一种遭受火烧损伤桥梁的加固方法与流程

本发明属于施工方法领域，具体涉及一种遭受火烧损伤桥梁的加固方法。

背景技术：

近年来，中国公路桥梁建设飞速发展，公路桥梁特别是城乡结合部的桥梁下面易燃物引起火灾由于影响因素较多，难以控制，遭受火灾的次数亦在逐渐增多。火灾不仅造成严重的经济损失，而且桥梁的钢筋混凝土结构在火的物理和化学作用下，其强度与弹性模量等力学性能将减退，钢筋与混凝土间的粘结强度相应下降，桥梁的截面承载力也会降低，造成桥梁安全隐患，进而影响公路运营安全。因此，必须快速对桥梁结构的损伤程度作出正确的判断，进而采取科学合理的修复加固方法，尽快恢复通车运营，将火灾造成的损失降到最低，是目前急需解决的问题。“钢板—混凝土组合加固方法试验研究及实桥应用”(石雄伟，2012)公开了一种现有技术中常用的过火桥梁加固方法，主要为：对火烧严重区域梁体采用组合加固，一般区域梁体采用粘贴钢板加固。利用钢筋将钢板固定于空心板上，同时在空心板与钢板之间采用密实混凝土进行填充。该方法理论上确实能够起到加固的作用，但是申请人研究发现，在实际使用过程中，一方面由于其钢板仅覆盖了过火的底板及部分腹板，因此后续使用过程中荷载会逐渐集中于钢板未覆盖的腹板处，对该部分区域的结构安全造成隐患；另一方面，其钢板采用钢筋植入梁体进行固定，这会削弱梁的抗弯刚度，影响其承载能力。同时，采用密实混凝土进行填充，其与原有混凝土、钢板之间的粘结性能不足，很容易导致脱落。再进一步的，上述施工方法需要铺设支架，不仅耗时，影响营运通车速度，也无法用于桥下有通行需求等架设支架有难度的地区。因此，有待于提供一种更好的遭受火烧损伤桥梁的加固方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种遭受火烧损伤桥梁的加固方法，能够在保证桥梁结构安全的情况下使桥梁尽快恢复通车运营。

本发明所采用的技术方案如下：

遭受火烧损伤桥梁的加固方法，针对的是桥梁火烧损伤部件为空心板梁或T梁或小箱梁之一。本发明的加固方法主要目的是提高加固后的桥梁竖向刚度和整体性，减小荷载横向分布比例与设计的差异，提高桥梁的承载能力。

空心板梁的加固方法为：

1.1拆除桥面铺装，凿除梁板铰缝并采用植筋进行加强；

1.2采用人工凿除方式对火烧损伤的空心板梁下面松散剥落的混凝土进行凿除，采用高压水枪将梁板表面混凝土进行清洗，并对锈蚀的钢筋进行除锈、清洗，再对钢筋作防锈处理；

1.3两条盖梁之间的梁板铰缝两端架立吊装设备，吊绳通过铰缝吊装H型钢梁或双拼槽钢就位，然后连接连接螺杆，在H型钢梁或双拼槽钢上翼缘上粘贴两根条形挡片，使上翼缘、条形挡片和带有铰缝的梁板底面之间形成容纳空腔；同时，在盖梁上方的铰缝处固定钢板。该钢板起到密封盖梁上方铰缝的作用，其可以单独设置也可以采用钢梁的上翼缘延伸实现；

1.4向梁板铰缝中浇筑高强粘结材料，使高强粘结材料填满所述的容纳空腔和铰缝，将梁板和钢梁粘合成整体，起到共同受力变形作用；

1.5其他被凿除混凝土的部位采用聚合物修补砂浆对剥落处进行修复；

T梁的加固方法为：

2.1采用人工凿除方式对火烧损伤的T梁下面松散剥落的混凝土进行凿除，采用高压水枪将梁板表面混凝土进行清洗，并对锈蚀的钢筋进行除锈、清洗，再对钢筋作防锈处理；

2.2在桥面板湿接缝处凿孔，T梁上方架立吊装设备，吊绳通过湿接缝处凿出的孔洞吊装U形钢板箍就位，使U形钢板箍覆盖T梁的整个底板和腹板，然后连接对拉螺杆将U形钢板箍固定于T梁上；

