铁路连续梁桥环形裂缝检测及加固的动力性能研究.pdf

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铁路连续梁桥环形裂缝检测及加固的动力性能研究1 铁路连续梁桥环形裂缝检测及加固的动力性能研究2 铁路连续梁桥环形裂缝检测及加固的动力性能研究3 铁路连续梁桥环形裂缝检测及加固的动力性能研究4 铁路连续梁桥环形裂缝检测及加固的动力性能研究5
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———文章编号:10094539(2018)04006505・桥梁工程・铁路连续粱桥环形裂缝检测及加固的动力性能研究陈’卓12(1.中铁第五勘察设计院集团有限公司北京102600;2.中国铁道科学研究院北京100081)摘要:预应力混凝土连续箱梁桥在我国运用广泛,箱梁的内部环形裂缝已成为其突出的病害。为了研究裂缝产生的原因及相应的加固措施,以某铁路预应力混凝土连续箱梁桥为例,采用动应变测试裂缝处截面中性轴的位置,并对箱梁内部环形裂缝进行灌胶加固。通过比较加固前后箱梁的动应变响应数据,研究环形裂缝灌胶加固的性能和效果。结果表明:施工过程中接缝处理不当是造成合龙段处箱梁内部顶底板环形裂缝的主要原因。裂缝截面位置的实测中性轴比设计的理论中性轴高出了14em,截面刚度明显降低。对裂缝进行灌胶加固后,实测中性轴下移了5cm,该位置满足设计要求,有效提高了裂缝处截面的刚度2箱梁内部裂缝进行处理时,应依据裂缝产生的原因进行多种加固方案的比选,以选择兼具加固效果和经济效益的方案。关键词:连续梁桥加固环形裂缝中性轴中图分类号:U446文献标识码:A—DoI:10.3969/j.issn.10094539.2018.04.016StudyonCrackDetectionandGlueStrengtheningPerformanceofRailwayContinuousGirderBridgeChenZhu01-2(1.ChinaRailwayFifthSurveyandDesignInstituteGroupCo.Ltd.,Beijing,102600,China;2.ChinaAcademyofRailwaySciences,Beijing100081,China)Abstract:Theprestressedconcretecontinuousboxgirderbridgeiswidelyusedinourcountry,andtheinternalcracksoftheboxgirderhasbecomeitsprominentdisease.Inordertostudycausesofcracksandcorrespondingreinforcementmeasures,takingarailwayprestressedconcretecontinuousboxgirderbridgeasanexample,thepositionoftheneutralaxisinthesectionofthecrackwasmeasuredbyusingdynamicstrainandtheinternalcracksoftheboxgirderwerestrengthenedwithglue.Bycomparingthedynamicstrainresponsedataofboxgirdersbeforeandafterreinforcement,theperformanceandeffectofcrackgroutingreinforcementwerestudied.Resultsshowedthattheimproperjointtreatmentduringtheconstructionprocesswasthemaincauseofthelateralcracksinthetopandbottomoftheboxgirderintheclosedsection.Themeasuredneutralaxisofthecracksectionpositionwas14amabovethetheoreticalneutralaxis,whichsignificantlyreducedthecrosssectionstiffness.Afterthereinforcementofthecracks,themeasuredneutralaxismoveddown5cmandthestiffnessofthecracksectionwaseffectivelyimproved.Comparisonofvariousreinforcementschemesshouldfullyconsiderthereinforcementeffectandeconomiceffectbasedonthecauseofcrackswhendealingwithcracksintheboxgirder.Keywords:continuousgirderbridgereinforcement;annularcrack;neutralaxis1引言近年来,随着混凝土分段施工理论的完善及施——收稿日期:20180224作者简介:陈卓(1979一),女,在读博士研究生,高级工程师,主要从事桥梁工程结构检测、评估与研究。工技术的发展,预应力混凝土连续箱梁因其具有较大的抗弯抗扭刚度、较好的整体性和连续性而被广…泛采用。但这种桥梁也存在着一些缺点,如箱梁往往会出现裂缝,而且在运营过程中裂缝会日渐增多,桥梁承载能力逐渐下降,对行人的财产安全以铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2018(04J万方数据・桥梁工程・比较以检验加固效果。既有的研究文献主要侧重图1箱梁顶底板裂缝丢罢篓芝蒹竺妻里未篓竺竺析燃翟要蓑3裂缝产生的成因分析行现场检测和实际加固检验。且涉及对象大多为公伏嘴7_L”H呐吲川1¨路桥梁,对铁路桥梁的相关问题涉及较少,由于列车3.1裂缝原因分析荷载和汽车荷载有较大不同,因此对铁路连续梁桥的对于预应力混凝土连续梁桥,施工过程中预应裂缝检测和加固尚需进一步分析研究。本文以某铁力张拉不足、预应力布置及张拉顺序不合理、挂篮路(40+64+40)tTI预应力混凝土连续箱梁桥实际工支点问的相对变形、混凝土箱梁存在温差、大体积程为例,对裂缝产生的原因进行分析,综合比选后确混凝土水化热效应及混凝土收缩效应等因素都会定灌胶法加固方案并对其加固性能进行研究,以期获导致裂缝的产生。这些常见原因导致的裂缝形式得一种合适的箱梁裂缝加固方案,为同类型裂缝的检可分为:纵向弯曲裂缝(位于受拉区,大体与梁轴线测和加固处理提供参考和借鉴。垂直,表现为底板横缝)、纵向弯曲剪应力裂缝(位oT靼缸、口于受拉区,大体与梁轴线垂直,在箱梁腹板表现为‘上任佩仉斜向裂缝)、温度收缩裂缝、箱梁底板的锚固裂缝以某铁路(40+64+40)m预应力混凝土连续箱梁及由大吨位预应力引起的底板纵向裂缝等。桥采用单箱单室箱形截面,箱梁顶板宽度为7.5m,通过多名技术人员同时对箱梁顶板、底板以及底板宽度为4.0m,中支点箱梁高度为4.8m,边支腹板内外侧的裂缝进行监测,该桥箱梁裂缝的外观点及跨中截面箱梁高度为2.8m,箱梁底部曲线采特征描述如下:用二次抛物线过渡。箱梁的顶板厚度为0.36m,底(1)箱梁内部顶板裂缝所在位置处的混凝土表板厚度为0.28~0.65—m,腹板厚度为O.40.7m。面松散,存在掉块现象,最大宽度达到0.75mm,并桥梁采用悬臂灌注法施工,按照施工顺序共划分为可以看到裂缝内部存在施工时浇筑留下的痕迹,裂10种35个梁段。中支点桥墩上为0号梁段,该梁缝处无水渍。段的长度为8m;1、2号梁段长3.5—m;37号梁段(2)箱梁内部底板裂缝的最大宽度为0.2r13]m。长4.0m;8号梁段为合龙段,长为2.0m;9号梁段箱梁底板外表面结构完整,并无裂缝痕迹。调取施66铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2018(04J万方数据・桥梁工程・工记录发现,该节段悬壁浇筑的施工时间为11月份,属于冬季施工。根据施工相关技术人员描述,该节段施工时处于抢工期阶段。根据裂缝的外观特征和施工记录,综合判断该裂缝为非荷载裂缝。