桥面维修加固（精选7篇）
桥面维修加固 篇1
近年来,道路车辆日趋大型化、重型化以及交通量迅猛增长,使桥梁经受的冲击力、荷载疲劳程度及应力超过频率不断提高,因而桥面铺装层常处于极其严酷的使用状态[1]。对于20世纪60、70年代修建的较低标准水泥混凝土桥梁以及80、90年代快速施工的水泥混凝土桥梁而言,其桥面破坏情况更为严重,远远不能适应现代交通的要求。钢筋混凝土桥面铺装层经常造受的主要破坏形式有裂缝、磨耗、剥离、露筋、钢筋锈蚀,严重的会出现碎裂、脱落、洞穴等病害。其具体原因涉及诸多方面,许多学者及工程技术人员对此进行了研究与探讨[2,3],主要归咎于交通发展迅速,与原设计不相适应;施工质量不良以及使用中遭受外界荷载等的影响。桥面铺装层出现碎裂、脱落等严重破坏现象后,将直接影响车辆的过桥通行,并严重地危及人民生命财产安全[4]。以武汉长汉大桥、武汉长江二桥大修工程及汉荆高速公路桥面铺装层病害处治工程为背景,对混凝土桥面铺装层的维修与加固技术进行研究,并应用于上述实际工程,取得了显著的社会与经济效益。
1 桥面铺装层维修与加固设计原则
1)混凝土桥面铺装层出现表面碎裂、脱落或洞穴等严重病害时,必须进行维修。修复时,可凿除全部原破损铺装层。
2)旧混凝土桥面铺装层通常厚度较薄,而且由于施工等方面原因易造成厚度不均匀,一般在4~8 cm范围内,多数在5 cm左右。混凝土原设计标号一般偏低,且钢筋网钢筋直径偏细。在不增加桥面标高及自重情况下,为提高动荷承载力,宜增大钢筋直径,并提高混凝土强度等级。
3)许多旧桥是梁板结构,板块之间通常缺乏强力连接,易出现顺桥向裂缝。维修时建议凿除所有梁横向联接处的混凝土,对横向连接处进行钢筋焊接加固或植筋加固。
4)桥面补强层加固宜采用钢筋网与纤维增强微膨胀高性能混凝土。即底层布钢筋网,上层为钢丝网,另配制纤维增强微膨胀高强混凝土(防裂与防水混凝土)进行浇筑。由于铺装层薄,要求抗振动性、抗疲劳性、耐磨性强,有条件者采用高强度不锈钢丝纤维增强混凝土浇筑效果最佳。
5)为使桥面铺装与梁板结合紧密,避免形成“两张皮”,使桥面铺装共同参与受力,同时固定桥面铺装钢筋的位置,可采用“植筋”技术,并在新旧混凝土之间喷涂高性能界面粘结胶。
6)严格控制施工质量,梁板顶面凿毛后,需用高压气泵或水枪清理干净;严格控制混凝土配合比及坍落度。
2 桥面铺装层维修与加固施工技术
2.1 旧桥面铺装层的处理
1) 旧桥桥面铺装层的凿除
首先用切割机将修复的桥面铺装层与暂不修复的部分切割开来,以免凿除修复部分时殃及邻里。切割时,应注意切割的深度,避免切断铺装层钢筋,使得修复段与未修复段钢筋无法连接,形成新的施工缝,从而影响桥面铺装层的整体性。因此,切割的深度应以切割到钢筋为准,下面的部分采用凿除的方式。
2) 测量
将桥面划分为1 m2的方格,计算并量测好设计标高后,按纵横方向进行编号分别量测各交点处的深度或标高,并进行列表记录。
3) 粗面
凿除后的桥面表面处理,非常重要,直接影响着后期桥面铺装层的施工质量及使用寿命。对旧混凝土表面粗面时,可采用人工在表面用凿刀进行轻击的方式进行,同时要掌握好力度。
4) 修补
凿除铺装层后的桥面板,常由于种种原因,可能会出现这样或那样的问题。检查并用聚合物水泥砂浆或聚合物细石混凝土对缺陷进行修补。
5) 清洗
凿除桥面铺装层的过程中,常留下粉尘、碎水泥混凝土块及油迹污迹等,必须通过清冼进行彻底的清除。首先将表面的松散体清走,使得混凝土的新表面完全暴露出来;再清理可能隐藏的微裂缝残片及松散的碎石片,这一步非常重要又要细心且费时。最后用高压空气或高压水枪进行完全清洁。作业时应进行地毯式地检查并清除一切可能存在的污垢,对角边的清理要充分重视,使桥面板新鲜、洁净。
2.2 新桥面铺装层的施工
1) 梁横向加固钢筋的焊接和植筋
根据需要,焊接梁横向加固钢筋,并进行植筋以使梁板成为一个受力的整体结构。如果有些部位需要支模,先进行模板支设。
2) 喷涂新旧混凝土界面粘结胶
在旧混凝土表面喷涂界面粘结胶之前,应注意桥面板顶面清洁后,应处于干燥状态。由于桥面板板面凿除及处理的凹凸不平,在其平面会出现3种情况:高出的部分已处于干燥状态;在低处特别是小坑中,还可能存在有未下渗的水,中间则是属于水—干燥的过渡状态。这些情况应加以处理,否则会影响界面胶的处理效果。其方法有:(1)气吹。用空压机将小坑或低凹处存留的水收散,使其散失;(2)布吸。可利用人工,用毛巾海绵等吸水能力强的材料在小坑中一一擦洗。直至小坑或低凹处的水份消失为止。再在凿毛后的旧混凝土面上涂抹一层环氧胶液等类型的胶结剂,从而使新旧混凝土间有更好的粘结性。
3) 铺设钢筋
根据设计图纸中的配筋,进行底层钢筋的布筋、绑扎。再安装支架筋,用于铺设上部的钢丝网。
4)混凝土的铺筑
铺筑桥面铺装层时,应尽量采用坍落度较小的高强微膨胀混凝土,并防止混凝土的离析或造成布筋的变形。用拉板及铁铲将混凝土初步整平,避免通过震动的方式,将混凝土分散开来,最好是按顺序铺满一部分以后,用震捣棒或震捣板进行捣实处理。具体工艺如下:(1)混凝土的摊铺与振捣:严格按照施工顺序、松散摊铺厚度摊铺混凝土,先以人工大致找平,边角部位用振动棒轻振,其它地方用平板振捣器横向平行振实,平板每次重叠1/2,严禁在一处久振或中间停滞,以防混凝土过振、振捣不均和横向出现臃包现象;(2)有条件时,利用混凝土提浆整平机进行匀料、整平、压实、提浆,直至达到理想为止;(3)整平、抹光:利用4~5 m长的铝合金尺等工具装上可调节推柄作纵横向刮尺,反复多次精确整平表面,使混凝土表面达到理想的平整度。而后对照横坡梯板,先用木抹子横向进行人工粗抹;后用塑料抹子纵向人工精抹,使之达到平而不光的效果;
5) 表面刻槽
为达到桥面防滑效果,混凝土铺装层的表面必需进行刻槽处理。表面刻槽质量直接影响桥面的美观和抗滑性能。通常槽宽可为3~5 mm,槽深为5~6 mm,槽间距为20~30 mm。考虑行车的舒适性及刻槽寿命,槽宽可取2~4 mm窄槽。刻槽表面积比为12%~17%时比较合理。拉毛、压纹工艺因其耐久性较差尽量避免使用。
6) 切缝
桥面铺装横向缩缝自墩顶每20~30 m一条。切缝时间可按混凝土成熟度为250~300 ℃·d,即混凝土初凝时气温(以摄氏度计)同浇筑完成时间(以小时计)的乘积来控制。切缝深度为2 cm,并选择专用填缝料灌缝。
7)养护