2.3向T梁与U形钢板箍之间压注满高强粘结材料，将T梁和U形钢板箍粘合成整体，起到共同受力变形作用；

2.4其他被凿除混凝土的部位采用聚合物修补砂浆对剥落处进行修复；

小箱梁的加固方法为：

3.1采用人工凿除方式对火烧损伤的小箱梁下面松散剥落的混凝土进行凿除，采用高压水枪将梁板表面混凝土进行清洗，并对锈蚀的钢筋进行除锈、清洗，再对钢筋作防锈处理；

3.2在桥面板湿接缝处凿孔，在小箱梁上方架立吊装设备，吊绳通过湿接缝处凿出的孔洞吊装U形钢板箍就位，使U形钢板箍覆盖小箱梁的整个底板和腹板，然后连接对拉螺杆将U形钢板箍固定于小箱梁上；

3.3向小箱梁与U形钢板箍之间压注满高强粘结材料，将小箱梁和U形钢板箍粘合成整体，起到共同受力变形作用；

3.4其他被凿除混凝土的部位采用聚合物修补砂浆对剥落处进行修复。

本发明中所述的U形钢板箍是指以钢板焊接而成的大致呈U型或凹型的结构。

上述加固过程中，首先需要对火烧损伤的空心板梁下面松散剥落的混凝土进行凿除。若不进行凿除直接修复，容易使该部分在后续使用过程中脱落，影响整体性。进一步的，要对梁板铰缝、T梁或小箱梁的底板和腹板进行钢板/钢梁加固，同时灌注MPC等高强粘结材料，使钢板/钢梁、粘结材料以及原有梁体形成一个整体，共同受力变形，防止过大的荷载聚集于某一脆弱部位，造成安全隐患。进一步的，本发明中对空心板梁的施工采用了无支架方式，即直接在两端架设吊装设备，将钢梁吊至梁板底部，通过铰缝向其中灌注粘结材料。该方法能够大大提高在桥下有通行需求等不宜架设支架地区的施工便捷性。

作为优选，所述的高强粘结材料应满足如下要求：1)与混凝土粘结强度不小于2.5Mpa；2)弹性模型量大于1000Mpa；3)拌和后，凝固时间大于半小时；4)6小时以内的粘结强度超过标准强度的一半。

下面介绍高强粘结材料的上述指标选择依据。在本发明中，粘结材料所起的作用分为两方面，一是提高不同空心板梁之间、T梁或小箱梁的整体性结构强度；二是将双拼槽钢或H型钢梁粘结于空心板梁底部及T梁或小箱梁覆板侧面。1)一般混凝土抗裂强度为2Mpa，因此，混凝土粘结强度应不小于2Mpa，经过试验优选不小于2.5Mpa，留有安全系数。当粘结材料满足该要求时，不同梁板之间即使受到过高的载荷，铰缝处的粘结也不会发生破坏，相反的破坏反而发生在梁板混凝土内。因此，其大大提高了梁板之间的整体性。2)另外，经过试验发现，弹性模型量大于1000Mpa时，可以协调钢梁弯曲变形，否则弹性模型量太小钢梁可能无法粘贴于梁板、T梁或小箱梁上，导致两者部分或完全分离，无法起到提高梁体刚度的作用。3)考虑到施工工序的需要，拌合后的凝固时间不易过短，否则无法在浇筑过程中实现最佳粘结性能。4)考虑到施工效率的问题，6小时以内的粘结强度应超过标准强度的一半，否则其所需时间过长，影响桥梁的运营通车。

