钢混凝土组合梁桥维修加固质量检验评定方法研究

'2013年6月第6期城市道桥与防洪管理施工175钢一混凝土组合梁桥维修加固质量检验评定方法研究黄英军(广东中天市政工程设计有限公司，广东佛山5280~)摘要：我国早期修建的钢一混组合梁桥经过二十余年的运营使用，已步人生命周期的第一个阶段。由于结构材料及构件本身性能退化，外部环境的侵蚀作用，以及超载运营等其他非常规因素的影响，开始出现桥面板破损，钢梁锈蚀等病害。该文介绍了对该阶段这类桥梁进行维修加固措施及加固质量检验评定方法的研究。首先从这类桥梁目前常见病害及维修加固措施研究人手，归纳出钢梁结构的防腐及重新涂装，混凝土桥面板的更换，钢梁构件连接的更换及处理，杆件、构件的尺寸检查及矫正，以及钢梁裂纹的修复等五项基本能代表当前阶段钢一混组合梁桥维修加固措施的内容。然后针对各项处理措施建立相应的质量控制及检验评定的指标体系，并给出检验指标相应的评价标准和检验方法。关键词：钢一混凝土组合梁桥；桥梁病害；维修加固；检验体系；检验指标中图分类号：U446文献标识码：B文章编号：1009—7716(2013)06—0175—05钢桁架等)与混凝土桥面板通过剪力连接件组合0引言在一起，共同承受外荷载作用的结构形式，其充分我国的旧桥加固改造工程与日俱增。据交通发挥了钢材受拉性能好与混凝土受压性能好的力部2008年统计，中国目前有六千余座公路危桥。学特点。钢一混组合梁桥在我国属于“年轻”的结尤其在西部地区，由于近年公路运输超载严重，公构形式，但在公路和城市桥梁建设中已得到了广路桥梁不堪重负，危桥比例大幅攀升。交通部计划泛的应用，自1992年在北京修建了第一座车行组从2008年起，力争用3a时间基本完成国省干线合梁桥——积水潭桥开始，据不完全统计，仅北京上的所有危桥、县道中桥以上、乡道大桥以上的危市的立交桥建设中，就有五十多座采用了这种桥桥改造。为确保公路桥梁加固工程质量，由西部交型。经过20a左右的营运使用，早期修建的这些组通科技项目管理中心立项并开展了对桥梁维修加合梁桥已经进入了生命周期的第一个阶段点。该固质量检验评定方法的研究工作。结合该项研究阶段点主要性能特征包括：桥面板局部破损甚至工作，笔者在钢一混组合梁桥加固工程质量检验开裂、结合面处受到侵蚀；钢梁表面防腐措施失评定方法方面进行了相关探索和研究。效；钢梁构件连接(铆接、栓接、焊缝等)松动、锈蚀、对于钢一混组合梁桥这一类桥梁进行维修加疲劳，出现裂纹；钢梁局部损伤、疲劳裂纹等[141。固质量检验评定的研究，涉及到的维修措施和加钢一混凝土组合梁桥，不管是简支梁还是连固方法并非单一，采用何种处理措施要视旧桥实续梁，均为RC(或Pc)板与钢结构由剪力键组合际状况、环境条件、现场施工条件及经济条件等因成一整体。因此检测、维修、加固可由上述三部分素而定。加固施工过程也是一项比较复杂的工作，人手；此外，钢一混组合梁的特有的施工过程，也涉及因素较多。为了能够较为全面细致地对一项会形成不同的内力分布特点和缺陷及病害。鉴于钢一混组合梁桥的维修加固工程进行质量检验评上述原因，进行钢一混组合梁桥检测、维修、加固定，本文从对该类桥梁的病害分析及维修措施研时，混凝土或预应力混凝土桥面板的病害及其处究人手，归纳出钢梁结构的防腐及重新涂装，钢梁理方法，可参考钢筋混凝土梁、板的方法；钢梁的构件连接的更换及处理，混凝土桥面板的更换，杆缺陷及处理方法可遵照钢结构的方法；钢一混组件、构件的尺寸检查及矫正，以及钢梁裂纹的修合梁桥特有的缺陷及病害，例如剪力键的锈蚀、疲复，这五项基本能代表当前阶段钢一混组合梁桥维修加固措施的内容，然后针对各项处理措施进劳及剪断等，可在分析缺陷及病害成因的基础上，行相应的质量检验评定的研究。采取相应的加固措施。