加固法在混凝土桥梁结构中的应用
发布日期：2013-07-29 12:39:44 浏览量：1385
近年来公路和铁路上车辆的数量增长极快，更多的交通量和更大的荷载使得混凝土桥梁结构的损坏日益严重。随着大批桥梁逐渐进入维修养护期，桥梁加固问题将会越来越受到重视。因此创立完善的加固方法极为重要而紧迫。SHO－BOND公司是日本唯一的专门从事混凝土结构修补和补强的著名上市公司。它们通过数十年混凝土结构加固的研究工作，开发了几十种修补和加固方法，其中涉及到桥梁结构补强的工法有：修补干燥裂缝和潮湿裂缝的BlCS注入法、具有专利技术的钢板贴合加固方法和碳纤维贴合法、针对桥梁混凝土劣化的各种涂装方法、简单实用的桥板防水方法、防止混凝土脱落复合贴片工法、预填骨料快速修补支座等。由于这次讲座的时间关系，我无法向大家一一详细介绍。这次我就着重介绍SHO-BOND钢板贴合工法。钢板贴合加固桥梁是大家耳熟能详的一种方法，而SHO-BOND公司的钢板加固方法有其独特的一面，不但经济而且效率很高，对于混凝土结构来讲，可以说是性价比极高的一种加固方法。
SHO-BOND钢板贴合法已约有四十年历史，第一批加固的构件仍在使用中。此方法在世界各地的桥梁加固补强工程中得到了广泛应用，并申请了专利保护。九十年代末期，印尼政府决定用SHO-BOND公司的钢板贴合工法以及相配套的材料对其所辖一百座大中桥梁进行加固，取得了很好的效果，并获得了政府嘉奖。
一、钢板贴合（粘贴钢板）回顾
粘贴钢板法加固桥梁一般采用环氧树脂或建筑结构胶将钢板粘贴在钢筋混凝土受力面，使之与结构物形成整体，从而取得提高构件的抗弯、抗剪等能力，同时可减少裂缝扩展的效果。该加固方法具有施工简单，占用空间小，加固周期短，粘贴位置灵活，桥面交通影响小等优点。
国内使用粘钢技术源于1966年。其粘贴钢板的方法一般是在处理好的混凝土表面和钢板表面分别涂刷一层环氧树脂类的粘结材料，然后将钢板安置在粘贴部位，加压使之密贴、固定。加压一般采用预先埋置的锚固螺栓。
SHO－BOND于1964年新潟地震时开始使用粘钢方法加固桥梁，至今已有约40年的历史。SHO－BOND的钢板贴合有两大特点：一是其粘贴工艺采用压注法；二是其粘贴材料有瞬间固化特性并有很高的抗拉强度。一般的钢板粘贴是采用在粘贴表面涂抹粘接料加压粘贴钢板，这种方法由于粘贴面的空气不易排净，很容易在粘贴面内产生空洞从而降低粘贴效果，并且出现空洞不易处理排除。而SHO－BOND采用的是多点压注法，它避免了空洞的出现，保证了钢板与混凝土的完全贴合。常用的粘接材料的固化过程是逐渐固化，固化时间一般在10一20h。在此期间如果有车辆产生扰动将会大大降低其粘接效果。而SHO－BOND的粘结材料GROUT胶具有瞬间固化的特性，在其化学反应过程进行到临界点之前，材料一直保持液态，到达临界点时，胶液会在短短10分钟左右的时间内固化，并且立即达到标准强度的70%。其固化为突变过程, 这样基本上可以说粘贴加固过程不影响桥面交通。另外通过室内实验和实际桥板破坏实验均表明，SHO-BOND公司生产的粘结胶的抗拉强度和粘结强度都非常优异，最后即便桥板被破坏，也不会在胶与混凝土的结合面或胶层本身发生断裂。
SHO－BOND公司用钢板贴合工法加固桥梁已有上万例。贴合面积达400多万平方米。在中国用此方法完成的加固工程也已有50多例，至今效果显著。
二、钢板贴合之效果
钢板贴合法形成的是一种复合结构。原混凝土构件承担恒载。钢板粘贴完成时，钢板的应力为零，钢板不承担恒载。活载由粘贴的钢板与原混凝土构件共同承受。简支梁一般恒活荷载各占50％，而大跨度的梁其活载只占20％左右，因此粘贴的钢板所受到的应力一般不会很大。下面是两例SHO－BOND加固完成的工程实例：
例一：三跨（7.5X3）钢筋混凝土简支T型梁，梁高66cm。需要提级加固。
T梁跨中受到的恒载：81.35kN.m
原活载：97.42kN.m 相应的钢筋应力：114.9MPa
现活载：191.79kN.m相应的钢筋应力：175.5MPa≮[σs]=120MPa（日本规范）
采用350X9mm的A3钢板补强后：钢筋应力：102.1MPa 钢板应力：61.7MPa
