CN116892178A - 一种基于uhpc的空心板梁桥的加固方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于UHPC的空心板梁桥的加固方法，涉及桥梁加固、修复领域，包括依次在空心板的上方铺设铰缝局部纵向钢筋、Ω型铰缝钢筋、L型钢筋和钢筋网，并向空心板的上方浇筑UHPC形成加固层，在加固层上浇筑沥青磨耗层，在本申请中，利用铰缝中的UHPC和Ω型铰缝钢筋的搭配使用，能够大幅度提升铰缝抗剪承载力、抗裂能力，提高载荷传递效率，增大了空心板梁间横向联结刚度，因而改善了横向载荷分布，能够有效的避免单板受力的情况，提升了空心板梁桥受力整体性和稳定性；同时其他植入的各种钢筋，进一步增强了加固层与空心板梁间的整体性，在后续的使用中，加固层参与受力的程度提高，延长空心板梁桥的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁加固、修复领域，特别涉及一种基于UHPC的空心板梁桥的基于UHPC的空心板梁桥的加固方法。
背景技术
空心板梁桥因其自重轻、建筑高度低及、施工简便、造价便宜等优点被广泛应用于中小跨径桥梁建设中，然而随着服役年限的增长、交通量的增加，空心板梁桥铺装层与铰缝构造出现不同程度的渗水、开裂等病害，严重影响了桥梁结构的承载能力与安全性。
总体而言，这些空心板梁桥可以通过增大截面、体外预应力和粘贴钢板等方法进行加固。这些基于UHPC的空心板梁桥的加固方法可以在一定程度上提高空心板梁桥的承载力，应力水平也可以得到明显地改善。然而，局限于加固材料的延展性和耐久性，加筋空心板梁桥仍然容易出现渗水和钢筋腐蚀的情况。
近年来，具有超强的抗拉韧性和耐久性的超高性能混凝土(UHPC)已广泛应用于桥梁工程。这种材料可以提高结构的力学性能和耐久性。同时基于UHPC的加固可以提高空心板梁桥的结构强度，为受损预应力空心板梁桥提供高强、耐久和低渗透的保护。与传统方法相比，加固桥梁还可以获得明显更好的力学性能。本质上这种方法的主要目的是改善受损空心板梁桥受拉区的拉伸性能。然而，现场病害调查表明预应力空心板梁桥的病害主要出现在顶板、桥面铺装、铰缝和底缝。因此这些方法并不能真正对空心板梁桥进行加固。
在一些现有技术中，利用轻质混凝土层替换空心铰接板桥中原有的混凝土桥面铺装层。然而这种方法只是减轻了铺装层的重量，相反布置的钢筋网由于顶板受压作用效果一般。另外并没有有效对铰缝进行加固。因此加固空心板梁桥耐久性和承载力的提升十分有限。
还有些现有技术中，如CN107090783A公开了一种超高性能混凝土加固的空心板梁桥结构及其加固方法，其本质是在可能受损的普通混凝土层增设UHPC层。这种方法更加关注的是对交通的影响，而低估了空心板梁桥的经济性能和力学性能。一方面密布的钢筋网基本上对承载力没有影响，相反增加了造价。另一方面受损的混凝土铺装层和超高性能混凝土加固层使得受力变得非常复杂，桥面铺装层的开裂仍然会延伸。相反价格高昂的UHPC加固层基本上不能反挥其性能优势，厚重的混凝土铺装层间接影响空心板梁桥承载力的提升。另外这种方法采用常温养护和桥面铺装层作为铰缝。前者会导致UHPC材料由于收缩和徐变产生的开裂，影响UHPC材料与普通混凝土间良好的粘结能力，从而再次发生空心板梁桥的耐久性问题。相反目前的试验结果表明后者会导致横向抗剪和抗弯强度不够的问题，从而仍然出现桥面铺装纵向裂缝和单板受力现象。
