一种简支板梁桥用于大件运输的加固方法与流程

本发明属于施工方法领域，具体涉及一种简支板梁桥用于大件运输的加固方法。

背景技术：

桥梁结构的养护、检测及维修加固是桥梁营运后的重要任务之一，是桥梁结构使用功能得以最大发挥的基础,也是行车安全的保障。就我国道路交通现状而言，桥梁检测和加固重要性和迫切性日益凸显。简支板梁桥是目前较为常见的桥梁形式之一，具有成本低、施工方便等优点。但其承载能力较弱，无法满足大件运输的需求。现行加固方法很多，但鲜见针对性提高桥梁刚度和整体性的无支架加固施工方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决简支板梁桥无法承担大件运输任务的问题，并提供一种简支板梁桥用于大件运输的加固方法。本发明所采用的技术方案如下：

简支板梁桥用于大件运输的加固方法为：在桥梁底部设置高强抗拉材料，以提高桥梁的刚度；在铰缝中填充高强粘结材料，以提高桥梁整体性。

本申请的加固方法的原理如下：申请人通过研究发现，从图1优化宽幅空心板梁结构破坏性试验结果可以看出，优化宽幅空心板梁结构由于刚度偏小(主因)，小铰缝也容易损坏(次因)，特别在干线公路桥梁经常承受大交通量重载甚至部分超载作用时，结构由弹性工作状态转变为弹塑性工作状态，容易产生积累损伤。因此，上述加固的基本方法正是针对这两个原因而进行的改进，加固后的桥梁整体性相对较大，各板梁相对变形较小，荷载横向分布比例与设计相差较小，能够大大提高桥梁的承载能力。

作为优选，所述的高强抗拉材料和高强粘结材料均为MPC复合材料，加固方法具体包括：

1)拆除桥面铺装，凿除梁板铰缝并采用植筋进行加强；

2)梁板底部立模板；

3)向梁板铰缝浇筑满MPC复合材料，同时在梁板底部浇筑一层MPC复合材料加固；

4)重建桥面铺装。

进一步的，梁板底部浇筑的MPC复合材料层厚度为5cm，该厚度下能够满足加固需求并达到节省材料的目的。

本发明的另一目的在于提供一种简支板梁桥下方不适合于搭设支架进行施工状态下的加固方法，但其加固原理仍然与上述基本方法一致。该技术方案中，所述的高强抗拉材料为H型钢梁，具体技术方案如下：

1)拆除桥面铺装，凿除梁板铰缝并采用植筋进行加强；

2)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型钢梁就位，然后连接高强螺杆，在H型钢梁上翼缘上粘贴两根条形挡片，使H型钢梁上翼缘、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，该固定钢板起到密封盖梁上方铰缝的作用；

3)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。

作为优选，所述的高强螺杆穿过铰缝连接于H型钢梁上翼缘，在浇筑的高强粘结材料稳定之前其临时固定作用。

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，一是提高不同梁板之间的整体性；二是将H型钢梁粘结于梁板底部。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底部，导致两者部分或完全分离，无法起到提高梁板底部刚度的作用。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，影响简支板梁桥的使用。

作为优选，所述的高强粘结材料为满足上述条件的环氧砂浆或MPC复合材料。

作为优选，所述的H形钢梁应满足如下要求：1)H形钢梁可为焊接H型、热轧工字钢、热轧H型钢或槽钢；2)上翼缘宽度不小于150mm，梁高不少于150mm，板厚不少于6mm；3)采用Q345或Q235钢，优选Q235；4)采用耐候钢、碳素钢或低合金高强度钢；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。抛丸的作用是增加MPC的粘结性能。

进一步的，所述的H形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，所述的高强螺杆采用带肋钢筋，钢筋等级不低于HRBF400，钢筋直径10mm，相邻两条高强螺杆间距不大于0.5m。

本发明通过在桥梁底部设置高强抗拉材料，以提高桥梁的刚度；在铰缝中填充高强粘结材料，以提高桥梁整体性，最终使简支板梁桥具备了承担大件运输任务的能力。同时，本发明提供的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20m预应力混凝土简支空心板加载过程刚度变化图；

图2为实施例1中的桥梁加固立面构造图；

图3为实施例1中的桥梁加固底面构造图；

图4为实施例1中的桥梁加固剖面构造图；

图5为实施例1中的桥梁加固前后梁底主拉应力对比图；

图6为实施例1中的桥梁加固前后荷载试验弯矩图，单位kN·m；

图7为实施例1中的桥梁加固前后跨中截面应变分布图；

图8为实施例2中20m预应力混凝土简支空心板梁铰缝底部粘贴钢梁示意图；

图9为实施例2中20m预应力混凝土简支空心板梁铰缝底部粘贴钢梁构造图。

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。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