为防止混凝土表面出现干缩裂纹,初期养护很重要。养护可采用淋水养护或养护剂养生。淋水养护在完成最后一道铺筑工序,等混凝土终凝后(一般在4~5 h以内)应马上进行养护,保证混凝土表面不干,使表面始终处于潮湿的养护时间应持续7 d以上,有条件的地方可适当加长。
3纤维增强高性能混凝土材料设计及试验研究
在桥面新铺装层中使用纤维增强高性能混凝土,非常重要,而且国内外有不少成功使用的实例。根据混凝土材料设计原理和湖北地区的原材料情况,对混凝土原材料的选取及配合比优化设计如下:
说明:1.本配合比所使用的材料均为干材料,使用单位根据材料含水情况随时调整。 2.本配合比采用水泥品种及所加入外加剂或掺合料发生变化时,本配合比需调整。3.必须严格控制原材料的质量和混凝土配合比的准确性。
1)水泥:
宜选用华新或葛州坝42.5普通硅酸盐水泥。
2)粗集料选择:
碎石为5~10 mm、5~20 mm连续级配,压碎值<10%。
3)细集料:
砂为中砂,细度模数2.5~3.0,含泥量<1%。
4)超塑化剂的选择:
武钢浩源FDN系列高效减水剂。
5)混合材的选择:
可掺一级、二级粉煤灰或磨细矿渣粉。
6)膨胀剂的选择:
选用UEA膨胀剂。
7)纤维:
聚丙烯纤维(鼎强牌)、波纹型不锈钢丝纤维(苏宜牌)。
根据上述原材料,对桥面铺装层使用的高性能混凝土进行配合比设计,表1为优化设计的C45不锈钢丝纤维与聚丙烯纤维混杂增强微膨胀混凝土配合比。
C45混杂纤维增强混凝土试验结果示于表2。
4 工程应用实例
武汉长江一桥、武汉长江二桥大修工程及汉荆高速公路桥面铺装层病害处治工程,都是重点工程,车流量非常大,如武汉长江一桥、武汉长江二桥每天车流量在10万辆左右。对其进行修复时,质量要求高、时间紧且只能采取半幅施工。在这些重点工程的桥面进行铺装层修复时,均应用了上述桥面维修与加固技术,而且纤维增强混凝土,尤其是C45强度等级钢纤维增强混凝土及钢丝纤维与聚丙烯纤维混杂增强混凝土得到了较好的应用,混凝土3 d强度即可达到通车要求。
参考文献
[1]陈望林,杨必发.水泥混凝土桥面铺装病害原因分析与防治[J].中南公路工程,2002,25(4):55-56.
[2]罗立峰.混凝土桥面铺装概述[J].国外公路,1999,19(3):23-26.
[3]罗炳华,郭渭彬.桥面铺装的病害与对策[J].广东公路交通,1997,50(4):41-42.
[4]倪如南.桥面铺装维修处置[J].闽南职业技术学院学报,2000(3):64-65.
桥面维修加固 篇2
桥面连续构造通常处于主梁变形最大的位置,包括主梁端部转动和主梁梁体的伸缩变化,并且容易受到相邻两跨由于橡胶支座弹性压缩不同步而产生的错动变形影响,因此具有复杂的受力行为,在桥梁运营过程中极易受到破坏,桥面连续构造的破坏将直接导致桥面铺装层的开裂,影响行车安全[7,8,9,10]。
1 桥面连续构造的主要受力形式
桥面连续构造通常处于复杂的受力状态,主要是长期受到弯拉或弯折的作用影响,特别是由于主梁端部转动和主梁梁体的伸缩变化而引起的弯曲应力,对桥面连续构造具有显著的影响。因此,为了使得桥面连续构造处于一个合理的受力状态,就必须尽量减小由主梁变化所引起的弯曲应力。弯曲应力的大小又与桥面连续构造的结构形式和采用的材料有密切关系,必须综合考虑各方面的因素。要减小主梁梁端处桥面连续构造层内所产生的最大应力,首先应控制桥面连续构造层的厚度,这个厚度不宜过小,如果厚度过小,对于混凝土层是不合理的,混凝土本身容易产生破坏。但是这个厚度也不宜过大,如果厚度过大,会使得桥面连续构造层中的钢筋无法发挥作用,受力效果不理想。因此,通常状态下,桥面连续构造厚度可控制为6-8cm,局部可以为12cm。另外,也可以通过限制主梁梁端的转动,减小桥面连续构造承受的弯曲应力,将其受力情况由受弯变化为只承受拉应力。同时,也可以改变桥面连续构造层材料的性质,比如选择一些变形能力较强,弹性模量较低的材料作为跨缝材料,以减小跨缝结构所承受的应力。但是无论采取何种措施来改善桥面连续构造,对于钢筋混凝土结构来说,桥面连续构造均可能处于带裂缝工作状态。
2 桥面连续构造加固的主要形式
由于桥面连续构造具有较大的变形和较大的伸缩,因此通常处于复杂的应力状态之中,在桥梁运营过程中极易受到破坏,必须重点加强该部位,以保证行车安全。目前,进行桥面连续构造加固的措施多种多样,归纳起来,主要有以下几种方法应用较为广泛。
2.1 柔性纤维混凝土加固
采用柔性纤维混凝土加固的方法是,首先在主梁左右梁端接缝各30cm范围内的桥面连续部分采用柔性纤维混凝土浇筑,柔性纤维混凝土可以改善混凝土的各项力学性能,包括抗裂性能、抗收缩性能、抗冲击性能和耐久性能等。
在施工过程中,柔性纤维通常采用聚丙烯腈纤维。聚丙烯腈纤维可以作为混凝土的次要加筋材料添加在混凝土中,这样可以明显地改善混凝土的抗裂性能以及抗冲击性能。在混凝土硬化前,聚丙烯腈纤维可以增强混凝土性能,有效阻止混凝土潜在裂缝的产生与发展,改善混凝土的连续均匀性。在混凝土硬化后,聚丙烯腈纤维同样可以控制混凝土的后期收缩开裂,显著提高混凝土的抗变形能力,包括混凝土的冲击韧性和抗弯韧性等,进而提高混凝土的抗渗性、抗冻性以及耐久性能等。
2.2 低弹模的改性环氧混凝土加固
改性环氧混凝土具有足够的强度和较低的弹性模量,该材料可以作为桥面连续构造的跨缝材料。改性环氧混凝土通常采用树脂混凝土,以聚合物材料作为胶结材料,聚合物胶结料具有较高的抗拉强度和较低的弹性模量,因此,树脂混凝土具有较高的折压比。在工程时间中,选用环氧树脂作为胶结材料有多方面的原因,主要基于环氧树脂具有较强的粘结能力,具有较高的物理力学性能以及较高的耐腐、耐酸和耐老化等性能。常规的环氧混凝土具有强度高、脆性大等特点,而改性环氧混凝土不仅具有足够的强度,同时具有弹性模量较低和韧性较好等特点,从而能够更好地适应桥面连续构造变形的需要。
改性环氧混凝土的施工方法是将特制的改性环氧树脂作为胶结材料,按一定的配合比与混凝土搅拌而成,通常改性环氧树脂的重量占骨料总重量的10%左右。
2.3 顶面粘贴玻璃纤维布加固
采用玻璃纤维布加固通常是将一层玻璃纤维布粘贴于桥面连续构造层的混凝土顶面,宽度通常为50cm左右。玻璃纤维布具有强度高,延性好,抗冲击性能强等特点,且玻璃纤维布的材料线膨胀系数、弹性模量等材料参数与普通混凝土都较为接近,两者可以很好的结合在一起工作。因此,可以较为有效的限制混凝土裂缝的出现与发展,并减少裂缝对混凝土桥面铺装层的反射,改善桥面连续构造的使用性能。
2.4 跨缝钢筋网加固