另外，众多的桥梁破坏事故表明，每个破坏实例往往并不是由单一因素引起1钢一混组合梁桥常见病害及维修措施的，而是多个因素相互诱发共同作用的结果，就钢钢一混组合梁桥是一种由钢板梁(或钢箱梁、一混组合梁桥而言，漏水导致腐蚀或锈蚀、疲劳、应收稿日期：2013—03—14力集中，焊接残余应力，以及焊接缺陷可能是最主作者简介：黄英军(1982一)，男，江西人，工程师，从事桥梁工要的。因此进行钢一混组合梁桥维修加固时，可以程设计工作。 176管理施工城市道桥与防洪2013年6月第6期视桥梁状况，采取几种加固措施相结合的方法，重2．1．2涂装施工视预防，提倡变被动加固为主动加固的设计理念。钢结构涂装防腐施工质量的优劣在于“三分笔者借鉴文献[8]对钢一混组合梁桥进行常见材料，七分施工”，钢梁涂装施工的质量对漆膜的病害分析及加固策略的研究，结合上文分析，考虑寿命影响极大。涂装施工时应满足以下基本要求：工程实际情况，将钢一混组合梁桥的维修加固归纳(1)加固构件涂装标准应符合设计要求，若需为以下几项：(1)钢梁结构的防腐及重新涂装；(2)钢变更应征得设计单位同意。面漆应尽量选用原型梁构件连接的更换及处理；(3)混凝土桥面板的更号产品，外观色泽应基本一致。换；(4)杆件、构件的尺寸检查及矫正；(5)钢梁裂(2)加固构件采用现场涂装时，应将相近加工纹的修复。区的受损旧涂装全部清除，并且每边扩大范围不少于50Inm。2维修加固质量的检验评定(3)加固构件一般应采用厂内涂装。运输、安2．1钢梁结构的防腐及涂装【9_11装过程中应采取保护措施，防止涂装损坏。若发生锈蚀是钢结构在长时间使用过程中不可避免损坏，应在现场涂装时进行修补。的自然现象，自然环境的影响、桥面系渗漏水、桥(4)若加固范围较大，可将加固构件的涂装除下钢料积存尘土、垃圾、涂装配套选择不当、涂层去，并与全桥更换涂装一并进行。厚度不足、涂装施工质量问题等因素都有可能引在涂装施工时，应严格按照设计文件进行，施起钢梁的锈蚀。工工序严格按照现行相关规范执行，涂层遍数和2．1．1涂装或复涂前的加固补强和表面处理漆膜厚度应符合设计要求，并应及时测定湿膜厚为保证钢梁结构的完整和承载能力，在涂装度并保证干膜厚度。前，在认真全面检查的基础上，针对已锈蚀损害的2．1．3涂装完成后的检验钢梁进行加固补强施工，应委托专业设计单位进(1)钢梁防护涂装的检测指标和检查方法可参行钢梁加固补强工程设计。如果已损坏严重的钢考表2所列。梁不进行加固补强，损坏将继续发展，且很危险，表2钢梁防护涂装实测项目一览表不能安全运行。项次检查项目规定值或允许偏差检查方法和频率为保证涂层的附着力和使用寿命，在钢梁涂除嘏板装前应将钢梁表面的旧涂膜，氧化皮和锈迹除净，钢梁表面处理可根据涂装施工方法和钢梁的新旧外表面70~100喜进行施工。对于新构件可按照现行规范、条例进行2厦度仪检查，每段检查涂装施工前的表面处理，除锈质量等级、表面洁净m内表面40～806点，取平均值度及处理程序应满足现行要求。对旧钢梁结构，在3总干膜厚度／m符合设计要求漆膜测厚仪检查涂装前首先应组织人员对钢梁结构锈蚀状况进行全面检查，再确定施工范围、部位、面积及施工方4附MPa符合设计要求法(见表1)。(2)涂装完成后外观应满足下列要求：a．涂层表1钢梁表面处理标准及程序一览表表面完整光洁，均匀一致，无破损、气泡、裂纹、针表面处理的标准相应处理程序孔、凹陷、麻点、流挂和皱皮等缺陷；b．涂后的新、旧漆膜颜色一致。(3)由焊接质量检验、螺栓连接质量检验等加钽出笙底漆塑量塑擦旦露底漆完好、面漆已粉化、，底漆漆膜完好，没有锈迹现象兢藩，苛蒋顶酌固质量检验后评定出因种种原因造成的防护涂装钢结构表面部分出现锈迹反绣，漆膜上、漆清楚后再复涂面漆损坏，必须予以修复。下层之间已有卷起、翘皮现象，晓漆基本完好2．2构件的连接的更换及处理【。2]2．2．