橋梁加固的主要方法及應(yīng)用
2011-10-27 來源：中國百科網(wǎng)
采取加固的方法提高橋梁承載力、抗彎能力、抗剪能力、荷載等級等是最經(jīng)濟(jì)、最簡單和最適用的措施，依據(jù)不同的橋梁現(xiàn)狀和加固要求可以采取不同的方法。本文主要介紹工程中常用的幾種方法，以與同行交流。
1、橋梁加固改造的技術(shù)途徑及設(shè)計(jì)原則
1.1主要技術(shù)途徑
橋梁加固一般是通過對構(gòu)件的補(bǔ)強(qiáng)和結(jié)構(gòu)性能的改善來恢復(fù)或提高現(xiàn)有橋梁的承載能力，以延長其使用年限，適應(yīng)現(xiàn)代交通運(yùn)輸?shù)囊?。其改造的主要技術(shù)途徑有：加強(qiáng)薄弱構(gòu)件、增加輔助構(gòu)件、改變結(jié)構(gòu)體系、減輕恒載、加固墩臺(tái)及基礎(chǔ)等。
1.2加固方案確定原則
一般認(rèn)為滿足以下條件，加固方案才基本可行：比重建新橋可以節(jié)約大量的投資和材料，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益；橋梁經(jīng)加固改造之后，無論結(jié)構(gòu)性能、承載力還是耐久性方面都能達(dá)到使用要求；橋梁的下部結(jié)構(gòu)具有足夠的潛力[1].
2、橋梁加固的幾種常見方法
2.1加大截面加固法
加大截面法，也稱為外包混凝土加固法，是用增大混凝土結(jié)構(gòu)物的截面面積和配筋進(jìn)行加固的一種方法。這種加固方法要求被加固的橋梁下部結(jié)構(gòu)能夠承受更多的自重，能夠提供更高的承載力。通常情況下，以加厚橋面板或加大主梁的梁肋寬度為主。
2.2預(yù)應(yīng)力加固法
預(yù)應(yīng)力加固法是采用外加預(yù)應(yīng)力的鋼拉桿對結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固的方法，適用于要求提高承載力、剛度和抗裂性及加固后所占用空間小的橋梁。可分為預(yù)應(yīng)力拉桿加固和預(yù)應(yīng)力撐桿加固，其中預(yù)應(yīng)力拉桿加固主要用于受彎構(gòu)件，以梁身為錨固體，通過預(yù)應(yīng)力張拉對梁的受拉區(qū)域施加外力，以抵消結(jié)構(gòu)本身的自重，減少車輛荷載作用下的應(yīng)力，能夠減少梁體出現(xiàn)過多的裂縫，以及減小裂縫寬度。預(yù)應(yīng)力撐桿加固主要用于橋梁下部結(jié)構(gòu)的軸心受壓墩柱，但在實(shí)踐中橋梁墩柱加固也很少采用這種方法。
2.3外部粘鋼加固法
外部粘鋼加固法是一種采用化學(xué)粘結(jié)劑將鋼板直接粘貼在混凝土構(gòu)件表面，使之與構(gòu)件形成受力整體，以提高承載力、增大延性、剛度和滿足正常使用要求的加固方法。
2.4粘貼FRP加固法
粘貼FRP加固法[2]是采用高強(qiáng)度或高彈性模量的纖維復(fù)合材料，用專門配置的粘貼樹脂或浸漬樹脂粘貼在橋梁混凝土構(gòu)件表面，使之與原構(gòu)件形成整體共同受力的加固方法。
目前，結(jié)構(gòu)工程中常用的FRP材料有玻璃纖維（GFRP）、碳纖維（CFRP）和芳綸纖維（AFRP）3種，其中以碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）應(yīng)用更多。本文著重概述采用CFRP的加固方法及實(shí)際工程應(yīng)用。
碳纖維布纖維方向分為單向和雙向2種，其中以單向布應(yīng)用為主。碳纖維布具有高的強(qiáng)度重量比和剛度重量比率、良好的抗疲勞性及高的耐久性、耐腐蝕、熱膨脹系數(shù)低等特點(diǎn)。
當(dāng)被加固的橋梁結(jié)構(gòu)處于特殊環(huán)境時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況選用其他防護(hù)材料。目前，粘貼碳纖維布加固方法往往輔以裂縫灌漿、封閉等方法。
