横向加固（精选五篇）
横向加固 篇1
随着我国铁路公路运量和速度的不断增加,既有桥梁出现的病害日益突出[1,2],对既有桥梁结构进行加固实现安全可靠运营日趋重要。
1.1工程背景
兰新线某铁路立交跨线桥为2.0~16.0m低高度混凝土桥梁,设计荷载为中-活载,该桥为梁间无焊联桥,建成年度为1984年4月。桥下北侧一孔通过兰新下行正线,南侧一孔通过机车入Ⅱ线(目前已拆除),该桥在兰台及乌台均以安装防落梁限位架,但在中墩上未安装(支承垫石边距顶帽边缘仅为0.37m)。目前,打算临时通行公路车辆荷载,考虑到桥梁的安全性,须对其进行检算及加固。桥梁效果图如图1所示。
1.2技术指标及结构型式
既有T梁采用C40的混凝土,普通钢筋采用HRB335;标准跨径为16.50m,计算跨径16.00m。
设计荷载按公路-Ⅰ级,公路-Ⅱ级荷载,现有70t履带车荷载计算。
1.3加固设计方案
为了提高横向刚度,防止在公路偶然荷载作用下,梁体发生横向倾覆,采取以下加固措施[3,4,5,6]:
梁部腹板处横向采用直径为25mm的精轧螺纹粗钢筋,抗拉强度标准值fpk=830MPa,弹性模量Ep=2.0×105MPa,采用单端张拉,张拉力与伸长量双控制,张拉控制力为244.3k N,每延米张拉引伸量为0.249cm。加固模型图如图2所示。
2作用效应计算
2.1效应计算
根据实际情况,T梁上的永久荷载主要是有梁体自重及二期恒载。
可变荷载有汽车荷载分为公路-I级荷载,公路-Ⅱ级荷载,履带车荷载(履带荷载由70t XRS670旋挖钻机产生的均布荷载组成,具体值为:荷载横向外宽度3.5m,履带宽度0.8m,履带着地长度4.8m)。
2.2作用效应的组合
1)按《桥规》[7,8]公路桥涵结构设计应按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行效应组合。
按承载能力极限状态设计时的基本组合表达式:
按正常使用极限状态设计时,应根据不同的设计要求,采用以下两种效应组合:
2)作用效应组合结果。在汽车荷载公路-I级荷载,公路-Ⅱ级荷载,履带车荷载作用下,T梁作用效应见表1~3。
3加固后T梁检算
3.1正截面抗弯验算
以公路Ⅰ级荷载为例进行计算如下:
翼缘位于受压区的T形截面或I形截面受弯构件,其正截面抗弯承载力应按下列规定计算:
当符合下列条件时,
应以宽度为bf的矩形截面计算正截面抗弯承载力。
按上述公式判断截面类型为第一类,因此应按宽度bf=1920mm的矩形截面来计算抗弯承载力。
由Σx=0计算混凝土受压区高度x,并代入跨中截面的抗弯承载力公式可知:Mud>r0Md。
计算结果表明,公路I级荷载作用下跨中截面抗弯承载力满足要求;按照以上算法,可以计算得到,公路Ⅱ级、现有70t履带车荷载跨中、1/4截面抗弯承载能力也能满足规范要求。
3.2斜截面抗剪力验算
以公路Ⅰ级荷载为例进行计算:选取支点处截面进行斜截面抗剪承载力计算。首先按《公预规》第5.2.10条计算是否需要斜截面剪力验算;然后按《公预规》5.2.9条进行抗剪强度上下限复核[9]。
计算结果表明,公路I级荷载作用下支点处斜截面抗剪承载力满足规范要求;按照以上算法可以计算得到,公路Ⅱ级、现有70t履带车荷载支点和1/4截面斜截面抗剪承载力均满足规范要求。
3.3正截面抗裂性验算
截面抗裂性计算是对构件跨中截面混凝土的拉应力进行验算,并满足《公预规》6.4.3条要求[9]。见表4。
由上述计算结果可知,公路I级、公路Ⅱ级、现有70t履带车荷载跨中截面裂缝宽度均满足规范要求。
3.4抗倾覆验算
1)加固前。作用在梁上的荷载包括:
永久荷载:梁体自重G;G=530.3k N
可变荷载:汽车荷载q;q=0.56×70×9.8=384.16k N
偶然荷载:制动力横向分力Ty、撞击力Fy。
单片梁沿支座中心往外倾覆计算得:
q×0.13+Ty×(1.1+0.3+1.2)+Fy×(1.1+0.3+1.2)=1519.7k N>0.33×530.3=175k N
因此,在偶然荷载作用下,单片梁会发生横向倾覆。
2)加固后。当在梁部腹板处横向采用直径25的精轧螺纹粗钢筋加固后,沿支座中心取矩得:
q×0.13+Ty×(1.1+0.3+1.2)+Fy×(1.1+0.3+1.2)=1519.7k N<0.33×530.3+12×0.6×830×3.14×252/4=2932.1k N
因此,即使在偶然荷载作用下,单片梁抗倾覆也满足要求。
4反算能承受的最大履带车荷载
由以上计算可知,1/4截面斜截面抗剪承载力控制设计,故推求得到现有履带荷载最大为104t。由此可得q履带=252.3k N/m
内力计算:
不计冲击:V履带=406.9k N
计入冲击:V履带=553.4kN
故1/4截面作用效应见表5。
利用表5组合值重新进行正截面抗弯,斜截面抗剪,正截面抗裂,抗倾覆验算,均满足规范要求。
5结论
本文通过对既有T梁加固前后承载能力极限状态和正常使用极限状态的检算比较,得到以下结论:
1)通过对T梁截面在公路Ⅰ级,公路Ⅱ级及现有70t履带车荷载下(车辆地面接触长度4.8m,横向外宽3.5m)的内力计算及截面验算,得出跨中、1/4截面抗弯承载力满足规范要求;支点截面、1/4截面斜截面抗剪承载力满足规范要求;跨中截面裂缝宽度满足规范要求;
2)通过对正截面抗弯承载力、斜截面抗剪承载力,裂缝宽度验算进行反算,得出容许现有履带车荷载最大重量为104t(车辆地面接触长度4.8m,横向外宽3.5m)。最危险截面出现在梁体1/4截面处。
3)经检算,如遇重型车辆突发方向失灵等故障造成偶然荷载横向撞击挡碴槽、横向制动等,单片梁有产生横向倾覆的可能性,若对梁体增加横向联结,可提高梁体抗倾覆能力。
参考文献
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[2]杜进生.无粘结预应力混凝土结构-试验、理论及应用[M].北京:机械工业出版社,2012.
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[5]崔树强.铁路预应力混凝土简支T梁横向预应力联结加固施工技术[J].上海铁道科技,2007(4):41-43.
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[7]《公路工程技术标准》(JTG B01-2003)[S].
[8]《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)[S].
横向加固 篇2
【关键词】高速公路；匝道桥；桥梁横向爬移；加固处治方案
1.高速公路匝道桥桥梁横向爬移的原因
1.1军扬立交B匝道桥建筑结构概述
郑州军扬立交B匝道桥是郑州连接连霍高速的重要通道。全桥总长为867米，跨径组合为3×（5×20）+（26+35+26）+4×（6×20）；下部结构中墩为独柱式，连接墩及桥台为双柱式。除第四联外，第一到第八联均为跨径20米，梁高1.2m的普通混凝土连续梁，每跨端部设置横隔板，由单箱单室截面组成，其底板厚0.25m、宽6.2m，箱梁顶板厚0.25m、宽10m，翼缘板悬臂长度1.9m；第四联为梁高1.6m的预应力混凝土跨线连续桥，由单箱单室截面组成，腹板厚度0.45m，底板厚0.25m、宽6.2m，箱梁顶板厚0.2m、宽10m，翼缘板悬臂长度1.9m，预应力段配置15.24钢绞线。
1.2病害状况
利用桥检车提供的平台，对匝道桥箱梁梁体底板、腹板和翼缘板等进行全面检查，并对墩柱外观和偏位，以及支座工作状况进行详细的检测：墩柱和梁体外观检测、 支座工作状况检查和墩柱的变位观测。