相关研究表明,桥面连续构造在车辆荷载作用下,主梁梁端跨缝结构的受力较为严重,因此,为了改善该部位的受力性能,可以在原有设计的基础上,适当加大钢筋的用量,在翼缘板部分增强跨缝连接钢筋的直径和长度,并将其与主梁翼缘板内的纵向钢筋焊接成骨架,这样就能显著改善桥面连续构造的受力性能。
3 桥面连续构造的仿真分析
桥面连续构造一般是在主梁调平层施工完后才进行施工,因此,水泥混凝土调平层不对桥面连续构造起作用。在有限元仿真分析中,只需考虑沥青混凝土铺装层的重量、汽车活载、汽车制动力以及环境温度的变化对桥面连续结构的影响。
3.1 线性分析结果
所谓的线性分析就是在没考虑材料的应力随应变变化的基础上,对材料性能的模拟仅使用了材料的弹性模量,并未进行材料的屈服与破坏应力的判别。
简支梁桥桥面连续构造在沥青混凝土铺装层的重量、活载以及温度作用下,其最大拉应力集中均位于桥面连续缝处。在汽车制动力作用下,其最大拉应力主要集中在制动力的作用点处,线性分析的结果对结构的最大拉应力只能作出定性的判断,但却不能作为工程实际的定量分析的依据。
3.2 非线性分析结果
所谓的非线性分析就是在考虑混凝土的应力随应变变化的基础上,对材料性能的模拟不仅要设置混凝土的弹性模量,而且还要输入混凝土相应的张开裂缝的剪切传递系数、闭合裂缝的剪切传递系数、单轴抗拉强度、单轴抗压强度,以便进行材料的屈服与破坏应力的判别。桥面连续构造在各种荷载作用下的非线性分析的结果中,其最大挠度都比线性分析的结果大,而桥面连续缝处的混凝土的最大拉应力都大大的减小。
4 结论
在分别对改善前的“普通混凝土”桥面连续构造以及改善后的“低弹模的改性环氧混凝土”桥面连续构造、在负弯矩区贴“玻璃纤维布”的桥面连续构造进行了较详细的线性分析和考虑材料本构关系的非线性分析后,不难看出改善后的桥面连续构造均有效的抑制了裂缝的开展或限制了裂缝的发展区域,改善后的桥面连续构造可以满足结构安全的需要。
摘要：本文以实际工程为基础,分析了简支梁桥桥面连续构造主要受力形式,对常用的桥面连续构造加固措施进行了归纳与总结,阐述了各种方法的原理,最后基于工程实践,利用有限元软件对桥面连续构造进行了仿真分析,得出了一些有用的价值,可以用来指导工程实践。
某市政桥梁桥面维修方案的确定 篇3
关键词：桥梁铰缝,单板受力,检算,维修方案
引言
许多的市政桥梁修建年代较早, 且多采用小跨径实心板形式, 板间的横向联系多采用铰缝连接。随着使用时间的增长, 容易出现铰缝脱落、横向联系减弱或缺失的问题, 导致出现单板受力的现象。单板受力是指桥梁上部板梁结构中部分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, 桥梁不能共同受力, 致使整体承载能力降低。加剧了单板疲劳破坏, 使桥梁上部结构处于极为不利的受力状态, 降低了桥梁耐久性和使用寿命[1]。
1 工程概况
1.1 桥梁概况
某桥梁位于太原市某主干路上, 为1座南北走向的5跨简支普通钢筋混凝土实心板梁桥, 跨径组合为5×6.7 m, 桥梁中心线与河道中心线法线逆交10°, 桥面总宽35 m。每跨上部结构均由33榀普通钢筋混凝土实心板梁组成, 人行道下实心板梁与车行道下实心板梁间无铰缝连接, 梁高均为0.33 m, 每跨8号、9号、22号、23号实心板梁底宽均为1.5 m, 其余板梁底宽均为1.0 m, 桥面铺装为约20 cm厚的沥青混凝土。该桥曾进行拓宽改建, 改建时仅保留了老桥的下部结构, 并于其两侧各新建了一幅桥。该桥梁的横断面示意图见图1。
1.2 桥面存在病害及原因分析
根据检测报告, 该桥桥面铺装存在较为严重的病害。
1.2.1 桥面铺装
(1) 全桥车行道桥面铺装上分布有多条明显的纵向裂缝, 裂缝均对应于板梁间铰缝位置, 且板梁间底面均有通长的渗水痕迹, 这表明实心板梁间的铰缝已经损坏, 桥面病害见图2。尤其是第5跨桥面铺装对应于4-5-22号~4-5-23号板梁铰缝处, 距5号台2.0~4.5 m范围内已出现明显的凹陷, 最深处达5.0 cm, 但对应此铰缝两侧板梁底面无明显错位, 这主要是由于板梁间铰缝已严重损坏, 此处桥面铺装在重车的反复碾压下产生了局部凹陷。铰缝的损坏降低了桥梁的横向整体性, 使得荷载横向分布集中, 已形成单梁受力的不利状况, 大幅度降低了桥梁上部结构的承载能力。
(2) 全桥墩台处桥面铺装均分布有横向裂缝, 横缝均对应于墩台位置, 多数贯穿整个车行道。产生这种裂缝的主要原因是主梁在车辆荷载的作用下, 梁端产生转角, 导致该处桥面铺装因负弯矩作用而横向开裂。
1.2.2 伸缩缝
全桥墩台处均未设置伸缩装置, 桥面铺装均为连续构造, 不利于主梁的正常伸缩。
1.2.3 人行道及栏杆
该桥东西两侧人行道铺装均存在纵向裂缝, 这主要是由于人行道下板梁间未设铰缝连接, 板梁间拼缝反射到人行道铺装表面所致。此外, 人行道铺装还存在局部网裂和破损。
2 承载能力检算[2,3]
2.1 检算荷载
检算荷载包括恒载和活载, 恒载包括实心板梁、桥面铺装、栏杆等附属设施的自重。本次检算拟采用汽车-20级、挂车-100, 人群荷载3.5 k Pa作为检算荷载。
2.2 检算对象
本次检算仅针对上部主体结构进行, 检算中结构外观尺寸以现场实测为准。
2.3 主梁检算
(1) 该桥人行道板与车行道板间无铰缝连接, 因此将车行道和人行道分幅进行检算;由于人行道板梁间未设铰缝, 人行道板梁按单梁计算。
(2) 该桥上部结构车行道实心板梁的部分铰缝失效, 个别1.5 m车行道板、1.0 m车行道板存在单梁受力的迹象, 因此车行道实心板梁的检算均按单梁受力状态进行, 同时给出铰缝完好状态下的检算结果。
(3) 经无损检测得到的实心板梁混凝土推定强度均在36.5 MPa以上, 偏于安全考虑, 本次检算取JTJ 023—85《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》[3]中的C30混凝土强度设计值。
2.4 横向分布系数
采用通用的桥梁博士计算软件 (v3.0.3) , 按铰接板梁法计算各实心板梁的荷载横向分布系数, 实心板梁跨中截面荷载最大横向分布系数列于表1。
2.5 承载能力极限状态检算
2.5.1 正截面抗弯强度
该桥实心板梁跨中截面荷载极限弯矩最不利组合值及截面极限抵抗弯矩计算结果见表2。
2.5.2 斜截面抗剪强度
选取实心板梁距支座中心h/2处斜截面进行抗剪强度检算。该桥实心板梁斜截面最大剪力组合值及斜截面极限抗剪强度见表3。
