钢板粘贴补强法在公路桥梁上部结构加固中的应用

董礼文

（威海市公路管理局，山东威海 264200）

0 引言

公路交通的畅通与否很关键的点在于桥梁是否通畅，而往往因为线路中某些桥梁的承载力和通行力不足以满足要求而影响全线的畅通。故世界各国开始普遍关注如何充分利用现有桥梁进行加固维修来提高交通承载能力这一课题，为此专门监理了国际性的研究机构开展研究。1980年和1982年分别在布鲁塞尔和巴黎、华盛顿就如果利用和改造旧桥的问题展开国际性的专题会议；OECD(经济合作与发展组织)调集24个西方国家共同参与了一项研究，就关于桥梁检查、承载力的鉴定以及桥梁养护行装的课题做了研究报告。由此可见，通过建设新桥相比旧桥养护加固来提高承载力耗时更长且更为耗费人力财力物力。因此通过修复加固旧桥而实现旧桥再利用已成为各国共识。

1 钢板粘贴补强法的加固机理及其优势

1.1 钢板粘贴补强法加固机理

钢板粘贴补强法就是把采用环氧树脂系列粘合剂把钢板粘在钢筋混凝土结构物的被拉边缘或薄弱处使钢板与结构物变成一个整体在不用增加补强钢筋的情况下而提升桥梁承载能力的加固方法[1]。钢板加固结构时，一般的做法是用环氧树脂作粘结剂，把钢板和混凝土粘在一起。与混凝土相比，环氧树脂的弹性模量相差不大而抗拉强度却大得多，通常介于60～80 MPa之间：环氧树脂的抗剪强度一般在7～10 MPa之间。应该引起注意的是：环氧树脂的配方很多，不同的配方性质差异很大，在实际加固中应该仔细选择粘结剂，使其满足要求。钢板粘贝辞卜强的性能阔:粘贴力强,后强度高是环氧树脂砂浆所具有的显著特征,将钢板与混凝土结合成一个整体,利用钢板性能使拱圈或梁板的抗弯拉应合力得到大大的提高,弥补混凝土抗拉应力低的弱点,也就说直接增加混凝土糊牛的钢筋数量,或者说表示在素混凝土构件中直接增加了相当数量的钢筋。通过对环氧树脂砂浆进行调试验证，要想抗拉强度大于10枯/cm，需要砂浆固化后抗压力强度值高于50，这样钢筋钢板间的粘结力达10枯/cm时通常高于6 kg/cm，数据表明，环氧树脂做为建设材料使用既经济又实用。通过环氧树脂系列粘结剂对钢板或槽钢粘贴在钢筋混凝土的结构的影响承载力的部位进行修复补牢，这样就不用额外增设补强钢筋,就能实现现有结构不变的情况下承载能力得意提升,达到的补强效果,这就是环氧树脂钢板粘贴补强法的技术要领，钢板是受拉缘为最佳,槽钢受压副圭。

钢板加固结构时，用环氧树脂粘结一般都能满足要求：即结构破坏时不会沿着环氧树脂折界面脱离，而是梁底靠近钢板混凝土首先开裂破坏。文献对钢板和混凝土间的最大剪应力和锚固长度的计算方式说明，正常的使用状态下，截面粘结的地方要想保持安全状态要求截面的最大剪力不大于5 MPa。计算时当锚固长度在6 cm以下，锚固长度统一设置为50 cm。在实际施工时，普遍有一种做法是，在钢板的端部钻孑，插入预应力螺栓，通过上紧螺栓对钢板施加预加压应力，以这各方式来保证钢板不和结构脱离。试验证明：用这种方法后，钢板和混凝土之间的剪力随预应力的增加而增加，即使不施加预应力，截面的剪应力也会超过10 MPa。这样往往是钢板和混凝土分享后螺栓才被激活、发挥作用，而此时结构已经受到了较大的损害，最终的结果是承载力反而不能提高。因此，建议实践中不采用螺栓锚固钢板的做法。

1.2 粘贴钢板加固钢筋混凝土结构优势明显

不需要破坏原有结构，且结构尺寸没有额外加大不会对原结构空间要求产生影响。施工从开始到结束只需很短的时间，交通照常通行。同别的加固方法进行比较，费用省，技术操作性强，质量有保障，不破话结构原貌。正因为有这样多的优点，粘钢技术自上世纪60年代出现以来，一直倍受工程界的重视，得到了广泛的应用。然而，粘钢技术运用过程中，由于个人对该门技术理解不同，在实践中的具体操作也不同，目前为止，还没有形成统一的规范。在粘贴的实践中，一般都在表面刷上一层防腐化学溶剂来阻止和减少钢板的腐蚀，这各做法是行之有效的。粘贴钢板加固混凝土结构一般都用环氧树脂作为粘结材料，而环氧树脂的特性是受紫外线时，容易发生分解、产生才华。在粘钢结构中，环氧树脂处于钢板和混凝土之间，不会受到紫外线的图景，粘钢结构的耐久性是比较好的。试验显示，粘钢加固的混凝土结构，在加载的状态下，经过12 a的耐久性试验，截面粘结良好，并且界面的粘结强度有所提高，使结构的最终承载力也有所提高。另外，在潮湿和腐蚀环境中的试验证明：10 a年暴露后，钢板加固的混凝土结构承载力没有降低，尽管钢板的表面有少许腐蚀。