该裂缝主要是由于施工时挂篮移动的时间过早导致了节段错位,而非预应力不足引起的荷载裂缝。虽然该裂缝为非荷载裂缝,但是该裂缝的存在会导致箱梁截面刚度的下降。此外,空气和水分会通过裂缝渗入箱梁,导致内部普通钢筋和预应力钢筋的锈蚀,进而破坏结构的耐久性。3.2列车荷载作用下裂缝影响试验为了研究该裂缝对连续箱梁结构刚度的影响,在不影响铁路交通正常运行的情况下,通过动应变测试裂缝处截面中性轴的位置,判断该箱梁截面位置的刚度是否满足设计要求,从而评估裂缝带来的不利影响。对该(40+64+40)Tn预应力混凝土连续梁进—行动载检测,测点布置如图2所示。其中,AA截面—为裂缝处截面,在AA截面沿腹板高度从上往下依次布置纵向应变测点D1~D5。现场腹板测点照片如图3所示.◆:纵向应变—AA图2测点布置试验采集了多辆列车过桥时箱梁的动应变响应数据,选取其中3组有代表性的试验数据。腹板处的测点响应时程曲线如图4所示。图3现场测点照片对腹板处的测点响应数据进行整理和分析,得到三组试验中各个腹板测点的应变结果,如图5所示。从图5中可以看出,试验32和试验33的两组测点应变结果接近,试验误差较小。根据该截面腹板的应变变化趋势,可以得到截面的中性轴位置,如图6所示。该截面位置的实测中性轴比设计的理论中性轴高出了14cm。说明该裂缝的存在导致了截面刚度的明显下降,因此有必要对该裂缝进行加固和补强。∞≥i;;霹莓霹霉=霉司燮—■■■■■—■i悯嘲睁嘲衲枷_HM。。目鬻i‘—————————————————‘。已=:z===』z==.===L=_===.二二一-.:茹:+”—————————严岬呷争警}T_]:j__T一___=_?_=___1==__-__q::...善^”———————————卜}7-__----_----_-_--_。叫:?=一——————————————————————————————uLj£-ji弋一“≮—————————————————-・严444r1]!二一■—l=b7=:!・・=・=・=・-.・=_?=|:詈:。砟+”。1{——————————————●———■二F-、.,__;=i{___{十Eif1…。。’—4l:....:!:!.........................:....................................................。..........。............。..............jL。—・・。a.3l号试验∑j富菡霉玉苫i==:=司燮¨■■■●“●——————————————————————————————口々ulTr11Tr1一-】■■■‘“ip嘞嗍嘶惭H㈣州州蝉黼_唧_嘲薯曼———————————:=严L_尸._T]J芋:::::.≮————————::卜i,_N。P、/・__叫甄————————————————————.P珥伊峰m啊L-_rTr1r]竺.=二一●’‘■■—■—’:}-.!\:.鼍t_i>__=_____:_1二篇一——————.P掣,掣竺,_!===-T_I_____q"l-:i,lo訾:-=∑::鼢=========二习燮———————————————————————“’uL上LLLL山.__J==:蚀::|:;;薄茹画画丽研丽两同勇砖砸j莩黧———————————————————————’4。L上L__.-L-L_i.=:r”————————————————。产呷]学o・“—∑—————————————L生二-_二二二二二_=二二二_二二二二二二二__二】二哩一““————————————————,.严of*T_r_-_-r]=・;一■,:巴立!羔兰=要三三三三羔三====¨,裟,・‘r1‘二[蔓£=主羔二互!==二三=二=二二=二丑能=图4测点时程曲线图5测点应变值4裂缝加固及效果分析一4.1裂缝加固方案选择通过检测分析结果可知,箱梁内部的环形裂图6中性轴位置缝为施工过程中的接缝处理不当所造成的,虽不会对结构的承载力产生致命影响,但会降低箱梁截面的刚度。