2.6 刚度检算
对钢筋混凝土桥梁在正常使用极限状态短期荷载作用下的变形进行检算。该桥实心板梁在汽车荷载作用下跨中最大挠度计算结果见表4。
2.7 检算结论
综合以上检算结果, 可以得到如下结论:目前该桥上部结构实心板梁的承载能力仅能满足汽车-8级, 人群荷载3.5 k Pa的安全承载要求;若板梁间失效铰缝修复完好, 则该桥上部结构实心板梁能满足汽车-15级、挂车-80, 人群荷载3.5 k Pa的安全承载要求。
3 维修方案
根据桥面目前存在的病害及计算结果, 确定如下维修方案:
(1) 凿除桥面车行道部分沥青和混凝土铺装层, 凿除人行道表面砂浆铺装层。
(2) 用M15砂浆将实心板梁间的缝隙进行灌封填充, 待实心板梁间砂浆强度足够后, 在板梁上部钻孔, 粘贴钢板并用锚固螺栓锚固, 以增强实心板之间的横向联系。
(3) 在桥面上铺设双层钢筋网 (上、下层均为B10@100 mm) , 靠近人行道时若铺装厚度不足, 则调整为单层钢筋网, 浇筑C40钢纤维混凝土铺装层。
(4) 混凝土铺装层强度足够后, 在其上铺装沥青面层, 混凝土铺装层与沥青铺装层间设置高分子聚合物沥青防水层。
(5) 在两端桥头安装TST伸缩缝不锈钢盖板。
(6) 用修补砂浆修补人行道板破损部分。
4 结语
对于单板受力病害, 在桥面铺装厚度足够的情况下, 铺设双层钢筋网片能够很好地解决横向联系不足的问题, 但若受桥面铺装厚度限制, 整体或部分桥面铺装只能设单层网片时, 需要通过其他方式来增强梁板之间的横向联系。本方案是通过增加钢板来增强板梁之间的横向联系, 在今后对类似病害维修处治时, 需根据现场的具体条件确定合理、经济的方案。
参考文献
[1]梁巍, 杨彦晨.浅谈桥梁铰缝失效及维护技术[J].科技创新导报, 2011 (6) :59.
[2]JTG/T J21—2011, 公路桥梁承载能力检测评定规程[S].北京:人民交通出版社, 2011.
桥面维修加固 篇4
狮子桥 (也称狮子涌渠箱) 位于广州黄埔区港前路与蟹山西路路口交汇处。狮子涌里程Z0+010～Z0+196渠段, 渠箱全长范围为72+42+72米, 跨度为10.5+10.5米, 钢筋混凝土双孔箱涵, 孔内尺寸为4.0x10.0米。1999年12月完成施工图设计。顶板为预制空心板, 板厚450mm, 中墙、侧墙厚600mm, 墙下基础采用钻孔桩, 中墙下的桩径为1000mm, 侧墙下的桩径为800mm, 桩的间距均为5.0米。预制空心板采用C30砼, 桩身、基梁、中墙、侧墙混凝土强度等级C25, 铺装层采用C30、B6。车辆荷载等级, 设计荷载:汽车-超20级, 挂车-120。
2 原桥的计算复核
2.1 钢筋混凝土结构基本设计原理
钢筋混凝土及预应力混凝土结构设计采用以概率理论为基础的结构极限状态设计方法。内容有:受弯构件正截面承载力计算、受弯构件斜截面计算、受压构件截面承载力计算、受拉构件承载力计算、受扭构件承载力计算、构件的变形与裂缝验算等等, 限于篇幅不一一介绍, 仅论述部分与本文有关内容。
钢筋混凝土及预应力混凝土受弯构件正截面抗弯承载力计算以下列基本假定做为计算的基础:构件弯曲后, 其截面仍保持平面;截面受压混凝土的应力图形简化为矩形, 其压力强度取混凝土的轴心抗压强度值fcd;, 截面受拉混凝土的抗拉强度不予考虑;钢筋应力等于钢筋应变与其弹性模量的乘积, 但不大于其强度设计值。极限状态时, 受拉区钢筋应力取其抗拉强度设计值fsd或fpd (小偏心受压构件除外) ;受压区或受压较大边钢筋应力取其抗压强度设计值fs'或fp'。
在具体计算时, 应注意以下两点:
当进行预应力混凝土连续梁等超静定结构承载能力极限状态时, 应考虑预应力次效应 (二次力的影响) 。
纵向受拉钢筋极限拉应变取为0.01。从理论上讲, 引入纵向受拉钢筋极限拉应变限制后, 正截面承载力计算应以受压区边缘处混凝土应变达到极限值εc=εcu或纵向受拉钢筋应变达到极限值εs=εsu=0.01两种情况控制设计。换句话说, 这两个极限应变中只要具备其中一个, 即标志构件达到极限状态。
钢筋混凝土及预应力混凝土受弯构件斜截面抗剪承载力计算是承载能力极限状态计算的重要内容。斜截面抗剪承载力计算公式是以剪压破形态的受力特征为基础建立的。
箍筋和混凝土共同的抗剪承载力是按箍筋和混凝土共同的承载力为最小的条件导出的。
斜截面承载力的验算位置规定进行剪力配筋设计时, 混凝土与箍筋及弯起钢筋自应承担的剪力图分配方法。
2.2 设计原则
在现运输荷载条件下按现行规范对桥梁从桥面到桩基逐项进行验算复核, 凡不满要求的均进行加固处理设计。
对要进行处理的设施的加固要安全、经济、可行。
3) .通过加固改造, 提高桥涵承载能力, 满足超重车辆通行的要求, 改造更换的部分构件保留下来, 继续使用。
2.3 设计标准
现设计荷载:超重大型设备运输装载。
a.车货总重5510kN: (意大利三纵列16轴线平板车加氢裂化反应器R3002) , 轴载114kN, 轮载28.5kN。
b.车货总重2450kN: (上海水工两纵11轴线平板车热高压分离器V3002) , 轴载122.5kN, 轮载30.6kN。
超重大型设备运输车辆宽度为4800mm, 更换空心板桥面宽度为5x1280m=6400m。更换数量为2x5=10件。
桥面纵坡、桥面横坡:按原狮子涌渠箱设计施工图及现场现状。
2.4 结构设计及复核
按大型设备运输装载复核渠箱结构。
车货总重5510kN (意大利三纵列16轴线平板车加氢裂化反应器R3002) , 轴载114kN, 轮载28.5kN, 前后轮距1.51m。均布荷载qk1=114/ (1.51x1.8) =41.94 kN/m2
车货总重2450kN (上海水工两纵10轴线平板车热高压分离器V3002) , 轴载122.5kN, 轮载30.6kN, 前后轮距1.67m。均布荷载qk2=122.5/ (1.67x3.4) =21.6kN/m2
取qkmax={qk1, qk2}=41.94 k N/m2
预制空心板, 板厚450mm, 板宽1240mm, 长度为10.36米, 底钢筋II级钢12φ22+4φ25 (As=65.25cm2) , 弯矩:1088.4 kN-m<大型设备荷载弯矩:2390.9 k N-m。剪力:968 k N<大型设备荷载剪力1912.72 kN。
结论:经验算未能满足要求。需要加固改造。
