既有钢-混组合梁桥常见病害分析及其加固策略.

既有钢一混组合梁桥常见病害分析及其加固策略 159

既有钢一混组合梁桥常见病害分析及其加固策略

黄侨1,2荣学亮2陆军3

(1.东南大学桥梁与隧道工程研究所南京210096;

2.哈尔滨工业大学桥梁工程研究所哈尔滨 150090;

3.苏州天狮建设监理有限公司苏州 215011

摘要:钢一混组合粱桥以其施工速度快,建筑高度小,抗震性能好等优点,在我国公路和城市桥梁建设中得到了广泛的应用。但是由于交通量和重型车辆的不断增加,空气、水汽、工业烟尘以及其他化学和污染物的环境作用,缺乏定期的养护维修等原因,既有钢一混组合梁桥在运营若干年后,出现了不同程度的病害问题。为保证该类桥梁的安全运营,延长其使用寿命,必须对该类型桥梁进行维修、加固。本文通过调研国内外既有钢一混组合梁桥的运营状况,总结、归纳了该类桥梁出现的几种常见病害, 并在病害成因分析的基础上,研究了该类桥梁的加固方法。并对几种不同的加固方式进行了对比分析,研究了各种加固方法的适用性。对症下药,几种加固方法相结合,变被动加固为主动加固的加固设计理念贯彻于本文的加固方法中。

关键词:钢一混组合梁桥病害加固方法体外预应力

1引言

钢一混组合梁桥是一种在公路尤其城市桥梁工程中应用较多的结构形式之一。该结构形式最早出现于 19世纪末20世纪初,经过几代工程师们近百年深入、细致、全面地研究和应用。自20世纪70年代开始快速发展。以法国为例,据该国1990~t993年建设的桥梁上部结构的统计分析,工字钢梁与混凝土桥梁构成的公路组合梁在跨长30--dlOm范围内最有竞争力,在60~80m跨长则有明显优势。组合粱的占有率达85%。在我国公路和城市桥梁中,组合梁的应用也取得了举世公认的进步,1993建成的上海杨浦大桥(跨径为 602m,2001建成的福建青州闽江大桥(跨径为

605m。其加劲梁均采用了钢一混组合结构,在同类型桥梁中位居世界前列。2005年我国首座波形钢腹板PC组合箱梁公路桥一泼河大桥建成通车(跨径4×30m,2006年建成通车的常州新运河平陵大桥为国内首例大跨度(主跨llOm钢一混凝土组合连续梁桥,2005年开工建设中的河南鄄城黄河大桥是目前世界上最长的波形钢腹板PC 组合箱梁桥(跨径58X50re。在城市立交桥建设中,钢-混组合梁也以其跨越能力大,建筑高度小,抗震性能好以及施工速度快等优点得到了广泛的应用,建成了以北京航天桥(主跨73m、朝阳桥(主跨64m、淮安市长征桥(跨径18.5m+30m+18.5m为代表的一批钢一混组合连续梁桥,取得了较好的技术经济效益。可以预期进入21世纪后,钢一混组合梁这种结构形式必将得到更大的发展。

2常见病害及成因分析

应该指出的是,国内外既有钢一混组合梁桥目前的运营状况较好,出现的问题也不算严重,但是未雨绸缪,随着该类型结构形式桥梁在国内的进一步推广使用,以及由于经济快速发展带来的对桥梁功能要求的提高。对其进行病害分析及加固策略研究也是必要的。根据已有文献资料的研究报道以及现场调研表明,既有钢混组合梁桥常出现以下几种病害。

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采用直径13ram、长51ram的螺栓。CFRP板材的粘贴位置如・图5所示,通过加载试验后,得出如下结论:①使用CFRP加

固后的试验梁,强度增加最大可达45OA;②使用CFRP加固黼土扳后,试验梁的刚度也有显著的增加,当P=128kN时,加固后

的试验梁的跨中挠度仅为同样荷载作用下,控制梁跨中挠度

的25%;③加固材料CFRP的弹性模量不得小于被加固梁中

钢材的弹性模量。众多试验研究表明,采用碳纤维片材加固

钢一混组合梁桥可以有效的提高原桥地承载能力,减小主梁, 挠度。

812mm

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一钢粱 E 之爿图5CFRP板材加固组合粱示意图

3.3钢梁裂纹或锈蚀等缺陷的修补

’当钢梁出现裂纹进行修补时,如仅以焊接和增加盖板等将裂纹堵塞一下,是不能解决问题的。必须充分调查裂缝发生部位的钢材质量、焊接状态、应力状态、锈蚀状况和疲劳状态等,依据调查的结果采取对策。有时,为了改善材质,必须更换构件,为了改善应力状态,必须优化构造细节或变更结构。当钢梁发生锈蚀时, 必须及时除锈,并按钢结构的防腐要求进行防腐处理。

3.4混凝土桥面板更换

由于受到车辆局部荷载的反复作用及混凝土碳化、钢筋锈蚀,板抗弯能力相对较弱,钢一混凝土组合梁桥的桥面板使用寿命一般应低于其钢梁的使用寿命。当混凝土桥面板局部破裂或腐蚀严重时,需要局部或整体更换混凝土桥面板。在凿除混

凝土桥面板后应同时检查剪力连接件的使用情况,必要时可更换或增加剪力连接件数量后,再重新浇筑桥面板。

3.5更换剪力键

当发现梁端的混凝土桥面板与钢梁明显错位,表明剪力键已因疲劳或纵向剪力过大而失效。在此情况下,必须凿除混凝土桥面板,更换剪力键并重新浇筑混凝土桥面板。否则钢一混凝土组合梁将蜕化为钢一混凝土叠合梁,其挠度将明显增大、承载能力将大幅降低。

3.6钢板局部失稳的处理 . 对于局部失稳的钢板可采取局部更换钢板、局部粘贴或加焊钢板及箱内局部增加横向或纵向加劲肋的措施,以增加其局部稳定性。

4结语

(1既有钢一混组合梁桥最常见的,也是最可能出现的病害,其包括:钢梁构件由于锈蚀、疲劳、高应力集中及焊接残余应力等因素导致出现裂纹,而引起构件的脆性断裂;钢一混组合梁桥特有的构造和施工过程导致的组合连续梁桥负弯矩区桥面板开裂和桥面板纵向开裂;混凝土桥面板局部破损、腐蚀;剪力键剪断或疲劳破坏等。

(2已有研究表明,当既有钢一混组合梁桥承载能力不足,或荷载等级要求提高时,可以采用体外预应力或粘贴碳纤维片材的加固方法。这两种方法均可以有效地提高既有钢一混凝土组合梁桥的承载能力,一般情况下提高幅度可达到20%"--40%。

(3剪力键是保证钢梁和混凝土桥面板共同工作的关键所在,如果因其疲劳或承受过大的纵向剪力而破坏时,必须更换之。否则钢一混凝土组合梁的组合作用已不复存,并将蜕化为叠合梁,其承载能力将大幅降低。

(4钢一混凝土组合梁桥具有钢筋混凝土结构和钢结构的共性问题,例如混凝土桥面板开裂、破损和钢粱腐蚀、疲劳裂纹、鼓包等病害;同时也具有其独特的个性问题,例如剪力键的疲劳和剪断问题。在实际工程中须对具体的病害进行具体的分析,进而采取具有针对性的加固策略,以达到加固的目的。