CN114592441A - 一种提高混凝土空心板梁端抗剪承载力的注浆加固结构及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑工程技术领域，公开了一种提高混凝土空心板梁端抗剪承载力的注浆加固结构及其施工方法，包括：空心板梁，设置于空心板梁长度方向两侧梁端内的横隔板；空心板梁包括顶板和底板，以及腹板，顶板、底板和腹板围固形成空腔，底板的底部两侧、与两侧横隔板间距由近及远位置上均顺次的开设有注浆口、排气口和气囊孔，注浆口处设置有注浆构件，注浆构件包括注浆导管，注浆法兰，以及第一截止阀；所述排气口处设置有排气构件，包括排气导管，排气法兰，以及第二截止阀；所述气囊孔内对应位置的空腔内设置有气囊，所述气囊的左右两侧设置有用于固定气囊的定位钢筋，所述横隔板和气囊靠近横隔板之间的空腔内填充有UHPC注浆料。
Description
技术领域
本发明涉及建筑工程技术领域，特别是涉及一种提高混凝土空心板梁端抗剪承载力的注浆加固结构及其施工方法。
背景技术
目前，混凝土空心板梁由于结构简单、受力明确、自重较轻、用材经济、施工方便快捷以及可大批量工厂化集中预制等诸多优点，从二十世纪九十年代开始在我国公路桥梁工程中得到了广泛的应用；随着交通运输的高速发展，公路交通流量与车辆荷载的也明显增大，一些已修建完成正在运营的桥梁结构逐渐产生了各种病害，影响了道路的正常通行与使用安全；其中由于梁体端部剪力较大而腹板厚度较薄，其端部抗剪承载力不足、腹板斜向开裂成为混凝土空心板梁目前面临的一个普遍问题。
国内外工程界针对混凝土空心板梁梁遇到的上述技术难题进行了大量研究，提出了包括粘贴纤维增强复合材料（玻璃纤维、FRP、CFRP、BFRP板等）、粘贴钢板、加筋高性能砂浆(HPFL)加固(高强钢绞线、钢筋网、钢丝网)、增大截面、增设预应力钢带等多种提高梁端抗剪性能的加固方法，在一定程度上起到了提高空心板梁梁端部抗剪承载力、抑制腹板斜向裂缝产生和发展的目的；然而，上述的加固方法在施工过程中一般需要中断上部交通和较大施工作业空间，同时钻孔、植筋等施工工艺会对原结构造成较大损伤，粘贴钢板、粘贴纤维增强复合材料等方法降低了桥梁外貌美观性。
鉴于此，目前亟待发明一种在不中断交通的情况下，能够实现高效、简便、经济、实用的混凝土空心板梁梁加固新方法，从而提高空心板梁梁端部抗剪承载力、抑制腹板斜向裂缝产生和发展。
发明内容
本申请提供了一种提高混凝土空心板梁端抗剪承载力的注浆加固结构及其施工方法，以解决空心板梁端部抗剪承载力不足、腹板斜向开裂的问题。
为解决上述技术问题，本申请提供了一种提高混凝土空心板梁端抗剪承载力的注浆加固结构及其施工方法，包括：空心板梁，设置于空心板梁长度方向两侧梁端内的横隔板；所述空心板梁包括上下间隔设置的顶板和底板，以及设置于顶板和底板之间、间隔排布的腹板，所述顶板、底板和腹板围固形成空腔，所述底板的底部两侧、与两侧横隔板间距由近及远位置上均顺次的开设有注浆口、排气口和气囊孔，所述注浆口处设置有注浆构件，注浆构件包括穿设于注浆口的注浆导管，套设于注浆导管的注浆法兰，以及连接于注浆导管底部的第一截止阀；所述排气口处设置有排气构件，包括穿设于排气口的排气导管，套设于排气导管的排气法兰，以及连接于排气导管底部的第二截止阀；所述气囊孔内对应位置的空腔内设置有气囊，所述气囊的左右两侧设置有用于固定气囊的定位钢筋，所述横隔板和气囊靠近横隔板之间的空腔内填充有UHPC注浆料。
本申请的一些实施例中，所述空心板梁为对称结构，UHPC注浆料和气囊对称设于两侧。
