淺談砼橋梁加固技術(shù)
2015-07-02
到2012年年底，我國公路橋梁達(dá)71.3萬座、3663萬米。對于大量存在安全隱患的橋梁,如果拆除重建,不僅資金耗費巨大,而且造成長時間斷絕交通。如能采取有效的加固維修措施,恢復(fù)和提高它們的承載能力,消除安全隱患,使其能夠繼續(xù)服役,將會帶來巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益。
1混凝土橋梁病害原因簡介
混凝土結(jié)構(gòu)的病害表現(xiàn)形式多種多樣，引起病害的原因錯綜復(fù)雜，從引起病害的原因來分析，可以將其劃分為兩大類：
第一類為由環(huán)境作用引起的混凝土結(jié)構(gòu)損傷與破壞。由于混凝土的缺陷（例如裂隙、孔道、汽泡、孔穴等），環(huán)境中的水及侵蝕性介質(zhì)就可能滲入混凝土內(nèi)部，與混凝土中某些成份發(fā)生化學(xué)、物理反應(yīng)，引起混凝土損傷，影響結(jié)構(gòu)的受力性能和耐久性。
第二類為由荷載作用或設(shè)計、施工不當(dāng)造成的混凝土結(jié)構(gòu)損傷。例如，由于超載作用引起的裂縫，動力沖擊作用引起疲勞破壞。構(gòu)造措施和施工方法不當(dāng)引起結(jié)構(gòu)裂縫等。
2橋梁補強加固方法
2.1加大截面加固法。增大截面加固法是在原結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上再澆筑一定厚度的鋼筋混凝土,這是對鋼筋混凝土橋加固的一種常用的改造技術(shù)。增大混凝土截面一般采用兩種方式,一種是加厚橋面板;另一種是加大主梁梁肋的高度和寬度。該法施工工藝簡單、適應(yīng)性強,并具有成熟的設(shè)汁和施工經(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。該法也有明顯的缺點,比如混凝土構(gòu)件的體積增大、自重增加、施工周期加長、施工空間大、現(xiàn)場施工的濕作業(yè)時間長等。
2.2置換混凝土加固法。該法的優(yōu)點與加大截面法相近,且加固后不影響建筑物的凈空,但同樣存在施工的濕作業(yè)時間長的缺點.適用于受壓區(qū)混凝土強度偏低或有嚴(yán)重缺陷的梁、柱等混凝土承重構(gòu)件的加固.
2.3 粘貼鋼板加固法。以樹脂粘接鋼板與混凝土的結(jié)構(gòu)加固法,被用于建筑、工廠、橋梁等土木工程中。該法施工快速、現(xiàn)場無濕作業(yè)或僅有抹灰等少量濕作業(yè),對生產(chǎn)和生活影響小,且加固后對原結(jié)構(gòu)外觀和原有凈空無顯著影響,但加固效果在很大程度上取決于膠粘工藝與操作水平。適用于承受靜力作用且處于正常濕度環(huán)境中的受彎或受拉構(gòu)件的加固。該法在公民建中使用較多。
2.4 粘貼碳纖維增強塑料加固法。粘貼碳纖維加固技術(shù)采用專門的樹脂將碳纖維粘貼于混凝土結(jié)構(gòu)受拉表面時碳纖維與原結(jié)構(gòu)形成新的受力整體,碳纖維與鋼筋共同承受荷載,降低了鋼筋應(yīng)力,從而使結(jié)構(gòu)達(dá)到了加固和補強效果。粘貼碳纖維加固技術(shù)的主要特點是:幾乎不增加結(jié)構(gòu)自重和截面尺寸,不改變凈空高度,施工方便,對原結(jié)構(gòu)幾乎不會造成新的損傷,具有良好的耐腐蝕性、耐久性和抗疲勞性能,根據(jù)受力分析可進(jìn)行多層粘貼進(jìn)行補強,其方向性也可以靈活掌握。此外碳纖維質(zhì)地柔軟,加固后可用混凝土砂漿涂敷,或根據(jù)要求涂裝各種顏料,修復(fù)補強不留痕跡。可在不改變結(jié)構(gòu)外型的前提下補強各種混凝土結(jié)構(gòu)物,包括抗彎、抗剪、抗壓、抗疲勞、抗震、抗風(fēng)、控制裂縫和撓度的擴(kuò)展,增加結(jié)構(gòu)的延性。但碳纖維材料價格較高，增加了維修費用。
