一种翼缘板结构性能保持方法与流程

1.本发明涉及混凝土梁足尺模型试验加固领域，特别是涉及一种翼缘板结构性能保持方法及系统。


背景技术：

2.混凝土t梁是国内外铁路、公路、市政道路中广泛应用的梁结构形式，这种结构形式可发挥混凝土良好的材料性能和梁结构形式的受力性能，从而达到梁结构长期良好承载的效果。我国铁路桥梁以预应力混凝土梁桥为主，结构形式受力明确，构造简单，可提供满足列车运营需求的刚度和稳定性。其中，预应力混凝土t梁具有承载力高、材料用量少、自重小、稳定性好以及施工架设方便等优点，是桥梁建设中典型的梁结构形式，在铁路桥梁中有着广泛的应用。
3.铁路桥梁混凝土t梁结构在t梁梁端设置了竖向挡砟墙可将道砟固定在钢轨下方一定范围内，可使列车平稳长久运行。铁路运营中由于列车和桥梁、轨道之间的相互作用而产生周期性振动和噪声，因此，当铁路桥梁经过村庄和城市等居民较多地段时需设置防噪声装置。混凝土t梁在梁体翼缘板外侧设置声屏障装置，通过支架和预埋t钢将结构自重、行人、风压等荷载传递至挡砟墙和翼缘板。简支t梁声屏障在铁路运营过程中承受风荷载、列车气动力等活载作用，沿海地区声屏障需考虑台风荷载作用。声屏障简支t梁承担该荷载的翼缘板为薄板结构，其结构受力方式与理论计算形式差别较大。挡砟墙根部为直角形应力集中区，且该处翼缘为薄板结构，导致结构在承受荷载作用后过早出现裂缝，钢筋未能发挥其抗拉性能，结构的耐久性和极限承载能力降低。因此，有必要对混凝土t梁翼缘板结构进行加强，保障混凝土桥梁结构安全使用。
4.随着混凝土梁结构建设的范围越来越广泛，且使用时间增加后，部分桥梁出现劣化和病害，采用钢板或钢构件对既有桥梁结构进行加固是目前常用的加固方法。结构加固计算方法是目前确定结构能力的重要方法，可体现加固后桥梁翼缘板结构的承载力能力。
5.铁路运营中已出现由于翼缘板结构与挡砟墙交接处开裂和各种荷载作用引起的挡砟墙整体掉落的情况，造成了线路中断等事故。铁路线路与公路线路交汇处多采用桥梁结构进行跨越，挡砟墙掉落有极大概率造成人身和财产事故。但是，目前尚无针对混凝土t梁翼缘板结构状态进行综合评估的方法，且缺少针对混凝土t梁翼缘板结构的有效加固方案及计算方法，亟需针对混凝土t梁翼缘板结构进行加固方案设计和计算方法分析，以保障混凝土t梁翼缘板结构的安全性。
6.现需一种翼缘板结构性能保持方法解决上述问题。


技术实现要素：

7.本发明是为了解决现有技术中目前尚无针对混凝土t梁翼缘板结构状态进行综合评估的方法，且缺少针对混凝土t梁翼缘板结构的有效加固方案及计算方法，亟需针对混凝土t梁翼缘板结构进行加固方案设计和计算方法分析，以保障混凝土t梁翼缘板结构的安全
性的问题，提供了一种翼缘板结构性能保持方法，解决了上述问题。
8.本发明提供了一种翼缘板结构性能保持方法，包括以下步骤：
9.s1、对翼缘板进行结构状态评估，确定当前翼缘板是否需要进行加固，是则进行步骤s2，否则输出翼缘板结构状态；
10.s2、根据翼缘板实际情况选择加固装置；
11.s3、根据实际需求选择翼缘板加固装置的连接形式并进行安装；
12.s4、选取承受荷载最大截面作为第一检算截面、截面尺寸最小截面作为第二检算截面、产生应力集中截面作为第三检算截面、截面有显著变化处作为第四检算截面；
13.s5、计算结构承载力；
14.s6、根据结构承载力对加固后翼缘板结构性能进行评估。