前述的两种方案，其本质是利用增大截面提高抗弯承载力。然而这种基于UHPC的空心板梁桥的加固方法需要密布钢筋网和大面积植筋，大幅增加了造价。而且厚度较小的UHPC层对承载力的提升十分有限。同时加固结构并不涉及铰缝，和空心板梁桥截面形式存在很大的不同。因此这种简单的加固不适宜于空心板梁桥的加固。
鉴于现有技术存在的问题，本申请提供了一种应用于空心板梁桥的加固方法，提高空心板梁桥的抗弯刚度和承载力，并降低桥面铺装层开裂的几率。
发明内容
本发明提供了一种基于UHPC的空心板梁桥的加固方法，其目的是为了提供一种用于新型的加固方法，提高抗弯刚度和承载力，加固和延长桥梁的使用寿命。
为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种基于UHPC的空心板梁桥的加固方法，包括如下步骤：
S10.清理旧桥的铺装层直至漏出空心板的上表面，凿除铰缝内填充的材料，并剪除生锈的铰缝钢筋；
S20.铺设铰缝局部纵向钢筋：将铰缝局部纵向钢筋架设在空心板上表面的上方；
S30.铺设Ω型铰缝钢筋：Ω型铰缝钢筋包括主体部，主体部倒置在铰缝内，并且主体部的末端由铰缝的上方伸出，并在横桥向形成支脚部，主体部内沿纵桥向绑扎有铰缝内部纵向钢筋；
S40.铺设L型钢筋：在铰缝的两侧分别铺设L型钢筋，L型钢筋包括水平段和竖直段，所述竖直段植入在空心板的上表面，所述水平段沿空心板的横桥向布置，且位于铰缝两侧的L型钢筋的水平段均通过铰缝的上方，所述水平段与所述铰缝局部纵向钢筋绑扎；
S50.铺设钢筋网：所述钢筋网包括横向钢筋和纵向钢筋，所述纵向钢筋绑扎于支脚部上，所述横向钢筋绑扎于纵向钢筋上
S60. UHPC注浆和养护：向空心板的上表面进行注浆，UHPC流入铰缝并在空心板的上表面、铰缝内形成加固层，各钢筋位于加固层内，加固层的养护温度不低于60摄氏度，养护湿度不低于65%，养护时间不低于72小时；
S70.浇筑沥青磨耗层：加固层结束养护后，在加固层上方铺设沥青磨耗层。
优选地，在步骤S50和S60之间还包括步骤S51，所述步骤S51包括底缝填充高弹橡胶板，并且在相邻空心板的下表面分别设置固定装置，固定装置为相邻的空心板提供横向的拉紧力。
优选地，在步骤S51后，还包括步骤S52，所述步骤S52包括利用顶升装置对空心板进行顶升，两端脱空时停止顶升。
优选地，在步骤S20中，利用混凝土垫块将铰缝局部纵向钢筋沿纵桥向悬浮于空心板的上方。
优选地，在步骤S30中，主体部的形状与铰缝的形状相同，Ω型铰缝钢筋沿铰缝的纵桥向布置有多个，多个Ω型铰缝钢筋均与铰缝内部纵向钢筋连接。
优选地，铰缝内部纵向钢筋采用多根钢筋拼接形成时，单面焊缝长度不低于十倍的铰缝内部纵向钢筋的直径，双面焊缝长度不低于五倍铰缝内部纵向钢筋的直径。
优选地，在步骤S40中，L型钢筋的直径不低于10mm，竖直段植入空心板的深度不低于10倍L型钢筋的直径，L型钢筋在纵桥向的距离间隔为150-350mm，竖直段植入空心板的位置在横桥向离空心板的距离不小于150mm，位于铰缝两侧的L型钢筋的水平段相互绑扎。