1栓接连接脱落损坏脱落呈松散状态，底漆局部搽囊辰漆呈潦⋯墼⋯誊一一钢梁构件螺栓出现松动、锈蚀、裂纹等情况时，应对螺栓连接进行相应的处理或者更换，其质钢梁锈蚀严重，已占整体面积的40％以雾爨磊薪囊昱奔量控制应满足以下基本要求：(1)钢结构桥梁加固时，进行高强度螺栓的更 2013年6月第6期城市道桥与防洪管理施工177一臣料一换，对于大型节点，更换数量不宜超过10％；对于(JTG／TJ22—2008)第4．6节中的规定。螺栓数量较少的节点，则要逐个更换，以防止节点(2)粘结面处理要求及检查：加固构件结合面滑动，如板面(摩擦面)不满足要求，应进行处理。应该按照设计要求和相关规定进行处理(见表3)。(2)恒载下采用栓接加大截面加固构件，加固对于混凝土粘结面和钢板粘合面应分别采取相应件与被加固件相互压紧后，应从加固件中间向端的处理措施和处理程序。部逐次钻孔、安装，并拧紧螺栓，尽可能减少加固表3环氧树脂系列粘接效果检测项目一览表过程中截面的过大削弱。项次检验项目合格标准检验方法频数(3)螺栓连接质量检验造成防护涂层系统损坏时必须进行修复。(4)高强度螺栓紧固时的技术要求应满足现行《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041—2000)中的规定。其施工质量的检验指标体系见图1所示，其中各项指标的具体检查方法，检查频率及指标限值可参见相关规范。(3)粘贴质量检验评定可按照表3所列进行。2．3混凝土桥面板的更换2．3．1混凝土桥面板的加固补强及检验钢一混凝土组合梁桥的混凝土桥面板，通常采用钢筋混凝土结构或预应力混凝土结构。当混凝土桥面板出现损伤或破损后，可对其进行表层图1螺栓连接质量检验指标体系示薏图缺陷处理、加固补强或更换。混凝土桥面板进行表2_2_2焊接连接层缺陷修理时，其检验指标体系与方法可参见昆恒载下用焊接加固钢结构桥梁，应尽量避免采凝土结构相关标准。混凝土桥面板更换后的检验指标体系与方法可参照新建混凝土桥梁的相关内用长度垂直于受力方向的焊缝，否则应采取专门容。修补完成后，组合梁桥面板的允许偏差和检验措施和施焊工艺，确保桥梁安全。焊接连接质量检验造成防护涂层系统损坏时必须进行修复。焊接方法可参照表4进行[13,141。连接的技术要求应满足现行《公路桥涵施工技术表4组合梁允许偏差和检验方法一览表规范》(JTJ041"2000)中的规定。其施工质量的检序号项目允许偏差／ram检验方法检查频率验指标体系见图2所示，其中各项指标的具体检l桥梁+15尺面4处查方法，检查频率及指标限值可参见相关规范。尺量，检查梁端焊接连接量检验指标I·2梁高±15，一5桥面板顶至钢4处l梁顶JII3桥面板厚度一0，，-一s一⋯中及两端6处l施前lI施时f焊接完成后llI桥面板中心线l0尺量，检查梁3处上_L．上。与钢梁中心线，检查梁超射桥面挡砟墙端及跨中技环材焊外吉．术境料接观波线+10，一53处要要要工检探探内侧宽度求求求序查伤伤等等级级6桥面平整度31m靠尺检查不少于5处接触网支柱基一5尺量5—8处图2焊接连接质量检验指标体系示慝图座钢筋位置上拱度(与设测量，查跨2处2_2．3环氧树脂粘接8计值相比)+10,-3钢一混组合梁桥加固，采用环氧树脂系列粘接剂粘接钢板、纤维复合材料时，对其加固质量的2．3．2栓钉剪力键的更换及检验验收可从以下几方面人手：将破损的混凝土桥面板凿掉后，应检查剪力键(I)加固用材料要求：桥梁加固用胶粘剂的安的使用情况。对于出现损伤或锈蚀的剪力键进行全性能指标应符合《公路桥梁加固设计规范》更换，更换的剪力键的材料、尺寸不得低于原有剪 178管理施工城市道桥与防洪2013年6月第6期力键。当钢一混凝土组合梁桥的栓钉剪力键需要表5零件矫正容许偏差一览表全部更换时，所需栓钉的质量、数量及构造要求应根据加固后的设计荷载等级按即将出台的《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG厂I’D64—2009)(目前为征求意见稿)中的第11．