进一步的，所述的高强粘结材料为环氧砂浆或MPC复合材料。该两种材料能够较好地应用于桥梁的加固，且施工方便。

作为优选，所述的双拼槽钢采用两个热轧槽钢与上下钢板焊接成一个整体，通过连接螺杆固定于两条盖梁之间的梁板铰缝下方，而双拼槽钢的上钢板延伸覆盖盖梁上方的铰缝；双拼槽钢或H型钢梁满足如下条件：1)与梁底板粘结的上翼缘宽度不小于150mm，高不少于150mm，板厚不少于6mm；2)采用Q345或Q235钢；3)采用耐候钢、碳素钢和低合金高强度钢；4)钢梁上翼缘的上表面，工厂抛丸Sa2.5级，若现场发现生锈，应手工抛丸到St3.0级。抛丸的作用是增加粘结材料的粘结强度。

进一步的，所述的双拼槽钢或H型钢梁采用碳素钢或低合金高强度钢时，除上翼缘外，均应采用长效性防腐涂装，否则容易导致其余部分锈蚀，影响钢梁的刚度，最终导致桥梁加固性能衰减。

作为优选，所述的连接螺杆采用带肋钢筋，钢筋等级不低于HRBF400，钢筋直径不小于16mm，间距不大于0.5m。

作为优选，所述的U形钢板箍满足如下要求：1)采用钢板焊接而成，钢板厚度不小于6mm；2)采用Q345或Q235钢；3)可采用耐候钢、碳素钢或低合金高强度钢，当采用后两者时，外露面均应采用长效型防腐涂装；(4)遇横隔梁处钢板弯折后包裹横隔梁外表面，并用锚栓固定；(5)U形钢板箍内表面，工厂抛丸Sa2.5级，若现场发现生锈，应手工抛丸到St3.0级。

作为优选，所述的对拉螺杆满足如下要求：采用带肋钢筋，钢筋等级不低于HRBF400，钢筋直径不小于16mm，间距为0.5m～1.0m。

作为优选，所述的U形钢板箍通过分段吊装就位后，再焊接成整体。此方法是针对U形钢板箍重量过大、吊装困难的情况而改进的，可以将U形钢板箍拆分为适宜吊装的若干片，然后依次吊装，最后就位后进行焊接固定。

作为优选，所述的U形钢板箍延伸至T梁或小箱梁的顶板下方位置，且U形钢板箍与顶板之间压注满高强粘结材料。当过火面积较小，对T梁或小箱梁的顶板造成损伤不严重时，可以仅仅对其松散剥落的混凝土进行凿除，最后再用聚合物修补砂浆对剥落处进行修复。当顶板损伤超过一定程度时，则需要将已覆盖腹板的的U形钢板箍继续延伸，进一步包裹顶板下部，再压注满高强粘结材料，提高整体性。

本发明的加固方法能够大大提高火烧损伤桥梁的竖向刚度和整体性，尽快恢复桥梁的运营承载能力。同时，无支架的加固施工方法，既解决该类桥梁竖向刚度和横向整体性不足问题，又解决桥梁下面无法立支架或立支架代价很高问题。同时，具有加固工序耗时短、施工方便等优点。

附图说明

图1为本发明中遭受火烧损伤空心板加固方案横断面图；

图2为本发明中遭受火烧损伤空心板加固方案立面图(图中尺寸单位：厘米)；

图3为本发明中遭受火烧损伤T梁加固方案横断面图；

图4为本发明中遭受火烧损伤小箱梁加固方案横断面图；

图5为本发明中遭受火烧损伤T梁(或小箱梁)加固方案立面图(尺寸单位：厘米)。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本具体实施方式中提供了一种较佳的遭受火烧损伤桥梁的加固方法。但下述各个技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

本实施例中，待加固的桥梁为空心板梁或T梁或小箱梁架设而成。桥梁下部遭受火烧，致使空心板梁的底板或T梁或小箱梁的腹板、底板和顶板均受到了不同程度的损伤。采用本发明的加固方法对其进行加固，具体如下：