经检查发现，军扬立交B匝道桥主梁发生较大横向爬移，推动连接墩外挡块出现倾斜开裂，也造成独柱墩下部桥梁平曲线内侧横向裂缝；主梁位置经恢复后，仍有最大1.4cm爬移量；主梁底板横向裂缝严重，腹板有竖向裂缝，部分裂缝已向上发展至翼缘板处，其裂缝宽度超过规范限制值。
1.3病害原因分析
1.3.1施工时支座安装误差造成支撑位置的偏差。
1.3.2梁体的横向爬移引起了墩柱裂缝，支座安装误差使梁体横向爬移病害加重，绝大部分墩柱因此出现底部内侧环向横缝。
1.3.3超载、施工等是造成梁体裂缝的原因
正截面抗弯强度不足是造成梁底横向裂缝原因；斜截面抗剪强度不足是造成腹板斜裂缝产生的原因；梁体横向爬移是造成连接墩挡块开裂的原因；因支座安装误差，致使原有梁体的受力体系发生改变，造成梁体裂缝病害加重。
2.高速公路匝道桥桥梁横向爬移加固处治方案及施工方法
采用墩顶增设盖梁、墩柱包裹碳纤维布、在原盖梁上植筋浇注新的挡块、在普通混凝土梁体上粘贴钢板或粘贴碳纤维提高承载能力、预应力混凝土连续梁桥底板全部粘贴碳纤维布加固及腹板粘贴钢板加固的方法进行病害治理。
施工前，要精心试算并选择加固的桥墩、新加支座偏移量，即要达到结构受力符合要求，又要尽量减少工程施工量及消耗。同时要严格按照其说明施工工艺并参照《混凝土结构加固设计规范》进行植筋、粘贴钢板及封闭裂缝等施工。
2.1增加盖梁
部分独柱墩墩顶增设盖梁，并在盖梁外侧增加盆式橡胶支座，变原有的单支撑为双支撑，使之起到减少扭转和减小梁横向爬移作用。加固后改变结构状态的结构受力即能接近原设计，又能保证现桥墩承载能力。
盖梁钢板采用手工电弧焊，焊接盖梁钢板间拐角处时，尽量以坡口双面焊焊接，使用单面坡口焊要保证坡口角度及深度符合规范，并按连接受力性能及所处部位进行焊缝质量分级检验。
安装支座时，要严格按照设计高度顶升，并在混凝土达到设计强度90%后进行。要在桥墩两侧同时顶升，保证新支座、楔形块与垫石的高度和同原梁底到墩顶距离相等，或梁底到墩顶距离误差小于2mm，以使新旧支座能够同时受力，不可出现新支座比旧支座提前受力现象。
将支座顶升上梁的过程要控制顶升速度，并时刻注意梁上缘，发现有失稳和梁体开裂、裂缝变宽现象立即停止顶升，并及时通知监理、业主及设计单位。
2.2墩柱加固
在全部墩柱梁底面及侧面粘贴钢板，并在墩外侧包裹碳纤维进行整体包裹加固，以增加结构强度。
2.2.1植筋钻孔应尽量采用小的振动工艺，植入深度应大于12d，直径为25mm的钢筋钻孔直径为32mm，直径为20mm的钢筋钻孔直径为28mm，钻孔时要避开原结构钢筋，若钻眼位置与原结构钢筋相碰，可适当挪动钻眼位置1～2cm，以保证不损伤原结构钢筋。每个钻孔结束后应尽快安排植筋工作。
2.2.2种植锚筋前，钻孔要用刷子及清洁压缩空气清孔，并满足植筋的干燥要求，抗拔种植锚筋所用的胶剂，设计参考采用喜利得HY-150化学粘合剂固定钢筋，要求200C凝胶时间10min以内，固化时间1h以内。钻孔植筋应由专业人员操作，并对所用胶剂进行粘结抗拔试验，验证凝胶和固化时间，合格后，方可正常使用，植筋结束后，应进行清整。
2.2.3墩身及承台原结构表面要充分凿毛，使新旧混凝土能结合紧密，共同受力。
2.3防震挡块加固
先凿除原盖梁开裂破损挡块，并除去原钢筋上的锈；然后架设模板，焊接、绑扎新钢筋，再植筋浇筑混凝土；最后拆除模板，填充橡胶垫块，即新挡块成形。
2.3.1桩基施工要求钢护筒落入岩面，全过程采用回旋钻钻孔，反循环吸浆工艺，施工过程中避免对桩周土体产生震动。
2.3.2桩底进入微风化岩面长度应全截面进入岩面不少于1.5倍桩径，桩底沉渣不得大于3cm。
2.3.3桩内主筋需要焊接时，每个断面接头数不应超过主筋的50%，焊接采用双面焊接，焊缝长度不小于5d。
2.4混凝土梁加固
