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浅析桥梁面板单板受力成因及其维修加固措施

2022-07-25 10:06:32

浅析桥梁面板单板受力成因及其维修加固措施

                                                                 

摘要:公路桥梁单板受力现象的产生和发展对桥梁结构、道路行车安全非常不利。桥梁单板受力是一种综合性病害,在维修处理过程中需要耗费大量的人力、物力、财力,因此在桥梁维修加固时,要找准原因,应优化设计和施工程序,强化对公路桥梁的维修和加固,提高旧桥的承载能力和行车恨不能,延长其使用寿命。本文结合实际病害检测分析病害成因,介绍了其维修加固对策。

关键词:公路桥梁;单板受力;维修加固

随着我国交通事业的迅猛发展,公路交通运输量也大大增长。行车密度和车辆载重越来越大,使得一部分桥梁不堪重负。近年来,特别是桥梁单板受力现象越来越多,该病害表现在行车荷载作用下,桥梁铺装和梁板之间的铰缝发生破坏,使得车轮荷载无法进行横向传递,致使由某一块梁板单独承受车轮荷载作用,严重影响了桥梁寿命和行车安全。

1. 桥梁单板受力损坏的情况

所谓单板受力,即桥梁上部板梁结构中部分板梁之间失去横向联系后,产生某一块或多块板梁单独受力的情况。桥梁出现单板受力病害后,由于荷载横向分布系数比设计值增大,板梁不能共同受力,桥梁的整体承载能力降低,桥梁横载面上的梁板之间无法相互传力。某块板梁单独承受荷载,加剧单板疲劳破坏,使桥梁上部结构处于极为不利的受力状态,降低桥梁的耐久性和使用寿命,对行车安全造成极大隐患。

对某地区调查发现,近 1/4 的小桥涵出现了不同程度的单板受力病害,主要集中在8m-18m 的钢筋混凝土矩形实心板小桥涵上,目前,已对单板受力严重的小桥涵进行了处理。此病害呈现出一定的规律性,主要表现为:从桥面上观察,行车道位置的桥面铺装开裂、碎裂,进而形成车辙和纵向贯通裂缝,纵向裂缝有规律性地分布重车方向板间铰缝的上方,且纵向裂缝局部混凝土松散,形成坑槽,行车平顺性降低。在桥下观察,重车半幅小桥涵较缝混凝土普遍开裂、脱落,重车方向板间铰缝混凝土呈块状剥落严重(与桥面铺装行车道纵向贯通裂缝相对应),且存在严重的沿铰缝渗水痕迹;单板受力病害均发生于重车方向小桥涵上;大部分单板受力小桥涵板端与桥台背墙连接处的桥面铺装存在横向贯通裂缝;在重载车辆作用下,由于板间铰缝横向联系失效,导致部分小桥涵行车道外的梁板底面跨中部位形成有规律的横向贯通裂缝。绝大部分单板受力的小桥涵为正交桥。

随着运营时间增长,重车半幅桥涵的受损数量和受损程度呈现不断增多和严重的趋势。由于桥梁上部结构的各梁板间横向联结主要依靠绞缝及混凝土铺装层实现,上述病害将导致横向联结失效,单板受力的存在削弱了桥涵上部结构的整体性,降低了桥涵的整体承载能力,同时使得上部主要承重构件处于非常不利的受力状态,在重载车辆的作用下,对交通安全构成隐患。

2.单板受力成因影响分析

2.1 单板受力病害特征

1)当重型车通过单板受力病害梁板时,产生明显弹性下挠,使其与相邻两侧板梁上下错动,形成台阶,待重车通过,这种错动消除。

2)一般多发生在重车行驶方向行车道范围内钢筋混凝土板上。

3)发生病害的板梁桥,其铰缝混凝土被剪坏,并逐步松散而脱落。

4)由于车轮冲击疲劳作用,桥面行车道上沥青面层普遍存在车辙和纵向贯通裂缝,纵向裂缝具有规律性地分布在行车道铰缝上方,甚至严重时形成一条破碎带。

5)由于桥面上积水不能及时排除,开裂后的防水混凝土层不能阻止雨水、雪水向下渗流,板底与墩台帽上留下明显的渗水痕迹,并发生碱集料反应而碱蚀破坏。6)长期在超载车辆的反复作用下,该病害将日益加重,梁板的过大弹性下挠将发展成塑性变形,发生单板受力病害的板与相邻两侧板梁之间形成持续性台阶。