1、评估构件损伤程度

首先按照《火灾后建筑结构鉴定标准》有关规定对遭受火烧混凝土构件的各项损伤进行分析，主要包括混凝土材质的损伤程度、钢筋及预应力筋力学性能的损伤程度、钢筋与混凝土粘结强度的损伤程度等，然后推断出构件承载力损失百分比。火灾后桥梁各个构件的抗力计算方法与原设计计算方法相同，只是材料参数有所变化，钢筋及混凝土强度的降低，进而造成的构件承载力的降低。

2、经济判断加固的必要性

经理论分析后，如果构件承载力损失了20％～30％，可采用本方法进行加固处理；如果承载力损失超出30％，更换梁板可能更经济可靠。

3、加固处理

(1)空心板梁

1.1拆除桥面铺装，凿除梁板铰缝并采用植筋进行加强；增加植筋以适应高强粘结材料(本实施例中采用MPC复合材料)，防止开裂，增加单板之间的协同作用，提高桥梁整体承载能力。

1.2采用人工凿除方式对受火空心板梁下面松散剥落的混凝土进行凿除，采用高压水枪将梁板表面混凝土进行清洗，并对锈蚀的钢筋进行除锈、清洗，再对钢筋作防锈处理。

1.3空心板梁铰缝两端架立吊装设备，吊绳穿过铰缝后，两端吊装双拼槽钢(也可采用H型钢梁)至铰缝正下方就位，然后将连接螺杆穿过铰缝连接于双拼槽钢上翼缘，连接螺杆的上方可穿过一块上钢板，然后用螺母拧紧固定。在浇筑的高强粘结材料稳定之前，连接螺杆可起临时固定作用。另外，需要在双拼槽钢上翼缘上粘贴两根条形挡片，挡片可采用橡胶条等。条形挡片与双拼槽钢钢梁同向设置。调整连接螺杆位置和高度，使条形挡片上部接触梁板地面，双拼槽钢上翼缘、条形挡片和带有铰缝的梁板底面之间形成容纳空腔，可通过铰缝向该空腔中灌注粘结材料。双拼槽钢主要设置于两条盖梁之间的铰缝下方，起到抗弯作用。针对盖梁上方的铰缝，在实际施工中发现，此处盖梁与梁板之间缝隙过小，很难设置钢梁，且此处由于受到盖梁的支撑，主要起抗剪作用，空心梁板能够满足抗弯要求。因此，该处的施工方法为，在盖梁和空心梁板之间吊入钢板，钢板下部可用垫板进行支撑，然后钢板通过连接螺杆进行固定。钢板上部也可与钢梁一样，设置两条条形挡片，形成与钢梁上方的容纳空腔相连通的空腔，可一并整体浇注粘结材料。钢板也可以不采用单独设置，而仅延伸的双拼槽钢上翼缘实现。加固后的桥梁空心板结构如图1～2所示。

1.4向梁板铰缝中浇筑MPC复合材料，使其填满所述的容纳空腔和铰缝，将梁板和钢梁粘合成整体，起到共同受力变形作用。

1.5其他被凿除混凝土的部位采用聚合物修补砂浆对剥落处进行修复，按规范有关要求执行。

1.6重建桥面铺装。

1.7桥面铺装、铰缝等加固部分养生24天。

1.8通车运输过程监测与反馈。

(2)T梁

2.1采用人工凿除方式对受火T梁下面松散剥落的混凝土进行凿除，采用高压水枪将梁板表面混凝土进行清洗，并对锈蚀的钢筋进行除锈、清洗，再对钢筋作防锈处理。

2.2在桥面板湿接缝处凿孔，架立简易吊装设备，吊绳通过湿接缝处凿出的孔洞吊装U形钢板箍就位，然后连接对拉螺杆；由于U形钢板箍重量较大，整体吊装困难，因此通过将其分成若干块，依次吊装就位后，再焊接成整体。另外，由于空心板底板也受到了损伤，因此将U形钢板箍延伸至T梁或小箱梁的顶板下方位置，即将底板上也固定上钢板，然后在U形钢板箍与顶板之间一并压注满高强粘结材料。

