CN114086483A - 一种基于纵向型钢-uhpc的预应力空心板提载加固方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于纵向型钢‑UHPC的预应力空心板提载加固方法，该方法包括：1)在原桥底部进行凿毛、钻孔工作；2)将型钢粘贴于铰缝与边梁边缘位置，并采用垫块与螺栓进行锚固；3)在原桥下方进行植筋、焊筋等铺设钢筋作业；4)安装已经凿毛完成的UHPC预制板；5)采用低收缩的UHPC浇筑预制板与原桥底部空隙；6)用UHPC浇筑剩余接缝位置。本发明将纵向型钢和UHPC底部增大截面两种加固方式进行结合，所用方法不但可以在不封闭交通的施工前提下使加固后的空心板梁承载能力得到显著的提高，抵抗变形能力大为增强，而且也提高了桥梁的整体性，调整了桥梁的荷载横向分布影响系数，对空心板铰缝起到了保护和加固的作用。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程结构加固技术，尤其涉及一种基于纵向型钢-UHPC的预应力空心板提载加固方法。
背景技术
随着交通量的不断增大、超载现象频发，部分已建成的桥梁由于原设计时使用的规范较旧，荷载标准偏低，无法满足日益增加的使用要求，为保证桥梁结构的安全性需进行提载加固。另外，预制空心板的铰缝病害十分普遍，铰缝病害会使桥梁的上部结构处于极其不利的受力状态，对桥梁的危害极大，降低了上部结构的耐久性和安全性，严重时甚至引起边板脱落的重大安全事故，因此也需要通过加固的方法来提升空心板铰缝的耐久性。
目前，在对空心板梁的实际加固过程中，粘贴加固法是最为常见的加固方法。该方法不用改变结构原有的尺寸、施工工艺相对成熟，且其对交通不存在太大的影响，具有很好的短期加固成效；但是也存在致命的缺点：一是粘胶老化、耐久性差；二是空心板竖向变位极易引起粘接物错动而造成钢板、碳纤维等因剪切破坏或者锚固失效进而发生脱落的现象，如果铰缝发生渗水的话，粘接物将会以更快的速度剥离脱落。此外粘贴加固法广泛使用的两种材料(钢板与碳纤维)也有各自的限制。粘贴钢板法加固性能较好，对构件的承载能力和刚度有一定的提高，且节约使用空间，施工简单，容易锚固，粘贴钢板加固后的构件由加载至破坏过程中均可保持较好的延性，但加固所用钢板的厚度及层数均受到限制。粘贴碳纤维加固法能较大幅度提高混凝土梁的承载力，且易粘贴，但通过此法加固后的构件，截面的延性大幅度降低，刚度提高较小，且不易锚固，材料的利用率较低。预应力碳纤维板加固是对碳纤维板进行加固的一种升级，它是一个主动受力的过程，能够在加固完成后即对梁起作用，对裂缝也有很好的闭合作用，且材料的利用率高。但其缺点依然存在，预应力碳纤维板在混凝土梁上的锚固困难，容易出现剥离破坏，加固后的混凝土梁易出现脆性破坏，与此同时，目前使用的碳纤维板张拉设备比较复杂、笨重，施工不便
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于纵向型钢-UHPC的预应力空心板提载加固方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于纵向型钢-UHPC的预应力空心板提载加固方法，包括以下步骤：
步骤1)对桥梁的混凝土梁空心板的底面进行处理；
1.1)对混凝土梁空心板底面的表面裂缝进行封闭或灌封处理，达到养护时间后凿除2～3mm厚浮浆层，直至完全露出坚实的混凝土新面，对混凝土新面的缺陷部位清除至密实处；
1.2)对混凝土新面进行凿毛处理，形成平整的粗糙面，凿毛深度不小于6mm；
1.3)用水清洗混凝土表面上的浮渣、尘土；最后对粘贴型钢的铰缝与边梁边缘位置处的凹凸不平表面进行修补；
