢纤维自应力混凝土时，由于钢纤维材质密度大，因此，当钢纤维自应力混凝土浇筑倾落的自由高度超过1.5m时，应采用串筒、斜槽、溜管等措施，防止钢纤维自应力混凝土离析、分层。

本步骤中，钢纤维自应力混凝土逐渐硬化；在硬化过程中，钢纤维自应力混凝土产生膨胀，在混凝土内部的钢筋和钢纤维的粘结力和外部界面约束作用限制下，混凝土内部产生一定的预压应力，通常情况下，混凝土内部产生的预压应力为2～10Mpa，进而平衡自重、二期恒载及汽车荷载作用下产生的拉应力；

本步骤中，墩顶负弯矩区浇筑的钢纤维自应力混凝土形成T形结构，具体浇筑位置为：在左侧箱梁结构的右翼缘板的上面，浇筑一定厚度的钢纤维自应力混凝土，形成T形结构的左侧顶板部位；在右侧梁结构的左翼缘板的上面，浇筑一定厚度的钢纤维自应力混凝土，形成T形结构的右侧顶板部位；在左侧箱梁结构的右端头顶部和右侧箱梁结构的左端头顶部之间，浇筑一定高度的钢纤维自应力混凝土，形成T形结构的竖向板部件；左侧顶板部位、右侧顶板部位和竖向板部件一体浇筑成形，形成T形结构的钢纤维自应力混凝土；

对于振捣过程：采用插入式振动器，振动器不能垂直插入钢纤维自应力混凝土中，因为这样会降低钢纤维和混凝土的结合效果。需要使振动器斜向插入，并与水平面的夹角不大于30°，也可采用平板振动器。由于钢纤维材质密度大，混凝土振捣时间不宜过长，一般不超过30s，否则混凝土易分层。

步骤4，待钢纤维自应力混凝土初凝后，在钢纤维自应力混凝土外部覆盖塑料布保湿，并每隔固定时间喷水一次，待钢纤维自应力混凝土完全硬化后，再喷水养护固定时间，形成连续梁负弯矩区加固结构。

例如，钢纤维自应力混凝土初凝后(即混凝土中游离水散尽、一般为2～3小时)，覆盖塑料布保湿，并每隔6小时喷水一次，待混凝土完全硬化后(以混凝土抗压强度达到设计值80％为宜、一般为7天～14天)，再喷水养护至28天。

对于T形结构的钢纤维自应力混凝土，左右两侧表面，与箱梁结构翼板主体表面平齐；左右两侧长度，为2m～4m；T形结构的整体高度，为梁高1/3。

参考图1和图2，1代表左右两侧相邻的两个箱梁结构；2代表正弯矩预应力钢束；3代表中支点；4代表边支点；5代表钢纤维自应力混凝土；6代表横向钢筋；7代表纵向钢筋；8代表竖向钢筋。

因此，在相邻的两个箱梁结构的墩顶浇筑钢纤维自应力混凝土，墩底设置中支点3，相邻的两个箱梁结构的两端设置边支点4，每个箱梁结构的内部设置正弯矩预应力钢束2，其中，左右两侧的箱梁结构对称设置正弯矩预应力钢束2，以左侧的箱梁结构为例，正弯矩预应力钢束2为向下凹的弧形结构，左端位于箱梁结构的左上角位置，然后向下呈弧形延伸，通过箱梁结构的底部中心位置后，再向上呈弧形延伸，直到延伸到接近箱梁结构右上角的墩顶负弯矩区为止。

本发明提供一种采用钢纤维自应力混凝土加固连续梁负弯矩区的方法，使用钢纤维自应力混凝土代替普通水泥，并浇筑于墩顶负弯矩区，钢纤维自应力混凝土在硬化过程中产生的膨胀在预先浇筑于混凝土内部的钢筋或钢纤维的粘结力和外部界面约束作用等限制下，混凝土内部将产生一定的预压应力，这种在混凝土内部化学作用下产生的预压应力成为化学预应力，使用符合要求的材料，可以产生2～10MPa自压应力，完全能够平衡自重、二期恒载及汽车荷载作用下产生的拉应力。

