大跨度桥梁钢箱梁疲劳裂纹处置新方式：粘钢冷修复工艺

PART.01 介绍

近年来，随着通车时间的增加，大跨桥梁钢箱梁疲劳裂纹问题日益突出，成为养护维修中的“疑难杂症”。迫切需要高效、有针对性的处理措施，以保证结构在使用寿命期间的性能。的维护。为了解决这一问题，我们提出了一种以粘筋钢结构冷修复为核心技术的处理方法。处理的预期效果与结构胶的性能密切相关。本文简要分享了结构胶在钢箱梁结构冷修场景中的研究比较过程和思考。

粘钢应用部位及冷修示意图

应用部位及方法：钢箱梁屋盖与U肋之间，涂层或浇注。

连接材料：钢对钢。

关键信息：采用粘钢冷修复工艺修复和强化局部结构的核心作用是通过待修复件与粘钢构件的共同作用，增加局部位置的刚度以减小应力幅，从而延缓钢结构疲劳的发生。

结构胶根据其粘接基材、耐温性能等可分为不同类型。

结构胶分类

考虑到实际使用环境，需要选择具有优良剪切强度、耐疲劳性和适应复杂温湿度环境的结构胶。初步选用环氧树脂和聚氨酯基结构胶进行适用性验证工作。根据其组成部分，它具有以下不同的特征。

1）环氧：含有多种极性基团和高活性环氧基团，因此对表面活性高的材料有很强的附着力。环氧固化物具有高内聚强度、低蠕变性。因此，其强度高，胶层稳定性好。

2）聚氨酯：聚氨酯结构有软链段和硬链段。硬段分子提供剪切、剥离强度和耐热性，而软段分子则具有抗冲击、抗疲劳等性能。它们形成于基材之间。软硬过渡层，因此具有优异的剪切强度、抗冲击性和耐热低温性。

PART.02 研究思路及重点内容

桥梁钢箱梁疲劳裂纹冷修复结构胶的应用实际上有两个核心问题，一是施工适用性，二是与加固机理相关的胶体性能的适用性匹配。

采用以下技术路线来研究结构胶的选择。

PART.03 施工适宜性验证

低温适用性验证

3.1

1）测试目的

低温会延长固化时间。选择合适的施工时间，确定合理的交通封闭时间。

2）测试过程

3）测试结论

同时固化程度为高温>自然>低温。最初的高温会加速材料分子的运动，这对固化不利，但随着时间的推移，持续的高温会加速固化。使用结构胶时，应在环境温度较高时进行施工，可显着缩短固化时间，节省交通封闭时间。

高温性能保持验证

3.2

1）测试目的

考虑到后期路面修补过程中，粘钢位置可能会产生较大的温度变形和应力。验证结构胶在高温下的强度保持性能。

2）测试过程

01

胶层厚度：2mm，固化条件：自然条件，静态固化，水加热10分钟。

02

胶层厚度：2mm，固化条件：自然条件，静态固化，水加热30分钟。

3）测试结论

粘接强度和破坏载荷比较：对照组>加热10分钟>加热30分钟。持续的高温（100°C）会削弱粘合强度。桥面摊铺过程中，应注意尽可能缩短高温摊铺时间并加强检查。如果粘合后的钢结构后期需要拆除，可以考虑加热，削弱粘合强度。

静态和动态维护适用性验证

3.3

1）测试目的

结构胶固化过程中，会受到桥面交通的影响。需要验证结构胶的内部结构是否会因振动扰动而遭受晶体破坏并降低其强度。

2）测试过程

①固化验证

②强度验证

用夹具将试样对称地夹在试验机上，以恒定的试验速度进行试验，剪切力控制在每分钟8.3MPa-9.8MPa之间。将试验中剪切破坏的最大载荷记录为破坏载荷。

3）测试结论

比较固化程度，振动固化结构胶的固化优于静态固化。粘结强度、破坏载荷比较，振动固化<静态固化。综上所述，振动会降低胶层与界面之间的粘合力，增加结构胶的均匀性。施工时应采取减振措施，减少振动的影响。

PART.04 性能适用性实验

钢对钢拉伸剪切强度试验

4.1

1）实验设计

按照现行国家标准规定的试验方法进行对比试验。样品应符合下图形状和尺寸。

1-丢弃部分； 2-角度90°±1°； 3-粘合剂； 4-夹紧区域； 5-剪切区域。

试样和试板的形状和尺寸

2）测试结论

鉴别标准如下：

表1 以钢材为基材、粘接钢筋的结构胶基本性能鉴定标准

试验中选用的多种结构胶均符合这一鉴定标准，说明拉伸剪切强度不是核心控制因素。

模型梁静载试验

4.2

1）实验设计

采用三点加载方式和分级加载方法测量加载过程中的应变并模拟梁变形。将实际测量结果与理论结果进行比较，评价加固效果。亮点包括：

①粘结钢构件、顶板、U型肋之间的协调受力性能；

②结构在荷载作用下的应变和位移响应。

2) 试件模型

受载模型梁钢板厚度、U肋尺寸与原结构相同。模型试件及加载方式如下图所示。

静态加载模型

3）测试结论

在失效之前和早期失效之前，样本仍然显示出整体应力模式。 U筋与粘贴钢板之间的相互剪切变形力传递是通过胶层的相互剪切变形实现的，两者一致性好。极限破坏载荷相当于正常应力载荷（70kN）的2.8-4.9倍，表明在粘接可靠的情况下，静载荷并不是导致结构破坏的关键因素。

振动器疲劳试验

4.3

1）测试目的

确定了钢箱梁U肋顶板焊缝疲劳加固工程中钢板粘接方法的实施细则，并验证了其结构粘接及加固方法的有效性。

2）实验设计

顶板与U型肋连接处焊缝根部产生的横向焊喉裂纹主要是由顶板与U型肋的相对变形引起的。因此，设计了缺口U形肋的局部全尺寸试件模型。该模型由顶板和半U型肋模型组成。模型纵向尺寸为0.4m，横向尺寸为0.9m。试件材质为Q345钢，顶板厚度为14mm，U肋厚度为8mm。

部分全尺寸试件示意图

动载试验加载采用腹板横向加载方式。采用恒幅和变幅两种负载循环模式。考虑到时效性，在等效应力状态载荷下增加了载荷。

3）测试结论

表2 各试件加载条件

经过200万次加载循环后，加固试件未发现粘合层或焊缝开裂。应力测试结果表明，它有效降低了腹板焊缝根部的疲劳应力。如果按照欧洲规范的三阶段SN曲线换算，可以推断其疲劳加固寿命至少是未加固试件的13倍。因此，采用粘贴钢板加固屋顶U型肋细部，具有更好的抗疲劳性能。

PART.05 思考

科学研究的方法就是发现问题、理解问题、提出假设、检验假设。当应用于本项目的实际问题时，我们试图通过一系列探索性实验来验证结构胶施工的适用性以及加固后的性能效果，并进行研究引导的研究。 、选择适应性好、性能好的结构胶。当然，除了选择合适的结构胶外，还需要考虑其他影响因素，如钢箱梁的表面处理、粘贴钢板的质量、施工工艺等。这些因素都会影响最终的修复效果。因此，在实施冷修复处理时，需要综合考虑各种因素，以保证最佳的修复质量和效果。

结尾

关于作者

刘少超，男，1992年出生，工程师，硕士，南京航空航天大学工程管理专业。现就职于中交规划院土建检测养护分院，主要从事桥梁检测监测、养护设计、咨询评估等工作。