橋梁加固論文
2014-06-20
1 橋梁加固與維修的任務(wù)和形式
隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通運(yùn)輸事業(yè)也蓬勃發(fā)展，交通量越來越大，荷載越來越高，道路標(biāo)準(zhǔn)越來越先進(jìn)，而在50到70年代所修建的橋梁，由于當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，且設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想是注重于材料的節(jié)省，造成斷面單薄，安全儲(chǔ)備代，橋梁耐久性差，加上年久老化，已大多不能適應(yīng)現(xiàn)時(shí)的需要，又由于目前建筑市場(chǎng)較為混亂，有的橋梁設(shè)計(jì)施工粗糙，新建的橋梁事故也時(shí)有發(fā)生。因此，加強(qiáng)對(duì)舊，危橋梁的檢測(cè)，鑒定，加固與維修是十分必要的。它也必須做為我們橋梁工作者著重研究的內(nèi)容之一。
然而橋梁加固與維修有較大的難度：首先是交通壓力，已通車的橋梁，有現(xiàn)行的交通需求和交通干擾；其次是結(jié)構(gòu)形式受限制，加固必須利用原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)；第三是風(fēng)險(xiǎn)大，凡需要加固的橋梁，結(jié)構(gòu)已處于不利狀態(tài)，有的還岌岌可危；第四是工作量大卻收費(fèi)低廉。
橋梁加固與維修技術(shù)要求較高：加固設(shè)計(jì)時(shí)一定要有良好的橋梁理論水平和力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，確定加固方案時(shí)要正確分析和判斷舊橋的結(jié)構(gòu)狀態(tài)和內(nèi)力大小程度；加固方案實(shí)施的復(fù)雜性要求有豐富的施工經(jīng)驗(yàn)，能夠提出構(gòu)思巧妙但又可操作性強(qiáng)的加固處理方法。
但是，加固與維修橋梁能預(yù)防橋梁塌擁而造成的物資和人身損毀；可以延長(zhǎng)橋梁使用年限，用少量的資金，使橋梁得以繼續(xù)使用，而且能緩和橋梁建設(shè)投資的集中性；在文化上，有的橋梁屬文化古跡，須進(jìn)行維修保護(hù)，要修舊如舊，使之成為文化一景，有的橋梁建在人口稠密區(qū)，對(duì)其景觀性要求較高，對(duì)其進(jìn)行維修使之面貌更新，成為當(dāng)?shù)亟ㄖ?biāo)志等等。因此舊橋加固是政績(jī)，是生產(chǎn)力，是文化的體現(xiàn)。
2 加固與維修方法
對(duì)舊，危橋的加固維修，必須對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算，從改變結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和應(yīng)力出發(fā)來采取措施進(jìn)行工作。首先是判斷和鑒定原橋目前的受力情況，然后是結(jié)合加固方案對(duì)加固之后的承載能力進(jìn)行計(jì)算和分析。具體可采取的措施有以下幾種：
1 改變結(jié)構(gòu)圖式。如變筒支梁為連續(xù)梁，變筒支梁為撐架，剛架，變懸臂梁為連續(xù)梁等，這樣可使控制變矩降低。
2 外力減荷。施加與荷載效應(yīng)相反的外力，如采用體外預(yù)應(yīng)力。
3 內(nèi)力調(diào)節(jié)。在外荷載不變情況下，通過結(jié)構(gòu)措施使每一受力單元（如每塊板，每片梁）的分布內(nèi)力減小。如增強(qiáng)橫向聯(lián)系而減小橫向分配系數(shù)，降低荷載分布內(nèi)力。
4 增大斷面。增大斷面增加了原結(jié)構(gòu)的承載能力，同時(shí)也會(huì)因此而加大了自重，自重加大產(chǎn)生的內(nèi)力增量會(huì)抵消結(jié)構(gòu)載能力的提高。此外，增大斷面還需克服一個(gè)障礙，即新增結(jié)構(gòu)面積與原有結(jié)構(gòu)的界面能否良好結(jié)合，確保新老兩部分面積是否能很好協(xié)同受力。因此這種方案的有效程度較低，但由于它直觀，容易被接受。
5 粘貼高強(qiáng)度受力材料在混凝土表面粘貼高強(qiáng)度的受力材料，附合結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，傳統(tǒng)的做法是在混凝土表面粘貼鋼板。但在實(shí)際工程中，由于鋼板面積大，剛度大，適塑性差，很難與原結(jié)構(gòu)粘貼緊密，加上鋼板自重大，操作不便，限制了其應(yīng)用。多年以來一直在期待一種實(shí)用的高強(qiáng)材料，要求其強(qiáng)度和彈性模量大而重要較輕，又有較好的柔性，避免上述缺點(diǎn)而容易操作。這種材料出現(xiàn)，會(huì)使增大斷面的加固有一個(gè)根本改觀。
3 加固新材料