2.3向T梁与U形钢板箍之间压注满高强粘结材料MPC等，把T梁和U形钢板箍粘合成整体，起到共同受力变形作用。

2.4其他部位采用高强快凝聚合物修补砂浆修复剥落的混凝土，按规范有关要求执行。

2.5修复桥面板湿接缝孔洞及桥面铺装；加固后的T梁结构如图3和5所示。

2.6修复及加固部分养生24天。

2.7通车运输过程监测与反馈。

(2)小箱梁

3.1采用人工凿除方式对受火小箱梁下面松散剥落的混凝土进行凿除，采用高压水枪将梁板表面混凝土进行清洗，并对锈蚀的钢筋进行除锈、清洗，再对钢筋作防锈处理。

3.2在桥面板湿接缝处凿孔，在小箱梁上方架立吊装设备，吊绳通过湿接缝处凿出的孔洞吊装U形钢板箍就位，使U形钢板箍覆盖小箱梁的整个底板和腹板，然后连接对拉螺杆将U形钢板箍固定于小箱梁上。

3.3向小箱梁与U形钢板箍之间压注满高强粘结材料环氧砂浆(当然也可以采用MPC)，把小箱梁和U形钢板箍粘合成整体，起到共同受力变形作用。

3.4其他部位采用高强快凝聚合物修补砂浆修复剥落的混凝土，按规范有关要求执行。

3.5修复桥面板湿接缝孔洞及桥面铺装；加固后的小箱梁结构如图4和5所示。

3.6修复及加固部分养生24天。

3.7通车运输过程监测与反馈。

上述施工方法中，对于钢板、粘结材料以及连接件的材料和参数有着严格的要求，需要满足相应的强度。具体如下：

双拼槽钢的要求：(1)可采用两个热轧槽钢与上下钢板焊接成一个整体；(2)组合截面中上翼缘宽度不小于150mm，梁高不少于150mm，板厚不少于6mm；(3)可采用Q345和Q235钢，优选Q235；(4)可采用耐候钢、碳素钢和低合金高强度钢，当采用后两者时，除上翼缘外，均应采用长效型防腐涂装；(5)钢梁上翼缘的上表面，工厂抛丸Sa2.5级，若现场发现生锈，应手工抛丸到St3.0级。

连接螺杆的要求：采用带肋钢筋，钢筋等级不低于HRBF400，钢筋直径16mm，间距不大于0.5m。

U形钢板箍的要求：(1)采用钢板焊接而成，钢板厚度不小于6mm；(2)可采用Q345和Q235钢，优选Q235；(3)可采用耐候钢、碳素钢和低合金高强度钢，当采用后两者时，外露面均应采用长效型防腐涂装；(4)如果整片U形箍吊装重量较大，可分段加工制作，现场吊装就位后焊接成整体；(5)遇横隔梁处钢板弯折后包裹横隔梁外表面，并用锚栓固定；(6)U形钢板箍内表面，工厂抛丸Sa2.5级，若现场发现生锈，应手工抛丸到St3.0级。

对拉螺杆的要求：采用带肋钢筋，钢筋等级不低于HRBF400，钢筋直径不小于16mm，间距一般为0.5m～1.0m。

高强粘结材料的要求：(1)与混凝土粘结强度不小于2.5Mpa，且破坏发生在混凝土内；(2)弹性模型量大于1000Mpa；(3)拌和后，凝固实践大于半小时；(4)6小时以内的粘结强度超过标准强度的一半；例如：环氧砂浆、MPC复合材料等。

上述三个部件的性能参数也是实现加固后桥梁整体性的关键基本因素，任何一个部件不合格均可能导致桥梁的整体性受损或造成潜在安全隐患。

通过上述方法对桥梁进行修复后，在通车运输过程监测过程中反馈良好，桥梁整体性有了较大的提高，完全能够满足通车运营条件。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。