4条进行设计确定。栓钉剪力键可采用专用的焊接设备及焊接瓷环进行焊接，亦可以采用经过检验的人工栓钉焊接工艺。更换后的栓钉剪力键焊接部位的检验方法一般可分为外观检验和破坏试验两种。(1)栓钉的外观检查应满足以下三点：a．焊钉底部的焊脚应完整、密实并均匀分布；b．焊钉焊接后的长度应正确，其长度公差在±2mm以内；13．焊钉应垂直于母材。走向采取适当措施修复加固。(2)焊钉的破坏试验有弯曲、反复弯曲、拉伸(2)修复裂纹应优先采用焊接的方法，一般按和剪切等四项。如下顺序进行：当焊钉的外观检验合格后，采用同样条件连a．清洗裂纹两边80mm以上范围内板面油污至续焊接30个焊钉，然后进行弯曲试验、反复弯曲露出洁净的金属面；试验、拉伸试验和剪切试验。试验合格后，再重新b．用碳弧气刨、风铲或砂轮将裂纹边缘加工出焊接3O个焊钉进行同样的试验，又都合格后，即坡口，直达纹端的钻孔，坡口的形式应根据板厚和可按着焊接程序正式施焊。施工条件按现行《气焊、手工电弧焊及气体保护等a．弯曲试验：可用锤击使其从原来轴线弯曲30。，焊缝坡口的基本型式与尺寸》的要求选用；或采用特制的导管将焊钉弯成30。，若焊钉缝完c．将裂纹两侧及端部金属预热至100℃一150℃好，方为合格。并在焊接过程中保持此温度；b．反复弯曲试验：焊钉的反复弯曲检验在专门d．用与钢材相匹配的低氢型焊条或超低氢型焊的双控拉压装置上进行，直到焊钉反复弯曲3O。条施焊；断裂为止，裂缝不在焊缝处，方为合格。e．尽可能地用小直径焊条以分段分层逆向焊法13．拉伸试验：应在拉力机上进行试验，焊钉断施焊，每一焊道焊完后宜即进行锤击；裂应在焊接区之外，并应保证屈服点抗拉强度、延f．按设计要求检查焊缝质量，对承受动力荷载伸率符合国家有关标准。的构件，堵焊后其表面应磨光，使之与原构件表面d．剪切试验：用以检验焊缝的抗剪强度。若剪齐平，磨削痕迹线应大体与裂纹切线方向垂直；切面不在焊缝区，即为合格。g．对重要结构或厚板构件堵焊后应立即进行2．4杆件、构件的尺寸检查及矫正退火处理。钢一混凝土组合梁桥维修加固中，若原桥钢(3)对网状分叉裂纹区和有破裂、过烧或烧穿结构部分有杆件或构件更换时，由于残余应变释等缺陷的梁、柱、腹板部位，宜采用嵌板补修。修补放或局部变形和损伤，钢结构部分会发生总体或局顺序为：部变形；若安装新的加固杆件或构件时，新杆件或a．检查确定缺陷的范围；部件也会有由于加工制造中产生局部变形。上述变b．将缺陷部位切除，宜切带圆角的矩形孔，切形需通过矫正工艺加以减小或消除。钢材的矫正，除部分的尺寸均应比缺陷范围的尺寸大100mm；对于钢板而言就是矫平，对于型材而言就是矫直。c．用等厚度同材质的嵌板嵌入切除部位，嵌入钢结构零件矫正后的容许偏差应符合表5的板的长宽边缘与切除孔间二个边应留有2～4mm要求。的间隙，并将其边缘加工成对接焊缝要求的坡口2．5钢梁裂纹的修复【1罚形式；(1)钢梁构件上发现裂纹时，作为临时应急措d．嵌板定位后，将孔口四角区域预热至100~C～施，可于板件裂纹端外(O．5～1．0)倍板厚处钻孑L，150℃并按图所示顺序采用分段分层逆向焊法施防止其进一步扩展，并及时根据裂纹性质及扩展焊； 2013年6月第6期城市道桥与防洪管理施工179e．检查焊缝质量打磨焊缝余高使之与原构件Steel-GirderCompositeBridges．【J]Structures，2004：1-7．[2】钱冬生．谈谈钢桥的疲劳和断裂【J]．桥梁建设，2009，(3)：12—21．表面齐平。【3】ByJ．Y．RichardYen，YichingUM．T．Lai．Compositebeamssubjected(4)修复完成后检查焊缝质量，若焊缝质量不tostaticandfatigueloads．