淺談公路大梁上部結(jié)構(gòu)加固技術(shù)
2015-06-03
引言
隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，交通量和車輛載重不斷加大，公路交通的負荷日趨增大，使部分早期設計修建的橋梁的既有損傷不斷加重，加速了橋梁的老化、破損。特別是修建年代早、設計標準低的橋梁，病害嚴重，已不能維持正常使用，而只能限速限載通行，甚至不得不關(guān)閉交通，嚴重影響和制約了交通運輸和地方經(jīng)濟的發(fā)展。
作為公路的重要組成部分，橋梁的質(zhì)量直接影響著行車安全和公路的暢通。因此，如何對舊橋和危橋進行處理就成為目前所面臨的重要問題。受資金和材料資源的限制，上述橋梁不可能全部拆除重建，而期望盡量利用既有橋梁，通過技術(shù)手段對舊橋進行技術(shù)改造，恢復和提高其承載能力。如果全部拆除新建，不僅耗資巨大，而且影響交通，給國家造成的經(jīng)濟損失將是無法估計的，也為我國的國情與財力所不容。而橋梁的加固費用僅為新建費用的10~20％，采取有效的加固和改造措施，提高橋梁的承載能力，延長其使用年限，以滿足現(xiàn)代交通對橋梁的客觀要求，也不失為一種解決問題的辦法。國外的統(tǒng)計資料也表明，一些交通發(fā)達國家的橋梁建設重點已經(jīng)轉(zhuǎn)移到了舊橋的加固與改造方面。
1改變結(jié)構(gòu)體系加固方法
1.1簡支梁變連續(xù)梁加固技術(shù)
采用在簡支梁下增設臨時支墩或把相鄰的簡支梁加以連接的方法，可改變原有結(jié)構(gòu)物的受力體系，將多跨簡支梁的梁端連接起來，變?yōu)槎嗫邕B接梁，以改善結(jié)構(gòu)的受力狀況，提高橋梁的承載能力。
1.2加勁梁或疊合梁加固技術(shù)
采用加勁梁或疊合梁以增強主梁的承載能力，也是常用的改變結(jié)構(gòu)體系的一種加固法。采用加勁梁或疊合梁加固時，應根據(jù)加固時結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換的實際受力狀態(tài)，分清主次，進行合理的抽象和簡化，得出計算圖式，進行補強計算。因?qū)嶋H結(jié)構(gòu)比較復雜，各種結(jié)構(gòu)部分之間存在著多種多樣的聯(lián)系，而決定聯(lián)系性質(zhì)的主要因素是結(jié)構(gòu)各部分的剛度比值。故新舊結(jié)構(gòu)體系可依據(jù)相對剛度大小分解為基本部分的附屬部分，以分開計算其內(nèi)力，如分成主梁和次梁、主跨與附跨，并注意略去結(jié)構(gòu)的次要變形，從而獲得較簡明的力學圖式。
除此以外，還有很多其他的改變結(jié)構(gòu)體系的方法，如增設支架或橋墩、改橋為涵等。然而，這些方法往往都需要在橋下操作，有時還要設置永久設施，會影響橋下凈空，因此僅適合在不影響通航及橋梁排洪能力的情況下使用。
2粘貼加固
粘貼加固技術(shù)是采用化學粘結(jié)劑或錨栓將補強材料直接粘貼錨固于結(jié)構(gòu)受拉或薄弱部位的混凝土表面，使之與結(jié)構(gòu)形成受力整體，以此來提高結(jié)構(gòu)的承載力和剛度。根據(jù)所采用的補強材料不同，又可將粘貼加固分為粘貼鋼板加固技術(shù)、粘貼纖維增強復合材料（FRP）加固技術(shù)。
2.1粘貼鋼板加固技術(shù)
粘貼鋼板加固技術(shù)是20世紀60年代末70年代初由法國、南非等國家率先應用于橋梁結(jié)構(gòu)加固的，隨后瑞士、日本、英國等也相繼開始使用。
粘貼鋼板加固法有許多獨特的優(yōu)點和先進性，主要包括：
堅固耐用；
?。?）施工快速、簡潔
?。?）結(jié)構(gòu)輕巧、外形不變；
（4）靈活多樣；
（5）經(jīng)濟安全。
因此，粘貼鋼板加固法在許多情況下替代了增大截面加固技術(shù)。然而，隨著加固技術(shù)的不斷研究和發(fā)展，粘貼鋼板加固技術(shù)的不足也日益顯現(xiàn)，主要表現(xiàn)在：①鋼板因遭受污染大氣侵蝕等原因造成各種化學腐蝕而影響其加固效果，這使得后期的養(yǎng)護問題變得異常突出；②由于鋼板剛度較大、施工誤差等原因使得結(jié)構(gòu)在使用過程中容易在粘結(jié)面上發(fā)生剝離脫空，特別是鋼板端部更容易發(fā)生剝離破壞，因而加固設計時一般需附加螺栓加以輔助錨固，這從一定程度上增加了施工難度并對原結(jié)構(gòu)造成一定程度的損傷，導致粘貼鋼板結(jié)構(gòu)的抗疲勞性能不佳。為此，一種新型的粘貼纖維增強復合材料（FRP）加固技術(shù)應運而生。