15.第一检算截面的选取是由于该截面位于应力集中区，容易出现裂缝，因此选取为检算截面；第二检算截面是由于该位置荷载作用最大，且是翼缘板与主梁连接部位，结构刚度出现显著变化的位置；第三检算截面是该截面位于翼缘板与挡砟墙交接的应力集中区，因此作为检算截面；第四检算截面是由于进行加固后，该截面处于加固构造边缘，结构有显著的刚度变化，因此作为检算截面。
16.本发明所述的一种翼缘板结构性能保持方法，作为优选方式，加固装置包括加固钢板、钢板加劲肋和锚固螺栓，加固钢板形状与t梁翼缘板外侧形状一致，钢板加劲肋设置于加固钢板外表面，锚固螺栓穿过加固钢板的预留螺栓孔锚固于翼缘板结构；
17.加固钢板厚度为10～40mm，加固钢板竖向部分钢板高100～600mm，横向部分长100～2000mm，加劲肋厚度为10～40mm,高度为10～150mm，加劲肋数量为1～10个，锚固螺栓直径为6～56mm，长度为10～300mm。
18.本发明所述的一种翼缘板结构性能保持方法，作为优选方式，步骤s1的结构状态评估具体包括：对翼缘板分别进行外观检查、裂缝检测和钢筋保护层厚度测试；
19.外观检查的具体评估方法如下公式：
[0020][0021]
其中，r1为外观检查的伤损系数，t1为挡砟墙倾斜角度，t2为重点检查区域损伤面积，m1为挡砟墙倾斜极限值，m2为重点检查区域总面积；
[0022]
裂缝检测的具体评估方法具体如下公式：
[0023][0024]
其中，r2为裂缝检测的伤损系数，h1为重点检查区域裂缝纵向长度，h2为重点检查区域裂缝宽度，k1为翼缘板检查区域纵向总长度，k2为t梁翼缘板结构裂缝宽度限值；
[0025]
钢筋保护层厚度测试的具体评估方法如下公式：
[0026]
[0027]
其中，r3为钢筋保护层厚度测试的伤损系数，f1为重点检查区域翼缘板上层横向钢筋保护层厚度测试值，f2为重点检查区域翼缘板上层横向钢筋保护层厚度设计值，p为重点检查区域翼缘板上层横向钢筋保护层厚度超厚限值；
[0028]
计算混凝土t梁翼缘板结构的状态结果r，公式如下：
[0029][0030]
其中，pi为检测系统的动态加权权数，通过动态加权显示连接构造关键指标对结构状态的影响；ri为各检测系统的损伤系数；
[0031]
根据混凝土t梁翼缘板结构的状态结果r得出当前翼缘板是否需要进行加固的结论。
[0032]
本发明所述的一种翼缘板结构性能保持方法，作为优选方式，步骤s3中安装方法具体为通过植入锚固螺栓的形式将加固钢板固定在翼缘板结构外侧，安装步骤如下：
[0033]
s31、在指定位置处探明钢筋情况，确定钻孔位置点；
[0034]
s32、使用工具钻孔，达到指定深度，孔径满足螺栓插入要求；
[0035]
s33、采用高强风机和毛等方式进行清孔，将钻孔内部及附近的杂物、灰尘全部清理干净；
[0036]
s34、将全部螺栓插入，进行加固钢板试安装，及时调整孔位；
[0037]
s35、加固钢板临时固定后将拌制均匀的胶水注入钻孔，充满钻孔体积的2/3；
[0038]
s36、在可操作时间内，将螺栓缓慢旋入钻孔，胶水少量溢出，将表面溢出胶水处理干净，固化期间不可扰动螺栓；
[0039]
s37、胶水完全硬化后，在钢板与翼缘板外侧结构之间的空隙中注入足量低粘稠度胶水，并采用高粘稠度胶水将加固钢板周边与加固结构接触的位置全部密封。
[0040]
本发明所述的一种翼缘板结构性能保持方法，作为优选方式，步骤s3中安装方法具体为通过贯穿螺栓将加固钢板固定在翼缘板结构外侧，安装步骤如下：
[0041]
s31、在指定位置探明钢筋情况，确定钻孔位置点；