與其他加固方法相比，碳纖維布加固技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：高強(qiáng)高效，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)；基本不改變原結(jié)構(gòu)外觀，不會(huì)對原結(jié)構(gòu)造成損害；運(yùn)輸儲(chǔ)存、施工更方便、快捷，容易保證施工質(zhì)量而且后期維護(hù)費(fèi)用低；其化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在耐候性、腐蝕性以及抗疲勞性能等方面更加突出。但應(yīng)用此法對橋梁進(jìn)行加固時(shí)，應(yīng)充分考慮纖維的方向布置，合理的材料連接方式、連接尺寸、連接位置粘結(jié)材料的性能指標(biāo)。尤其是施工過程的質(zhì)量控制，一定要按正常的施工程序進(jìn)行，否則會(huì)影響橋梁加固效果。
3、應(yīng)用實(shí)例
某橋于上世紀(jì)70年代初建成：上部構(gòu)造為4孔跨徑L=16.8m的少筋微彎板工字梁組合的裝配式鋼筋混凝土梁結(jié)構(gòu)，無橫梁，橋面凈空為凈-7m+2×0.25m，下部構(gòu)造為鋼筋混凝土雙柱式灌注樁墩及重力式橋臺(tái)。
原橋上部構(gòu)造采用1966年1月出版的《少筋微彎板與工型梁組合的裝配式鋼筋混凝土上部構(gòu)造試用圖紙》，設(shè)計(jì)荷載為汽-13，拖-60.
3.1加固前病害調(diào)查
在確定加固方案前，對舊橋現(xiàn)狀進(jìn)行了全面調(diào)查，全橋主梁4×5片。根據(jù)實(shí)際損壞情況，對2～4孔的15片主梁、微彎板、支座、橋墩（臺(tái)）及附屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行了細(xì)致的檢查。
3.1.1主梁
施工質(zhì)量較差，各部位尺寸沿跨徑不一致。單根主梁最多發(fā)現(xiàn)裂縫51條，裂縫寬度最寬為4mm.有豎直裂縫，也有斜裂縫、水平裂縫，斜裂縫與水平方向夾角為40～80°。豎向裂縫主要分布在主梁腹板下部（主要在跨中8.5m范圍內(nèi)）且下寬上窄；斜裂縫主要分布在端部4m范圍內(nèi)；水平裂縫主要分布在梁端。主梁局部鋼筋外露，產(chǎn)生銹蝕。
3.1.2其他
微彎板施工質(zhì)量較差，底部非常粗糙，局部有細(xì)微裂紋。支座為鋼板支座，鋼板銹蝕嚴(yán)重，有大塊蝕塊脫落。支座附近主梁砼有壓碎現(xiàn)象。1號(hào)橋臺(tái)錐坡破損，3號(hào)橋墩發(fā)現(xiàn)一處空洞現(xiàn)象。部分欄桿傾斜，瀉水孔堵塞，橋面上梁間隙較大，車輛通過時(shí)振動(dòng)大、噪聲大。
3.2加固設(shè)計(jì)
根據(jù)調(diào)查情況，筆者主要針對主梁進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。
主梁采用CYMAXL3002C碳纖維片材進(jìn)行加固，主要性能指標(biāo)有：設(shè)計(jì)厚度0.167mm；抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)偏差40MPa；抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值
4108MPa；抗拉強(qiáng)度平均值4233MPa；彈性模量236GPa.計(jì)算中，考慮到碳纖維片材與主梁砼之間的密合性，對材料的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取用折減系數(shù)0.8.經(jīng)計(jì)算，主梁跨中底部碳纖維材料厚度需0.25mm，故采用2層。