优选地，步骤S50还包括架立筋植入，T型的架立筋植入在空心板的上表面，所述架立筋植入深度不低于25mm，架立筋横桥向间隔250-500mm，纵桥向间隔300-500mm，所述架立筋植入后铺设钢筋网，所述纵向钢筋与所述架立筋绑扎，所述横向钢筋与所述纵向钢筋绑扎。
优选地，所述固定装置包括两个分别用于安装在空心板底面的钢板座，钢板座在横、纵桥向间距2000-2500mm，两个钢板座上设置有横桥向的锁紧螺栓。
优选地，在步骤S52中，在旧桥下方进行基础布置，并且依照设计高度完成钢支架搭建后，架设千斤顶和分配梁，千斤顶横向间隔两块空心板布置，纵桥向分布于桥跨的L/4和3L/4处。
本发明的上述方案有如下的有益效果：
在本申请中，利用铰缝中的UHPC和Ω型铰缝钢筋的搭配使用，能够大幅度提升铰缝抗剪承载力、抗裂能力，提高载荷传递效率，增大了空心板梁间横向联结刚度，因而改善了横向载荷分布，能够有效的避免单板受力的情况，提升了空心板梁桥受力整体性和稳定性；同时其他植入的各种钢筋，进一步增强了加固层与空心板梁间的整体性，在后续的使用中，加固层参与受力的程度提高，延长空心板梁桥的使用寿命。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中A部分的放大示意图；
图3是Ω型铰缝钢筋；
图4是在横桥向上固定装置与空心板的示意图；
图5是在横桥向上顶升示意图。
【附图标记说明】
1-铰缝局部纵向钢筋、2-Ω型铰缝钢筋、3-L型钢筋、4-钢筋网、41-横向钢筋、42-纵向钢筋、5-加固层、6-沥青磨耗层、7-高弹橡胶板、81-钢板座、82-锁紧螺栓、91-基础布置、92-钢支架、93-分配梁、94-千斤顶、M-空心板、N-铰缝。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1-5所示，本发明的实施例提供了一种基于UHPC的空心板梁桥的加固方法，包括清理旧桥、铺设铰缝局部纵向钢筋1、Ω型铰缝钢筋2、L型钢筋3、钢筋网4以及UHPC注浆、养护和浇筑沥青磨耗层6等主要步骤。
具体来说，在清理旧桥时，需要凿除空心板梁桥原有的全部铺装层直至裸露处空心板M的顶板，利用高压水枪凿除旧桥铰缝N，并且将已经锈蚀的铰缝N钢筋剪除。在清理技术后，需将空心板M上表面的浮渣及杂物进行清洗，清洗后的空心板M需达到清洁、无积水、表面粗糙的要求。
在空心板M的上表面铺设铰缝局部纵向钢筋1，在铺设铰缝局部纵向钢筋1时，可以采用混凝土垫块将铰缝局部纵向钢筋1悬空，使得铰缝N局部局部纵向钢筋42悬浮于空心板M的上表面。铰缝局部纵向钢筋1铺设在铰缝N的两侧，并且铰缝局部纵向钢筋1的长度方向沿纵桥向铺设，在本实施例中，铰缝局部纵向钢筋1在铰缝N两侧各铺设有两根，为了避免铰缝局部纵向钢筋1发生较大的移动，可以通过一定间距的横向短钢筋与铰缝局部纵向钢筋1进行绑扎。该铰缝局部纵向钢筋1的植入可以提供良好的支撑。
铺设Ω型铰缝钢筋2，Ω型铰缝钢筋2包括两部分，一部分是主体部，另一部分是有主体部延伸而形成的支脚部，Ω型铰缝钢筋2整体近似于Ω型，Ω型铰缝钢筋2倒置设置在铰缝N中，并且支脚部由铰缝N的上方伸出，并沿着横桥向展开。优选地，Ω型铰缝钢筋2的主体部与铰缝N的形状相同，在本实施例中，铰缝N的形状为近似菱形，因此主体部也采用近似菱形的形状。若干Ω型铰缝钢筋2在铰缝N内沿纵桥向布置，每个Ω型铰缝钢筋2在纵桥向上的间隔距离为200mm。