本申请的一些实施例中，一种提高混凝土空心板梁端抗剪承载力的注浆加固结构的施工方法，包括以下步骤：步骤一、在底板的底部开设注浆口，所述注浆口与底板中轴线重合；
步骤二、在注浆口安装注浆构件，将注浆导管沿注浆口伸入至空腔内，将注浆导管穿过注浆法兰中心，通过4个膨胀螺栓将注浆法兰与底板固定，导管下口通过第一截止阀连接泵机；
步骤三、在底板的底部开设排气口，所述排气口的中轴线与底板中轴线重合；
步骤四、在排气口内安装排气构件，将排气导管沿排气口伸入至空腔内，所述排气导管穿过排气法兰中心，通过4个膨胀螺栓将排气法兰与底板固定，排气导管下口连接第二截止阀；
步骤五、在底板的底部开设气囊孔，将气囊沿气囊孔放入至空腔内，在底板的底部、相对于气囊两端的位置开设钢筋孔，定位钢筋穿过气囊耳孔及钢筋孔对气囊进行定位，将气囊充气，并进行压力测试；
步骤六、制备UHPC注浆料，并将所述UHPC注浆料沿注浆口注入至空腔内，待排气导管内稳定流出匀质UHPC注浆料后关闭第一截止阀和第二截止阀，停止灌浆，待UHPC注浆料养护完成后，沿底板将注浆导管和排气导管直接切割，将气囊泄压后取出，采用低塑性环氧砂浆封堵气囊孔，并在气囊孔处设置密封钢板，所述密封钢板通过结构胶与底板粘结，同时密封钢板四角通过膨胀螺栓与底板连接。
本申请的一些实施例中，所述注浆口的中心与空心板梁梁端头的距离为45-55cm，所述注浆口的直径为12.5-14.5cm所述注浆口的直径大于注浆导管的外径。
本申请的一些实施例中，所述注浆导管沿竖直方向伸入至注浆口内，所述注浆导管的顶面与空腔的内顶面之间的距离为14-16cm，注浆法兰与注浆导管顶面的距离为59-61cm。
本申请的一些实施例中，所述排气口直径为5-7cm，所述排气口的直径大于排气导管的外径。
本申请的一些实施例中，所述排气导管沿竖直方向伸入至排气口内，所述排气导管的顶面与空腔的内顶面之间的距离为1.5-2.5cm，所述排气法兰与注浆管顶面的距离为72-74cm。
本申请的一些实施例中，所述注浆法兰和排气法兰与底板之间的缝隙采用发泡剂密封。
本申请的一些实施例中，所述气囊的长度为80cm，气囊的外径φ65cm，所述气囊的充气压力不小于0.12MPa，充气完成后，将所述气囊孔封堵。
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：
本发明施工过程中不需要阻断交通，不需要向空心板梁内植筋，通过对梁端采用UHPC注浆的方式改善混凝土空心板梁梁端的抗剪性能，实现提高空心板梁梁端的抗剪承载力、抑制腹板斜向裂缝产生和发展的目的，利用排气构件将空腔内的气体排出，保证空腔内UHPC注浆料填充密实，利用第一截止阀控制灌注过程，利用第二截止阀控制UHPC注浆料从排气导管流出，保证灌注过程精准可控，本发明具有高效、简便、经济、实用等特点，推广使用能够产生好的效果。
附图说明
图1是本发明实施例整体结构示意图；
图2是本发明实施例施工流程图；
图3是本发明实施例空心板梁侧视图；
图4是本发明实施例空心板梁梁体腹板主拉应变对比；
图5是本发明实施例空心板梁梁体裂缝分布图。
图中，100、空心板梁；110、横隔板；120、顶板；130、底板；140、腹板；150、空腔；200、注浆口；210、注浆导管；300、排气口；310、排气导管；400、气囊孔；410、气囊；420、定位钢筋。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
