橋梁維修加固常用技術(shù)應(yīng)用
2015-08-26
前言：
近年來(lái)，我國(guó)橋梁建設(shè)取得了舉世公認(rèn)的成績(jī)。但是，隨著橋梁病害問(wèn)題的日益突出，我國(guó)的橋梁建設(shè)已經(jīng)進(jìn)入新建和改造維修并重的過(guò)渡期，橋梁維修加固任務(wù)日益繁重。我國(guó)的橋梁建設(shè)在高速發(fā)展的同時(shí)，出現(xiàn)了管理和養(yǎng)護(hù)技術(shù)滯后的問(wèn)題，橋梁維修養(yǎng)護(hù)目前是一個(gè)技術(shù)瓶頸。系統(tǒng)的研究、開(kāi)發(fā)橋梁的養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)，成為我國(guó)路橋管理部門(mén)的重要課題。
1．橋梁加固維修現(xiàn)狀
我國(guó)雖已成為世界橋梁大國(guó)，但在橋梁的養(yǎng)護(hù)管理方面還有很多不足和亟待解決的技術(shù)和管理問(wèn)題。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，這些問(wèn)題會(huì)不斷的暴露和顯現(xiàn)出來(lái)，并成為制約公路交通事業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的關(guān)鍵因素，也將成為我國(guó)走向世界橋梁強(qiáng)國(guó)過(guò)程中必須突破的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
2．橋梁加固維修現(xiàn)狀
?。?）橋梁維修加固必須本著“牢固可靠，簡(jiǎn)便耐用，經(jīng)濟(jì)適用”的原則。（2）根據(jù)不同橋梁的結(jié)構(gòu)和材料特點(diǎn)，在成本可控的前提下，采用不同的加固維修方法，更換或修復(fù)損壞的橋梁構(gòu)件，使橋梁整體恢復(fù)到原有的設(shè)計(jì)承載能力，保證橋梁的設(shè)計(jì)使用壽命。（3）對(duì)一些通過(guò)加固維修不能恢復(fù)原有設(shè)計(jì)承載能力但又必須繼續(xù)使用的橋梁，要確定好加固后橋梁的實(shí)際荷載等級(jí)和橋梁的剩余使用壽命。（4）用于橋梁加固維修的材料必須通過(guò)國(guó)家權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)認(rèn)證、各項(xiàng)性能指標(biāo)滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。
3．橋梁加固維修的常用技術(shù)
橋梁加固技術(shù)從工作原理上可分為主動(dòng)加固和被動(dòng)加固兩大類(lèi)。通過(guò)施加預(yù)應(yīng)力或改變結(jié)構(gòu)體系加固屬于主動(dòng)加固范疇，后加預(yù)應(yīng)力筋主動(dòng)受力，依靠施加預(yù)應(yīng)力或改變結(jié)構(gòu)體系，改善原梁應(yīng)力狀態(tài)，達(dá)到加固補(bǔ)強(qiáng)目的；在受拉區(qū)直接粘貼高強(qiáng)纖維復(fù)合材料、或鋼板加固，屬于被動(dòng)加固范疇，后加補(bǔ)強(qiáng)材料被動(dòng)受力，只承擔(dān)活載和后加恒載引起的內(nèi)力。
3.1 主動(dòng)加固技術(shù)
通過(guò)施加預(yù)應(yīng)力、改變結(jié)構(gòu)體系等方式，改變結(jié)構(gòu)原有的受力行為。改善橋梁恒載的內(nèi)力分配，增加全橋剛度，閉合裂縫，并調(diào)整變形。
3.1.1 施加體外預(yù)應(yīng)力加固