首先进行裂缝或破损修补。用裂缝经行封闭法处理宽度小于0.2mm的裂缝；用灌浆法灌注处理宽度大于0.2mm的裂缝；破损部分用环氧砂浆修补；用钢板粘贴或碳纤维粘贴腹板外侧及跨中底板外侧钢板加固时，先要在混凝土和钢板上钻孔，预留膨胀锚固螺栓安装位置，再进行被粘混凝土及钢板粘合面的表面处理，之后配置并涂敷建筑结构胶以粘结钢板，最后安装膨胀锚固螺栓并加压，再经常温固化和防锈处理。还要进行主桥箱梁腹板和底板外侧的涂装。此项加固能提高梁体承载能力。个别构件破损，可按原桥图纸重新预制。
2.5预应力梁加固
可在不影响桥下交通及不降低桥下净空的情况下，采用底板全部粘贴碳纤维布、腹板粘贴钢板对B匝道桥第四联的预应力混凝土连续梁桥予以加固。
2.5.1原有裂缝的处理
首先，用环氧浆液对宽度大于0.2mm的底板、腹板、翼板裂縫进行压浆；其次，对于小于0.2毫米的裂缝进行封闭处理，根据施工图中所提供的锚固齿板位置及尺寸在原腹板侧面准确放样；依据施工图布置，在做新增齿板的位置用冲击钻钻深度不小于20厘米，直径约为22毫米的盲孔，用压缩空气清除孔内浮尘。注意孔内浮尘的清理必须由孔底向孔口清理（硬质排气管插入孔底，再后拔1～2厘米）；当骨架形成后，按照齿板的形状立模，然后浇筑混凝土，形成齿板。应严格控制混凝土配合比，加强振捣使混凝土密实，避免孔洞及蜂窝麻面的发生；随后安装钢结构转向器及克服径向力的锚卡；最后，张拉、锚固钢束，并逐跨浇筑混凝土。
３.结语
高速公路匝道桥多为带坡度弯桥，较容易出现病害，通常的检测方法不易发现，是隐藏的安全隐患。其病害形式多而（下转第145页）（上接第286页）杂，给分析判断带来一定难度，修复处理也会造成一定的经济损失。所以，在高速公路匝道桥建造时，进行精细化设计和规范施工，对避免或减少互通立交匝道桥主梁发生横向爬移及其他病害，确保高速公路安全运行至关重要。■
【参考文献】
［１］韩民.高速公路匝道桥桥梁横向爬移的原因及加固处治方案[J].华章.2010（30）.
［２］李坚.匝道桥梁体横向滑移的处理[J].公路.2004（8）.
横向加固 篇3
该桥位于扎兰屯~卧牛河站间, 2000年建成通车, 桥全长103.9米。上部结构为5孔20.0m预应力砼梁;下部结构为椭圆型砼桥墩, T型砼桥台。砼扩大基础, 各墩基地地质均为砾砂。由于基底地质软弱, 2003年将所有桥墩基础用钢筋混凝土桩加固, 两桥台没加固。桥检队于2004年7月对该桥全部桥墩及第一、二孔梁进行了横向振动试验, 振幅超限, 进行了限速。2007年对桥墩部分的地基进行了加固, 加固后桥检队于2007年9月, 利用编组试验列车作激振源, 再次对全桥进行了振动试验。实测桥墩、梁的横向振幅满足《检规》第10.0.7条要求, 桥墩部分地基加固效果良好。
2 加固理论分析
铁路桥梁横向振幅超限安全理论依据《铁路桥梁梁墩体系墩顶横向振幅的参数影响分析》经行基本分析。
2.1 综合指标Si
依据《铁路桥梁梁墩体系墩顶横向振幅的参数影响分析》一文对收集到的1000多座桥墩进行的多个不同结构形式 (包括墩身截面不同、上部结构不同、基础形式不同等) 桥墩进行分类以后, 分析了上百种不同的因素和墩顶最大振幅的关系, 经过比较和筛选, 最终挑出一种与最大振幅比较有规律的综合因素-综合指标Si, 即
式中, m-一孔梁的活载质量 (按《铁路桥涵设计规范》中的第3.3.1条取值80k N/m) , kg;
mp-桥墩的质量, kg;
mb-孔梁重 (含道碴) ;
f-桥墩横向自振频率, Hz。
2.2 既有线工务系统墩台超限解释