帽梁, 梁高865mm, 梁宽600mm, 跨度为1.5米。
梁自重:0.865x0.6x25x1.3=16.86kN/m
空心板传重:137kN/m
铺装层传重:0.5x25x1.2x10.36=154.5kN/m
车轮载传重:41.9x10.36x1.4=604.2kN/m
合计:912.56kN/m
弯矩:256.65kN-m
As=10.42cm2<实配钢筋=18.84cm2 (6φ20 II级钢)
结论:经验算能满足要求。
中墙, 墙厚600mm。基础梁1600x800mm。
墙自重:4.0x0.6x25x1.3=78.0kN/m
基础梁自重:1.6x0.8x25x1.3=41.6kN/m
上部传重:1006.576kN/m
合计:1126.176kN/m
墙身砼强度等级C25, fck=16.7N/mm2, h=600mm
0.8 fckA=0, 8x16.7x600=8016kN/m>1126.176 N/m
结论:经验算能满足要求。
单桩轴向受压容许承载力, 中墙桩径1000mm, 侧墙桩径800mm。桩端支承在中风化岩层, 根据地质报告, 其天然极限抗压强度为12.2～30.2Mpa, 入岩深度不少于3D (D=1000, 800mm) , 设计桩长为15.0米。
中墙桩径:D=1000时, u=1.0x3.14=3.14m
A=1.0x3.14/4=0.785m2
C1=0.4, C2=0.03
单桩轴向受压容许承载力
恒载, 空心板=105.44kN/m
铺装层=12.5x10.3=128.75kN/m
帽梁=12.975kN/m
中间墙=60kN/m
基梁=32kN/m
Σ=339.165kN/m
传到桩顶=339.165x5m=1695.825kN
桩身自重=0.785x15mx25=294.375kN
合计=1695.825+294.375=1990.2kN
车辆载, 用车货总重5510kN计,
10.3x2/ (15x1.51) x5510kN/2=2506kN
恒载+车辆载=1990.2+2506=4496.2kN<7160kN=P1
结论:经验算中墙桩承载力能满足要求。
侧墙桩径:D=800时, u=0.80x3.14=2.512m
A=0.80x3.14/4=0.5024m2
取C1=0.4, C2=0.03
单桩轴向受压容许承载力
恒载, 空心板=105.44/2=52.72kN/m
铺装层=12.5x10.3/2=64.375kN/m
侧墙=60kN/m
基梁=32kN/m
Σ=209.095kN/m
传到桩顶=209.095x5m=1045.475kN桩身自重=0.5024x15mx25=188.4kN合计=1045.475+188.4=1233.875kN车辆载, 用车货总重5510kN计, 10.3x2/ (15x1.51) x5510kN/2/2=1253kN恒载+车辆载=1045.475+1253=2298.475kN<5124.48kN=P2
结论:经验算侧墙桩承载力能满足要求。
桩身承载力, 中墙桩径1000mm, 侧墙桩径800mm。
桩身砼强度等级C25, fck=16.7N/mm2, D=1000mm, A=0.785m2
0.8 fckA=0, 8x16.7x0.785x102=10487.6kN>4496.2kN
结论:经验算中墙桩身强度能满足要求。
桩身砼强度等级C25, fck=16.7N/mm, D=800mm, A=0.5024m2
0.8 fckA=0, 8x16.7x0.5024x102=6712kN>2298.475kN
结论:经验算侧墙桩身强度能满足要求。
3改造方案
狮子涌渠箱空心板结构经验算未能满足大型设备运输装载要求, 需要加固改造。由于原桥板截面小, 加强不能满足要求, 且桥下施工条件差, 经综合分析比较, 确定采用拆除原部分空心板, 更换成钢筋混凝土预应力箱梁的改造方案。更换数量为2x5=10件, 每件尺寸梁宽1240mm, 梁高800mm, 上下板厚200mm, 腹板厚300mm。通过加固改造, 有利于提高桥涵承载能力, 超重车辆通行后, 更换的钢筋混凝土预应力箱梁保留。
4箱梁设计
狮子涌渠箱为满足大型设备运输装载要求, 把大型设备运输装载车辆经过的空心板拆除, 更换成预制钢筋混凝土预应力箱梁。更换数量为2x5=10件, 尺寸梁跨度10.3m, 梁宽1240mm, 梁高800mm, 上下板厚200mm, 腹板厚300mm。预应力筋采用d=15.2mm2高强低松弛钢绞线, 标准强度1860Mpa, 单根公称截面积139mm2。7-7φ5为一束, 共四束, 每束截面积973mm2。锚具采用OVM15-7型, 配套张拉千斤顶为YCW350A。箱梁弯矩承载能力设计值:2687.6 k N-m>大型设备荷载弯矩:2390.9 k N-m。箱梁剪力承载能力设计值:2868.8 k N>大型设备荷载剪力1912.72 kN。详表2。
结论
植筋技术在桥面维修改造中的应用 篇5
植筋技术作为一种以化学胶粘剂 (常用环氧基锚固胶) 将带肋钢筋或长螺杆等胶结固定于混凝土基材锚孔中的一种后锚固技术, 不仅具有施工方便、工作面小、工作效率高的特点, 而且还具有适应性强、适用范围广、锚固结构的整体性能良好、价格低廉等优点。由于在混凝土结构上植筋锚固已不必再进行大量的开凿挖洞, 而只需根据工程的具体需要在原有混凝土结构的适当位置, 根据结构受力特征设计植筋数量及规格, 且可靠性高, 承载力大。在植筋部位钻孔后, 利用化学锚固剂作为钢筋与混凝土的粘合剂就能保证钢筋与混凝土的良好粘接, 从而减轻对原有结构构件的损伤, 也减少了加固改造工程的工程量;又因植筋胶对钢筋的锚固作用不是靠锚筋与基材的胀压与摩擦产生的力, 而是利用其自身粘接材料的锚固力, 使锚杆与基材有效地锚固在一起, 产生的粘接强度与机械咬合力来承受受拉荷载, 当植筋达到一定的锚固深度后, 植入的钢筋就具有很强的抗拔力, 从而保证了锚固强度。
1 植筋技术原理
植筋技术是一项新型的钢筋砼结构加固技术, 是一项对砼结构较简捷、有效的连接与锚固技术。它是在需要植筋的混凝土基材位置上根据工程设计所用钢筋直径, 采用电动锤击钻成孔, 并用一定比例调制而成的结构胶注入孔道内, 利用其粘结和锁键原理使新增的设计钢筋或螺杆植入孔道中, 经过养护与原混凝土粘接牢固, 具有较高的粘结强度和抗拔能力, 从而达到植筋锚固于基材的目的。使作用在植筋上的拉力通过化学粘接剂向混凝土中传递, 从而形成整体受力体。这种植筋法具有位置正确、布置灵活、硬化快、强度高、粘结力强的特点, 并且有一定的防水、耐油及耐腐蚀能力。