[J]．JournalofStructuralEngineering，合格，应刨去焊缝、清根，重新施焊。焊缝质量合格1997，(6)：765—771．后，打磨焊缝余高，使之与原构件表面齐平。f4】吴海军．桥梁结构耐久性设计方法研究[o1．上海：同济大学，2006．[5】PedroAlbrecht，Akhraw~Lenwari．FatigueStrengthofRepaired3结语PrestressedCompositeBeams．[J]JourualofBridgeEngineering,2008，(6)：409-417．(1)我国早期修建的钢一混凝土组合梁桥经过【6】Ai—Saidy，Klaiber，Wipf．RepairofSteelCompositeBeamswith二十余年的运营使用，步人生命周期的第一个阶CarbonFiber-ReinforcedPolymerPlates．【J】．JournalofC0mp0site段。该阶段主要性能特征包括：桥面板局部破损甚forConstruction，2004，8(2)：163-172．至开裂、结合面处受到侵蚀；钢梁表面防腐措施失【7]F．N．Leitao，J．G．SdaSilva，P．C．G．daS．Vellaseo．etal，Composite效；钢梁构件连接(铆接、栓接、焊缝等)松动、锈蚀、(steel-concrete)HighwayBridgeFatigueAssessment．[J]．JournalofConstructionalSteelResearch，2011，(67)：14—24．疲劳，出现裂纹；钢梁局部损伤、疲劳裂纹等。【8】黄侨，荣学亮，陆军．既有钢一混组合粱桥常见病害分析及其加(2)钢梁结构的防腐及重新涂装，钢梁构件连固策略[A】．全国既有桥梁加固、改造与评价学术会议【c】．2008：接的更换及处理，混凝土桥面板的更换，杆件、构159～164．件的尺寸检查及矫正，以及钢梁裂纹的修复这五项[9】张劲泉，王文涛．桥梁检测与加固手册(下)[MJ．北京：人民交通内容基本能够涵盖针对该阶段钢一混组合梁桥常出版社，2007．【1O]陈开利，王邦楣．桥梁工程鉴定与加固手册【M】．北京：人民交通见病害的维修加固处理措施。出版社，2005．(3)从基本要求，施工工序，施工完成后的质量[11】黄侨．桥梁钢一混凝土组合结构设计原理【M】．北京：人民交通检验等方面提出了各分项维修加固措施的检验指出版社，2003．标体系及相应的评定标准和检查方法，能够对钢一[12]徐宏，黄平明，韩万水，王蒂．粘钢加固桥梁质量控制及评定方混组合梁桥的维修加固质量进行系统的控制和检法研究[JJ．桥梁建设，2009，(5)：74—77．验评定。【13]JTGF80／1—2004，公路工程质量检验评定标准(第一册土建工程)fS】．参考文献【14】JTJ041—2000，公路桥涵施工技术规范【s】．【15】李志国．既有钢桥裂纹及加固研究【D】．成都：西南交通大学，2006．【1】Yung-ChingShen．Life-CyclePerformanceImpactAssessmentofI~lJII9条高速公路有望年内通车四川省9条高速公路项目力争年内建成通车。其中，既有丽攀高速、宜渝高速、成自泸赤高速、南大梁高速(南充至渠县段)这样的出川大通道，也有雅乐高速、巴达高速、乐自高速这样的城际高速公路连线，还有成都第二绕城高速西段、遂资眉高速遂资段这样服务天府新区建设的主干道。至今年底，四川省高速公路通车总里程有望突破5000km，力争开工1000km。四川省还将抓紧推进干线公路联网畅通工程、甘孜州公路推进工程、凉山州交通推进工程、农村公路改善工程、客运站提升改造工程等，推进“蜀道通”向“蜀道畅”加速迈进。'