2.2 单板受力成因分析

经调查研究并加以分析,形成单板受力的原因主要有以下几点:

1)铰缝施工质量不易控制也是造成单板受力的一个主要原因。从现场可以看出,部分桥涵的铰缝较宽,铰缝混凝土松散、铰缝振捣不密实现象普遍存在。铰缝施工质量不高可直接造成上部结构横向联系薄弱,导致整体承载能力降低。

2)小桥涵与大桥相比,恒载内力所占比例小,活载内力所占比例大的多,也就是说重车在小桥涵上的荷载效应大,造成的破坏较严重。因此,在超载车辆的频繁冲击下极易造成小桥涵的损坏;小桥涵设计是按铰接板法计算,铰缝简化为铰传递剪力,铰缝完好时,在设计荷载作用下,铰缝能够按假设情况正常传递剪力,但是在超重车辆,尤其是超载严重的车辆作用下,铰缝并不能够以情况传递剪力;铰缝受剪过大导致铰缝损坏。而且当铰缝横向联系损坏,形成单量受力时,荷载提高将近2倍,对梁板的受力非常不利。

3)小桥涵设计时,铰缝企口较小,横向联结钢筋较细,铺装防水混凝土层较薄,铺装钢筋网配筋较细,降低了铰缝横向传力。造成铰缝所能承担的剪力降低。桥面排水不良以及铺装防水性能差,也加剧了铰缝的破损失效。

综上所述,车辆超载是直接导致小桥涵单量受力的原因,同时铰缝施工质量较差也是形成单量受力的主要原因,而上部结构横向联系薄弱,铺装混凝土太薄、铺装钢筋网配筋较细以及桥面防排水不良则加速了单板受力的形成。

3.单板受力的加固与维修

单板受力造成上部结构横向联系薄弱,整体性能较差,加速了上部结构的破坏,给行车安全造成严重隐患。应通过提高承载能力的方法根治,为此采取以下加固办法:

1)铣刨桥面铺装,凿除水泥混凝土铺装及铰缝的剥落松散结构。在梁板顶面植筋,用环氧砂浆或其他粘合剂插入一定长度的竖向钢筋,该钢筋伸入铺装层,锚固钢筋顶部与铺装钢筋进行焊接,使桥面铺装与梁板共同参与受力。

2)提高铰缝混凝土标号,在大企口铰缝中增设钢筋,在小企口铰缝顶面增设铰缝横向联结钢板,以加强铰缝横向传力增强上部承重构件的横向联系。

3)加强上部结构整体性,水泥混凝土桥面铺装厚度应加大。改变原两层桥面铺装结构层为一层防水混凝土,加强桥面铺装的布筋加粗、加密铺装层钢筋网中的横向钢筋,以实现有效的横向传力。

4)提高防水混凝土标号,在防水混凝土中掺加防水剂和聚丙烯纤维,改善混凝土的抗裂、抗渗性能。

5)浇筑铰缝混凝土和桥面铺装前,必须用钢刷除结合面上的浮皮,用水冲洗后浇筑,并振捣密实。位于行车道位置的板存在横向裂缝,如果裂缝分部均匀、细密,在除去桥面铺装二期恒载的情况下闭合较好,可用环氧砂浆进行修补并在板底粘贴一层高强度碳纤维布,粘贴碳纤维布不仅可以封闭裂缝,而且可以加固补强提高上部承生构件的承载能力。对于跨中已经发生开裂,刚度降低的重车道下的梁板,如果裂缝较大,不能闭合、破坏严重,应更换新梁板。

6)板上部横桥向粘贴钢板,改善桥梁横向受力状况。

7)施工完成后应加强交通管制,采取相应的限载控制措施,设置超限运输检查站,加大管理及查处力度,对超载车辆予以卸载后通行。

4.结论

经过调查,分析桥梁单板受力的成因,采取上述办法通过改变桥面铺装层的构造,加强梁桥的整体受力性,同时设置钢筋网、加焊连接钢板, 提高了混凝土桥面铺装层抵抗横向弯矩的能力,有效地提高了各梁板之间的横向联系,较大程度地改善了铰缝混凝土的不利受力状态。维修加固后,经过一年的汽车行驶,证明桥梁维修加固后能够适应大部分载重车辆安全通过,说明上述维修加固方法对消除单板受力病害非常有效。

 


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