步骤2)根据空心板桥加固设计方案确定型钢尺寸，采用工厂自动或半自动切割方法，进行切割下料；对型钢顶板黏合面用打磨机全部打磨出金属光泽，打磨纹路与型钢受力方向垂直，型钢黏结面有一定的粗糙度，型钢外露面除锈至呈现金属光泽并保持干燥；最终对型钢按照设计要求设置U型箍筋与螺杆预留孔和接缝预留孔；
步骤3)钻植筋孔和螺杆孔；
根据设计要求，在空心板底面施工面划定钻孔锚固准确位置进行钻植筋孔和螺杆孔；
步骤4)粘贴和固定型钢；
将胶黏剂同时涂抹在已处理好的混凝土梁空心板底面和型钢顶板黏结面上，涂抹厚度为3～5mm，中间厚两边薄；然后将型钢放置于预先设置好的垫块上，并将型钢粘贴于预定位置，粘贴完型钢后，检测型钢是否粘贴密实，若有空洞，则剥下型钢顶板，补胶黏剂后重新粘贴；型钢顶板粘贴好后，在其表面施加0.05～0.1MPa的压力，使胶黏剂恰好从顶板的边缝中挤出为宜，然后在20℃以上常温下使胶黏剂固化24小时，固化期间不得对型钢有任何扰动；最后，对螺杆孔注入植筋胶，灌注量为孔深的2/3，保证在植入螺杆后有少许胶黏剂溢出，将螺杆穿过螺杆预留孔单向旋转插入螺杆孔，直至达到设计深度，并保证螺杆与孔壁间的间隙基本均匀，48小时固化后使用螺母将空心板、螺杆与型钢牢牢紧固在一起；
步骤5)铺设钢筋与搭设UHPC预制板；
对植筋孔注入植筋胶，灌注量为孔深的2/3，将U型箍筋6穿过型钢的U型箍筋孔插入植筋孔，直至达到设计深度，并保证U型箍筋与孔壁间的间隙均匀，固化48小时不动；然后，在原空心板底铺设纵向钢筋与横向钢筋，并相互焊接；最后将凿毛好的UHPC预制板插入放置在型钢底板上，并将型钢腹板与UHPC预制板边缘之间进行填充防止预制板掉落；
步骤6)现浇UHPC与防锈处理；
在UHPC预制板和空心板底面之间浇筑UHPC现浇层，浇筑完成后保湿养护7天以上；然后，在UHPC现浇层养护完成后，对接缝位置进行逐个安装模板、通过接缝预留孔浇筑UHPC循环作业，并保湿养护7天以上；在UHPC湿接缝养护完成后，拆除模板并清除型钢表面污垢和锈斑，对型钢外露部分进行防锈处理。
按上述方案，所述步骤2)中，根据空心板桥加固设计方案确定型钢尺寸，型钢尺寸满足以下约束：
2.1)型钢高度H1＝UHPC加固层厚度H+型钢底板厚度t1；
2.2)型钢底翼板宽度B2加UHPC预制板宽度B1应略小于型钢腹板边缘间距B，即B2+B1≤B；
2.3)2倍型钢底翼板宽度B2加UHPC预制板宽度B1减型钢腹板边缘间距B大于等于2倍的UHPC预制板单边支承宽度b，即2B2+B1-B≥2b。
其中：UHPC预制板单边支承宽度根据UHPC加固层厚度H及单梁宽度计算得出。
b≥(43.2H+2.8)B/(4.6×103)，式内单位皆取m；
2.4)型钢顶翼板宽度B3根据预留孔与螺栓尺寸确定。
2.5)型钢底板厚度t1应当根据型钢底翼板宽度B2、UHPC加固层厚度H及单梁宽度确定；
本发明产生的有益效果是：
本发明通过将型钢与UHPC进行有效结合，既提升了空心板单梁的抗弯承载能力与刚度，也改善了荷载横向分布的影响效应，提高了铰缝的耐久性，增强了桥梁的整体性；另一方面，型钢与预制UHPC板的使用也方便了施工过程，减少了模板的使用；此外，与粘贴加固法受材料层数和厚度的限制不同，本发明将型钢、钢筋与UHPC材料结合使用，在保证桥下净空的前提下，对空心板的提载上限更大，适合桥梁荷载等级大幅度提升的空心板提载加固工程，在桥梁加固领域具有良好的应用前景。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明的型钢与UHPC组合加固空心板底面图；
图2为本发明的型钢与UHPC组合加固空心板立面结构图；
