《初次改正bridge reinforcement翻译.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《初次改正bridge reinforcement翻译.doc（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、桥梁加固、钢筋网以及钢纤维混凝土的力学分析和实验的施工技术张闻先、罗冰、金蜀杨中国 沈阳 东北大学 土木工程 资源学院 110004 摘要本文主要是研究中国广州深圳高速公路东莞北部的公路桥梁如何利用钢筋网和钢纤维混凝土（SFRC）进行加固。它是用数值软件MIDAS来模拟桥梁的力学响应。新老混凝土桥梁结构之间的相互作用是模拟的。本文对最不利荷载位置进行力学分析，并充分考虑超载和混凝土的收缩徐变。然后对锚定筋的距离和混凝土桥面板的最佳厚度进行了探讨。最后，对将钢筋网和钢纤维混凝土应用于一个真实的修复桥面板铺装缺陷施工的工艺进行了分析。关键字：钢筋网和钢纤维混凝土、桥梁加固、力学分析、施工技术简介
2、钢纤维混凝土的力学性能如压缩、抗拉、抗疲劳、抗开裂比普通混凝土高。通过钢筋网和钢纤维加强的混凝土被称为钢筋网钢纤维混凝土。该方法能有效地提高加强桥面桥梁结构的完整性,降低裂纹在桥面的扩展。工程背景在广深线东莞北大桥高速公路工程中,钢筋网和钢纤维混凝土方法已经用于加强桥面。这座桥是在原来英国规范的基础上设计，并采用了T形简支梁。传统的大跨度桥是32.5米，水平的半宽是由5个T形梁组成。主梁之间的距离是 3.45 m ，主梁的高度是 2.3 米，预制顶部的宽度是 1.6 米，浇在板的宽度是 1.85 米，桥面厚度为0.2米（图1）。这座桥的全长时19638 m，最下部结构均采用钢筋混凝土盖梁和钢筋
3、混凝土钻孔灌注桩。这座桥梁的主要缺陷在于湿结点处材料质量低、预制的T形梁和现浇板凸缘之间有损耗，局部钢筋腐蚀、混凝土表面和齿孔局部扩大。原桥面是由防水构造较差的沥青混凝土铺筑而成。桥面上面放置了一种新型的混凝土覆盖层用以保护桥面自身。该覆盖层一般厚度为15cm。施工步骤如下：首先，移除所有原有的现浇板，同时将其放置在原位板上，并用混凝土覆盖。然而,本工程在施工期间存在许多限制因素,如众多分项工程任务,沉重的交通压力,有限的施工时间和其他因素。特别是，这可能会大大增加桥的静载。最终这将仅仅取决于能否消除有缺陷的现浇板，是否使用钢筋网和钢纤维混凝土作为覆盖物材料。其次，改性沥青覆盖层解决了防水问题
4、，同时改性沥青混凝土被用作路面。加固后的桥面结构如图1所示。数值算例数值模型和资料的特点在这项研究中，我们使用MIDAS软件分析数值，网格元素由3374个网格空间梁元素（共计3149节点）组成。xyz坐标系如图2所示。表1是主要材料的弹性参数。桥梁中所使用的预应力筋是由英国制造的，每个预应力筋由6个钢筋束组成，每个钢筋束则是由半径15.7mm的超级束组成的。桥的原设计参照了英国标准BS5400。这座桥加固后应符合中国标准JTJ00197，即交通荷载等级是汽车超 20。通过进行数值分析，我们发现钢纤维的类型是铣削AMi04 - 32 - 600达40公斤/方。钢纤维的拉伸强度大约是800Mpa。
5、图1典型桥梁部分的图纸(单位:厘米)图2钢筋网单元的图解表1结构模型参数值项目强度等级容重（kN/m3）弹性模量(MPa)泊松比T形梁C45263.451040.1667现浇桥面板C30263.001040.1667钢纤维混凝土路面C40263.911040.1667根据施工程序,我们在数值模拟计算中对两个阶段进行了模拟:（1） 施工阶段： 钢筋网和钢纤维增强混凝土的重量被认为是应用于原有的桥梁结构的二次荷载；（2） 使用阶段： 钢筋网、钢纤维增强混凝土和原始桥梁被视为一个整体。桥梁结构在施工阶段的力学响应由于新的8厘米厚钢筋网和钢纤维混凝土覆盖层取代了原来的8厘米厚的沥青路面，在桥梁上的二次