实施例1

某桥上部结构采用4×20m预应力混凝土简支空心板，下部结构采用圆柱式墩台及桩基础。因为电厂建设需要，需通过大件运输车辆30轴，每轴20t，轴距1.5m，总重量600t。600t大件运输要经过20余座20m预应力混凝土简支空心板桥；经检测20m预应力混凝土简支空心板桥不能承担大件运输车辆，需要加固处理，使桥梁结构可以承担大件运输车辆。因此，采用本发明的方法加固20m预应力混凝土简支空心板桥。

20m预应力混凝土简支空心板桥运输大件每片板梁作用的轮轴数20/1.5＝13.3；承担重量13.3×20/2＝133吨；规范荷载55/2＝27.5吨。

加固施工工序如下：

(1)拆除桥面铺装，凿除梁板铰缝并采用植筋进行加强；

(2)梁板底部立模板，并检查模板、支架系统的牢固性；

(3)梁板铰缝浇筑满MPC复合材料加固、梁板底部浇筑5cm厚MPC复合材料加固；

(4)重建桥面铺装；

(5)桥面铺装、铰缝、梁板底部加固部分养生24天；

(6)拆除模板；

(7)运输大件过程监测与反馈。

加固后的桥梁结构如图2～4所示。力学计算如下：

加固前，梁板抗拉抗压中性轴位于1/2梁高h处，而加固后，由于MPC复合材料的抗拉强度非常高，因此梁板整体作为抗压部件，而MPC复合材料作为抗拉部件，中性轴位于梁的底板处。I(前)＝f(h²)/4，I(后)＝f(h²)，因此I(后)>4I(前)

也就是加固后，20m预应力混凝土简支空心板桥能承担荷载大于27.5×4＝110吨，接近运输大件重量133吨。

经有限元分析，图5结果表明：在600t大件荷载的作用下，加固前梁板结构跨中底部的拉应力超限，对于加固后的中梁板，600t大件荷载作用下梁底主拉应力比不加固时小，且拉应力小于规范规定值。

然后，直接用试验方法分析初步测定20m预应力混凝土简支空心板桥能够承担荷载重量。

从图6和7的桥梁加固前后荷载试验跨中截面弯矩和应变对比可知：尽管桥梁加固前后试验荷载对跨中截面影响相差约1.4倍，然而桥梁加固前整体性相对不足，各板梁相对变形较大，荷载横向分布比例与设计相差较大；桥梁加固后整体性相对较大，各板梁相对变形较小，荷载横向分布比例与设计相差较小。因此，20m简支空心板梁结构竖向刚度相对较小，只适应普通公路一般交通量标准荷载以内车辆作用；不适应干线公路桥梁经常承受大交通量重载甚至部分超载作用；简支板梁桥采用MPC加固后能够承担600t大件运输任务；2014年9月～2015年2月某公路20余座20m简支空心板梁采用MPC加固后完成了600t大件运输任务，经检测20m简支空心板梁状况良好，达到预期目标。

实施例2

本实施例针对的目标桥梁下部需要通航，因此无法长期在水道上方架设支架。本实施例中，所采用的工序如下：

(1)拆除桥面铺装，凿除梁板铰缝并采用植筋进行加强；增加植筋以适应环氧砂浆或MPC复合材料等。其浇筑粘结材料后，可以防止开裂，增加单板之间的协同作用，提高桥梁整体承载能力。

(2)梁板铰缝两端架立吊装设备，吊绳穿过铰缝后，两端吊装H型钢梁至铰缝正下方就位，然后将高强螺杆穿过铰缝连接于H型钢梁上翼缘，高强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，高强螺杆可起临时固定作用。另外，需要在H型钢梁上翼缘上粘贴两根条形挡片，挡片可采用橡胶条等。条形挡片与钢梁同向设置，调整高强螺杆位置和高度，使条形挡片上部接触梁板地面，H型钢梁上翼缘、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。如图9所示，H型钢梁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，然后钢板通过高强螺杆进行固定。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。

(4)向梁板铰缝中浇筑环氧砂浆或MPC复合材料，使环氧砂浆或MPC复合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。

(4)重建桥面铺装；

(5)桥面铺装、铰缝等加固部分养生24天；

(6)通车运输过程监测与反馈。

上述工序中，H型钢梁采用20米跨径钢梁，梁高最小为150mm。H形钢梁可为焊接H型、热轧工字钢、热轧H型钢或槽钢。上翼缘宽度不小于150mm，梁高不少于150mm，板厚不少于6mm。钢材可采用Q345和Q235钢，优选Q235。钢材也可采用耐候钢、碳素钢和低合金高强度钢，当采用后两者时，除上翼缘外，均应采用长效性防腐涂装。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，以提高粘结强度。

高强螺杆的要求：采用带肋钢筋，钢筋等级不低于HRBF400，钢筋直径10mm，间距不大于0.5m。

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：采用满足上述要求的环氧砂浆、MPC复合材料等。

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。