依据综合指标Si, m活载质量及mb一孔梁重 (含道碴) 均为铁道线路系统, 线上部分, 除个别情况, 不宜更改, 可看成定数。mp桥墩的质量可进行维修更改, mp桥墩质量的增大, mp/3+mb为分母, 在m是定数的情况下, 系数相应变小, 综合指标Si也就相应变小, 依据“综合指标Si越大, 墩顶最大振幅越小”的结论。墩顶最大振幅反而变大。所以, 在考虑方案时尽量避免增大桥墩附属质量。f桥墩横向自振频率可以依据“铁路桥墩横向振幅和最低频率的参考限值表”进行推导。其中桥墩横向自振频率f是墩身高度H1和均宽B的函数, 同样桥墩均宽B墩身高度H1越小, 自振频率f越大, 综合指标Si越大, 墩顶最大振幅越小。同样墩身高度H1桥墩均宽B越大, 综合指标Si越大, 墩顶最大振幅越小。
钢板桩围堰加固方案避免了墩身质量重心上移问题, 同时解决水土饱和度扩散问题。
3 钢板桩围堰受力计算
3.1结构受力计算
3.1.1 钢板桩
钢板桩是支承于沉井顶和钢环上的连续梁, 计算出荷载后, 用力矩分配法即可解出在各种荷载作用下钢板桩承受的弯矩和各钢环的支承反力 (亦即是钢板桩对钢环扣作用力) 。在静水压力作用下各钢板桩受力相等;在风力和水流冲击力作用下, 迎风面和迎水面的钢板桩受力相等, 背风面和背水流的钢板桩不受力;在波浪力作用下, 波浪最高点处的钢板桩受力最大, 并向两侧减小至0;在漂流物和船撞力作用下, 撞击点处钢板桩受力最大, 漂流物及船撞力按3片钢板桩平均分配计算。
3.1.2 钢环
钢环支承于联结系中, 并将钢板桩的水平推力传递给联结系。在静水压力作用下, 钢环轴心受压;在水流冲击力、波浪力、风力、漂流物撞击力和靠船力作用下, 钢环轴向力不均匀, 且同时受弯, 一般只取4个具有代表性的点, 对钢环进行受力计算。
3.1.3 槽口外侧钢带和钢板桩与钢环联结计算
钢板桩围堰安装好后, 沉井还要吸泥下沉为防止在吸泥下沉的过程中产生翻砂, 围堰内侧水位要高于外侧水位, 其水头差要根据下沉深度、地质情况等确定。有时要依靠排水下沉, 在无法肯定围堰不会翻砂的情况下, 为确保钢板桩围堰不至于炸裂, 顶槽口钢带和钢板桩与钢环联结拉筋强度按大量翻砂考虑, 即内、外水头差按钢板桩的高度定。钢板桩的受力仍按连续梁计算, 钢环、钢带轴向受拉。此时仅考虑内侧的静水压力, 荷载呈三角形分布。
3.2 荷载组合
钢板桩围堰在吸泥下沉过程中, 围堰内侧水位高于外侧水位, 而围堰内可能会翻砂, 此为一种荷载组合, 其组合为围堰自重+内侧静水压力。围堰封完底以后, 围堰内要抽水, 其内侧水位在盖板以下, 围堰受各外力作用。其荷载组合如下。施工最高水位时的荷载组合。 (1) 顺流向:静水压力+水流冲击力+波浪力+风力+漂流物撞击力+结构自重; (2) 横流向:风力+靠船力+结构自重。其中10项钢板桩内力计算 (可参阅算单) 。
3.3 强度和稳定计算
(1) 钢板桩强度计算。计算出单位宽度钢板桩的弯矩ΣM后即可按σ=ΣM/W计算其应力小于容许值即可, 若不小于容许值, 则应选择壁较厚的钢板桩, 一般是通过调整钢环间的距离来减小钢板桩的应力。 (2) 钢环的强度和稳定计算。钢环的强度和稳定计算分平面和立面两个方向, 在平面内, 钢环的最大应力为σmax=ΣM/W+ΣN/A, 满足钢环总体稳定时的容许压应力[σ]=3EI/R2·A;总体稳定满足后要对箱板进行局部稳定计算。立面内竖向计算可忽略自重弯矩, 钢环轴心受压、稳定计算时, 钢环的自由长度为立柱间距。如果不满足要求, 修改截面。 (3) 联结系强度计算。联结系的杆力计算完后, 即可按σmax=Nmax/A<φ[σ], φ为长细比决定的折减系数。 (4) 槽口钢带和钢板桩与钢环联系强度计算。
4 钢板桩围堰的施工
钢板桩围堰由钢板桩、钢环、钢环联结系、顶托盘以及靠船设备等组成, 其安装步骤如下: (1) 钢带、联结系立柱底脚预埋于沉井顶混凝土内, 预埋件平面位置应准确, 且各点应在同一高程。 (2) 安装钢环联结系。 (3) 由下而上拼装钢环, 每层钢环分4段, 工地用螺栓联结, 联结好后, 调整其位置, 使其中心与沉井中心重合, 然后将钢环固定在联结系上。 (4) 分组安装钢板桩, 每组钢板桩由3根钢板桩组成, 其锁口间的缝隙用沥青麻丝塞紧。钢板桩安装完后, 用拉筋将其与钢环连接。最后用沥青麻丝塞紧每组钢板桩之间的缝隙。 (5) 安装靠船设备。 (6) 槽口水泥砂浆灌注。