6、负荷的变化显得微不足道。因此，施工阶段是安全的。桥梁结构在正常使用阶段的力学响应（a）正常使用阶段中桥梁的整体力学分析在正常使用阶段，混凝土收缩和徐变的计算直接使用中国标准JTJ023 - 85。在本研究中,假定层钢筋网格和钢纤维混凝土的收缩徐变和原来的混凝土桥一样。温度梯度引起的等效荷载的计算如由方程(1)、(2) ：对梁来说： 对板来说：其中是线性热膨胀系数、E是混凝土的弹性模量、I是梁的转动惯量,T是温差、h是一个截面的边缘之间的距离,t是板的厚度、是泊松比。在正常使用阶段有三种可能的荷载组合。第一类为静载+最不利位置车辆荷载+钢梁预应力 +混凝土收缩和徐变;第二类是气候变暖的温度梯度。
7、第三类是温度降温梯度。在使用阶段，加固桥梁和原桥的应力如表格2所示。表2假定原始桥在作为钢筋网钢纤维混凝土覆盖层面的同时还被视为荷载。此外，它被视为一般的预应力混凝土构件。通过表2，我们可以观察到，在正常使用阶段，所有梁和板单元的应力符合标准（JTJ023-85），并且有些应力小于原桥的应力。表 2 括号中的数字代表原桥的应力。它们的垂直变形（1.00厘米）也比原桥（1.28厘米）的变形小。由此可以得出，加固桥在使用阶段是安全的。表2在使用阶段加固桥和原桥的应力总汇。荷载组合梁单元应力（Mpa）板单元应力（Mpa）最大主应力最小主应力剪应力最大主应力最小主应力剪应力1-0.261(-0.188
8、)-9.665(-9.787)0.045(0.053)1.943(2.088)-7.332(-7.573)1.504(1.631)2-0.126(-0.118)-2.189(-1.705)0.049(0.038)2.909(3.036)-2.490(-2.525)0.868(0.878)31.098(0.858)0.061(0.061)0.025(0.025)1.220(1.249)-1.371(-0.973)0.450(0.439) (b)正常使用阶段的桥梁的局部力学分析在钢筋网和钢纤维混凝土覆盖物层的施工期间，应该首先去除严重损坏的现浇板。但是就地浇筑板和边缘之间的连接仍然有一些微小的裂缝
9、。但很难确定裂缝是否贯穿整个构件。假设存在以下两种状态：第一，假设顶部和底部的联接为铰接，见图3；第二，假设微裂纹传播到整个构件，见图4。第一个状态图 3(l.)展示了最关键的轮装载布置，第二个状态图4（l）显示了作为二次等效负荷q的原有浇板的重量。板中的弯矩计算方法如方程 (3)(JTJ023-85)所示。Mud=1.2Mg+1.4Mq （3）其中：为结构重要性系数、Mg是恒载产生的弯矩、Mq是活载产生的弯矩。根据图3及图4数值分析，最大弯矩的结果显示在表3中。应当指出，最大负弯矩发生在底部边缘和最大正弯矩发生在两个相邻的边缘底部的中间。图3某一状态模型的意图和分析图4示二状态模型的意图和分
10、析表3 纵向板每米的最大弯矩(Md)桥梁状态最大负弯矩最大正弯矩原桥阶段-22.22219.578使用阶段状态一-26.65715.094状态二-31.6187.034正截面抗弯承载力在加强的覆盖层中，杆间距是 12.5 12.5 厘米。钢筋沿横向和垂直方向的直径分别为 16 和 12。假定原始的桥面作为钢筋网钢纤维混凝土覆盖层的同时被加载。然而，JTJ023-85 和BS5400有很多不同之处。C45 混凝土在规范 JTJ023-85中的 fcd=20.5 MPa ，但在规范 BS5400中， fcd=20.1 MPa。 在规范 JTJ023-85中，钢筋 HRB335（fsd=280Mpa