图3为本发明的型钢与UHPC组合加固空心板跨中横断面示意图；
图4为本发明的型钢与UHPC组合加固空心板梁端横断面示意图；
图5为本发明的加固结构局部放大图；
图6为本发明的型钢结构横断面放大图；
图7为本发明的型钢结构立面示意图；
图中：1-加固用工字型钢，2-加固用槽钢，3-固定垫块，4-螺杆，5-螺母，6-U型箍筋，7-横向钢筋，8-纵向钢筋，9-UHPC预制板，10-UHPC现浇层，11-UHPC湿接缝，12-待加固的空心板，13-U型箍筋与螺杆预留孔，14-接缝预留孔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，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。
如图1至图4所示，一种基于纵向型钢-UHPC的预应力空心板提载加固方法，它主要包括：型钢1、2，固定垫块3，UHPC预制板9，UHPC现浇层10和UHPC湿接缝11等几部分。其中如图6和图7，型钢在顶板位置和腹板位置分别预留U型箍筋与螺杆预留孔13和接缝预留孔14，型钢通过螺杆4和螺母5与上方空心板紧固连接。UHPC现浇层和UHPC湿接缝内铺设U型箍筋6，横向钢筋7，纵向钢筋8。
具体实施方法如下：
步骤1：空心板12底面处理。
首先对空心板12底的表面裂缝进行封闭或灌封处理，达到养护时间后凿除2～3mm厚浮浆层，直至完全露出坚实的混凝土新面，若存在空洞等初始缺陷，尚需对其缺陷部位清除至密实处；其次用斩斧轻斩露出的混凝土新面，形成平整的粗糙面，凿毛深度不小于6mm；再次用水清洗混凝土表面上的浮渣、尘土；最后对粘贴型钢1、2位置处的凹凸不平较严重的表面用环氧树脂砂浆修补。
步骤2：钻植筋6孔与螺杆4孔。
首先根据设计要求，在施工面划定钻孔锚固准确位置；然后，根据钢筋4、6直径、锚固深度要求选定钻头和机械设备进行钻孔；最后在钻孔时，边钻孔边取出砼，并用高压鼓风机将孔内粉尘清出孔。
步骤3：型钢1、2的下料及处理。
首先根据型钢1、2设计尺寸，采用工厂自动或半自动切割方法，切割边缘表面光滑，无毛刺、咬口及翘曲等缺陷；然后，型钢1、2顶板黏合面用打磨机全部打磨出金属光泽，打磨纹路应与型钢1、2受力方向垂直，型钢1、2黏结面应有一定的粗糙度，型钢1、2外露面必须除锈至呈现金属光泽并保持干燥；最后型钢必须按照设计要求留有U型箍筋与螺杆预留孔13和接缝预留孔14。
根据空心板桥加固设计方案确定型钢尺寸，型钢尺寸满足以下约束：
2.1)型钢高度H1＝UHPC加固层厚度H+型钢底板厚度t1；
2.2)型钢底翼板宽度B2加UHPC预制板宽度B1应略小于型钢腹板边缘间距B，即B2+B1≤B；
2.3)2倍型钢底翼板宽度B2加UHPC预制板宽度B1减型钢腹板边缘间距B大于等于2倍的UHPC预制板单边支承宽度b，即2B2+B1-B≥2b。
其中：UHPC预制板单边支承宽度根据UHPC加固层厚度H及单梁宽度计算得出。建议b≥(43.2H+2.8)B/(4.6×103)，式内单位皆取m；
2.4)型钢顶翼板宽度B3根据预留孔与螺栓尺寸确定。
2.5)型钢底板厚度t1应当根据型钢底翼板宽度B2、UHPC加固层厚度H及单梁宽度确定；
步骤4：粘贴和固定型钢1、2。