5 结束语
以往研究多注重梁的横向刚度, 而忽视了桥墩刚度的影响, 没有将桥墩横向刚度和列车运营安全性指标相联系。通过对桥墩实测墩顶横向振幅的统计分析, 找出了与桥墩横向刚度相关度最好的综合影响因素—综合指标。拟以综合指标为基础建立一种桥墩横向刚度综合评价体系, 来确定桥墩横向刚度参考限值。
摘要：滨洲上行线卧牛河桥梁横向振动振幅超限钢板桩围堰加固依据桥墩横向刚度相关度最好的综合指标解决了振动重心上移问题, 同时也解决了基础水土饱和度扩散问题, 是值得借鉴的基础加固很好例证。随着我国既有线路的大规模提速, 桥梁墩台横向振幅超限问题日益突出, 严重影响了行车安全, 本文对滨洲上行线卧牛河桥桥梁横向振动振幅超限问题进行了钢板桩基础加固理论分析及施工工艺简介。
关键词：钢板桩加固,铁路桥墩,桥墩横向振幅超限问题
参考文献
[1]夏禾, 陈英俊.车-梁-墩体系动力相互作用分析, 土木工程学报, 1992, 25
横向加固 篇4
钢筋混凝土结构及构件在使用过程中常常会由于设计或施工中的缺陷、建筑物使用功能的改变、实际负荷的增加或外界环境对结构的腐蚀等因素而处于不安全状态。为了保证这些建筑物能够继续安全地使用, 必须从结构上对它们进行加固。本文设计了5根CFRP布加固钢筋混凝土柱实验研究, 得出了不同偏心率下荷载与方柱测点的横向应变曲线及其变化规律, CFRP布加固混凝土构件承载力的变化规律, 有很大的工程应用价值。
1 理论分析
CFRP布采用等间距加固形式等同于螺旋箍筋对混凝土的约束, 而采用全包裹加固形式则等同于钢管对混凝土的约束[1]。由于它是一种柔性材料且只能承受拉力, 因此只能考虑它的抗拉作用, 抗压和抗剪承载力很弱, 所以当CFRP布加固圆形受压柱时类似于螺旋箍筋或钢管混凝土。当CFRP布加固矩形截面柱时, 就有所不同。第一, CFRP布只能抗拉, 因此, 尽量将CFRP布加固于试件膨胀的部位, 通过CFRP布的约束作用提高试件的承载力和延性。第二, CFRP布抗剪承载力较弱, 因此, 当加固部位的膨胀方向为CFRP布的顺纹方向 (纵向) 时, 加固效果明显, 当膨胀方向为横向时, 加固效果就很弱, 几乎不起作用。基于此两点, CFRP布加固受压试件横向粘贴比纵向粘贴更合理。同时, 横向粘贴方柱, 角部的约束效果最明显, 各边中点最弱。根据以上分析, 本试验采用CFRP布加固钢筋混凝土方柱, 采用全包裹加固形式, 柱的中间部位包裹两层以加强。
2 试验概况
2.1 实验准备
本试验制作了5根钢筋混凝土带牛腿的方柱来做受压破坏试验研究, 其中4根为CFRP布约束加固混凝土柱, 另留1根未加固对比柱。试件尺寸为b×h×L=150mm×150mm×900mm。本试验拟定为小偏心受压破坏。试验因子为:偏心率和混凝土强度, 混凝土强度为C20。偏心率的水平数为4个, 分别为0.000、0.133、0.267和0.400。根据混凝土结构加固设计规范要求, 试件四边均倒成≥20mm的圆角。相关数据见表1和表2。
2.2 加固材料及其力学性能 (见表2)
2.3 试验方法及测试部位
主要测量内容包括柱试件CFRP布在柱截面中部纵向和横向应变及角部横拉应变 (柱试件1/2高度处) , 柱中部的侧向挠度以及竖向荷载值等。CFRP布和应变片的粘贴见图1、图2。
3 试验结果分析
3.1 试验荷载--横向应变曲线分析
CFRP布是单向受拉构件, 对于本试验的横向连续包裹方式[2], 横向应变曲线是分析CFRP布受力性能的主要方式, 下面将依次分析各构件的荷载--横向应变曲线 (图3～图7) 。