如图1-5所示，根据本申请的一些实施例中，一种提高混凝土空心板梁端抗剪承载力的注浆加固结构及其施工方法，包括：空心板梁100，设置于空心板梁100长度方向两侧梁端内的横隔板110；空心板梁100包括上下间隔设置的顶板120和底板130，以及设置于顶板120和底板130之间、间隔排布的腹板140，顶板120、底板130和腹板140围固形成空腔150，底板130的底部两侧、与两侧横隔板110间距由近及远位置上均顺次的开设有注浆口200、排气口300和气囊孔400，注浆口200处设置有注浆构件，注浆构件包括穿设于注浆口200的注浆导管210，套设于注浆导管210的注浆法兰，以及连接于注浆导管210底部的第一截止阀；排气口300处设置有排气构件，包括穿设于排气口300的排气导管310，套设于排气导管310的排气法兰，以及连接于排气导管310底部的第二截止阀；气囊孔400内对应位置的空腔150内设置有气囊410，气囊410的左右两侧设置有用于固定气囊410的定位钢筋420，横隔板110和气囊410靠近横隔板110之间的空腔150内填充有UHPC注浆料。
根据本申请的一些实施例中，空心板梁100为对称结构，UHPC注浆料和气囊410对称设于两侧。
根据本申请的一些实施例中，一种提高混凝土空心板梁100梁端抗剪承载力的注浆加固结构的施工方法，包括以下步骤：步骤一、在底板130的底部开设注浆口200，注浆口200与底板130中轴线重合；
步骤二、在注浆口200安装注浆构件，将注浆导管210沿注浆口200伸入至空腔150内，将注浆导管210穿过注浆法兰中心，通过4个膨胀螺栓将注浆法兰与底板130固定，导管下口通过第一截止阀连接泵机；
步骤三、在底板130的底部开设排气口300，排气口300的中轴线与底板130中轴线重合；
步骤四、在排气口300内安装排气构件，将排气导管310沿排气口300伸入至空腔150内，排气导管310穿过排气法兰中心，通过4个膨胀螺栓将排气法兰与底板130固定，排气导管310下口连接第二截止阀；
步骤五、在底板130的底部开设气囊孔400，将气囊410沿气囊孔400放入至空腔150内，在底板130的底部、相对于气囊410两端的位置开设钢筋孔，定位钢筋420穿过气囊410耳孔及钢筋孔对气囊410进行定位，将气囊410充气，并进行压力测试；
步骤六、制备UHPC注浆料，并将UHPC注浆料沿注浆口200注入至空腔150内，待排气导管310内稳定流出匀质UHPC注浆料后关闭第一截止阀和第二截止阀，停止灌浆, 待UHPC注浆料养护完成后，沿底板130将注浆导管210和排气导管310直接切割，将气囊410泄压后取出，采用低塑性环氧砂浆封堵气囊孔400，并在气囊孔400处设置密封钢板，密封钢板通过结构胶与底板130粘结，同时密封钢板四角通过膨胀螺栓与底板130连接,密封钢板尺寸长×宽×厚=80cm×12cm×0.35cm。
根据本申请的一些实施例中，注浆口200的中心与空心板梁100梁端头的距离为45-55cm，注浆口200的直径为12.5-14.5cm注浆口200的直径大于注浆导管210的外径。
根据本申请的一些实施例中，注浆导管210沿竖直方向伸入至注浆口200内，注浆导管210的顶面与空腔150的内顶面之间的距离为14-16cm，注浆法兰与注浆导管210顶面的距离为59-61cm。
根据本申请的一些实施例中，排气口300直径为5-7cm，排气口300的直径大于排气导管310的外径。
根据本申请的一些实施例中，排气导管310沿竖直方向伸入至排气口300内，排气导管310的顶面与空腔150的内顶面之间的距离为1.5-2.5cm，排气法兰与注浆管顶面的距离为72-74cm。
根据本申请的一些实施例中，注浆法兰和排气法兰与底板130之间的缝隙采用发泡剂密封。
根据本申请的一些实施例中，气囊410的长度为80cm，气囊410的外径φ65cm，气囊410的充气压力不小于0.12MPa，充气完成后，将气囊孔400封堵。