3增大構(gòu)件截面
3.1橋面補強層加固技術(shù)
橋面補強層加固法是將原有橋面鋪裝層拆除通過一定的工藝和結(jié)構(gòu)措施，在梁頂面（橋面）上加鋪一層鋼筋混凝土面層，使其與原有主梁形成整體，達到加厚主梁高度、增大梁的抗壓截面以及提高橋梁抗彎剛度的目的，提高橋梁的承載能力和變形能力。
3.2增大主梁截面和配筋加固技術(shù)
當原橋截面過小、下緣主拉應力超過容許值導致承載力不足，而橋下凈空又允許時，可以采用增大主梁截面和配筋加固法，將主梁截面加寬、加高以擴大截面，并在新混凝土截面中增設受力鋼筋。對T形截面梁可采用底面及側(cè)面同時加大以及底部馬蹄形加大兩種加固形式。
3.3噴射混凝土加固技術(shù)
噴射混凝土加固一般不需要立模，也不需要振搗，依靠高速度的噴射將混合料連續(xù)噴敷在受噴面上即可，具有施工簡單、快速、經(jīng)濟、不影響車輛通行等優(yōu)點。采用噴射混凝土代替?zhèn)鹘y(tǒng)的澆筑混凝土，就可以解決傳統(tǒng)加固方法所遇到的問題，因而具有相當大的研究推廣和應用價值。
目前實際工程當中通常采用噴射合成纖維混凝土進行加固，在噴射混凝土中摻入三維分布的合成纖維來改善混凝土性能。噴射合成纖維混凝土除具有噴射混凝土抗壓、抗拉、抗剪、抗彎、粘結(jié)強度高的優(yōu)點外，還具備良好的抗裂阻裂性能、抗沖擊性能、耐磨耐腐蝕性能、抗?jié)B抗凍融性能以及較好的抗疲勞性和抗碎裂性。
增大構(gòu)件截面加固技術(shù)適應性比較強，且具有成熟的設計和施工經(jīng)驗，適用于較小跨徑的T梁橋或板橋的加固。采用此法加固后橋梁剛度明顯提高，承載能力也能取得較好的效果。但該法也存在明顯的缺陷，比如混凝土構(gòu)件的體積增大、自重增加、施工周期長、施工空間大等。
4體外預應力加固
體外預應力加固技術(shù)的實質(zhì)是以粗鋼筋絞或高強鋼絲等鋼材作為施力工具，對橋梁上部結(jié)構(gòu)施加體外預應力，以預加產(chǎn)生的反彎矩抵消部分外荷載產(chǎn)生的內(nèi)力，從而達到改善舊橋使用性能并提高其極限承載能力的目的。
體外預應力技術(shù)早期曾應用于加固工業(yè)與民用建筑，前蘇聯(lián)在這方面做了較多工作。但由于預應力筋轉(zhuǎn)向塊構(gòu)造設計困難、耐腐蝕性差，體外預應力技術(shù)加固橋梁的維修養(yǎng)護費用很高，未能體現(xiàn)其工程應用上的優(yōu)越性，因而在20世紀60年代前未能在橋梁工程中得到推廣。
隨著技術(shù)的進步，20世紀60年代后期，體外預應力筋耐久性及構(gòu)造設計的一些問題部分得到解決，為體外預應力技術(shù)進一步發(fā)展奠定了基礎，尤其70年代美國和法國大量的橋梁加固為體外預應力技術(shù)的快速發(fā)展提供了難得的契機。通過在橋梁加固中應用體外預應力技術(shù)，積累了實踐經(jīng)驗并獲得重要參考數(shù)據(jù)，進一步完善了設計理論，為在建設新橋梁時重新考慮使用體外預應力技術(shù)提供了依據(jù)。
由于體外預應力體系布置靈活，不僅可用來加固簡支梁橋和連續(xù)梁橋，還可用來加固拱橋和鋼構(gòu)橋等；不僅可用來改善梁的抗彎性能，還可用來改善構(gòu)件的抗剪性能；不僅可用來進行整體橋梁加固，而且可用于橋梁局部加固；不僅可用來加固橋梁的梁部結(jié)構(gòu)，也能用于加固橋墩及索塔等部位，具有良好的加固效果及廣闊的應用前景。但由于對預應力筋張拉時會產(chǎn)生預應力損失，因此，在設計中需對預應力損失進行合理的估計和計算，并在施工時采取措施以減少預應力損失。
5發(fā)展及結(jié)論
交通運輸業(yè)的迅速發(fā)展的今天，加強既有橋梁的補強加固、保障公路橋梁的安全運營已成為交通管理部門關(guān)注的重點。橋梁加固技術(shù)以其特有的安全、經(jīng)濟、方便、快捷等特點得到世界各國的廣泛采用。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，橋梁結(jié)構(gòu)加固的新技術(shù)、新工藝不斷涌現(xiàn)，在橋梁的加固工作中發(fā)揮了十分積極的作用。相信在廣大科研工作者和工程技術(shù)人員的共同努力下，橋梁結(jié)構(gòu)的加固改造工作會日益發(fā)揮出更大的作用。