例二：钢－砼结合梁车行道板加固，板厚15cm。板的横桥向跨度1.3m。
板跨中受到的恒载：0.79kN.m
原活载：9.15kN.m 相应的钢筋应力：107.8MPa
现活载：17.36kN.m相应的钢筋应力：196.8MPa≮[σs]=120MPa（日本规范）
采用4.5mm的A3钢板补强后：钢筋应力：14.7MPa 钢板应力：31.0MPa
从以上两例可以看到：补强钢板的应力只有几十兆帕，因此用钢板作为补强材料是完全可以胜任的。
三、钢板贴合与其他工法的比较
日本公路界的权威学术机构——道路公团试验研究所曾利用从实际使用中的桥梁上切割下来的混凝土桥板进行试验，分别对状况相同的各个试件采用不同加固方法进行补强，然后测定各试件的剩余疲劳寿命。这些方法包括：从桥板顶面进行加固的“钢纤维混凝土增厚顶面”和“粘贴纤维增强板增厚顶面”法，从桥板底面进行加固的“增厚板底”和“碳纤维布贴合加固”，以及“钢板贴合加固”。
试验结果表明，经过钢板贴合的试件取得了最好的加固效果。仅仅在板底贴合上4.5mm厚的薄钢板，桥板就承受住了240kN车轮动载的往复作用，到试验结束时，共计反复加载37.1万次，动载造成的试件跨中挠度却仅有1mm。相比之下，其他加固方法处理的试件早在十几万次甚至更少次数时就已发生破坏。用碳纤维贴合法加固的试件，即使贴合到5层，破坏时也仅达到3万余次加载。可见经过钢板贴合加固的构件的疲劳耐久性是非常突出的，对控制构件挠度作用明显。
从补强材料的作用机理来看，钢板较为平整并有一定的刚度，因此在粘贴后的组合截面在受力初期即可参与工作。碳纤维布的纤维在粘贴后是处于曲线状态，因此它需要预拉直力，它的受力滞后于加载。
另一方面，预应力的产生是由于钢材力学指标的提升，由240MPa发展到1860MPa。作为补强材料中的高强度材料碳纤维，只有向预加力方向发展才能得到充分的发展。
此外，采用钢板贴合法也是很经济的。6mm的钢板150元/m2，而碳纤维板要1000元/m2。
综上所述，采用钢板贴合法加固混凝土桥梁结构是一种有几十年经验的成熟工法，从受力计算上分析钢板的强度也完全能够胜任，从经济的角度考虑钢板贴合方法同样具有竞争力。另外借助SHO－BOND公司在钢板贴合方面的独到技术，多点压注法和粘结剂的瞬间固化性，相信此方法在中国一定会再次蓬勃发展。
文章来源： 永年加固公司 本文链接: http://lubanwang.com/a_20130729123943.html 任何关于加固工程的问题和建议，敬请咨询：0591-87868646
SHO-BOND钢板贴合法已约有四十年历史，第一批加固的构件仍在使用中。此方法在世界各地的桥梁加固补强工程中得到了广泛应用，并申请了专利保护。九十年代末期，印尼政府决定用SHO-BOND公司的钢板贴合工法以及相配套的材料对其所辖一百座大中桥梁进行加固，取得了很好的效果，并获得了政府嘉奖。
一、钢板贴合（粘贴钢板）回顾
粘贴钢板法加固桥梁一般采用环氧树脂或建筑结构胶将钢板粘贴在钢筋混凝土受力面，使之与结构物形成整体，从而取得提高构件的抗弯、抗剪等能力，同时可减少裂缝扩展的效果。该加固方法具有施工简单，占用空间小，加固周期短，粘贴位置灵活，桥面交通影响小等优点。
国内使用粘钢技术源于1966年。其粘贴钢板的方法一般是在处理好的混凝土表面和钢板表面分别涂刷一层环氧树脂类的粘结材料，然后将钢板安置在粘贴部位，加压使之密贴、固定。加压一般采用预先埋置的锚固螺栓。
SHO－BOND于1964年新潟地震时开始使用粘钢方法加固桥梁，至今已有约40年的历史。SHO－BOND的钢板贴合有两大特点：一是其粘贴工艺采用压注法；二是其粘贴材料有瞬间固化特性并有很高的抗拉强度。一般的钢板粘贴是采用在粘贴表面涂抹粘接料加压粘贴钢板，这种方法由于粘贴面的空气不易排净，很容易在粘贴面内产生空洞从而降低粘贴效果，并且出现空洞不易处理排除。而SHO－BOND采用的是多点压注法，它避免了空洞的出现，保证了钢板与混凝土的完全贴合。常用的粘接材料的固化过程是逐渐固化，固化时间一般在10一20h。在此期间如果有车辆产生扰动将会大大降低其粘接效果。而SHO－BOND的粘结材料GROUT胶具有瞬间固化的特性，在其化学反应过程进行到临界点之前，材料一直保持液态，到达临界点时，胶液会在短短10分钟左右的时间内固化，并且立即达到标准强度的70%。其固化为突变过程, 这样基本上可以说粘贴加固过程不影响桥面交通。另外通过室内实验和实际桥板破坏实验均表明，SHO-BOND公司生产的粘结胶的抗拉强度和粘结强度都非常优异，最后即便桥板被破坏，也不会在胶与混凝土的结合面或胶层本身发生断裂。