将胶黏剂同时涂抹在已处理好的混凝土梁12底面和型钢1、2顶板黏结面上，涂抹厚度为3～5mm，中间厚两边薄；然后将型钢1、2放置于预先设置好的垫块3上，并将型钢1、2粘贴于预定位置，粘贴完型钢1、2后，轻轻敲击顶板，如无空洞声，表示已粘贴密实，若有空洞声，表示有空气，未粘贴密实，应剥下顶板，补胶黏剂后重新粘贴；顶板粘贴好后，需在其表面施加0.05～0.1MPa的压力，使胶黏剂恰好从顶板的边缝中挤出为宜，然后在20℃以上常温下使胶黏剂固化24小时，固化期间不得对型钢1、2有任何扰动；最后，对螺杆4孔注入植筋胶，灌注量为孔深的2/3，保证在植入螺杆4后有少许胶黏剂溢出，将螺杆4穿过螺杆预留孔13单向旋转插入螺杆孔，直至达到设计深度，并保证螺杆4与孔壁间的间隙基本均匀，48小时固化后使用螺母5将空心板12、螺杆4与型钢1、2牢牢紧固在一起。
步骤5：铺设钢筋6、7、8与搭设UHPC预制板9。
如图5，对植筋孔注入植筋胶，灌注量为孔深的2/3，保证在植入U型箍筋6后有少许胶黏剂溢出，将U型箍筋6穿过型钢的U型箍筋孔13插入植筋孔，直至达到设计深度，并保证U型箍筋6与孔壁间的间隙基本均匀，固化48小时不动；然后，铺设纵向钢筋8与横向钢筋7，并相互焊接；最后将凿毛好的UHPC预制板9插入放置在型钢1、2底板上，并将型钢1、2腹板与UHPC预制板9边缘之间进行填充防止预制板掉落。
步骤6：现浇UHPC10、11与防锈处理。
先浇筑UHPC现浇层10，浇筑完成后保湿养护7天以上；然后，在UHPC现浇层10养护完成后，对接缝位置进行逐个安装模板、通过接缝预留孔14浇筑UHPC11循环作业，并保湿养护7天以上；在UHPC湿接缝11养护完成后，拆除模板并清除型钢1、2表面污垢和锈斑，型钢1、2外露部分涂刷两遍铁红色酚酞防锈漆，外涂两遍灰色面漆。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于纵向型钢-UHPC的预应力空心板提载加固方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)对桥梁的混凝土梁空心板的底面进行处理；
步骤2)根据空心板桥加固设计方案确定型钢尺寸，采用工厂自动或半自动切割方法，进行切割下料；对型钢顶板黏合面用打磨机全部打磨出金属光泽，打磨纹路与型钢受力方向垂直，型钢黏结面有一定的粗糙度，型钢外露面除锈至呈现金属光泽并保持干燥；最终对型钢按照设计要求设置U型箍筋与螺杆预留孔和接缝预留孔；
步骤3)钻植筋孔和螺杆孔；
根据设计要求，在空心板底面施工面划定钻孔锚固准确位置进行钻植筋孔和螺杆孔；
步骤4)粘贴和固定型钢；
将胶黏剂同时涂抹在已处理好的混凝土梁空心板底面和型钢顶板黏结面上，涂抹厚度为3～5mm，中间厚两边薄；然后将型钢放置于预先设置好的垫块上，并将型钢粘贴于预定位置，粘贴完型钢后，检测型钢是否粘贴密实，若有空洞，则剥下型钢顶板，补胶黏剂后重新粘贴；型钢顶板粘贴好后，在其表面施加0.05～0.1MPa的压力，使胶黏剂恰好从顶板的边缝中挤出为宜，然后在20℃以上常温下使胶黏剂固化24小时，固化期间不得对型钢有任何扰动；最后，对螺杆孔注入植筋胶，灌注量为孔深的2/3，保证在植入螺杆后有少许胶黏剂溢出，将螺杆穿过螺杆预留孔单向旋转插入螺杆孔，直至达到设计深度，并保证螺杆与孔壁间的间隙基本均匀，48小时固化后使用螺母将空心板、螺杆与型钢牢牢紧固在一起；
步骤5)铺设钢筋与搭设UHPC预制板；
对植筋孔注入植筋胶，灌注量为孔深的2/3，将U型箍筋6穿过型钢的U型箍筋孔插入植筋孔，直至达到设计深度，并保证U型箍筋与孔壁间的间隙均匀，固化48小时不动；然后，在原空心板底铺设纵向钢筋与横向钢筋，并相互焊接；最后将凿毛好的UHPC预制板插入放置在型钢底板上，并将型钢腹板与UHPC预制板边缘之间进行填充防止预制板掉落；
步骤6)现浇UHPC与防锈处理；
在UHPC预制板和空心板底面之间浇筑UHPC现浇层，浇筑完成后保湿养护7天以上；然后，在UHPC现浇层养护完成后，对接缝位置进行逐个安装模板、通过接缝预留孔浇筑UHPC循环作业，并保湿养护7天以上；在UHPC湿接缝养护完成后，拆除模板并清除型钢表面污垢和锈斑，对型钢外露部分进行防锈处理。