图3～图7中测点1H、2H、3H、4H分别指图2中1、2、3、4点的横向应变。由图3～图7可见, 所有曲线均有三个发展阶段:第一阶段, 近似线性阶段。第二阶段, 曲线斜率逐渐减小阶段。第三阶段, 曲线斜率接近水平发展阶段。
第一阶段的线性阶段说明试件各材料均处于弹性发展阶段。 (1) 某些曲线稍微偏离直线, 可能是由于混凝土不均匀性、钢筋制作偏差所至。 (2) 对比试件分析, 从A0、A1试件对比可见 (其中A0为未加固的对比试件, A0为C20轴压柱, A1、为与A0对应加固后的试件) , 两组试件在弹性发展阶段 (A0、A1荷载<500kN) 的斜率基本相等, 说明在此阶段CFRP布基本不起作用, 用CFRP布加固为被动加固的理论[3]可以说明此现象。
第二和第三阶段的曲线发展。未加固试件A0试件的第二阶段和第三阶段不明显, 即塑性发展不明显, 说明未加固混凝土柱还有较强的脆性性能。加固试件的试验曲线均有不同程度的弯曲, 轴压试件A1的四条曲线基本重合, 说明各边的应变相差不大, 符合轴压试件的假设。偏心受压试件的四条曲线偏离较大, 其中的普遍规律为:测点1的斜率最小, 最终的应变也最大, 测点3斜率最大, 随着偏心率的增大斜率也会变大, 最终的应变变小。测点2和测点4的曲线介于测点1和测点3之间, 由于安装误差等原因, 测点2和测点4有不同程度的偏差。
综合分析以上各试验曲线发现, 曲线变化最明显的是测点1, 随着偏心率的增大, 测点1的试验曲线逐渐偏离其他曲线。最不明显的是测点3曲线, 由于测点3是远离偏心一侧的测点, 因此受压时应变变化不大。
3.2 CFRP布加固混凝土构件承载力的变化规律
本文介绍不同偏心率构件加固后极限承载力的变化规律, 此处将对加固和未加固试件作对比, 作的数据已列入表3, 表3中的加固柱为实测数据, 其中未加固柱的极限荷载为按照《混凝土结构设计规范》方法计算得出。由表3可见加固后, A2试件极限承载力提高67%, A3承载力提高55%, A4承载力提高为54%, 可见随着偏心率的增加加固后试件极限承载力提高的百分率会降低。未加固对比试件A0的极限荷载为625kN, 与理论计算值的相差在5%内。由受力机理可知CFRP布加固混凝土柱相当于CFRP布提供侧向约束力使混凝土试件处于三轴受压应力状态[1,4], 同一种CFRP布提供侧向约束力基本相同, 由混凝土三向受力本构关系可知, 多轴受压混凝土试件的轴向承载力大于单轴受压的极限荷载, 且随着侧向约束的增大极限荷载会增大, 因为同一种CFRP布对不同试件所能提供的侧向约束力相差不大, 所以随着试件偏心率的增加试件的偏心近侧受压充分, 试件偏心远侧受压不充分, 且偏心率越大受压越不充分。越不能充分发挥CFRP布的受力性能。因此, 随着试件偏心率的增加, CFRP不加固钢筋混凝土试件承载力提高的百分率会降低。
4 结果总结
本文通过试验研究, 得出了横向粘贴CFRP布加固钢筋混凝土柱的荷载-横向应变曲线变化规律。同时横向粘贴CFRP布加固钢筋混凝土柱的承载力提高31%～67%。随着偏心率的增加, 承载力提高的百分率会降低。所以CFRP加固混凝土柱效果较好, 承载力提高明显, 且偏心率越小加固效果越好。因为本试验所有试件均为小偏压试件, 因此, 本试验的结论仅适用于CFRP布加固小偏心受压构件。从试验可见, 该加固方式基本不改变构件尺寸及自重, 优点较多, 有较好的工程应用价值。
摘要：本文通过采用CFRP布 (碳纤维布) 全包裹形式加固钢筋混凝土方柱的试验研究, 得出了不同偏心率下荷载与方柱测点的横向应变曲线及其变化规律, CFRP布加固混凝土构件承载力的变化规律。从试验结果可见, CFRP布加固方式在基本不改变构件尺寸及自重的情况下, 可显著提高承载力, 有较好的工程应用价值。
关键词：CFRP布,加固,横向应变,承载力,极限荷载
参考文献