[0042]
s32、使用工具钻孔，形成贯通钻孔，孔径满足螺栓插入要求；
[0043]
s33、采用高强风机和毛等方式进行清孔，将钻孔内部及附近的杂物、灰尘全部清理干净；
[0044]
s34、将全部螺栓插入，进行加固钢板试安装，及时调整孔位；
[0045]
s35、加固钢板临时固定后将螺杆全部采用螺栓固定，并施加一定程度预紧力；
[0046]
s36、在钢板与翼缘板外侧结构之间的空隙中注入足量低粘稠度胶水，并采用高粘稠度胶水将加固钢板周边与加固结构接触的位置全部密封。
[0047]
本发明所述的一种翼缘板结构性能保持方法，作为优选方式，步骤s5的结构承载力计算方法具体为：
[0048]
s51、根据应变平截面假定，通过以下公式由截面变形得到相应应力：
[0049]
σc＝εcec；
[0050]
σs＝ε
ses
；
[0051]
其中，σc为混凝土应力；εc为混凝土应变；ec为混凝土弹模；σs为钢筋应力；εs为钢筋
应变；es为钢筋弹模；
[0052]
s52、截面根据各处受力得到钢筋和混凝土在截面中的受力，公式如下：
[0053]
fc＝σ
cac
；
[0054]fs
＝σ
sas
；
[0055]
其中，fc为混凝土受力；ac为混凝土面积；fs为钢筋受力；fs为钢筋面积；
[0056]
s53、根据平衡方程计算混凝土和钢筋的受力和力臂h，平衡方程为：
[0057]
fc+fs＝0；
[0058]
s54、假定截面达到极限情况，计算截面承载力：
[0059]
m＝fsh；
[0060]
其中，m为截面承载力，h为作用力臂。
[0061]
s54、将计算得出的各检算截面mmax和mmin根据各截面的力臂，分别换算到作用于挡砟墙顶部的fmax和fmin，公式如下：
[0062][0063][0064]
其中，f为挡砟墙顶部换算荷载；d为检算截面到挡砟墙的力臂；
[0065]
s55、综合比较得出最小fmaxi和fmini，得出对应的mmaxi和mmini为结构加固后的承载力。
[0066]
本发明有益效果如下：
[0067]
(1)采用多个关键截面检算，考虑加固后钢板的效应，综合对比得出加固后结构的承载力，以评价加固后结构的承载能力；
[0068]
(2)两种应用于混凝土t梁翼缘板外侧加固钢板的连接方法，第一种连接方法特征是通过在被加固结构表面钻孔，在孔内灌注胶水后旋入连接杆件将加固钢板固定于别加固结构外侧，达到提高结构承载力的目标；第二种连接方法特征是通过在被加固结构表面钻贯穿孔，在孔内穿入连接杆件，通过连接装置将加固钢板固定在被加固结构外侧，达到提高结构承载力的目标；
[0069]
(3)对混凝土t梁翼缘板结构外观检查、裂缝测试和钢筋保护层厚度测试，通过混凝土t翼缘板进行综合检测，评估混凝土t梁翼缘板结构状态。
附图说明
[0070]
图1为一种翼缘板结构性能保持方法示意图。
具体实施方式
[0071]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0072]
实施例1
[0073]
如图1所示，一种翼缘板结构性能保持方法，包括以下步骤：
[0074]
s1、对翼缘板进行结构状态评估，确定当前翼缘板是否需要进行加固，是则进行步
骤s2，否则输出翼缘板结构状态；
[0075]
s2、根据翼缘板实际情况选择加固装置；
[0076]
s3、根据实际需求选择翼缘板加固装置的连接形式并进行安装；
[0077]