在主体部内还设置有铰缝内部纵向钢筋，铰缝内部纵向钢筋沿纵向桥布置。优选地，铰缝内部纵向钢筋与各个Ω型铰缝钢筋2的主体部之间绑扎连接。
当铰缝内部纵向钢筋的长度达不到长度要求时，可以采用多根钢筋纵向连接的方式进行加长，在拼接的过程中，采用焊接的方式进行加固，若采用单面焊的方式，则单面焊缝长度不低于十倍的铰缝内部纵向钢筋的直径；若采用双面焊的方式，则双面焊缝长度不低于五倍铰缝内部纵向钢筋的直径。
铺设L型钢筋3，在铰缝N的两侧分别铺设L型钢筋3，L型钢筋3以成对的方式出现，每对L型钢筋3分别设置在铰缝N的两侧，多对L型钢筋3沿铰缝N的纵桥向植入在空心板M的上表面。L型钢筋3包括水平段和竖直段，L型钢筋3由钢筋弯折90°形成，其中竖直段植入在空心板M的上表面，水平段沿横桥向布置，每对L型钢筋3的水平段均通过铰缝N的上方，L型钢筋3的水平段与铰缝局部纵向钢筋1绑扎。
进一步的，L型钢筋3的直径不低于10mm，竖直段植入空心板M的深度不低于10L型钢筋3的直径，L型钢筋3在纵桥向的距离间隔为150-350mm，竖直段植入空心板M的位置在横桥向距离空心板M的距离不小于150mm，每对L型钢筋3的水平段相互绑扎。
铺设钢筋网4，该钢筋网4包括横向钢筋41和纵向钢筋42，多个纵向钢筋42沿纵桥向布置并且与支脚部进行绑扎处理，横向钢筋41沿横桥向布置，并与纵向钢筋42相互绑扎。
在铺设钢筋网4时，还可以通过架立筋(图中未示出)实现对钢筋网4的支撑和稳固。架立筋为T型的结构，架立筋植入空心板M的上表面，并且植入深度不低于25mm，架立筋横桥向间隔250-500mm，纵桥向间隔300-500mm，在架立筋植入后依次铺设纵向钢筋42和横向钢筋41，纵向钢筋42与架立筋绑扎处理。
优选地，在铺设钢筋网4和UHPC浇筑之间还应当对铰缝N下方的底缝填充高弹橡胶板7，在相邻的空心板M的下表面分别设置有固定装置，固定装置为相邻的空心板M提供横向拉紧力。
在本申请中，固定装置包括两个分别设置在空心板M底面的钢板座81，钢板座81在纵桥向、横桥向的间距均为2000-2500mm，两个钢板座81之间设置沿横桥向布置的锁紧螺栓82，锁紧螺栓82在旋紧时可将相邻的空心板M拉近。
在安装完固定装置后，还需要利用顶升装置对空心板M进行顶升。当顶升至空心板M的两端脱空时，停止顶升。在旧桥的下方进行基础布置91，在本实施例中基础布置91为在旧桥下设置预制混凝土结构，在预制混凝土结构上依照设计高度完成钢支架92搭建，架设千斤顶94和分配梁93，分配梁93设置在钢支架92上，千斤顶94设置在分配梁93上以将空心板M顶起，千斤顶94横向间隔两块空心板M布置，纵桥向分别分布于桥跨的L/4和3L/4处，其中L为桥梁的跨度。
进行UHPC的注浆和养护，注浆前，采用组合模板将前述钢筋区域进行合围， UHPC注浆过程中采用平板振捣器进行充分的振捣，浇筑完成后立即覆膜养护，养护温度不低于60摄氏度，养护湿度不低于65%，养护时间不低于72小时。UHPC在空心板M的上表面、铰缝N内形成加固层5，前述的铰缝局部纵向钢筋1、Ω型铰缝钢筋2、L型钢筋3和钢筋网4被浇筑于加固层5内。当然的，如果使用了横向短钢筋、架立筋，也应当被浇筑于加固层5内。