施加體外預(yù)應(yīng)力加固可以較好的提高梁體的抗彎截面模量，減小梁體繞度，減小受拉區(qū)梁體裂縫，從而調(diào)整原結(jié)構(gòu)的受力狀況，提高剛度及抗裂性。由于自重增加小，減小了對(duì)墩臺(tái)及基礎(chǔ)受力狀況的影響，可節(jié)省對(duì)墩臺(tái)及基礎(chǔ)的加固量?？稍诓幌拗仆ㄐ械臈l件下進(jìn)行加固施工，既可作為橋梁通過(guò)重車(chē)的臨時(shí)加固手段，也可作為永久提高承載能力的措施。在實(shí)際使用過(guò)程中應(yīng)注意新舊混凝土結(jié)合問(wèn)題、預(yù)應(yīng)力索或預(yù)應(yīng)力筋及鋼構(gòu)件的防腐問(wèn)題。施工工藝流程見(jiàn)圖1所示
3.1.2 增加橫隔板加固
增加橫隔板加固可以明顯改善T 型梁橋鉸縫開(kāi)裂病害，防止病害擴(kuò)展。不影響橋下凈空，對(duì)原橋景觀基本無(wú)改變。適用于因橫向聯(lián)系較差而降低承載力的橋梁上部結(jié)構(gòu)。增加橫隔板加固只是將相對(duì)集中的荷載進(jìn)行了分散，對(duì)橋梁整體承載能力并無(wú)實(shí)質(zhì)性的提高。加固效果并不明顯，需配合其他方法同時(shí)進(jìn)行。對(duì)混凝土梁橋，增加混凝土橫隔板的效果好于增加鋼橫隔板。
3.1.3 加大橋面鋪裝鋼筋加固
采用加大橋面鋪裝鋼筋直徑的方法對(duì)絞縫開(kāi)裂病害進(jìn)行修補(bǔ)，是基于原橋面鋪裝鋼筋網(wǎng)設(shè)計(jì)直徑過(guò)小或網(wǎng)格過(guò)大，或由于施工質(zhì)量原因造成的絞縫開(kāi)裂病害而進(jìn)行的維修方法，該方法全部在橋面施工，要求中斷至少半幅交通，適用于允許中斷交通的小跨徑T 梁或板梁橋。施工時(shí)橋上交通受阻，不允許中斷交通的橋梁不宜采用，將增加結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的彎矩，結(jié)構(gòu)的承載力提高不顯著。
3.1.4 增大截面與配筋加固
增大截面與配筋加固法一般采用在梁底面或側(cè)面加大尺寸，增配主筋，以提高主梁截面的有效高度，從而達(dá)到提高橋梁承載能力的目的。適用于橋下凈空較高，允許增加主梁高度的情況。加固效果比較明顯，但施工工藝復(fù)雜，技術(shù)要求較高。對(duì)橋下凈空限制的橋梁不適用。實(shí)際使用時(shí)應(yīng)注意：新舊混凝土結(jié)合問(wèn)題、新增鋼筋與原鋼筋的結(jié)合問(wèn)題、混凝土澆筑工藝。
3.2 被動(dòng)加固技術(shù)
主要是裂縫修補(bǔ)、粘貼碳纖維、鋼板、補(bǔ)強(qiáng)普通鋼筋等。被動(dòng)加固技術(shù)不改變結(jié)構(gòu)的恒載內(nèi)力狀況，方法靈活，可根據(jù)裂縫的位置方向隨意設(shè)置?？煽刂屏芽p進(jìn)一步開(kāi)展，提高橋梁承載能力。多適用于在恒載作用下承載力滿(mǎn)足要求但活載作用下承載力不滿(mǎn)足的情況，在中小橋和大橋進(jìn)行加固時(shí)常采用。對(duì)已存在的裂縫需進(jìn)行裂縫修補(bǔ)后再進(jìn)行被動(dòng)加固問(wèn)題。
3.2.1 粘帖纖維復(fù)合材料加固
粘貼纖維復(fù)合材料加固方法是是采用環(huán)氧樹(shù)脂或建筑結(jié)構(gòu)膠將符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的《定向纖維增強(qiáng)塑料拉伸性能試驗(yàn)方法》（GB/T3354）中各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)的纖維片材（或布）直接粘貼在被加固混凝土結(jié)構(gòu)薄弱部位，與被加固結(jié)構(gòu)形成整體，共同受力，以限制裂縫的開(kāi)展，提高結(jié)構(gòu)的抗裂能力、抗腐蝕和碳化能力，對(duì)結(jié)構(gòu)的剛度提高不大。對(duì)以延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)使用年限為主要目的耐久性加固，粘貼纖維復(fù)合材料加固方法還是有一定效果的。