s4、选取承受荷载最大截面作为第一检算截面、截面尺寸最小截面作为第二检算截面、产生应力集中截面作为第三检算截面、截面有显著变化处作为第四检算截面；
[0078]
s5、计算结构承载力；
[0079]
s6、根据结构承载力对加固后翼缘板结构性能进行评估。
[0080]
加固装置包括加固钢板、钢板加劲肋和锚固螺栓，加固钢板形状与t梁翼缘板外侧形状一致，钢板加劲肋设置于加固钢板外表面，锚固螺栓穿过加固钢板的预留螺栓孔锚固于翼缘板结构；
[0081]
加固钢板厚度为10～40mm，加固钢板竖向部分钢板高100～600mm，横向部分长100～2000mm，加劲肋厚度为10～40mm,高度为10～150mm，加劲肋数量为1～10个，锚固螺栓直径为6～56mm，长度为10～300mm。
[0082]
加劲肋通过焊接形式固定于加固钢板，提高加固钢板的刚度和稳定性；加固钢板预留螺栓孔，将锚固螺栓穿入后通过植筋锚固或贯通固定的方式将加固钢板固定于翼缘板结构外侧；加固钢板上预留排气孔，在螺栓固定后可通过钢板与翼缘板外侧结构之间的空隙注入低粘稠度的胶水，提高钢板与翼缘板结构的粘接力及耐久性。
[0083]
步骤s1的结构状态评估具体包括：对翼缘板分别进行外观检查、裂缝检测和钢筋保护层厚度测试；
[0084]
外观检查的具体评估方法如下公式：
[0085][0086]
其中，r1为外观检查的伤损系数，t1为挡砟墙倾斜角度，t2为重点检查区域损伤面积，m1为挡砟墙倾斜极限值，m2为重点检查区域总面积；
[0087]
裂缝检测的具体评估方法具体如下公式：
[0088][0089]
其中，r2为裂缝检测的伤损系数，h1为重点检查区域裂缝纵向长度，h2为重点检查区域裂缝宽度，k1为翼缘板检查区域纵向总长度，k2为t梁翼缘板结构裂缝宽度限值；
[0090]
钢筋保护层厚度测试的具体评估方法如下公式：
[0091][0092]
其中，r3为钢筋保护层厚度测试的伤损系数，f1为重点检查区域翼缘板上层横向钢筋保护层厚度测试值，f2为重点检查区域翼缘板上层横向钢筋保护层厚度设计值，p为重点检查区域翼缘板上层横向钢筋保护层厚度超厚限值；
[0093]
计算混凝土t梁翼缘板结构的状态结果r，公式如下：
[0094][0095]
其中，pi为检测系统的动态加权权数，通过动态加权显示连接构造关键指标对结构状态的影响；ri为各检测系统的损伤系数；
[0096]
根据混凝土t梁翼缘板结构的状态结果r得出当前翼缘板是否需要进行加固的结论。
[0097]
根据各分检测系统对t梁翼缘板结构损伤程度的影响进行加权，权重如下：
[0098]
加权系数权重裂缝状态p240％外观状态检查系数p130％钢筋保护层厚度p330％
[0099]
根据最终结果r的理论最大值和理论最小值的区间范围及损伤程度将最终状态结果均分为轻微、中等、较重、严重和极严重5个损伤等级；
[0100]
混凝土t梁翼缘板结构状态分为a、b、c、d四级，a级又分为aa、a1两等。其中d级为轻微，c级为中等，b级为较重，a1为严重，aa为极严重，各劣化等级所涉及的评价与措施如下表：
[0101][0102]
外观检查是通过肉眼观察混凝土t梁翼缘板结构的外观状态，检查挡砟墙是否明显倾斜、挡砟墙外观是否有明显破损；裂缝检测是观察和检测混凝土t梁翼缘板的裂缝状态和裂缝宽度，重点检查挡砟墙与翼缘板交接位置处的裂缝状态；钢筋保护层厚度测试是测试混凝土t梁翼缘板钢筋的保护层厚度，其中翼缘板上层横向钢筋的保护层厚度是测试重点。
