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粘贴钢板法加固T梁桥的应用


摘要:“粘贴钢板法”是一种加固T梁桥的新方法。 该法很好的利用了箱型梁抗弯、抗扭刚度大大优于T型梁 的技术原理,通过在T梁的肋底采用高强膨胀螺栓和环氧 树脂砂浆粘贴钢板,将原截面由T转变成箱型截面,从而 达到加固并增强原桥截面的目的,该法较其他加固法具有 节省工期,施工简便且不中断交通等优点,本文列出了笔者 亲身参与设计和施工的一座T粱桥加固案例,以供参考。 

关键词:加固T梁桥,加固,加固技术,旧桥加固,粘贴钢板法,截面转换,T型梁桥,箱型梁桥,应用


1 工程背景 

钢筋混凝土T型梁桥是我国梁式桥梁中应用最为广泛 的一种桥型。随着近年来国民经济的快速发展,交通量的 大幅度增长,大吨位车辆的日益增多,对公路桥梁的承载 能力要求也越来越高,以及原有桥梁的设计荷载标准偏低 等诸多因素的影响,现有桥梁的承载等级已达不到现代交 通的要求。然而要废除这些旧桥重建新桥,一方面需耗巨 资;另一方面需中断交通,影响人们正常的工作、生活。 因此,探索安全、经济、科学的旧桥加固技术具有积极的 现实意义。 松土河桥是贵州省盘县电厂松土河整治的重点工程, 修建于1987年,原桥型设计为4×13(m)的简支T梁,桥 梁全长62.24 m(见图1),桥面宽为净7+2×2(m)人行道, 全桥横向分布6片梁,主梁中距1.6 m(见图2)。主梁混凝 土标号为C30,设计荷载标准为汽一20,挂车一100。桥面 铺装混凝土采用三角垫层式,跨中厚12.25 am,人行道边 厚7 am,双向横坡1.5% 。 

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经过近2O年的运营,特别是近年来大量重型车辆的通 行,造成桥梁出现桥面铺装破损、翼缘板被剪断等病害, 且由于该桥主要服务的对象是附近的一座电厂,为配合电 厂的发展需要,业主方要求在整治已有病害的基础上考虑 将其荷载等级由原汽一20、挂一100提升到现行规范的公路 I级,以适应发展的需要。 


2 桥梁病害原因分析 

2.1 翼缘板被剪断问题 桥面破坏的现场情况说明T梁翼缘板受力出现了问题。 经调查分析,发现造成T梁翼缘板被剪断的原因是。 (1)设计原因。①该桥原设计的桥面铺装厚度太薄, 且原设计桥面横坡是以桥面铺装层厚度来调整的,跨中为 12.25 am,人行道边厚仅为7 cm。边梁受力分配较大,该 处面板又最薄,最容易被剪断。实际开裂情况也是如此; ② 不强调翼缘板之间的联结,桥面铺装无钢筋网,仅在板 缝部位布置少量的钢筋。 (2)施工原因。桥面铺装混凝土强度偏低,经现场测 试,大部分不足15 MPa,且不密实,含有杂质。 

2.2 提高荷栽等级问题 该桥原设计荷载等级为汽一20、挂一100,由于电厂的 发展需要,业主方要求将荷载等级提高到现行规范的公路 I级,经过结构计算分析,该桥在不加固的情况下,是无 法满足公路I级荷载运行需要的,故必须采取相应的措施 对其进行加固。 


3 加固T梁桥方案 

(1)拆除原桥面铺装,在翼缘板破损区植筋现浇C30混 凝土对该区域进行修复,然后全桥面铺设钢筋,横向西14,间 距20 cm,纵向西12,间距25 em,钢筋铺设焊接好后,全桥 面浇筑厚钢纤维混凝土,依然采用三角垫层式,跨中为 17.25 cm,人行道边厚仅为12 cm,双向横坡依然为1.5% 。 (2)由于人行道边桥面铺装由原设计的的7 cm加厚到 12 cm,考虑到行车安全,将两侧路缘石通过植筋现浇C30 混凝±将其加厚9 cm。 (3)在T梁肋底采用高强膨胀螺栓和环氧树脂砂浆粘 贴10 mm的钢板,将原T型截面转变成箱型截面,很好的 利用了箱型梁抗弯、抗扭刚度大大优于T型梁的技术原理, 通过截面转换,达到加固并增强原桥截面,从而提升荷载 等级的目的。 (4)钢板粘贴完毕后,在其表面先涂涮170 iJ.na厚的环 氧聚酰胺底漆,然后再涂涮80 m厚的可重涂的聚氨基甲 酸乙脂面漆。以起到对钢板的防护作用。 (5)安装橡胶条伸缩缝,将原桥由全简支转变成桥面 连续的简支T梁桥,使行车舒适平稳,减少行车对桥面薄 弱部位的影响。 (6)修复部分破损的人行道板及栏杆。 