为了避免在列车活载作用下,裂缝进一步发展,对裂缝进行加固方案设计,以期抵抗由于混铁道建箍技术RAILWAYCONSTRUC丁『ONTECHNOLOGY2018(04J6"/万方数据・桥粱工程・凝土开裂导致顶板、腹板和底板增加的荷载。针对该裂缝的成因和所处的截面位置,拟定两种加固方案:(1)采用钢板进行裂缝加固:对箱梁裂缝采用灌胶和封闭处理后,在底板处植入螺栓和粘贴纵向钢板进行加固,如图7所示:图7粘贴钢板示意(单位:cm)(2)采用灌胶进行裂缝加固:对裂缝进行灌胶处理后,在裂缝表面进行涂装处理而不粘贴钢板,如图8所示。根据铁路桥梁加固养护的经验,在列车动荷——]注JC--43裂缝梁体填充树脂7或漏无忧(普通型)√\鎏塑喷涂漏无忧卜图8灌胶加固示意载的长期作用下,粘贴的钢板往往会和结构表面剥离,钢板的加固效果会逐渐失效。而灌胶加固也会在一定程度上提高截面的刚度,灌胶加固后的位置往往不会出现新增裂缝,且和粘贴钢板加固相比更具经济性。因此,最终选择了对裂缝进行灌胶加固,并且不考虑粘贴钢板。4.2裂缝灌胶加固工艺依据确定的裂缝加固方案,对该桥箱梁内部的裂缝进行灌胶加固。现场采用的裂缝灌胶加固工艺如下所述。(1)清理裂缝:清除箱梁内部裂缝表面的灰尘、油污及松动部分。(2)观察裂缝走向、确定注入口:注入口位置应尽量设置在裂缝较宽、开口较通畅的部位。注入口—间的距离一般为0.20.3m。选定注人口后,用小片胶带纸暂时封盖注人口。(3)用封缝胶封闭裂缝:在干净的小容器中;将“”JC一43快干型封缝胶A、B按比例搅拌均匀后立即使用。封闭裂缝时,应根据裂缝表面的形状,沿裂—缝仔细刮涂12道,刮严刮实,确保把胶带纸间的裂缝封死。铁道建筑技术(4)固定灌胶座:揭去注入口上暂时封盖的小片胶带纸,用封缝胶将灌胶座粘于选定的注入口上,在灌胶座粘于选定的注入口上1h后方可灌胶,现场可根据实际温度调整等候时间。(5)固定灌胶座后,根据现场条件,预估灌胶时间,安排灌胶开始的时间点,使灌胶的结束时间点在天窗点开始的前后,使灌胶在承受列车荷载前能够充分固化。(6)灌胶:将Jc.43裂缝填充树脂装入灌浆器,通过软管与灌浆座连接,对裂缝进行压浆充填。在灌注过程中,如树脂注入速度降低,基本不再进胶,灌浆即告完成。此时可拆除灌浆器软管,用堵头将灌浆座堵死,以防树脂外溢。经4h树脂固化后便可敲掉底座及堵头,清理表面封缝胶,整个裂缝灌胶工作完成。4.3加固后效果检验为了验证灌胶法对环形裂缝加固的效果,对加固后的(40+64+40)[Irl_预应力混凝土连续梁进行了二次试验,在不影响铁路交通的情况下,通过动应变测试裂缝处截面中性轴的位置,从而判断本次裂缝加固的效果。现场测点布置同第一次试验。试验采集了多辆列车过桥时箱梁的动应变响应数据,选取其中3组试验数据进行分析。腹板处的测点响应数据如图9所示。:掌竺!=================习晋:篮P’—————————————————————————卜r=_f}f一+;:.:=i.,巨=;三=三三三三习。黧.净军茸二二==:====二=;==爿乎互:区互!二二=二二二二=二型手工‘1匹2:二二===二=:二=]。黑:f:=竺兰车兰三五三三§==j巨===习垩鎏笋—————————————————————————‘■-卜}:_=_=_}一=:==.巨兰蔓亘互互x二至孓=]慕■Ⅻ∞’————————————————————————————————,・u_u日1]1…———————————————————————————————————————————L』.。...........J..。。.......................u-.------------------・-r,一∑:皇兰芝=!=笠==!===兰==:=爿三毋}■‘———————————ju^!id+一一一I..1n-’——卜(二ii=忑_ii产i7。|毒*■■■-u¨————————————————————————————————————jI_^r1…一。∑.七三霉三毒三三;三主乏二=]。篇.芒=竺==z!s==二=二===二==习垩磐p———————————————————‰卜f,'1・rr{%1r_i:..f:===2s三二二;二习..黧————.商商莓面==二二==一一一1盎。