在桥梁工程加固中植筋技术与张贴钢板法的应用研究

杨永欣

（石家庄市藁城区公路管理站，石家庄052160）

在桥梁工程加固中植筋技术与张贴钢板法的应用研究

杨永欣

（石家庄市藁城区公路管理站，石家庄052160）

桥梁是交通运输功能的重要载体，尤其在20世纪七八十年代修建的大量桥梁，依照当时的《公路工程技术标准》及《公路桥梁设计规范》，其荷载等级多为汽车:15t；拖车：80t或汽车:20t；挂车:100t，至今很多桥梁仍在服役使用，因气候变化、汽车轴载的提升及超限车辆的诸多原因,桥梁疲劳损坏速度不断加剧,如何采取低经济维修和安全再利用,而且保证交通运输功能是亟待解决的技术课题。

植筋技术；粘贴钢板；桥梁加固；应用研究

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.11.020

1　引言

植筋技术是目前交通行业加固旧桥上下部结构的最科学与简捷的技术手段，它可以在最短的时间内从原混凝土结构表面通过钻孔、采用专业植筋胶,通过植筋锚固形成空间体系，而后再与钢筋网或钢板连接形成坚固的骨架，通过再次浇筑混凝土或喷射混凝土使原有的结构断面增大，从而提高该结构的抵抗荷载弯矩和惯性矩，同理提高结构安全系数与交通运输能力，具有重要的经济意义与广阔的技术前景[1，2]。

2　植筋技术原理

植筋本身对混凝土结构具有简捷有效的连接与锚固作用，通过在结构表面钻孔后使用专业黏结剂与钢筋形成黏结与嵌锁作用，使植筋与混凝土黏结牢固，形成整体结构受力[3]。

该技术理论适用于桥梁下部工程的墩台、墩柱、盖梁及上部的T型梁、箱形梁、空心板等结构工程。

3　植筋技术的应用条件

植筋技术应用指标参数见表1。

表1　植筋技术应用指标参数

4　施工流程

根据设计文件确定加固位置与面积—清扫结构表面—施工钻孔放样—钻孔后再清空干净—灌入植筋黏合剂—植筋锚固并检查垂直度—静置固化—质量验收。

4.1植筋定位与钻孔

钻孔前使用钢筋探测仪探测桥梁构件需要植筋的位置，去掉保护层暴露钢筋，若植筋位置存在钢筋应该适当调整钻孔位置，不能影响原钢筋受力。

钻孔后应保证孔壁清洁，一般采用压缩空气喷嘴清理孔壁灰尘，旨在保证孔壁与钢筋的黏结力。

4.2植筋用胶黏合剂

通常采用环氧树脂+乙二胺+丙酮+二甲酸二丁酯；自行进行配置成施工混合液，市场普遍供应专业的（安得固、喜利得、JCN-1或JCN-2等）建筑植筋胶技术指标如表2所示。

表2　建筑植筋胶技术指标参数

4.3植筋

植筋黏结剂应使用专业注射工具进行灌注，灌注计量控制在孔深的2/3，并保证在植入钢筋后有少许的胶液溢出而饱满。注入胶液后单方向旋转插入钢筋直至设计深度，使之达到钢筋与孔壁间隙均匀且摩擦力大小一致，保证植筋的位置与垂直度符合设计要求。

4.4植筋固化

黏结剂固化前不准触动或震动完成的植筋，防止影响植筋与孔壁的黏结力。

5　粘贴钢板法应用原理

钢筋与混凝土能够共同关注的力学原理是：两者的线膨胀系数基本相同，即混凝土的线膨胀系数为1.0伊10-5，而钢材的膨胀系数为1.0伊10-6。因此，两者可以承受杆件的拉压受力，而且通过计算的钢板代替了设计的钢筋并不考虑保护层直接受力，同时满足荷载作用下的受力状态所需要的抵抗拉弯强度，根据结构断面力学平衡条件，加固后的结构当承受正应力状态条件下应该满足以下条件：

式中，Ra为混凝土轴心抗压强度,MPa；b为混凝土截面宽度；xj为混凝土截面受压高度；Rg、Ag分别为钢筋的强度与截断面积；a1为加固后的混凝土保护层尺寸；Rs,As分别为加固钢板的强度与截断面积；Mj为计算弯矩；h0为截面有效高度；γs,γc分别为钢板与混凝土的安全系数，一般为1.25。

6　植筋技术加固桥梁的工程案例

河北廊坊市广阳区采育至留各庄（采留线）县道一座20世纪80年代设计修建的桥梁，上部结构跨径为16m的T型梁，现场实地检测分析具有大量受压区竖向裂缝与支点部位的斜向裂缝，经过查询原始设计文件为混凝土强度C25，配筋计算采用的容许应力法，通过技术论证该桥梁可以经过加固提高承载力再利用延长服役年限，具有经济价值与技术意义。

6.1加固技术方法

使用植筋技术与粘贴钢板锚固法。利用原T型梁构件内的钢筋混凝土所具备的抗弯及抗剪能力，在正弯矩最大处的底面和梁端的抗剪斜截面进行植筋与黏贴钢板加固，钢板的设计与布置形式满足正应力与斜截面的剪应力设计原理，通过增加构件的高度驻h与宽度驻b，使构件截面的惯性矩得到提高。加固主要计算任务是确定钢板的位置、面积和植筋用量、植筋与螺母固定连接方法等内容，T型梁的加固形式见图1。