根据本申请的一些实施例中，空心板梁100的腹板140主拉应力是造成梁体端部出现剪切斜裂缝的主要原因，因此可以通过加固前、后腹板140主拉应变的对比来分析抗剪加固的效果，注浆加固后梁体的剪跨区内腹板140主拉应变明显小于未加固梁体，220kN荷载作用下注浆加固后梁体相比未加固梁体减小了40%，加固段内梁体测试截面抗剪承载力提高了67%，可见，本文提出的预应力混凝土空心板梁100梁端部注浆加固方法能够减小梁端加固区域主拉应力状态，有效提高梁端抗剪承载力。
根据本申请的一些实施例中，对空腔150的注浆部位进行持续加载直至空心板梁100破坏，通过裂缝位置分布可知，空心板梁100端部注浆加固后试验空心板梁100的破坏形态表现为加固段与未加固段交界面处发生的破坏，主要原因是空心板梁100刚度突变导致的应力集中，空心板梁100加固区腹板140并未产生较多的剪切斜裂缝，同时表明空心板梁100注浆加固工艺能够有效抑制空心板梁100加固区内剪切斜裂缝的产生和发展。
综上，本发明涉及建筑工程技术领域，公开了一种提高混凝土空心板梁端抗剪承载力的注浆加固结构及其施工方法，包括：空心板梁，设置于空心板梁长度方向两侧梁端内的横隔板；空心板梁包括顶板和底板，以及腹板，顶板、底板和腹板围固形成空腔，底板的底部两侧、与两侧横隔板间距由近及远位置上均顺次的开设有注浆口、排气口和气囊孔，注浆口处设置有注浆构件，注浆构件包括注浆导管，注浆法兰，以及第一截止阀；所述排气口处设置有排气构件，包括排气导管，排气法兰，以及第二截止阀；所述气囊孔内对应位置的空腔内设置有气囊，所述气囊的左右两侧设置有用于固定气囊的定位钢筋，所述横隔板和气囊靠近横隔板之间的空腔内填充有UHPC注浆料。
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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种提高混凝土空心板梁端抗剪承载力的注浆加固结构，包括：空心板梁(100)，设置于空心板梁(100)长度方向两侧梁端内的横隔板(110)；其特征在于，所述空心板梁(100)包括上下间隔设置的顶板(120)和底板(130)，以及设置于顶板(120)和底板(130)之间、间隔排布的腹板(140)，所述顶板(120)、底板(130)和腹板(140)围固形成空腔(150)，所述底板(130)的底部两侧、与两侧横隔板(110)间距由近及远位置上均顺次的开设有注浆口(200)、排气口(300)和气囊孔(400)，所述注浆口(200)处设置有注浆构件，注浆构件包括穿设于注浆口(200)的注浆导管(210)，套设于注浆导管(210)的注浆法兰，以及连接于注浆导管(210)底部的第一截止阀；所述排气口(300)处设置有排气构件，包括穿设于排气口(300)的排气导管(310)，套设于排气导管(310)的排气法兰，以及连接于排气导管(310)底部的第二截止阀；所述气囊孔(400)内对应位置的空腔(150)内设置有气囊(410)，所述气囊(410)的左右两侧设置有用于固定气囊(410)的定位钢筋(420)，所述横隔板(110)和气囊(410)靠近横隔板(110)之间的空腔(150)内填充有UHPC注浆料。
2.根据权利要求1所述的一种提高混凝土空心板梁端抗剪承载力的注浆加固结构，其特征在于，所述空心板梁(100)为对称结构，UHPC注浆料和气囊(410)对称设于两侧。