SHO－BOND公司用钢板贴合工法加固桥梁已有上万例。贴合面积达400多万平方米。在中国用此方法完成的加固工程也已有50多例，至今效果显著。
二、钢板贴合之效果
钢板贴合法形成的是一种复合结构。原混凝土构件承担恒载。钢板粘贴完成时，钢板的应力为零，钢板不承担恒载。活载由粘贴的钢板与原混凝土构件共同承受。简支梁一般恒活荷载各占50％，而大跨度的梁其活载只占20％左右，因此粘贴的钢板所受到的应力一般不会很大。下面是两例SHO－BOND加固完成的工程实例：
例一：三跨（7.5X3）钢筋混凝土简支T型梁，梁高66cm。需要提级加固。
T梁跨中受到的恒载：81.35kN.m
原活载：97.42kN.m 相应的钢筋应力：114.9MPa
现活载：191.79kN.m相应的钢筋应力：175.5MPa≮[σs]=120MPa（日本规范）
采用350X9mm的A3钢板补强后：钢筋应力：102.1MPa 钢板应力：61.7MPa
例二：钢－砼结合梁车行道板加固，板厚15cm。板的横桥向跨度1.3m。
板跨中受到的恒载：0.79kN.m
原活载：9.15kN.m 相应的钢筋应力：107.8MPa
现活载：17.36kN.m相应的钢筋应力：196.8MPa≮[σs]=120MPa（日本规范）
采用4.5mm的A3钢板补强后：钢筋应力：14.7MPa 钢板应力：31.0MPa
从以上两例可以看到：补强钢板的应力只有几十兆帕，因此用钢板作为补强材料是完全可以胜任的。
三、钢板贴合与其他工法的比较
日本公路界的权威学术机构——道路公团试验研究所曾利用从实际使用中的桥梁上切割下来的混凝土桥板进行试验，分别对状况相同的各个试件采用不同加固方法进行补强，然后测定各试件的剩余疲劳寿命。这些方法包括：从桥板顶面进行加固的“钢纤维混凝土增厚顶面”和“粘贴纤维增强板增厚顶面”法，从桥板底面进行加固的“增厚板底”和“碳纤维布贴合加固”，以及“钢板贴合加固”。
试验结果表明，经过钢板贴合的试件取得了最好的加固效果。仅仅在板底贴合上4.5mm厚的薄钢板，桥板就承受住了240kN车轮动载的往复作用，到试验结束时，共计反复加载37.1万次，动载造成的试件跨中挠度却仅有1mm。相比之下，其他加固方法处理的试件早在十几万次甚至更少次数时就已发生破坏。用碳纤维贴合法加固的试件，即使贴合到5层，破坏时也仅达到3万余次加载。可见经过钢板贴合加固的构件的疲劳耐久性是非常突出的，对控制构件挠度作用明显。
从补强材料的作用机理来看，钢板较为平整并有一定的刚度，因此在粘贴后的组合截面在受力初期即可参与工作。碳纤维布的纤维在粘贴后是处于曲线状态，因此它需要预拉直力，它的受力滞后于加载。
另一方面，预应力的产生是由于钢材力学指标的提升，由240MPa发展到1860MPa。作为补强材料中的高强度材料碳纤维，只有向预加力方向发展才能得到充分的发展。
此外，采用钢板贴合法也是很经济的。6mm的钢板150元/m2，而碳纤维板要1000元/m2。
综上所述，采用钢板贴合法加固混凝土桥梁结构是一种有几十年经验的成熟工法，从受力计算上分析钢板的强度也完全能够胜任，从经济的角度考虑钢板贴合方法同样具有竞争力。另外借助SHO－BOND公司在钢板贴合方面的独到技术，多点压注法和粘结剂的瞬间固化性，相信此方法在中国一定会再次蓬勃发展。
文章来源： 永年加固公司 本文链接: http://lubanwang.com/a_20130729123943.html 任何关于加固工程的问题和建议，敬请咨询：0591-87868646
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