养护结束后，将空心板M回落于原位，在回落和养护期间可以对原支撑空心板M的支座进行更换，落位结束后，拆除钢支架92、千斤顶94和分配梁93。
空心板M落位后，在加固层5的上表面浇筑沥青磨耗层6。
在本申请提供的空心板M桥梁加固方法：第一，对空心板M的顶板以及铰缝N进行加固和改造，一方面加固层5由UHPC材料形成，可以提高空心板M的抗弯刚度和承载力，并且可以承受极限状态下空心板M受压区的大部分压力。另一方面加固层5可以直接设计为桥面铺装层，在减小空心板M自重的同时，还能有效的避免加固层5的开裂。
第二，UHPC材料的高致密性和耐久性能够克服空心板M顶板渗水的问题，同时可以由空心板M顶板直接作为加固层5的基底，方便对梁桥进行加固和改造。UHPC材料的用量更少，加固层5更薄，减小了桥面恒载。UHPC与普通混凝土之间良好的粘结能力，大幅提高了加固层5与空心板M之间界面力学性能。
第三铰缝N处的加固层5、空心板M上的加固层5配合Ω型铰缝钢筋2的使用，可以增强横向传递载荷能力和空心板梁桥的整体性，进而使得梁桥的整体承载能力有所提升。同时固化后的UHPC与Ω型铰缝N可以大幅提高铰缝N抗剪承载力，抗裂能力，载荷传递效率提升，增大了空心板M梁间横向联结刚度，因而改善了横向载荷分布，能够有效的避免单板受力的情况，提升了控制板梁桥受力整体性和稳定性。
第四，在改造加固的过程中，采用锁紧螺栓82可以施加横向预应力，保证拆除横向联结的空心板M在施工阶段的整体性，确保了施工的安全；同时，还能限制加固后空心板M在运营中水平方向的位移，从而抑制空心板M铰缝N在车辆载荷作用下疲劳裂缝的产生与发展，进而提高铰缝N的疲劳与耐久性能，高弹橡胶板7可以避免空心板M横桥向相互挤压和碰撞，提升了铰缝N处UHPC的疲劳性能和耐久性能，改善了受力情况。
第五，在改造加固的过程中，对空心板M进行顶升，改变了浇筑UHPC时空心板梁的受力状态，减小了结构的的自重效应，提高了空心板的开裂荷载。
第六，Ω型铰缝钢筋2与加固层5固化后，在铰缝N受到剪力或弯矩载荷时，Ω型铰缝钢筋2可以有效提升铰缝N的承载能力和抗裂性能。
以上所述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，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于UHPC的空心板梁桥的加固方法，其特征在于，包括如下步骤：
S10.清理旧桥的铺装层直至漏出空心板（M）的上表面，凿除铰缝（N）内填充的材料，并剪除生锈的铰缝钢筋；
S20.铺设铰缝局部纵向钢筋（1）：将铰缝局部纵向钢筋（1）架设在空心板（M）上表面的上方；
S30.铺设Ω型铰缝钢筋（2）：Ω型铰缝钢筋（2）包括主体部，主体部倒置在铰缝（N）内，并且主体部的末端由铰缝（N）的上方伸出，并在横桥向形成支脚部，主体部内沿纵桥向绑扎有铰缝内部纵向钢筋；
S40.铺设L型钢筋（3）：在铰缝（N）的两侧分别铺设L型钢筋（3），L型钢筋（3）包括水平段和竖直段，所述竖直段植入在空心板（M）的上表面，所述水平段沿空心板（M）的横桥向布置，且位于铰缝（N）两侧的L型钢筋（3）的水平段均通过铰缝（N）的上方，所述水平段与所述铰缝局部纵向钢筋（1）绑扎；
S50.铺设钢筋网（4）：所述钢筋网（4）包括横向钢筋（41）和纵向钢筋（42），所述纵向钢筋（42）绑扎于支脚部上，所述横向钢筋（41）绑扎于纵向钢筋（42）上