4 工艺流程图 

加固T梁桥主要施工工艺流程如图3所示。 

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5 粘贴钢板法的设计与施工要点 

作为松土河桥加固的一个重要组成部分,粘贴钢板法 是通过截面转换,将原来的T型截面转换成箱型截面,利 用箱型梁抗弯、抗扭刚度大大优于T型梁的技术原理,达到加固并增强原桥截面,从而达到提高荷载等级的目的。 

5.1 粘贴钢板法的技术原理 在荷载作用下,梁式桥梁结构是一种纯弯结构,只承 受荷载对结构产生的弯矩,根据材料力学的基本原理,其 计算公式为: = 111/W 由此可见,梁式桥梁的主梁受力状况由三个要素决定, 即:荷载(恒载、活载)作用产生的内力(弯矩)、主梁截面的 面积决定的截面几何特性(惯性矩、几何抗弯弹性模量)、以 及主梁材料的自身强度决定。粘贴钢板法是从后两个要素, 即主梁截面几何特性和主梁材料的自身强度出发的。 (1)主梁截面几何特性。 1)加固前截面特性计算。 面积:A=2.0172 m ; 中性轴位置:Y E=0.2939 m Y下=0.7061 m; 惯性矩:I=0.1898m ; 抗弯截面系数:Wt=o.6460 m W下=o.2689 m 。 2)加固后截面特性计算。 面积:A=2.5625 m2; 中性轴位置:Yt=0.4452 m YT=0.5648 m; 惯性矩:I=0.4069m4; 抗弯截面系数:w E=0.9140 m WT:o.7205 m’。 比较加固前后截面的几何特性,w 加固后比加固前增 加了168% ,W 加固后比加固前增加了41.5% 。显然,在 荷载作用产生的内力M相差无几的情况下,加固后梁体上 下缘应力都要比加固前小。 

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 (2)主梁材料的自身强度。 1)加固前主梁材料都为C30钢筋混凝土,查《公路钢 筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62—2004, C30混凝土抗压强度设计值 =13.8MPa,抗拉强度 = 1.39 MPa。 2)加固后由于主梁底粘贴了10硼的Q235热轧钢 板,所以主梁下缘直接受拉的材料是粘贴上的钢板,Q235 热轧钢板抗拉强度f1.=235 MPa。 比较加固前后主梁底受拉材料的抗拉强度,显然,加 固后比加固前富余了很多。 (3)结论。通过比较加固前后主梁截面的几何特性和 材料的自身强度,在两者较加固前都有所增大的情况下, 主梁的承载能力自然有很大提高。 

5.2 钢板横向错缝 粘贴钢板法加固的一个主要目的是提高主梁底的抗拉 强度,所以在设计时,必须考虑钢板布置时要进行错缝这 个重要原则(见图6)。 

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5.3 环氧树脂砂浆及膨胀螺栓 粘贴钢板法如何确保钢板和被加固构件形成整体受力 是加固成功与否的关键所在,所以在补强设计时要考虑钢 板具有足够的锚固长度、粘结剂具有足够的粘结刚度和耐 久性。设计时在忽略钢板与梁底混凝土之间的摩阻力的前 提下,对锚固螺栓进行了抗剪设计计算,最终设计选取直 径为14 mm,长度为200 mm(锚入长度为150 mm)的高强 膨胀螺栓来锚固钢板(见图7—8);粘结剂选用环氧树脂砂 浆,根据前有工程实践以及现场配合试验,确定配合比如 表1所示。钢板粘贴完毕后,在其表面先涂涮17o m厚的 环氧聚酰胺底漆,然后再涂涮80 la,m厚的可重涂的聚氨基 甲酸乙脂面漆,且在对应桥面泄水孔的位置在钢板上进行 了钻孔,避免雨水储集在箱梁内对钢板产生腐蚀且增加自 重,以起到对钢板的防护作用,保证了钢板的耐久性。 

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5.4 梁底钻螺栓孔 由于主梁肋上布置有主筋,在设计梁底螺栓孔位置时, 要注意避开钢筋,同样在施工中,应尽量将电钻放正,且 要严格按照设计的螺栓孔位置进行钻孔,以免钻孔时对主 筋产生损坏。 

5.5 钢板加压 钢板粘贴到主梁上后,为了使钢板与混凝土表面密贴, 必须对钢板加压。施工中是先用木楔加压,即在构件下方 设支承梁,待钢板粘贴后楔紧木楔施加压力,然后利用电 钻对应钢板已放样的螺栓孔在主梁肋上进行人工钻孔,锚 高强膨胀螺栓,旋紧螺帽进行加压,确保钢板粘贴的质量。 


6 结论

 (1)加固后的荷载试验说明该桥加固后的承载能力和 工作性能达到了设计要求,施工质量满足要求,可以在运 营中正常使用。 

(2)粘贴钢板法加固方案可以充分利用老桥结构,具 有工期短、施工相对简单、不用中断交通(除桥面需要改 造)、加固效果好等特点。 结果证明,粘贴钢板法加固T型梁桥是一种技术上可 靠、经济上合理、施工便利的有效方法。目前,全国每年 都有大量的桥梁因各种原因造成缺陷,以及高速改扩建中 需要提级的T型梁桥需要加固,粘贴钢板法对这些桥梁的 加固都具有一定的借鉴作用。


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