本发明提供一种采用钢纤维自应力混凝土加固连续梁负弯矩区的方法，与传统方式完全不同，是全新设计的针对连续梁负弯矩区的加固方法，可用于：1、连续梁桥新桥建设时；2、发现既有连续梁桥负弯矩预应力不足时。

具有以下优点：

1、设计理念清晰，效果明确；

2、钢纤维自应力混凝土无需张拉负弯矩预应力钢束，施工安全性好；

3、钢纤维自应力混凝土的工程造价比传统预应力混凝土低，经济效益好；

4、钢纤维自应力混凝土的施工过程比传统预应力混凝土更加简便，可尽快开放交通；因此，本技术方法具有很强的实用型和现实意义。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种采用钢纤维自应力混凝土加固连续梁负弯矩区的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，连续梁采用多个箱梁结构支承，相邻两个箱梁结构之间的墩顶区域为负弯矩区，在墩顶负弯矩区绑扎支撑加固单元；

步骤2，制备钢纤维自应力混凝土：

步骤2.1，确定各材料配比如下：

步骤2.2，干搅拌混合：

将配方量的钢纤维、砂和碎石进行干搅拌，使钢纤维、砂和碎石混合均匀，得到混合均匀的物料；

步骤2.3，湿搅拌混合：

向步骤2.2得到的混合均匀的物料中，加入配方量的水泥和水进行湿搅拌混合，搅拌时间10min～20min，得到钢纤维自应力混凝土；

步骤3，将步骤2得到的钢纤维自应力混凝土浇入到步骤1的墩顶负弯矩区，并采用插入式振动器斜向插入钢纤维自应力混凝土中进行振捣；

本步骤中，钢纤维自应力混凝土逐渐硬化；在硬化过程中，钢纤维自应力混凝土产生膨胀，在混凝土内部的钢筋和钢纤维的粘结力和外部界面约束作用限制下，混凝土内部产生一定的预压应力，进而平衡自重、二期恒载及汽车荷载作用下产生的拉应力；

本步骤中，墩顶负弯矩区浇筑的钢纤维自应力混凝土形成T形结构，具体浇筑位置为：在左侧箱梁结构的右翼缘板的上面，浇筑一定厚度的钢纤维自应力混凝土，形成T形结构的左侧顶板部位；在右侧梁结构的左翼缘板的上面，浇筑一定厚度的钢纤维自应力混凝土，形成T形结构的右侧顶板部位；在左侧箱梁结构的右端头顶部和右侧箱梁结构的左端头顶部之间，浇筑一定高度的钢纤维自应力混凝土，形成T形结构的竖向板部件；左侧顶板部位、右侧顶板部位和竖向板部件一体浇筑成形，形成T形结构的钢纤维自应力混凝土；

步骤4，待钢纤维自应力混凝土初凝后，在钢纤维自应力混凝土外部覆盖塑料布保湿，并每隔固定时间喷水一次，待钢纤维自应力混凝土完全硬化后，再喷水养护固定时间，形成连续梁负弯矩区加固结构；

其中，步骤1中，支撑加固单元具体安装方法为：

墩顶负弯矩区为T型形状，将墩顶负弯矩区自上向下划分为多层，每层铺设多道横向钢筋和多道纵向钢筋；然后，再铺设多道竖向钢筋，竖向钢筋、横向钢筋和纵向钢筋交叉位置绑扎固定；

其中，步骤3中，混凝土内部产生的预压应力为2～10Mpa；

其中，其特征在于，对于T形结构的钢纤维自应力混凝土，左右两侧表面，与箱梁结构翼板主体表面平齐；左右两侧长度，为2m～4m；T形结构的整体高度，为梁高1/3。

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