2.5 體外預(yù)應(yīng)力加固法。體外預(yù)應(yīng)力加固法是指對布置于承載結(jié)構(gòu)主體之外的鋼束張拉而產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力的后張法。體外預(yù)應(yīng)力體系由體外預(yù)應(yīng)力孔管、漿體、錨固體系和轉(zhuǎn)向塊等部件組成。該技術(shù)能大大縮短施工工期。但加固后對原結(jié)構(gòu)外觀有一定影響,且不宜用于混凝土收縮徐變大的結(jié)構(gòu)。
2.6 噴凝土加固法。噴凝土加固法是在原有結(jié)構(gòu)上噴涂一層高品質(zhì)的混凝土,以恢復(fù)對鋼筋的保護(hù),提高已剝離或變質(zhì)的混凝土強度,提供美觀表面的功能,是目前常用的維修加固雙曲拱橋方法。
2.7 有粘結(jié)外包型鋼加固法該法也稱濕式外包鋼加固法,特點是受力可靠、施工簡便、現(xiàn)場工作量較小,但用鋼量較大,且不宜在無防護(hù)的情況下用于60℃以上的高溫場所.適用于使用上不允許顯著增大原構(gòu)件截面尺寸,但又要求大幅度提高其承載能力的混凝土結(jié)構(gòu)加固.
還有錨栓錨固法、增加支承加固法等。
3綜合加固技術(shù)
由于每種方法各有優(yōu)劣,因此有必要考慮同時采用幾種加固方法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合加固,以達(dá)到優(yōu)勢互補、綜合效果最優(yōu)的目標(biāo)。綜合加固技術(shù)就是同時采用多種加固技術(shù)增強結(jié)構(gòu)某一方面的性能。進(jìn)行綜合加固設(shè)計時,可以幾種方法并重,也可以以一種方法為主,其他方法為輔。關(guān)鍵是利用各種加固方法的互補性。其基本思路可以歸納為:
(1)彌補單一加固方法的缺陷。例如預(yù)應(yīng)力加固法是利用鋼絞線、拉桿等以預(yù)應(yīng)力的形式對結(jié)構(gòu)或構(gòu)件施加反向荷載。它能大幅度提高結(jié)構(gòu)的承載能力并且可以克服應(yīng)力應(yīng)變滯后問題。然而,由于預(yù)應(yīng)力筋與被加固結(jié)構(gòu)或構(gòu)件僅在錨固點和轉(zhuǎn)向塊處接觸,反向荷載通過錨固點和轉(zhuǎn)向塊傳到被加固結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上,其產(chǎn)生的彎矩圖不夠“豐滿”,勢必影響加固效果。另外一些研究指出,預(yù)應(yīng)力加固的“二次效應(yīng)”會降低抗彎能力。Mntsuyoshi等人的試驗表明,對于設(shè)置了2個轉(zhuǎn)向塊的梁,梁的抗彎能力會因為二次效應(yīng)的影響而最大降低16%。因此,有必要考慮輔以其他加固方法。
(2)利用某一方法的特長。例如碳纖維比常規(guī)加固材料(鋼板等)抗腐蝕能力要強得多,腐蝕性環(huán)境中的結(jié)構(gòu)及沿海的混凝土結(jié)構(gòu)大都會受到外界環(huán)境的侵蝕,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)劣化。