其工作原理是:在加固过程中, 新旧混凝土界面的抗剪力主要由以下几部分组成:界面混凝土内部结合力, 界面摩擦力, 植筋的抗剪力。当外力作用达到一定程度, 界面混凝土内部结合力被抵消, 新增的桥面混凝土铺装层与原桥面理论上分离, 产生相对位移, 此时植筋受拉力和剪力产生的弯矩作用, 作用值的大小依赖于界面的粗糙度和强度。如果界面足够粗糙, 此时会产生附加的混凝土层间的内连锁作用 (包括摩擦力和内部结合力) , 起到部分抵消外部剪力的功效。
2 植筋技术的参数与注意事项
2.1 植筋孔直径与植筋孔深度
植筋孔直径与植筋孔深度关系到植筋锚固的效果和质量, 以控制锚固胶充分地包裹住钢筋并与基材全部接触为准。一般随着钢筋直径的增大而增厚锚固胶的握裹厚度, 一般情况下植筋孔直径要比钢筋直径大4~10mm。植筋孔深度要比植筋的有效埋置深度大10~20mm。
2.2 植筋技术的主要注意事项
混凝土基材本身强度低于C15, 一般不宜采用植筋工艺进行加固。
混凝土基材厚度应大于植筋的有效埋置深度与2倍的钢筋直径之和且混凝土基材厚度不小于100mm。
植筋孔按设计要求布孔定位后, 用钢筋探测仪测定孔位处有无受力钢筋, 有钢筋时位置适当变动。尽量避免伤及原有钢筋, 植筋应控制对原有结构物内钢筋破坏低于15%。植筋前应检查混凝土面有无裂缝, 在裂缝处未被处理合格前不宜植筋。植筋的最小间距值、最小边距值应不小于5倍钢筋直径。净边距大于钢筋保护层厚度, 并且必须植入原构造箍筋内侧。有效锚固深度应扣除混凝土表面剥落层。一切外露的植筋, 应有可靠的防腐、防水措施。
对于施工采用的植筋胶, 在全面施工之前, 做植筋锚固强度试验, 以抗拔力为主要试验控制参数, 在满足按设计所要求相应孔深的前提下, 钢筋达到屈服强度而不被拔出的控制要求。试验结果满足植筋深度与抗拔力匹配, 方可全面实施。
植筋的施工温度直接影响粘结剂的固化时间。一般情况下, 植筋所用粘结剂的固化时间随温度的升高而缩短, 其最佳施工温度为15~25℃;植筋的环境湿度也影响粘结剂的固化时间和力学性能的发挥, 故应确保环境湿度不致过高
3 植筋材料应满足的要求
钢筋一般选用I级、Ⅱ级钢筋, 其强度应符合现行国家标准的规定。使用前除去锈渍, 用乙醇或丙酮清洗干净, 标记埋深, 晾干备用。
3.1 植筋胶的性能应达到如下要求
3.1.1 植筋胶必须保证插入钢筋具有耐高温
可焊性, 即在被锚固钢筋根部焊接, 植筋胶不能因焊接而失效或降低性能。
3.1.2 植筋胶应保证其相应的耐久性, 产品实
践在工程中应用年限不少于15年, 模拟老化试验寿命不少于50年。
3.1.3 植筋胶应保证其相应的抗震性、抗疲劳
性, 符合交通行业动荷载疲劳测试加载形式的疲劳测试报告, 不少于200万次。
3.1.4 植筋胶应满足在潮湿环境下可以施工而不降低技术性能的要求。
3.1.5 植筋胶应保证在-5~40℃室外温度环境
可施工, 结构面在-15~60℃的温度情况下均能正常使用, 强度不降低。
3.1.6 植筋胶固化后抗压强度>80N/mm2, 固化
后粘结强度>18N/mm2, 收缩率<0.02%, 耐温性能-30~60℃, 耐湿性能>90%。
3.1.7 植筋胶材料厂商所要求的施工工艺技术参数、指标与施工工艺本身相符。
3.2 植筋工艺
首先检查被植筋的混凝土面是否完好, 用钢筋探测仪测出植筋处混凝土内的钢筋位置, 核对、标记植筋部位, 以便钻孔时避让钢筋。植筋的部位无混凝土破碎、无裂缝等现象, 如有采取必要的修补、加固措施。
钻孔按设计要求在施工面划定钻孔植筋的位置, 放好样, 使用电动锤击钻钻孔。
3.3 清理孔洞
钻孔完成后, 逐个清除孔内灰尘, 利用压缩空气或用水清孔, 并用毛刷清除附着在孔壁上的灰尘, 确保孔壁无尘。但应在孔壁完全干燥后方可进行植筋施工。
3.4 配胶和注胶
根据植筋胶生产厂家的使用说明、种类要求配置, 注胶要一次完成。首先将植筋胶直接放入胶枪中, 将搅拌头旋到胶的头部, 扣动胶枪直到胶流出为止, 初次打出的胶不用, 待胶流出呈均匀状态方可使用。注胶时, 将搅拌头插入孔的底部开始注胶, 注满孔内80%即可。
3.5 植筋
植入处理好的钢筋, 此时需用手将其旋转着缓缓插入, 直至达到规定深度, 使胶与钢筋全面粘结, 使得植筋胶均匀附着在钢筋的表面及缝隙中, 然后将孔口多余的植筋胶清理干净。
3.6 养生
已经植入孔内的钢筋应在常温下养护, 不得扰动, 24h后可进行下步施工作业 (如绑扎、焊接支模、浇混凝土等) 。一般20℃时粘合剂在3~5d可完全固化。现场抽样检验应在五天以后进行。
4 植筋的质量验收
植筋的质量检验一般采用现场抗拔非破坏性试验。同规格的钢筋每100根随机抽样一组, 每组为3根, 进行试拉, 为使钢筋在检测后仍可充分利用, 达到钢筋屈服强度的80%为即可, 若超过此值而钢筋不被拉出, 说明植筋施工质量合格。
结语
通过对采用植筋施工工艺维修的桥面工程回访, 到目前为止, 使用情况仍然良好, 说明在规范施工的情况下其效果可靠。而植筋施工工艺本身具有的技术设备简单、操作方便等优点, 使其有着更为广阔的应用范围。
摘要：植筋技术具有对原结构的破损小, 工艺简单, 锚固后结构整体性好等特点。较详细地介绍了植筋技术的施工工艺及施工注意事项。
关键词：植筋技术,桥面维修加固,施工
参考文献
桥面维修加固 篇6
大桥维修加固后整体运营状况良好, 行车舒适性得到了改善, 但当车辆通过部分桥跨时, 驾乘人员仍有颠簸起伏感觉并由此带来不安全感。为查明部分桥跨车辆行驶颠簸起伏的原因, 对桥梁进行了针对性的检测评定。经过对左右幅桥面进行行车试验发现, 左幅第11 ~ 20跨段出现颠簸起伏的感觉明显。颠簸是汽车在行驶过程中车辆随机振动产生的振动和冲击环境对乘员舒适性的影响超过一定界限范围的直接体现, 车辆随机振动是车辆动力学与概率论的结合, 其表现形式复杂而多样。根据激振源性质, 车辆随机振动产生的可能原因为路面不平整、 车桥耦合振动、车辆系统本身的振动, 相对路面不平整引起的车辆振动而言, 后两种因素引起的车辆振动相对较小［6，7］, 车辆运行时受到路面不平度的激励所产生的随机振动对于车辆乘坐的舒适性、安全性、耐久性等都有重大影响。因此本次检测仅对第11 ~ 20跨段进行现场检测, 并通过对检测数据分析整理, 分析桥梁部分跨段出现规律性颠簸的原因及可能对桥梁结构及行车带来的影响。