2.根据权利要求1所述的基于纵向型钢-UHPC的预应力空心板提载加固方法，其特征在于，所述步骤1)具体如下：
1.1)对混凝土梁空心板底面的表面裂缝进行封闭或灌封处理，达到养护时间后凿除2～3mm厚浮浆层，直至完全露出坚实的混凝土新面，对混凝土新面的缺陷部位清除至密实处；
1.2)对混凝土新面进行凿毛处理，形成平整的粗糙面，凿毛深度不小于6mm；
1.3)用水清洗混凝土表面上的浮渣、尘土；最后对粘贴型钢的铰缝与边梁边缘位置处的凹凸不平表面进行修补。
3.根据权利要求1所述的基于纵向型钢-UHPC的预应力空心板提载加固方法，其特征在于，所述步骤2)中，根据空心板桥加固设计方案确定型钢尺寸，型钢尺寸满足以下约束：
2.1)型钢高度H1＝UHPC加固层厚度H+型钢底板厚度t1；
2.2)型钢底翼板宽度B2加UHPC预制板宽度B1应略小于型钢腹板边缘间距B，即B2+B1≤B；
2.3)2倍型钢底翼板宽度B2加UHPC预制板宽度B1减型钢腹板边缘间距B大于等于2倍的UHPC预制板单边支承宽度b，即2B2+B1-B≥2b。
其中：UHPC预制板单边支承宽度b根据UHPC加固层厚度H及单梁宽度计算得出；
b≥(43.2H+2.8)B/(4.6×103)；
2.4)型钢顶翼板宽度B3根据预留孔与螺栓尺寸确定。
2.5)型钢底板厚度t1应当根据型钢底翼板宽度B2、UHPC加固层厚度H及单梁宽度确定；
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| CN202111356231.2A CN114086483A (zh) | 2021-11-16 | 2021-11-16 | 一种基于纵向型钢-uhpc的预应力空心板提载加固方法 |
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| CN202111356231.2A CN114086483A (zh) | 2021-11-16 | 2021-11-16 | 一种基于纵向型钢-uhpc的预应力空心板提载加固方法 |
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Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
| JP2012026230A (ja) * | 2010-07-27 | 2012-02-09 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 鉄道橋合成構造および合成化工法 |
| CN102561214A (zh) * | 2012-02-15 | 2012-07-11 | 中南大学 | 一种结构正弯矩区的钢板-混凝土组合结构加固方法 |
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| CN112627066A (zh) * | 2021-01-04 | 2021-04-09 | 浙江交工集团股份有限公司 | 一种基于uhpc与缓粘结钢绞线的空心板桥综合加固系统及其施工方法 |
-
2021
- 2021-11-16 CN CN202111356231.2A patent/CN114086483A/zh active Pending
Patent Citations (5)
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