[0103]
在倾斜度测试、裂缝宽度测试和钢筋保护层厚度测试需用专业测试仪器进行测定。
[0104]
外观检查、裂缝检测和钢筋保护层厚度后综合评估混凝土t梁翼缘板结构的状态，确定结构是否需要开展抗倾覆试验。
[0105]
步骤s3中安装方法具体为通过植入锚固螺栓的形式将加固钢板固定在翼缘板结
构外侧，安装步骤如下：
[0106]
s31、在指定位置处探明钢筋情况，确定钻孔位置点；
[0107]
s32、使用工具钻孔，达到指定深度，孔径满足螺栓插入要求；
[0108]
s33、采用高强风机和毛等方式进行清孔，将钻孔内部及附近的杂物、灰尘全部清理干净；
[0109]
s34、将全部螺栓插入，进行加固钢板试安装，及时调整孔位；
[0110]
s35、加固钢板临时固定后将拌制均匀的胶水注入钻孔，充满钻孔体积的2/3；
[0111]
s36、在可操作时间内，将螺栓缓慢旋入钻孔，胶水少量溢出，将表面溢出胶水处理干净，固化期间不可扰动螺栓；
[0112]
s37、胶水完全硬化后，在钢板与翼缘板外侧结构之间的空隙中注入足量低粘稠度胶水，并采用高粘稠度胶水将加固钢板周边与加固结构接触的位置全部密封。
[0113]
步骤s3中安装方法具体为通过贯穿螺栓将加固钢板固定在翼缘板结构外侧，安装步骤如下：
[0114]
s31、在指定位置探明钢筋情况，确定钻孔位置点；
[0115]
s32、使用工具钻孔，形成贯通钻孔，孔径满足螺栓插入要求；
[0116]
s33、采用高强风机和毛等方式进行清孔，将钻孔内部及附近的杂物、灰尘全部清理干净；
[0117]
s34、将全部螺栓插入，进行加固钢板试安装，及时调整孔位；
[0118]
s35、加固钢板临时固定后将螺杆全部采用螺栓固定，并施加一定程度预紧力；
[0119]
s36、在钢板与翼缘板外侧结构之间的空隙中注入足量低粘稠度胶水，并采用高粘稠度胶水将加固钢板周边与加固结构接触的位置全部密封。
[0120]
步骤s5的结构承载力计算方法具体为：
[0121]
s51、根据应变平截面假定，通过以下公式由截面变形得到相应应力：
[0122]
σc＝εcec；
[0123]
σs＝ε
ses
；
[0124]
其中，σc为混凝土应力；εc为混凝土应变；ec为混凝土弹模；σs为钢筋应力；εs为钢筋应变；es为钢筋弹模；
[0125]
s52、截面根据各处受力得到钢筋和混凝土在截面中的受力，公式如下：
[0126]
fc＝σ
cac
；
[0127]fs
＝σ
sas
；
[0128]
其中，fc为混凝土受力；ac为混凝土面积；fs为钢筋受力；fs为钢筋面积；
[0129]
s53、根据平衡方程计算混凝土和钢筋的受力和力臂h，平衡方程为：
[0130]
fc+fs＝0；
[0131]
s54、假定截面达到极限情况，计算截面承载力：
[0132]
m＝fsh；
[0133]
其中，m为截面承载力，h为作用力臂。
[0134]
s54、将计算得出的各检算截面mmax和mmin根据各截面的力臂，分别换算到作用于挡砟墙顶部的fmax和fmin，公式如下：
[0135][0136][0137]
其中，f为挡砟墙顶部换算荷载；d为检算截面到挡砟墙的力臂；
[0138]
s55、综合比较得出最小fmaxi和fmini，得出对应的mmaxi和mmini为结构加固后的承载力。
[0139]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。