1实测数据分析
检测时对东线第11 ~ 20跨各跨行车道中心线及外边缘处各墩墩顶、跨中、四分跨41个断面的桥面相对高程进行了测量。其测量结果见表1及图1, 通过标高测量结果可以看出桥面纵面线形略呈波浪形, 各跨跨中标高普遍高于墩顶标高, 最大处为东线第13跨的0. 032 m, 各跨中比墩顶平均高出0. 020 m, 对比维修加固竣工时实测桥面竣工标高, 其相应平均值为0. 011 m, 显然维修加固后桥面标高不平顺的现象已经产生, 通过对比药湖高架桥维修加固时桥面钢筋混凝土铺装层标高及桥面竣工标高时发现, 由于部分桥跨桥面沥青混凝土铺装层施工时未进行调坡, 或调坡未达到设计效果, 导致个别跨段桥面成波浪形, 运营期间受温度梯度等因素影响, 不平顺现象进一步加剧。另利用桥梁检测车对左线第11 ~ 20跨空心板梁及支座进行检查未见有影响结构承载能力的病害存在。
车辆匀速通过该段桥面时, 这些跨中上拱将产生简谐干扰［8］, 车辆在竖向上做变幅值等周期振动, 其振动频率与车速相关, 而振动幅值与桥面不平整度相关, 因此通过车辆行驶速度及桥面不平整度可对由于桥面纵面线型不平顺而引起的车辆振动进行评定。
2振动方程的建立与求解
车辆是一个复杂的振动系统, 要建立一个完整的、全面反映其振动特性的模型是比较困难的, 因此需要根据具体的研究问题对振动系统进行适当的简化, 现场实测表明, 桥面铺装横桥向线形差异不大, 主要影响桥面的纵断面线形, 由此本文仅考虑车辆的竖向振动。另由于当行车速度在130 km/h以下速度行驶时, 纵面线形激振频率小于频率1. 806 Hz, 属低频振动, 处在远离车轮部分固有频率ft ( 10 ~ 15 Hz) 的较低激振频率范围, 此时轮胎变形很小, 可忽略其弹性与车轮质量［9］, 从而得到分析车身垂直振动的最简单的单质量系统, 本文采用单自由度1 / 4车辆模型。用一个波长为20 m ( 桥梁标准跨径) 、 ( 单) 幅值为各跨跨中与墩顶间桥面标高差值平均值1 /2的正弦曲线代表桥的剖面, 则轮胎与地面接触点的运动方程可表示为y ( t) = Asinωt, 其中 ω = 2πV / l, l为板梁标准跨径, 此时车辆可简化为支撑简谐运动激励的动力模型见图3。
由达朗贝尔原理, 系统运动的微分方程为
或
从而
这是一个二阶线性非齐次常微分方程, 根据微分方程理论, 该方程的解由两部分组成, 即齐次方程的通解与非齐次方程任意一个特解。
x～ ( t) 是有阻尼自由振动, 特点是振动频率为阻尼固有频率, 振幅为指数衰减, 称为瞬态振动或瞬态响应, x* ( t) 是与外界激励同频率且同时存在的简谐振动, 因此称为稳态强迫振动或稳态响应。
对于零初始条件, 其解可表示为
考虑到高速公路行驶车辆主要是小型车, 这里取行车试验用小型车1 /4模型的结构参数为M = 500 kg, C = 2 500 N·s / m, K = 33 300 N / m。采用Matlab编程计算。通过计算分析得到, 车辆悬架系统的固有频率为1. 299 Hz, 当车速为90 km/h时激振频率为1. 250 Hz, 此时激振频率接近车辆悬挂系固有频率, 桥梁跨中上拱对车辆振动响应的放大作用最大, 稳态振动幅值最大。汽车进入跨中上拱桥跨的一段时间内, 由于车辆自由振动的存在车身振动加速度幅值较大, 随着时间的延长成指数速度减少至仅剩简支梁上拱度引起的强迫振动, 此时车身的振动周期与上拱度周期相同。
3舒适度评价
所谓舒适度是指人对振动忍受程度的一种综合度量指标, 当仅考虑小型车竖向振动对行车舒适度的影响时, 可用竖向振动加速度均方值、斯佩林指标以及狄克曼指数来评价
3. 1竖向振动加速度均方值
竖向振动加速均方值这里的T表示承受振动的时间, a (t) 为竖向振动加速度。当采用数值求解时
竖向振动加速度均方值a的限值［3］如下:
1) 舒适性降低限度 ( 此限度与保持舒适有关, 它影响人们在车上进行食用、阅读和写等动作) : 振动频率0. 7 ~ 5. 6 Hz, a ≤0. 5 m/s2。
2) 劳动生产率降低限度 ( 此限度与工作效率有关, 当驾驶员的振动在此限度内, 能保持正常驾驶) : 振动频率0. 7 ~ 5. 6 Hz, a ≤1. 5 m/s2。
3) 人体承受振动影响的限度 ( 此限度是人体承受的上限) : 振动频率0. 7 ~ 5. 6 Hz, a ≤3 m/s2。
通过计算, 不同行车速度下的竖向振动加速度均方值见表3, 可以车出, 车速60 km/h时, a没有超出舒适性降低限度, 其他车速都超出了此限度, 但a都小于1. 5 m/s2, 说明驾驶员能保持正常驾驶。
3. 2斯佩林指标
第二次世界大战前德国铁路车辆试验所斯佩林等就振动对人体生理感觉的影响进行了大量试验研究, 研究中试验人员坐在专门的振动试验台上, 然后在各个方向进行不同频率和不同振幅的试验, 将被试验人员的感觉分级记录。斯佩林提出舒适度指标WZ的经验算式［10］。
式 ( 6) 中, Z为振动幅值, cm; f为振动频率, Hz; A为频率为f时的振动加速度, cm/s2; F ( f) 为与竖向振动频率有关的函数, 称为频率修正系数, 表示人对不同振动频率敏感程度的修正, 当0. 5 Hz < f≤5. 9 Hz时, F ( f) = 0. 325 f 。
斯佩林指标车辆舒适度评定标准见表4, 车辆行驶下的不同车速通过桥跨时Wz见表5, 从表5可以看出车速在80 ~ 120 km/h时振动非常不规则, 感觉不舒适。
3. 3狄克曼指标
采用狄克曼指标K判别人体对结构物振动具有良好的感觉限界, 人体对振动的敏感度指标见表6, 狄克曼指标K的计算公式［11］见式7。
式 ( 7 ) 中, D为竖向振动幅值, cm; f为振动频率, Hz。
车辆行驶下的不同车速通过桥跨时K值见表7, 从表中可以看出, 当车辆通行时, 乘员会因为振动产生不舒适感。
3. 4舒适度总体评价
桥梁左幅第11 ~ 20跨桥面不平整引起的车辆振动是车内乘客产生不安全感的直接原因, 车辆通过桥面不平顺跨段时驾驶员能够保持正常驾驶, 对高速行车安全性不构成威胁, 但对行车舒适度影响显著, 乘员舒适度较差。由于一般货车固有频率为1. 5 ~ 2 Hz, 旅行客车为1. 2 ~ 1. 8 Hz, 高级轿车为1 ~ 1. 3 Hz, 车辆以80 ~ 130 km / h车速通过纵面线型不平顺路段引起的车辆振动的激振频率介于1. 111 ~ 1. 806 Hz, 与一般车辆的固有频率相近, 易引起共振, 从而加剧车内乘客的不舒适感并加大行驶车辆对桥梁结构的冲击。