(3)發(fā)揮協(xié)同工作的優(yōu)勢。單一加固方法都有不足之處,若將兩種或多種方法結(jié)合到一起,協(xié)同工作,其加固性能可能得到完善。例如粘鋼板加固法施工工藝較簡單,可提高對梁體內(nèi)鋼筋的保護(hù),控制裂縫與撓度。但對梁體表面平整度、清潔度要求較高,而且加固的有效性主要取決于粘結(jié)材料的強度及耐久性。錨栓-鋼板加固法可擺脫對鋼板粘結(jié)劑的依賴,對梁體表面清潔度要求不高,施工工藝較簡單。但設(shè)置錨栓有可能損傷既有鋼筋,從而損傷梁體。而粘鋼板加固技術(shù)在實際應(yīng)用過程中,常會遇到動載作用下的情況,如公路橋梁、吊車梁、各種抗震結(jié)構(gòu)等。為此,需要研究鋼筋混凝土梁在動載下的力學(xué)性能。國內(nèi)有人曾對采用膠粘、膨脹螺栓錨固及膠栓共同粘錨等三種方法加固的梁進(jìn)行動載對比試驗,結(jié)果表明:膨脹螺栓加固梁抗疲勞性能較差;膠粘梁抗疲勞性能不穩(wěn)定,如果破壞時鋼板被拉斷,粘結(jié)不好,循環(huán)幾萬次就因梁端鋼板處膠層剪切滑移而破壞;膠栓共同粘錨梁抗疲勞性能較好,破壞發(fā)生在梁跨中彎矩最大區(qū)段,鋼板全部被拉斷。膠栓結(jié)合梁在循環(huán)80萬次前,撓度增加甚微,80萬～150萬次間撓度增加較快,估計膠層有局部破壞,但之后由于兩端螺栓起到了較好的錨固作用,撓度變化又趨于平衡。膠栓共同粘錨將膠粘鋼板與錨栓-鋼板合而為一,在動荷載下發(fā)揮協(xié)同工作的優(yōu)勢,具有較好的疲勞性能[[[] 徐歷娟，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)粘鋼加固新技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].山東冶金，2002（4），44-46.
[2] JTG_T J22-2008，公路橋梁加固設(shè)計規(guī)范[S]
[3] JTG/T J23-2008，公路橋梁加固施工技術(shù)規(guī)范[S]]]。
采用綜合加固技術(shù)對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固,可使各種加固方法揚長避短,加固效果明顯,可有效地避免二次修復(fù),是結(jié)構(gòu)加固獲得最優(yōu)性價比的合理途徑。
4補強加固方法選用原則
1）采用加固方案之前,須先考慮耗費少、功效快、不中斷交通、技術(shù)上可行、有較好耐久性等方面的要求。2 ）補強加固是通過加大或修復(fù)橋梁構(gòu)件來提高局部或整座橋梁承載能力的措施。因此橋梁加固工作一般以不更改原結(jié)構(gòu)形式為原則,在兼顧經(jīng)濟(jì)性的前提下,只有在較復(fù)雜的情況下,才可考慮更改結(jié)構(gòu)形式.如果采用補強加固的方式仍不能達(dá)到交通運輸要求,則必須考慮進(jìn)行重建橋梁的部分或全部。3 ）選擇橋梁加固方式時,必須考慮舊橋現(xiàn)狀、承載能力減弱的程度以及日后交通量,最好參考已經(jīng)成功完成補強加固的橋梁的施工。4 ）采用擴(kuò)大或增加橋梁構(gòu)件斷面的方法進(jìn)行加固前,應(yīng)考慮增加部分與原有部件的結(jié)合效果。
5結(jié)語：
在役橋梁加固所用的資金僅是新建橋梁的10%左右。因此加固一座橋梁比新建一座橋梁節(jié)省很大投資。本文通過對橋梁加固方法介紹，并探討了加固補強方法的選用原則，以期對工程技術(shù)人員在橋梁加固過程中有所幫助。
