浅谈预应力钢筋混凝土箱梁结构加固设计
2015-09-22
桥梁是交通中不可缺少的重要组成部分，在人类社会的发展中起到重要的作用。在对桥梁进行加固设计之前，需要对桥梁现状进行全面的研究，尤其是预应力钢筋混凝土箱梁的裂缝研究。桥梁往往在形成机理和表现形式等方面存在着问题，这些问题也是桥梁设计理论和施工方法等因素不合理所导致的。
1预应力钢筋混凝土箱梁结构加固设计
1.1裂缝情况及原因分析
引起预应力钢筋混凝土桥梁裂缝的原因有很多，主要有荷载引起的裂缝、温度变化引起的裂缝、地基础变形引起的裂缝等。钢筋锈蚀引起的裂缝、冻胀引起的裂缝、施工工艺质量引起的裂缝等。荷载引起的裂缝是由于外载荷的直接应力和次生应力作用产生的。在设计计算阶段，荷载引起的裂缝可能由于设计计算阶段的漏算、模型不合理、结构不合理、设计断面不足、钢筋布置失误、预应力加载不足和安全系数不足等原因产生。在施工阶段，荷载引起的裂缝可能由于预制结构了解不清、构造处置不当、没有完全按照图纸施工、翻身和运输安装随意、施工顺序不当等原因造成的。
在使用阶段，荷载引起的裂缝可能由于受到撞击、车载过大、重型车辆过多和自然灾害等原因造成的。在进行混凝土浇注的过程中，因为结构整体不能采取隔离层等放松约束措施，混凝土在水化热和大气温度的作用下，加之混凝土的内部温度较大，混凝土内部出现较大的拉应力，导致约束裂缝的产生。
地基的变形有时会出现不均沉降和水平方向位移等，导致结构产生附加应力，造成机构开裂，地基基础的不均匀沉降的原因有：试验资料不准、结构荷载差异太大、地质勘察精度不够、分期建造的基础、地基冻胀等。
此外，预应力钢筋混凝土桥梁裂缝还包括钢筋锈蚀引起的裂缝、冻胀引起的裂缝、施工工艺质量引起的裂缝等。
1.2 预应力钢筋混凝土箱梁结构加固设计
首先进行预应力钢筋混凝土桥梁的裂缝宽度计算。根据预应力混凝土桥涵设计规范（JTG62-2004）规定：钢筋混凝土构件在Ⅰ类和Ⅱ类环境下裂缝宽度不超过 0.2mm,在Ⅲ、Ⅳ类环境下混凝土构件的裂缝宽度不得超过 0.15mm。
裂缝计算的最小裂缝计算公式如下：
考虑到长期车载、超载现象严重现象，裂缝计算的较大裂缝计算公式如下：
其中σg代表裂缝处钢筋拉应力；Eg代表相临裂缝之间的距离；
然后根据荷载试验报告，箱梁各测试截面在最不利试验荷载工况作用下，实际测量的最危险结果，取得测试数据，做好加固设计的准备工作。根据裂缝计算公式和预应力钢筋混凝土箱梁结构的实测数据进行分析，最后提出钢筋混凝土箱梁结构的加固设计方案。
根据实测数据提出三种加固设计方案，分别为挂网锚喷混凝土、底板粘贴碳纤维布、底板粘贴玄武岩纤维。由于篇幅原因，不对每一种方案进行详细说明。根据实际情况的比较选取第三种方案。
2 预应力钢筋混凝土箱梁结构加固施工
根据实际情况，最终确定的方案为底板粘贴玄武岩纤维，即（1）封闭处理。针对宽度小于 0.20mm 的裂缝。（2）清缝灌浆处理。针对宽度大于0.20mm 的裂缝。（3）在裂缝病害采取裂缝封闭后，在箱梁底板、腹板和翼缘板粘贴玄武岩纤维布。
2.1裂缝封闭
2.1.1针对宽度小于0.20mm的裂缝，首先开凿一个V形槽，宽10～20mm，深5mm。
2.1.2去除浮渣和裂缝内灰砂，烘干混凝土表面。
裂缝外用蘸有丙酮或二甲苯的回丝洗擦一遍，不可用清水洗，保持V形槽内无灰、尘油污等。
2.1.3在裂缝四周涂一层环氧浆液。
然后嵌入环氧砂浆，将其平面与原混凝土面用刮刀刮齐平。环氧树脂硬化后就可以正常使用。由于裂缝封闭使用化学药剂，操作人员如果短期接触不会产生副作用或影响不大，但是使用乙二胺等固化剂时，必须进行保护，防治皮肤灼伤。拌制环氧树脂时，要戴口罩，注意通风，并且防治火灾的发生。
2.2 裂缝灌浆
进行裂缝清理。首先开凿 V 形槽，宽 4～6mm，深 2～4mm；然后剔除裂缝口表面的松散杂物，对外露钢筋进行除锈处理，用丙酮沿缝长范围内进行洗刷。
进行埋设灌浆嘴和封缝。灌浆嘴的布置间距以 35～40cm 为宜尽量保证上宽缝可稀、窄缝要密，并且每一条裂缝保证至少有一个进浆孔和排气孔。封缝时应该保证无论缝宽大小同时封闭，防裂缝相互贯通造成跑气跑胶。在封缝后还要进行密封检查。进行灌浆，步骤如下：接通管道-胶浆注入灌浆罐-打开储气瓶阀门-打开灌浆罐-灌浆冒浆后关闭此嘴-停止该缝的压浆-停止压浆-关闭压浆嘴阀门。停止压浆的标准为出浆率持续5～10min 小于 0.1L/min。
2.3 粘贴玄武岩纤维布
粘贴玄武岩纤维布施工工艺：构件基底处理-涂刷底层涂料-环氧腻子修补-粘贴玄武岩纤维布-表面防护。
2.3.1 施工准备
应认真阅读设计施工图，拟定施工方案和施工计划；施工前应测量粘贴部位混凝土的表层含水率以及其所处环境温度；去除被加固构件表面的疏松部分，保证可以露出混凝土结构层；若粘贴玄武岩纤维材料的施工工艺有涂刷底胶的要求时，应按粘结剂供应厂商的底胶配制说明书进行操作；专人负责粘结剂的配制，并且按粘结剂供应厂商要求的配比和工艺进行配制。
2.3.2 粘贴玄武岩纤维片材
首先按加固设计部位放线定位；然后裁剪玄武岩纤维布；接着配制漫渍树脂并且均匀涂抹于所要粘贴的部位；最后用专用的滚筒顺纤维方向多次滚压，挤除气泡，保证浸渍树脂充分浸透纤维布；重复上述步骤，上一层干燥后进行下一层的粘贴。
3 结语
本文首先分析预应力钢筋混凝土结构裂缝产生的原因，提出了加固设计方案，并对加固施工进行详细的说明，为预应力钢筋混凝土箱梁结构的加固设计和施工提供理论基础和施工经验。
