桥梁粘贴钢板加固

无论是公路还是铁路的梁式桥,其主要承受弯拉作用的结构在长期运营后，由于交通量逐年增加、车辆严重超载、原设计荷载标准较低、原设计或施工存在先天缺陷、自然灾害、基础非正常下沉（河流因挖砂等原因导致局部冲加大，河床下降严重，导致扩大基础淘空或桩基有效长度变短等）、未进行耐久性设计以及养护管理不到位等原因，出现了承载力（包括承载能力极限状态和正常使用极限状态）下降或不满足现行规范要求的技术状况，当承载能力损失不大时（一般当检算承载能力大于最不利状况条件下荷载组合效应的90%）对行车及桥梁结构安全带来不可忽视的威胁。这时可采取粘贴钢板加固工艺进行加固处治，恢复原结构受力状态，以消除隐患。

一、病害描述

1、跨中主梁（盖梁、横隔梁）下缘横向裂缝和U型裂缝

主梁（盖梁）跨中区段（L/4～3L/4）下缘出现缝宽超过规范限值较严重的横向裂缝，并出现个别高度不超过中性轴的U型（腹板和底板连通）裂缝，其间距分布较均匀，与箍筋分布位置高度相似。下缘横向裂缝较宽，超过规范限值，U型裂缝腹板部分裂缝宽度较小；桥梁跨中受压区顶板混凝土结构完好。

2、墩顶主梁（盖梁）上缘横向裂缝

主梁（盖梁）墩顶区段（L/4～L/4）顶板出现部分缝宽超过规范限值的裂缝，并伴随有渗水和泛碱现象，其缝宽上缘最宽，越往下越小。

3、墩顶主梁（盖梁）45°斜裂缝

主梁（盖梁）墩顶区段腹板出现沿支座中心下缘向跨中方向45°斜裂缝，裂缝在中性轴处（正应力为0，而剪应力最大）缝宽最大，向两端逐渐变小。

二、原因分析

1、钢筋混凝土结构在自重及荷载作用下处于带裂缝工作状态，裂缝在超载、冻融（北方）、钢筋锈胀、碱骨料反应和环境腐蚀等作用下逐渐加大，使结构刚度降低、中性轴逐渐上移，承载力下降，从而导致结构裂缝更加严重。

2、预应力混凝土结构当设计荷载等级较低或重载交通较多或超重车辆偶然通过时，跨中下缘和墩顶上缘较低的压应力储备消耗殆尽且处于超限拉应力状态，长期以往，在冻融（北方）、钢筋锈胀和环境腐蚀等叠加作用下，最终导致产生上述结构裂缝，使结构承载能力降低。

3、设计中给出的张拉控制应力均为锚下控制应力，而施工中多将此理解为千斤顶张拉应力，未考虑锚圈口摩阻损失（当张拉方向与管道轴线不平行时更严重），导致实际张拉力达不到设计值，从而导致承载能力不足而产生上述各种结构裂缝。

4、早期预应力孔道压浆均采用水泥浆掺膨胀剂材料，实践证明，这种材料泌水率较大，收缩严重，使预应力束与梁体混凝土未能充分形成整体，从而导致预应力松弛损失加大，泌出来的多余水分导致预应力钢材锈蚀甚至锈断，最终导致结构承载能力严重下降，并产生上述各种结构裂缝。

5、组装式桥梁预制时未设置反拱，以及相邻主梁间安装时存在错台现象，导致桥面铺装层厚度不均匀，只能采取加厚调平层来调整，导致结构自重荷载加大使承载能力相对降低，在重载交通较多或超重车辆偶然通过时，容易产生上述结构裂缝。

6、在不合理的工期要求下，混凝土张拉龄期太短，使其大部分收缩变形不能在张拉前完成，导致后期因混凝土收缩引起的预应力损失加大，引起跨中下挠并产生上述各种结构裂缝。

7、因设计中考虑不全面，导致结构先天性承载能力不足而产生上述结构裂缝。

8、因设计时耐久性深度不足，在环境因素影响下，导致混凝土劣化和受力钢筋腐蚀而承载能力下降并产生上述各种结构裂缝。

9、因施工过程质量控制不严格（断面尺寸误差过大、预应力管道坐标误差过大、施工顺序不当、混凝土强度不足、材料不合格等），导致结构承载能力不足而产生上述各种结构裂缝。

10、因养护管理不当，导致后期增加恒载（加铺铺装层、增设绿化带及景观设施等）过多，使结构承载能力严重降低而产生上述各种结构裂缝。

11、超静定结构因地基过大的不均匀沉降而导致主梁承载能力相对下降而产生上述各种结构裂缝。

12、因各种偶然荷载（滑坡、崩塌、泥石流等产生的堆积物荷载、车辆轮船撞击荷载、地震荷载等）作用导致主梁受损严重，承载能力严重下降而产生上述各种结构裂缝。

三、维修方案

针对上述结构承载能力下降不大（检算承载能力不小于最不利状况条件下荷载组合效应的90%）但存在安全隐患的桥梁，必须采取可靠的措施来恢复其承载能力。

采用粘贴钢板加固法来补强结构承载能力是解决这种病害的一种成熟的加固工艺。其原理是：采用专用粘钢胶和锚固螺栓将钢板条沿受拉方向粘贴在钢筋混凝土结构受拉区薄弱部位混凝土表面，使之与原结构形成整体，用以代替需增设的补强钢筋，限制裂缝开展，且受力均匀，不会在混凝土中产生应力集中现象，从而增加开裂后结构的抗弯刚度，使结构挠度减小，改善钢筋及混凝土的应力状态，提高梁的承载能力，以达到补强效果。其中锚固螺栓作为钢板的永久附件来提高黏结层抗剪强度。

根据其施工工艺分为干法粘钢与湿法粘钢两种。

干法粘钢是指直接涂胶粘贴钢板的加固方法：混凝土和钢板各自的结合面处理合格后，先在混凝土表面和钢板表面上涂刷粘钢胶，然后将钢板用锚栓与混凝土连接并加压，以粘钢胶从钢板边沿挤出为度，使所涂刷的粘钢胶充分渗透扩散在结合面上，从而将钢板与混凝土粘结为整体。一般适用于厚度不大于5mm、宽度不大于20cm的钢板条粘贴。

湿法粘钢是指采用压力注胶粘贴钢板的加固方法：混凝土和钢板各自的结合面处理合格后，先采用锚栓将钢板与混凝土连接并预留3mm间隙，然后将钢板四周封边并安装注浆孔和排气孔，最后在钢板封边胶完全固化并有足够强度后采用压力注浆法将粘钢胶注入钢板与混凝土间隙中将钢板与混凝土粘结为整体。一般适用于厚度大于5mm的钢板条或宽度大于20cm的大块钢板粘贴。

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