S60. UHPC注浆和养护：向空心板（M）的上表面进行注浆，UHPC流入铰缝（N）并在空心板（M）的上表面、铰缝（N）内形成加固层（5），各钢筋位于加固层（5）内，加固层（5）的养护温度不低于60摄氏度，养护湿度不低于65%，养护时间不低于72小时；
S70.浇筑沥青磨耗层（6）：加固层（5）结束养护后，在加固层（5）上方铺设沥青磨耗层（6）。
2.根据权利要求1所述的基于UHPC的空心板梁桥的加固方法，其特征在于：在步骤S50和S60之间还包括步骤S51，所述步骤S51包括底缝填充高弹橡胶板（7），并且在相邻空心板（M）的下表面分别设置固定装置，固定装置为相邻的空心板（M）提供横向的拉紧力。
3.根据权利要求2所述的基于UHPC的空心板梁桥的加固方法，其特征在于：在步骤S51后，还包括步骤S52，所述步骤S52包括利用顶升装置对空心板（M）进行顶升，两端脱空时停止顶升。
4.根据权利要求1所述的基于UHPC的空心板梁桥的加固方法，其特征在于：在步骤S20中，利用混凝土垫块将铰缝局部纵向钢筋（1）沿纵桥向悬浮于空心板（M）的上方。
5.根据权利要求1所述的基于UHPC的空心板梁桥的加固方法，其特征在于：在步骤S30中，主体部的形状与铰缝（N）的形状相同，Ω型铰缝钢筋（2）沿铰缝（N）的纵桥向布置有多个，多个Ω型铰缝钢筋（2）均与铰缝内部纵向钢筋连接。
6.根据权利要求5所述的基于UHPC的空心板梁桥的加固方法，其特征在于：铰缝内部纵向钢筋采用多根钢筋拼接形成时，单面焊缝长度不低于十倍的铰缝内部纵向钢筋的直径，双面焊缝长度不低于五倍铰缝内部纵向钢筋的直径。
7.根据权利要求1所述的基于UHPC的空心板梁桥的加固方法，其特征在于：在步骤S40中，L型钢筋（3）的直径不低于10mm，竖直段植入空心板（M）的深度不低于10倍L型钢筋（3）的直径，L型钢筋（3）在纵桥向的距离间隔为150-350mm，竖直段植入空心板（M）的位置在横桥向离空心板（M）的距离不小于150mm，位于铰缝（N）两侧的L型钢筋（3）的水平段相互绑扎。
8.根据权利要求1所述的基于UHPC的空心板梁桥的加固方法，其特征在于：步骤S50还包括架立筋植入，T型的架立筋植入在空心板（M）的上表面，所述架立筋植入深度不低于25mm，架立筋横桥向间隔250-500mm，纵桥向间隔300-500mm，所述架立筋植入后铺设钢筋网（4），所述纵向钢筋（42）与所述架立筋绑扎，所述横向钢筋（41）与所述纵向钢筋（42）绑扎。
9.根据权利要求2所述的基于UHPC的空心板梁桥的加固方法，其特征在于：所述固定装置包括两个分别用于安装在空心板（M）底面的钢板座（81），钢板座（81）在横、纵桥向间距2000-2500mm，两个钢板座（81）上设置有横桥向的锁紧螺栓（82）。
10.根据权利要求3所述的基于UHPC的空心板梁桥的加固方法，其特征在于：在步骤S52中，在旧桥下方进行基础布置（91），并且依照设计高度完成钢支架（92）搭建后，架设千斤顶（94）和分配梁（93），千斤顶（94）横向间隔两块空心板（M）布置，纵桥向分布于桥跨的L/4和3L/4处。
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