二.一…:匕兰=甄乏=竺=兰=型器:E三二!蔓z!=二二==二型乎*‘E三=王;主三===二三习篇・RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2018t04)万方数据・桥梁工程・根据各个测点的时程曲线得到截面腹板的应变变化趋势,进而确定裂缝截面的中性轴位置,如图10所示。从图中可以看出,加固后该截面位置的实测中性轴比设计的理论中性轴高出了9cm。和加固前相比,实测中性轴卞移了5cm,该位置满足兼具加固效果和经济效应的方案。本文采用的灌胶加固法具有良好的加固效果,可以为同类型桥梁裂缝的加固处理提供参考和借鉴。参考文献本文针对某铁路(40+64+40)m预应力混凝一283.土连续箱梁桥的箱梁环形裂缝成因进行了检测分[4]周建民,何余良,吴旭东,等・体外预应力索加固预应析,并根据该桥的实际情况比选了相应的加固方力混凝土连续箱梁桥方案比较[J]・工业建筑,2017,妻二至要苎粤挛型苎烹笆挈。氅之鎏差至型!要耋[5]墓荽筝差募三素亮,等.附加自锚式悬索桥法加固连作用下的裂缝影响试验,通过加固前后两次试验结…“。囊藉桑旃森芬磊五证磊桑茹1:;:磊(6):76.=;_果的对比分析研究灌胶加固的性能和效果。得到[6]张贵宗.预应力混凝土连续箱梁桥腹板裂缝的成因分如下结论:—析[J].中国水运(下半月),2015,15(12):223224.(1)施工过程中接缝处理不当是造成合龙段处[7]贺志勇,赵龙.应用Mid鹊进行连续箱梁桥腹板斜裂缝箱梁内部顶底板横向裂缝的主要原因。由于裂缝—的分析研究[J].中外公路,2011,31(2):178181.的存在,该截面位置的实测中性轴比设计的理论中[8]曹金福.试析道路桥梁施工中的裂缝成因及预防措施性轴高出了14cm。说明该裂缝的存在导致了截面—[J]・江西建材,2016(5):229230・刚度的明显下降,因此有必要对该裂缝进行加固和[9]陈艳玲・桥梁施工中裂缝问题的分析和对策[J]・科技补强创新与应用,2016(9):240・O。]。c三!。盟霉罂塑銎釜差要=f!!『孽,至冬!墅望n叫嚣焉焉差主嚣囊慧焉慧缌?过对裂缝进行封闭提高结构的耐久性,而且对提高[11]毒磊:葺妥茹,徐兴j预矗j磊凝土磊疤主囊梁桥裂缝裂缝处箱梁截面的刚度也有显著的效果,加固后该成因分析及对加固方案的评价[J].中国公路学报,截面位置的实测中性轴下移了5cm。—2004,17(1):6265.(3)对箱梁内部环形裂缝进行处理时,应依据[12]张建军.预应力混凝土连续箱梁桥腹板裂缝分析研究裂缝产生的原因进行多种加固方案的比选,以选择[D].广州:华南理工大学,2012.(上接第55页)[4]鞠玉财,邓廷权.大跨度悬浇钢筋混凝土拱桥合龙施—工技术研究[J].西部交通科技,2014(5):4447.[5]芍洁,周仁忠.超大跨径钢桁架系杆拱桥合龙施工控—制技术[J].中国港湾建设,2010(2):6569.[6]周建富.大跨度钢管混凝土拱桥拱肋线形控制技术—[J].铁道建筑技术,2009(4):2730.[7]于长彬.大跨度拱桥拱圈混凝土斜拉扣挂和分环分段—组合施工技术[J].铁道建筑技术,2016(6):14.[8]杨长京.南盘江特大桥劲性骨架斜拉扣挂悬臂拼装索力—优化及线形控制[J].四川建材,2013(1):163166.铁道建筑技术RAlLwAYcoNSTRUCTtoNTEcHNoLOGY[9]中华人民共和国铁道部.铁路桥梁钢结构设计规范:铁建设[2005]108号[s].北京:中国铁道出版社,—2005:324.[10]中华人民共和国铁道部.高速铁路桥涵工程施工质量验收标准:铁建设[2010]240号[s].北京:中国铁道—出版社.2011:2342.[11]陈宝春.钢管混凝土拱桥设计与施工[M].北京:人民—交通出版社,1999:251273.[12]张建民,郑皆连,秦荣.钢管混凝土拱桥节段施工中的扣索索力调整计算[J].中外公路,2002(4):44—47.2018脚J69万方数据
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