图中：bi为混凝土截面宽度；b为混凝土中性轴以上受压宽度；h为惯性矩截面高度；驻h为截面增值高度。

6.2粘贴钢板的理论假设与计算

采用埋植钢筋与黏贴钢板加固T型梁的方法如图1所示，其中在正弯矩的梁底或梁体端部斜截面可采用植筋与粘贴钢板，用以提高正截面应力和抗剪应力，意义在于通过增加梁体地面抗拉应力提高梁体抵抗弯矩的正应力；同时提高了梁体的惯性矩，如果惯性矩截面高度不够，则可在梁体顶面通过凿毛、埋植钢筋连接钢筋网、现浇混凝土增值高度Δh增加截面高度继续提高截面惯性矩。

6.3计算方法的基本假定

1）如果以图1b为研究对象，若 驻h=0，而不考虑增值高度驻h内配筋的情况下，对新旧混凝土视为同一强度等级。

2）因为钢板与混凝土接触面不能共同变形，必须通过锚栓（植筋）的作用使梁体与钢板形成一个共同受力的一次超静定体系。

3）按容许应力法所计算的加固构件力系应分为2个部分的叠加，一部分是加固后的一期荷载所引起的截面应力由原构件承担，而且提高承受自重和新加恒载的能力。另一部分是加固改造后的二期恒载及活载引起的截面应力，一般情况下σg0+σg2逸[σg]时，可判断此构件不需要加固。[σg]为钢筋的容许拉应力，如图2和图3所示。

图2　恒载应力计算

图3　二期恒载及活载作用

7　全部恒载作用下原截面的应力计算

根据截面内外力平衡条件可建立3个基本方程:

式中，σh0、σg0分别为原截面上缘混凝土及钢筋由全部恒载引起的应力；h0为截面有效高度；b为混凝土中性轴以上受压宽度；Ag0为原截面钢筋截面积；M0为全部一期荷载产生的截面弯矩;x为受压区高度。

1）新加混凝土厚度驻h因标高的限制，一般情况下是定值，主要任务是确定钢板的用量，如图3所示，假设二期荷载及活载作用下截面产生的弯矩为M1，则通过以下步骤计算钢板面积Ag。

2）原旧构件顶面混凝土的总应力为σh0+σh2，钢筋总应力为σg0+σg2，如果σh0+σh2臆[σw]时,则采用低筋设计（[σw]为应力的微量变化），否则采用平衡设计。

平衡设计时：

如果是低筋设计时,应注意到新加混凝土和钢板的存在，按容许应力法计算钢筋混凝土受弯构件的换算截面几何特征的方法，可直接换算钢板截面积。

3）锚固钢板的植筋代替锚栓计算方法[4]

锚栓的根数计算：

式中，As为加固钢板的面积；f和fv分别为锚栓的屈服强度和抗剪强度；Am为单根锚栓的截面积。

锚栓的作用是让钢板与混凝土接触面不允许共同变形而具备弹性和塑形，通过锚栓的作用使加固的梁与钢板形成共同受力的一次性超静定结构体系。

8　结语

植筋技术与粘贴钢板法在桥梁维修加固中的应用是全新的现代理论验证，适用于旧桥梁下部工程的墩台、墩柱、盖梁以及上部的T型梁、箱形梁、空心板等结构工程。具有技术简捷、造价低廉、可使得现有旧桥梁结构的承载力再次提升安全系数和再利用，同时标志着交通建设理论的先进性与创新性，具有广阔的科技研发与技术前景。

【1】向中富.桥梁施工工程师手册[K].北京：人民交通出版社，2011.

【2】刘来君.桥梁加固设计施工技术[M].北京:人民交通出版社，2004.

【3】叶见曙.结构设计原理[M].北京：人民交通出版社，1997.

【4】JTG TF50—2011公路桥涵施工技术规范[S].

PlantingReinforceBar TechniqueandPost PlateMethod ApplicationResearchin the BridgeengineeringReinforcement

YANG Yong-xin

（RoadAtationofGaochengDistrictinShijiazhuangCity，Shijiazhuang 052160,China）

Bridge is an important carrier of transportation function,especially the bridges builed in the 70～80 years of the 20th century,according to the“highwayengineering technicalstandards”and“highwaybridgedesign specification”,the load level for steam：15 t;Drag：80 torsteam：20 t；Hang：100 t,andup tonowmany Bridgesarealsobeen inserviceuse,due to theclimatechange, automobileaxle loadofascensionandoverloadedvehicles,thebridge fatiguedamagespeed is increasing,sohow to take low econom ic maintenance and ensurethe transportation functionare theimportanttechnicalissuestobesolved.

planting reinforcebartechnique；pastethesteelplate；reinforcementbar；applied research

U445.7+2

A

1007-9467（2016）11-0075-03

杨永欣（1972～），女，河北石家庄人，工程师，从事公路养护管理研究。

2016-05-11