11、，fsd=280 Mpa）相当于规范BS5400中的 G460(fsd=400 MPa, fsd=331 MPa) （1）检算最大负弯矩截面因为锚定钢筋的深度为10cm，这将损害到一些N2的孔。所以这些N2钢筋就没有利用价值了。基于双筋矩形截面的假定，如图5，弯矩的设计值Mdu= 82.94 kN m，比通过内力平衡方程求出的0Md=31.618 kNm大。所以说使用安全系数1.0进行计算符合标准。图5：最大负弯矩正截面承载能力示意图（a） 截面图（b）应变分布图（c）应力分布图（2）检算最大正弯矩截面如表3所示，在状态1下，Md=15.094 kN小于原桥的19.578 kNm。因此没有必要
12、检算最大正弯矩截面。在第二种状态下，因为Md发生在两个梁肋的正中间，在这里该截面的高度只是相当于钢筋网和钢纤维混凝土的覆盖层的厚度80毫米， N3 钢筋失效，所以它必须被检算。基于单筋矩形截面假设，如图5中，设计弯矩值Mdu=17.987 kNm ，大于用内力平衡方程求出的Md = 7.03 kNm （张 2006 年）。因此它满足要求。计算锚筋间距新老混凝土之间的龄期有12年差距，所以会产生较大的收缩拉应力。为了提高加强覆盖和原桥面之间的结合力，锚钢筋应该放置在两层面之间（王2007）。锚定钢筋的直径是16mm。根据T = 0.43AsEfc 0.7Asfsk 可计算出每一个锚筋的剪切强度T
13、=62.6kN。由F = bh1E1(150 )得出，新旧层之间的力F=253.44kN/m2。因此每平方米的锚筋数量n=253.44/62.6=4.054，所以每平方米6根满足要求。应该指出的是，这个计算过程中引用的安全系数是1.5。钢筋沿横向和纵向的间距均为50厘米，且以梅花形状排列。上述计算结果表明，利用钢筋网和钢纤维混凝土加固这座桥的方法是安全可行的。它能够满足规范（JTJ001-97）的最小桥面厚度的要求。施工过程中的讨论用钢纤维混凝土路面覆盖层加固桥梁的施工过程可分为四个步骤：碾碎沥青混凝土，安置加强钢筋，布放置加强钢筋网，浇筑钢纤维混凝土。原桥沥青表层应谨慎使用维特根磨削机碾磨。
14、沥青混凝土碾磨完后，用空气压缩机和高压水清理灰尘，并用碾碎机器清洗保留的沥青油膜(0.5 m)。然后，应再次由高压水和手动清洗清理保留的沥青油膜。同时用电角度碾碎手工清洗局部保留的沥青油膜，直到新鲜的混凝土出现。应该指出的是，在桥梁表面的清理过程中桥梁的结构不能受到损害。这个施工程序对防止出现新旧混凝土夹层很重要。 放置锚杆和铺设钢筋网的主要步骤是清洗钻孔，自动浇筑、 插入钢筋和震动网格。由于加工过程中钢筋直径扩展，同时胶体产生挤压扩展，所以钻头直径应大于锚杆直径4毫米，钻孔应不影响原桥的N2钢筋。孔道应保持挺直。钻孔底部的灰尘和碎片应使用高压干燥空气吹走。加固胶注入到孔高度的三分之二为止，将
15、钢筋插入到底部并将其旋转 360 度。多余的胶水应用丙酮清理。拔出力达到21千牛后，钢丝网的放置间距为12.512.5厘米，锚杆可以弯曲成90度。钢筋混凝土钢纤维的建议配比：水泥水沙钢纤维粗骨料比例为1：0.40：0.10：1.87：2.69。添加2.5%的缓凝剂。为了达到理想的混凝土密实度，浇注速度一般是 0.6 和 1.0 m/min 之间。结论1.桥梁加固方法是了使用 8 厘米钢筋网和钢纤维混凝土每平方米6 根锚杆，这样可以增强旧桥结构的完整性，并减少桥面裂纹扩展。它还有利于提高桥梁结构承载力。此外，这种方法的施工时间相对较短。它也可以提高耐久性的桥梁结构，达到延长桥的使用寿命目标。2.在检查局部时，假定现浇板和边缘的连接之间的微裂纹互相贯通或贯穿整个构件。这种方法简便且符合实
