[发明专利]一种结构负弯矩区的钢板-混凝土组合结构加固方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及土木学科的桥梁和结构工程领域，具体涉及一种结构加固施工方法，尤其是混凝土梁顶部的结构加固施工。

(二)背景技术

由于爆炸、火灾、地震及钢筋锈蚀等自然因素，以及设计荷载等级偏低、施工不当等人为因素的影响，混凝土结构整体或局部的损坏日益严重。尤其对混凝土桥梁，近年来，随着我国经济的发展，道路载重车辆日趋大型化、重型化，交通流量迅猛增长，行车密度越来越大，使混凝土桥梁经受的冲击力、荷载疲劳程度不断提升，超限运输尤为严重，桥梁带病超负荷运营的现象十分突出，在役桥梁的承载能力、耐久性能、行车安全和舒适性都面临着极大的考验。当前，我国桥梁安全状况不容乐观，我国已进入新建和改造维修并重的过度期，桥梁改造加固任务繁重。在尽量不影响交通的情况下，如何有效地对混凝土桥梁进行加固和维修是亟待解决的问题。

对混凝土结构进行加固，是提高现有建筑物和桥梁结构的承载力和刚度及耐久性、延长使用寿命的需要。目前常用的加固方法有加大截面加固法、预应力加固法、粘钢加固法、FRP材料粘贴加固法、改变结构传力途径加固法以及外包钢加固法等。受结构形式或材料特性的影响，这些传统加固方法均有一定的局限性。

(1)预应力加固法对提高构件的抗剪能力有限，长期预应力损失往往需要二次张拉，维护困难。旧桥的已存预应力大小很难准确判断，这将直接影响新加预应力的大小，过大的预应力值将会造成反拱过大和局部受压承载能力不足，因此也限制了对抗弯承载能力的提高。

(2)采用加大截面加固法时，如果设计中未能从整体结构的角度上分析，仅仅为局部加大而加大，这样会造成整体结构其它部分形成薄弱层而发生重大破坏；加大构件截面，其质量和刚度将发生变化，结构的固有频率也随之改变，很有可能进入到地震或风震的频率中而产生共振现象；对原有结构的外形以及房屋使用空间上有一定的影响。

(3)粘钢加固法虽然施工工艺较简单，可在一定程度上提高结构的承载力，但对梁体表面平整度、清洁度要求较高，而且加固的有效性主要取决于粘结材料的强度及耐久性，抗疲劳性能也不够稳定。

(4)FRP加固对结构刚度的提高不明显，抗剪及连接问题均比较突出，且FRP材料与混凝土之间粘结面的耐久性和防火性能较差。

综上所述，传统加固方法存在新旧两种材料连接可靠性不足、提高的承载力有限、耐久性较差等缺陷。而且随着建筑物向大型化和复杂化发展，加固处理越来越复杂，加固难度越来越大，对于一些大型的建筑物和一些异形的结构构件，特别是一些大型桥梁，跨度大，结构复杂，同时受到活载作用，传统的加固方法有很大的局限性。

混凝土桥梁桥面铺装作为路面的一部分，位于混凝土梁顶部，直接受车载作用，应满足路面平整、行车安全舒适的使用功能。同时，桥面铺装作为桥梁结构的一部分，应能抵抗车辆荷载冲击作用而产生的磨损和剪切变形，分布车轮的集中荷载，防止雨水、日照等环境作用对桥面板的侵蚀。桥面铺装是抵御桥梁结构钢筋腐蚀破坏、提高结构耐久性的第一道防线。从在役桥梁调查中可以发现，桥面的早期损坏现象严重影响了桥面行车舒适性和桥梁结构的正常使用，解决不好必将造成较大的经济损失和不良的社会影响。

基于组合结构的原理和方法对现有混凝土结构进行加固是对结构加固技术的一种创新与发展，为结构加固提供了一种新的思路。但是由于采用组合结构加固时，模板和原有构件之间的空隙较小，特别是当加固构件为异形构件时，如采用普通混凝土时，存在混凝土不能振捣密实，无法保证混凝土质量，新旧混凝土不能有效共同工作的技术瓶颈，限制了组合结构加固技术的应用。

随着近年来由于国民经济的快速发展，公路交通量、车辆重量和车速都大幅提高，目前公路和铁路桥梁中活载应力占总应力的比例也大幅提高，由于公路和铁路桥梁承受活载反复作用，使得疲劳问题的研究同益突出。这一点在桥梁工程师中已形成共识。造成疲劳开裂的直接原因，是活载使构造各裂源点所受到的应力变化。采用组合结构技术加固原有桥梁后，在活载作用下，钢板也存在同样的疲劳问题。

为此，针对传统加固方法中所存在的技术问题，本发明提出了一种结构负弯矩区的钢板-混凝土组合结构加固方法。

(三)发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种承载力高、刚度大、抗震性能和动力性能好、自重增加小、施工快速方便的新型结构负弯矩区的钢板-混凝土组合结构加固方法。