2 钢板粘贴补强法对公路桥梁上部结构进行加固案例分析

2.1 工程案例

胜利路沙河桥，位于鞍山市，1987年由该市市政工程设计研究院全权设计并由旗下的市政公司中标完成施工。采用装配式预应力混凝土组合箱梁(JT、GQs020—80)槽型结构，单跨跨净30 m，共7跨，总跨径为210 m。全桥设置13片梁，成桥主梁相间3.1m，粱的宽度和高度分别预制为2.0m、1.4m。该桥设计荷载标准为汽-20级、挂-100，人群荷载3.50 kN/m2[2]。2002年时该桥已无法满足通行需求，研究通过利用钢板粘贴补强法对该桥进行加固以此提高此桥的承载能力。实验验证，加固后足以让一辆重量超过桥梁设计最大荷载的重量高达630 t的车辆通过桥梁。该项补强方案大大提高了该桥的承载能力，加固后经多年使用，该桥完全满足了未来较长一段时间的交通发展需求。

2.2 公路桥结构加固中使用钢板粘贴补强法具的技术要领

2.2.1 施工方法

根据粘结剂的使用方法的不同分为注入法和压贴法两种。注人法,是将环氧树脂粘结剂调为液状在钢板安装后用注人法加人;压贴法，是将环氧树脂粘贴剂在钢板粘结之用刷子在结构体上刷好,采用压贴的方法把胶装粘结剂调均匀地沾在结构物之上。

2.2.2 施工工艺流程

（1）将拱顶下面粘贴部位利用砂轮的反复研磨直到接近骨料层。

（2）制作好钊刚反用于粘贝劫口固,并对表面进行处理,按标准尺寸把钢板切割好后,采用刨床把粘贴表面进行加工痕迹成成菱形网格有助于增加粘纤能力,钢板通过喷砂来去除锈迹等;厚度根据补强需要而定,建议览度250 m,长度按拱底弧长最多分三块,最好是一块,钢板弧度加工成接近于拱底的弧度。

（3）在钢板和混凝土底面相对应的位置采用梅花型或均匀交叉型钻孔布点时可用电钻和冲击钻进行,钊刚反钻孔要预留有一定的空间余地如训钊椭圆形或槽形扩大孔以减小错位或者位置对应不准的麻烦。胀锚螺栓和环氧树脂枷占剂压浆予埋都可用于钻孔后底面螺栓。

（4）钢版表面油脂使用丙酮进行清洁，混凝土表面可利用毛刷进行除尘。

（5）配制严格比例的环氧树脂粘结剂作为下面步骤的主要使用材料。

（6）用上个步骤中己陪制好的环氧树脂作为粘结剂在钢板和混凝土粘结面进行涂刷，用刮刀进行涂刷容易达到均匀的效果，特别是混凝土底部面上比较难刷，要多花时间。

（7）先把钢板与混凝土粘结面打好底层，然后按照设计时要求的厚度将胶状粘结剂用刮刀在钢板上均匀涂上。

（8）分块刚反,并迅速拧紧车蒯隆或锚固好的螺栓,必要时还要使用一些顶紧支撑,空气可通过轻轻拍打钢板从排水立管抽出[3]。

（9）焊缝应严格按照设计要求,将对接接头进行牢固焊接,不够牢固时可用注浆粉浆进行补充。

（10）环氧树脂粘结养生期一般在72 h以上,但养生时间不是一成不变的，需要根据气温的变化而有所增高或减少。

(11)胶状环氧粘贴剂要浓度高一些，当在钢板与混凝土表面之间出现缝隙时进行填补。

(12)用钢丝刷清除钢表面的锈迹,刷一遍灰漆两遍红丹漆预防钊刚层生锈。

(13)检验查收。

3 结语

从本桥加固实例可以看出，粘贴钢板加固上部梁，可将主梁承载力提高10%以上，满足超重型车梁通行需求，而且施工简单、方便，可以在不中断交通的情况下施工，大大减少工程造价。粘贴钢板法加固梁桥这些优点是其他方法所无法比拟在设计桥梁加固方案而越来越得到广泛青睐。本次论文中讨论的情况是超载车辆单独均速驶过桥梁[4]，在这次超载车辆通过该桥方案采用的是桥面铺设钢板，增加车轮数量已达到分散集中荷载值、增加整体强度，来解决强度不足问题，但这只是临时性的，不能完全解决承载力不足问题，只有实施永久性加固，方可解决这一问题，本论文讨论的粘贴钢板法应是理想的加固方案。

[1]姚玲森.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,2014.

[2]姚玲森,程翔云.钢筋混凝土梁桥[M].北京:人民交通出版社,2012.

[3]交通部公路司.公路旧桥承载能力鉴定办法[Z].2009.

[4]JTJ021—89,公路桥涵设计通用规范[S].