4结语
由于桥面纵面线型不平顺会加大过往车辆对桥梁结构的冲击, 从而给桥梁结构带来不利的加载作用, 还会给乘客产生不舒适和不安全感, 将直接影响桥梁的正常使用与耐久性, 因此桥面铺装施工时应严格按照设计标高进行控制, 以保证桥面纵面线型与设计相符, 防止出现因桥面铺装不平顺而导致行车颠簸的问题。
摘要：桥面不平顺不仅会影响桥梁结构的使用性能, 而且还会影响行车舒适性。利用某高架桥现场实测数据, 分析了桥面不平顺对车辆振动影响和行车舒适度的影响。
关键词：桥面,行车颠簸,舒适度
参考文献
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桥面维修加固 篇7
1 几种典型的钢桥面铺装结构及其特点
钢箱梁桥面相比水泥混凝土结构,具有重量轻、施工快捷、质量可靠等优点,因此在世界上得到了广泛的使用。目前,世界上最常用的,也是使用效果最好的三种铺装方案有以下三种:一是双层改性SMA,如图1所示;二是浇筑式沥青混凝土(GA10)+高弹SMA,如图2所示;三是双层美国环氧沥青混凝土,如图3所示。
方案一面层采用双层SMA结构,其特点是具有较好的密水性、抗车辙性能、耐疲劳性能等,下部防水结构层采用国内桥面铺装中应用比较多、相对比较成熟的环氧树脂防水层。方案二铺装采用浇筑式+SMA结构,其特点具有良好的防水性、抗疲劳性能、水稳性、抗滑性、耐久性等。在国内经过众多工程的实际检验,质量优良,极少发生病害。防水层常采用丙烯酸树脂(MMA)体系。方案三采用美国环氧沥青混凝土铺装结构,环氧沥青混凝土综合性能比较优良,车辙动稳定度较高,耐腐蚀性能较好,目前在国内外有大量的实体工程应用。还有很好的耐疲劳性能和良好的耐腐蚀性,基本不发生推移和车辙等永久变形。
2 桥面铺装典型结构的常见病害及维修处置方法
2.1 双层SMA结构
(1)表面开裂
钢桥面铺装不同于一般公路沥青混凝土路面,它直接铺设在钢桥面板上,由于大中型桥梁通常采用的钢桥面板柔度大,加上在重型车辆荷载作用下,钢桥面板局部变形更大,各纵向加劲肋纵隔板、横肋(或横隔板)与桥面板焊接处出现明显的应力集中,桥面铺装在反复的应力作用下,极易出现开裂病害,裂缝是最常见的病害之一。SMA桥面铺装一旦开裂,通常采用沥青灌缝的方法来封闭裂缝,避免水分下渗进一步损坏铺装结构。如果产生网裂,就只有挖补重新铺装了。
(2)坑槽
沥青铺装层开裂后如不能及时处置维修,在行车作用下会逐渐扩展,逐渐形成网裂,最后由于沥青混合料松散、脱落,形成坑槽。坑槽的处治方法通常把出现坑槽的位置挖除,采用沥青混合料回填,压实后形成平整的路面,填补材料可以采用热拌沥青混合料,也可采用冷拌沥青混合料。
(3)车辙
钢桥面铺装温度通常要高于普通路面铺装温度,并且由于钢箱梁的保温作用,高温持续时间长,在重载交通的碾压下,会产生塑性变形,逐渐形成车辙。车辙病害通常由两个原因引起:铺装层材料内部抵抗剪应力的性能不足;铺装材料空隙率过大。由于车辙病害主要与铺装材料的性质有关,车辙深度会在行车作用下逐渐增加,仅平整表层无法解决问题,因此,一般钢桥面铺装车辙的处理措施是挖除重新摊铺。
(4)推移
车辆行驶过程中在铺装层与防水粘结层之间受到较大的剪应力,当剪应力超过防水粘结层的粘结应力时,防水粘结层产生破坏,钢桥面板和铺装层之间失去粘结力,在车辆荷载的继续作用下,桥面铺装层会产生推移,造成推移病害。对于推移目前没有很好的处置方法,通常是挖除重新摊铺。
2.2 浇筑式+SMA结构
浇筑式+SMA铺装在国内应用相对较晚,取得了不错的效果。相对其它两种铺装结构来说,浇筑式+SMA铺装病害比较少见。早期的浇筑式+SMA铺装中SMA采用SBS改性沥青,使用一段时间后会出现面层开裂的情况,如不及时处置会发展成为坑槽;后期采用高弹沥青成型SMA,未出现开裂情况,桥面铺装总体效果不错。
浇筑式+SMA铺装的病害通常首先出现在SMA层表面,下层浇筑式通常不会出现病害情况。只要在出现裂缝时及时用沥青灌缝封闭,就不会危及到下层浇筑式,如SMA出现坑槽,则可把上部破坏的SMA部分挖除,用普通沥青混合料填补即可。等到整个SMA面层破损严重时,可铣刨重新铺装SMA上面层。山东胜利黄河大桥和安庆长江大桥是国内较早使用浇筑式+SMA铺装的桥梁,目前均有一定的裂缝产生,但灌缝修补后未出现进一步的病害,目前使用情况尚好。
2.3 环氧沥青混凝土
(1)表面开裂
由于环氧沥青混凝土具有一定的刚度,而柔韧性较差,因此在受到较大应变的情况下会产生开裂病害。环氧沥青开裂后,也是常采用灌缝的处理方法封闭裂缝,只是采用的材料通常为环氧沥青或者环氧树脂类材料。
(2)鼓包
环氧沥青桥面铺装如果施工处理不好,桥面残留水分的话,在温度的作用下,水分变成水蒸气,在环氧沥青内形成较大的空洞,出现鼓包病害,在车辆的碾压作用下导致开裂,水分从开裂处下渗会造成更严重的病害。对于鼓包病害,如果病害情况不是很严重的话,通常采用环氧沥青灌缝来修补;如病害比较严重,则采用挖除重新填补。
(3)坑槽
鼓包病害如果处理不及时,由其引起的裂缝会逐渐发展成网裂,再加上鼓包造成了铺装层与钢板之间失去粘结力,最终导致混合料脱落,形成坑槽。通常坑槽采用挖补的处理方式,将出现坑槽的位置挖除,填入环氧沥青混合料,压实并整平。在新旧界面处最好涂刷一层环氧沥青,以防止水分沿界面处下渗。
3 结论
钢桥面铺装不同于一般公路沥青混凝土路面,它直接铺设在钢桥面板上,由于钢桥面板柔度大,在行车荷载与温度变化、风载、地震等自然因素共同影响下,其受力和变形较公路路面或机场道面以及其他桥型结构铺装复杂得多。同时钢桥面板的温差大、防水防锈及层间结合要求高,这些都决定了钢桥面铺装使用条件远远苛刻于一般沥青路面,其使用寿命也要远远短于普通路面。通常在钢桥面需要采用特殊的铺装方案,来提高桥面铺装寿命。本文阐述了常见的典型钢桥面铺装方案,并就各种铺装方案的特点进行了分析,通过对不同铺装方案常见的病害原因分析,提出了桥面铺装病害处置措施,可为同类工程提供参考。
参考文献
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