世界上許多大學(xué)、政府部門和工業(yè)廠商一直在從事復(fù)合材料在橋梁維修和加固工程中應(yīng)用的研究。如玻璃纖維，棚纖維，芳綸纖維和碳纖維都是應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)中的主要選擇材料，根據(jù)它們優(yōu)越的性質(zhì)和將來預(yù)計(jì)降低的價(jià)格，最有可能應(yīng)用的是碳纖維。它是為航天工業(yè)而開發(fā)的一種高新材料，到七十年代已經(jīng)成熟，八十年代起就開始對(duì)其在土建工程中的應(yīng)用做研究。1991年瑞士聯(lián)邦材料試驗(yàn)研究中心首次在一座總長(zhǎng)230米的多跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋中用碳纖維對(duì)其進(jìn)行加固并取得了成功，此后碳纖維越來越廣泛地應(yīng)用在了土木工程中。它具有高強(qiáng)輕質(zhì)，抗腐蝕，耐老化，物理性能穩(wěn)定等諸多優(yōu)點(diǎn)。其拉伸強(qiáng)度約為鋼材的7-10倍。碳纖維片可以用環(huán)氧樹脂粘貼在混凝土的表面，形成一體，共同工作?；谶@一特點(diǎn)，日本在八十年代中期開始研究把碳纖維片材用于混凝土結(jié)構(gòu)的修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)。利用碳纖維片的高強(qiáng)和可粘貼的性能，把碳纖維片用環(huán)氧樹脂粘貼在被補(bǔ)強(qiáng)的混凝土結(jié)構(gòu)表面，與原混凝土結(jié)構(gòu)形成一體共同承受荷載，使混凝土結(jié)構(gòu)得到了有效的加強(qiáng)；能適應(yīng)各種外形的補(bǔ)強(qiáng)，可多層粘貼，能有效地封閉混凝土裂縫。這種方法不僅施工簡(jiǎn)便，不受酸，堿，鹽等的腐蝕，耐久性好，而且基本不增加結(jié)構(gòu)的重量，不影響結(jié)構(gòu)的外觀，因而引起了廣泛的關(guān)注。歐洲，日本及美國等發(fā)達(dá)國家相繼對(duì)碳纖維片在混凝土結(jié)構(gòu)修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)中的應(yīng)用技術(shù)和材料性能進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，提出了很多具有實(shí)用價(jià)值的研究成果，使碳纖維修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)得到迅速發(fā)展，已廣泛用于橋梁，地鐵，工業(yè)民用建筑，水塔，水池，煙囪等土木工程各個(gè)領(lǐng)域的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)中。
4 舊橋加固典型實(shí)例
國道324線坂頭大橋舊橋建于1953年，其結(jié)構(gòu)為普通鋼筋混凝土變高度連續(xù)梁橋外加一孔16m筒支梁邊跨，連續(xù)梁跨徑布置為16 22.5 16m。原設(shè)計(jì)荷載為汽-13級(jí)。1995年在對(duì)國道324線進(jìn)行的拓寬改造中，為提高其通行荷載等級(jí)，需對(duì)其進(jìn)行加固?？紤]到該連續(xù)梁為變截面（跨中梁高0.8m，支點(diǎn)梁高1.8m）的特點(diǎn)，采用直線型休外無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線為老橋進(jìn)行加固。按正截面抗變強(qiáng)度要求進(jìn)行計(jì)算，每片梁肋兩側(cè)各設(shè)置一對(duì)預(yù)應(yīng)力束，每束為4根7Ф5鋼絞線，鋼絲束的位置距梁頂66cm，采用超張拉工藝，每根鋼絞線張拉噸位為164KN。坂頭大橋加固后使用了三年有余，在1999年4月發(fā)現(xiàn)有一束預(yù)應(yīng)力鋼絞線下垂，另有一根鋼絞線斷裂，橋頭有三根鋼絞線滑絲。經(jīng)過深入的分析研究發(fā)現(xiàn)：原方案錨具選型失誤，原方案所用端部錨具為擠壓錨，擠壓錨在體外無粘結(jié)情況下其最大預(yù)應(yīng)力度只能用到0.48，政黨為0.45，而該橋?qū)嶋H預(yù)應(yīng)力度為0.63，遠(yuǎn)大于擠壓錨所能承受的范圍；此外，預(yù)應(yīng)力套微使預(yù)應(yīng)力筋具有了較大的活動(dòng)余地，且固定性差，由于長(zhǎng)期的動(dòng)載引起的振動(dòng)疲勞也是造成滑移，斷裂的因素之一。廈門市公路局根據(jù)以上分析，采用粘貼碳纖維布的方法對(duì)坂頭大橋重新進(jìn)行了加固處理，在各片梁底跨中部位貼兩層碳纖維布，具體做法為：清理混凝土使之露出干凈，結(jié)實(shí)的外表面，表面的突起要用砂輪機(jī)磨平，將布底膠用滾刷均勻地涂在梁底，底膠干燥后，用101#樹脂膩?zhàn)幽ㄆ奖砻娴娜睋p，坑洼，然后用滾刷將粘結(jié)膠均勻地涂于選定的混凝土表面，將涂有粘結(jié)膠的碳纖維布粘貼于混凝土表面并反復(fù)碾壓，除去氣泡和多余樹脂，間隔一天后，重復(fù)上述步驟，在跨中部位再粘貼一層碳纖維布，對(duì)貼合后的復(fù)合材料層自然養(yǎng)生至粘結(jié)膠完全固化。對(duì)粘貼碳纖維加固后的板頭大橋進(jìn)行了靜載和動(dòng)載試驗(yàn)，并對(duì)撓度進(jìn)行了觀測(cè)，其使用狀態(tài)良好。
5 結(jié)語
實(shí)踐證明，采用適當(dāng)?shù)募庸碳夹g(shù)和拓寬措施，對(duì)恢復(fù)和提高舊、危橋梁的承載能力及通行能力、延長(zhǎng)使用壽命以滿足現(xiàn)代化交通運(yùn)輸?shù)男乱笫强尚械摹Ｄ壳皣鴥?nèi)對(duì)橋梁加固尚未出臺(tái)完整的設(shè)計(jì)規(guī)范，而橋梁的加固改造又是一項(xiàng)繁雜的工程，因地、因橋而異，因此對(duì)橋梁設(shè)計(jì)、施工人員的專業(yè)水平及經(jīng)驗(yàn)積累，完善都提出了更高的要求。