3.2.2 粘貼鋼板加固
粘貼鋼板加固是采用環(huán)氧樹(shù)脂或建筑結(jié)構(gòu)膠，將鋼板直接粘貼在被加固的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物的受拉區(qū)或抗剪薄弱部位，使之與被加固結(jié)構(gòu)物形成整體共同受力，以提高結(jié)構(gòu)的高度，改善其受力狀態(tài)，限制裂縫的開(kāi)展，提高結(jié)構(gòu)的承載力。粘貼鋼板施工需待混凝土缺陷修補(bǔ)、裂縫修補(bǔ)完成后進(jìn)行。粘貼鋼板加固可以顯著提高結(jié)構(gòu)抗彎剛度，對(duì)以控制結(jié)構(gòu)變形為主要目的的使用功能加固是十分有效的。
3.2.3關(guān)于部分常用加固方法的探討
在受拉區(qū)直接粘貼抗拉補(bǔ)強(qiáng)材料存在應(yīng)力滯后的問(wèn)題，使用時(shí)必須考慮橋梁帶載加固，分階段受力特點(diǎn)。加固前原結(jié)構(gòu)已經(jīng)承受荷載（即第一次受力），特別是當(dāng)承載能力不足時(shí)，加固前原結(jié)構(gòu)的截面應(yīng)力、應(yīng)變水平一般都很高。新加固部分加固后并不立即承受荷載，而是在新荷載（即二次加載）下才開(kāi)始受力。從而導(dǎo)致整個(gè)加固結(jié)構(gòu)在其后的第二次受力過(guò)程中新加部分的應(yīng)力、應(yīng)變始終滯后于原結(jié)構(gòu)的累計(jì)應(yīng)力和應(yīng)變。所以，混凝土結(jié)構(gòu)加固計(jì)算分析不能夠完全按普通結(jié)構(gòu)概念進(jìn)行。加固結(jié)構(gòu)的承載力與新舊兩部分的應(yīng)力差值或應(yīng)變差值直接相關(guān)，與原結(jié)構(gòu)的極限變形值有關(guān)，與兩部分材料的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系有關(guān)。受原梁變形限制，在極限狀態(tài)下纖維復(fù)合材料的高強(qiáng)抗拉性能不一定能充分發(fā)揮，若不考慮分階段受力特點(diǎn)，過(guò)高地估計(jì)了后加補(bǔ)強(qiáng)材料的作用，是不安全的。采用預(yù)應(yīng)力加固從根本上解決了后加補(bǔ)強(qiáng)材料的應(yīng)力滯后問(wèn)題，可以充分發(fā)揮后加補(bǔ)強(qiáng)材料的力學(xué)性能，提高了材料的利用率。橋梁維修加固應(yīng)注意各種技術(shù)的綜合利用，通過(guò)調(diào)整結(jié)構(gòu)內(nèi)力，盡量減輕原梁的負(fù)擔(dān)，將加固補(bǔ)強(qiáng)工作量壓縮到最小。
4.結(jié)語(yǔ)
我國(guó)的橋梁建設(shè)正由大規(guī)模興建為主的時(shí)期進(jìn)入到建設(shè)和養(yǎng)護(hù)維修同時(shí)進(jìn)行的時(shí)期。提高橋梁管理水平，保證橋梁的正常運(yùn)營(yíng)和延長(zhǎng)橋梁使用壽命是橋梁管理維修工作者的重要任務(wù)。開(kāi)展養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)的開(kāi)發(fā)研究，是橋梁養(yǎng)護(hù)維修工作者面臨的重要課題。橋梁維修加固施工技術(shù)發(fā)展很快，新材料、新工藝不斷發(fā)展，交流、學(xué)習(xí)、引進(jìn)、開(kāi)發(fā)、總結(jié)橋梁的養(yǎng)護(hù)、加固、維修技術(shù)尤其是關(guān)鍵技術(shù)的工法，需要大家共同努力。