3.一种如权利要求1所述的一种提高混凝土空心板梁端抗剪承载力的注浆加固结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：在底板(130)的底部开设注浆口(200)，所述注浆口(200)与底板(130)中轴线重合；
步骤二：在注浆口(200)安装注浆构件，将注浆导管(210)沿注浆口(200)伸入至空腔(150)内，将注浆导管(210)穿过注浆法兰中心，通过4个膨胀螺栓将注浆法兰与底板(130)固定，导管下口通过第一截止阀连接泵机；
步骤三：在底板(130)的底部开设排气口(300)，所述排气口(300)的中轴线与底板(130)中轴线重合；
步骤四：在排气口(300)内安装排气构件，将排气导管(310)沿排气口(300)伸入至空腔(150)内，所述排气导管(310)穿过排气法兰中心，通过4个膨胀螺栓将排气法兰与底板(130)固定，排气导管(310)下口连接第二截止阀；
步骤五：在底板(130)的底部开设气囊孔(400)，将气囊(410)沿气囊孔(400)放入至空腔(150)内，在底板(130)的底部、相对于气囊(410)两端的位置开设钢筋孔，定位钢筋(420)穿过气囊(410)耳孔及钢筋孔对气囊（410）进行定位，将气囊(410)充气，并进行压力测试；
步骤六：制备UHPC注浆料，并将所述UHPC注浆料沿注浆口(200)注入至空腔(150)内，待排气导管(310)内稳定流出匀质UHPC注浆料后关闭第一截止阀和第二截止阀，停止灌浆，待UHPC注浆料养护完成后，沿底板(130)将注浆导管(210)和排气导管(310)直接切割，将气囊(410)泄压后取出，采用低塑性环氧砂浆封堵气囊孔(400)，并在气囊孔(400)处设置密封钢板，所述密封钢板通过结构胶与底板(130)粘结，同时密封钢板四角通过膨胀螺栓与底板(130)连接。
4.根据权利要求3所述的一种提高混凝土空心板梁端抗剪承载力的注浆加固结构的施工方法，其特征在于，所述注浆口(200)的中心与空心板梁(100)梁端头的距离为45-55cm，所述注浆口(200)的直径为12.5-14.5cm所述注浆口(200)的直径大于注浆导管(210)的外径。
5.根据权利要求3所述的一种提高混凝土空心板梁端抗剪承载力的注浆加固结构的施工方法，其特征在于，所述注浆导管(210)沿竖直方向伸入至注浆口(200)内，所述注浆导管(210)的顶面与空腔(150)的内顶面之间的距离为14-16cm，注浆法兰与注浆导管(210)顶面的距离为59-61cm。
6.根据权利要求3所述的一种提高混凝土空心板梁端抗剪承载力的注浆加固结构的施工方法，其特征在于，所述排气口(300)直径为5-7cm，所述排气口(300)的直径大于排气导管(310)的外径。
7.根据权利要求3所述的一种提高混凝土空心板梁端抗剪承载力的注浆加固结构的施工方法，其特征在于，所述排气导管(310)沿竖直方向伸入至排气口(300)内，所述排气导管(310)的顶面与空腔(150)的内顶面之间的距离为1.5-2.5cm，所述排气法兰与注浆管顶面的距离为72-74cm。
8.根据权利要求3所述的一种提高混凝土空心板梁端抗剪承载力的注浆加固结构的施工方法，其特征在于，所述注浆法兰和排气法兰与底板(130)之间的缝隙采用发泡剂密封。
9.根据权利要求3所述的一种提高混凝土空心板梁端抗剪承载力的注浆加固结构的施工方法，其特征在于，所述气囊(410)的长度为80cm，气囊(410)的外径φ65cm，所述气囊(410)的充气压力不小于0.12MPa，充气完成后，将所述气囊孔(400)封堵。
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