[1]卢亦焱, 史健勇, 赵国藩.碳纤维布约束轴心受压混凝土方形柱承载力计算研究[J].工程力学, 2004, 21 (4) :26-27
[2]李志成, 艾德武, 朱隽, 等.碳纤维布加固钢筋混凝土柱抗压强度的力学分析与计算方法研究[J].建筑科技情报, 2003 (2) :14-17
[3]卢亦焱, 欧添雁, 赵国藩.CFRP与角钢复合加固钢筋混凝土中长柱的受力分析[J].固体力学学报, 2005, 26 (3) :310-311
横向加固 篇5
我局国道309线K935+909处王家庄二桥, 始建于1986年, 为1-10 m石拱桥, 桥长29.9 m, 桥面净宽15.6+2×0.5, 桥净空8.7 m, 下部结构为重力式桥台, 扩大式基础。2005年该桥两侧桥台各出现一道1 mm~2 mm裂缝, 局部渗水, 拱圈顺桥方向出现6道较规则纵向裂缝, 缝宽2 mm~5 mm, 并且裂缝随时间增多而加重, 根据以上情况, 2008年列入危桥改造计划, 投资30万元, 2008年7月1日开工, 2008年9月20日竣工。
2 施工方法
鉴于该桥桥面2006年已进行桥面大修, 现桥面良好, 并且在2008年7月~9月份奥运会召开期间, 为保证国道309线车辆正常通行的状况, 此危桥改造设计方案没有采用挖除桥面进行套拱的办法加固拱圈, 而是采用了预应力筋加固拱圈和侧墙的方法, 此方法不中断交通, 主要是在桥两侧通过横向对穿钢铰线并张拉, 将拱圈横向拉紧, 使拱圈的纵向裂缝不再发生, 拱上侧墙也横向对拉, 减小侧墙在外荷载作用下外倾。
3 施工步骤
3.1 确定对穿位置
为加固拱圈, 使拱圈受力稳定, 需在起拱处、拱顶和1/4拱圈处选择对穿位置, 本桥选择了5点钻孔位置, 侧墙每侧在病害严重部位选择3点, 该桥根据病害情况共选择了11个钻孔位置, 如图1所示。
3.2 搭设脚手架和支架
由于此拱桥桥下净空约9 m, 为操作方便, 需要钢管搭设脚手架和钻孔平台, 支架高度、宽度根据实际需要定, 支架要求稳定, 便于安拆, 便于钻孔机移动 (见图2) 。
3.3 钻孔
根据搭设支架情况, 首先钻离桥面最近的1号~5号孔, 用水平螺旋钻机进行钻孔, 钻孔时要注意尽量水平, 钻孔时桥的对面要有专人观察, 钻完后要立即穿入塑料波纹管, 以防止塌孔, 钻孔孔径为8 cm, 波纹管直径也为8 cm (见图3) 。
3.4 穿钢绞线后张拉, 并高压注浆
由于桥面宽16 m, 因此每根钢绞线的长度应为17 m, 钢绞线的直径为15.2 mm, 将钢绞线穿入波纹管 (每个波纹管中穿1根钢绞线) , 然后进行张拉, 锚固, 基本按伸长值为5 cm进行控制张拉力的大小。
张拉钢绞线记录如表1所示。
钢绞线张拉后根据试验室提供的配合比进行高压注浆, 采用50号水泥净浆, 每立方米用普通硅酸盐42.5号水泥1 510 kg, 水575 kg, 并且掺入1.5%KDNOF-1减水剂和8%膨胀剂。根据每孔的体积计算每孔需要的净浆数量, 一次注浆完成一孔。注浆要严格按照灌浆施工工艺要求, 保证水泥浆饱满密实。为了使3, 7, 8, 10, 11孔钢绞线张拉后受力稳固, 在这5个孔位下再布置5条钢绞线, 然后拱圈上下钢绞线用钢板连接, 用螺栓锚紧 (见图4) 。
3.5 封锚
钢板、锚栓加固完成后, 水泥混凝土封锚, 并用防锈油漆涂刷。
1孔~5孔完成后, 拆低脚手架, 用同样的方法, 进行6号~11号孔的钻孔灌浆。
施工完毕后, 用环氧树脂封闭拱圈纵向裂缝, 然后进行观察, 看拱圈在预应力筋的加固后是否有变形和裂缝。
4结语
通过采用预应力筋加固拱圈和侧墙的方法, 我认为比原设计挖除桥面套拱便于施工, 既不中断交通, 又缩短了时间, 节约了投资 (节约20万元) 。在危桥改造中, 如遇类似以上拱圈裂缝等病害, 可采用此方法。
