淺談橋梁加固技術(shù)
2015-02-12 來源：中國論文網(wǎng)
橋梁加固就是通過有效的措施，使受損橋梁結(jié)構(gòu)恢復(fù)其原有的技術(shù)功能，或通過改變結(jié)構(gòu)的傳力途徑而減少構(gòu)件的荷載效應(yīng)，或在已有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上提高結(jié)構(gòu)的承載能力，以滿足新的承載條件和使用功能的要求。隨著橋梁應(yīng)用年限的增長以及橋梁負(fù)荷的日趨增大，我國很多橋梁均涌現(xiàn)了破損，因此探究如何修復(fù)這些橋梁已成為當(dāng)今橋梁設(shè)計(jì)的重要課題。通過對目前我國大部分橋梁修復(fù)的實(shí)例分析，橋梁加固是維修病害橋梁、提高橋梁承載能力的最基礎(chǔ)、最常用的方法。
1、加固目的及意義
高速公路建設(shè)的不斷完善、國內(nèi)高速公路網(wǎng)的形成，使得高速公路承擔(dān)起了主要的交通運(yùn)輸任務(wù)、經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展帶動了整個(gè)交通運(yùn)輸業(yè)的繁榮，在高速公路上涌現(xiàn)出大量大型、重型車輛，這些加速了高速公路橋梁嚴(yán)重破損、承載能力下降。若有計(jì)劃、有步驟的對現(xiàn)有舊橋進(jìn)行加固，橋梁加固后，可以延長橋梁的使用壽命，用少量的資金投入，使橋梁能滿足交通量的需求，還可以緩和橋梁投資的集中性，為國家?guī)砗甏蟮慕?jīng)濟(jì)和社會效益。因此，對橋梁結(jié)構(gòu)的加固的研究及應(yīng)用，是目前和今后面臨的主要任務(wù)。
2、加固方案選擇
加固方案和諸多因素有關(guān)，?？紤]的重要因素：橋梁結(jié)構(gòu)型式；橋位地形、水文、自然狀態(tài)；橋梁目前狀態(tài)分析探究結(jié)論；施工技巧程度；交通疏解；預(yù)期加固效果；資金投入量等。 合理的加固方案是將上述加固方法優(yōu)化組合，體現(xiàn)出加固效果及經(jīng)濟(jì)效益。橋梁加固的方法有多種。對于具體的、不同的工程如何選用，應(yīng)依照以下的原則:①經(jīng)濟(jì)適用性原則，采用加固方案應(yīng)考慮耗費(fèi)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安全美觀性原則。
3、橋梁加固傳統(tǒng)技術(shù)的探討
3.1、 體外預(yù)應(yīng)力加固法。
體外預(yù)應(yīng)力法的加固原理是在橋梁結(jié)構(gòu)的受拉區(qū)施加體外預(yù)應(yīng)力，使其產(chǎn)生與原橋的不利彎矩方向相反軸向壓力和彎矩，以抵消部分自重應(yīng)力，減小活載應(yīng)力，從而能夠較大幅度的提高橋梁結(jié)構(gòu)承載能力。目前常用下?lián)问筋A(yù)應(yīng)力拉桿加固法和外部預(yù)應(yīng)力鋼絲束加固法兩種。 在合理安排施工流程的情況下，該方法可最大限度地減少對橋上交通的影響，甚至可以在有限開放交通的情況下組織施工，因此近年來國內(nèi)工程實(shí)例較多。如深圳水官高速平沙M匝道橋的加固。但加固后體外預(yù)應(yīng)力筋的防腐新問題必定程度上增長了后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。
3.2、增大截面加固法來源：www.省略
增大截面一般采用兩種方式，一種是加厚橋面板;另一種是加大主梁肋的高度和寬度。加厚橋面板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，先將原橋面鋪裝層鑿除，在橋面板上澆筑一層新的混凝土補(bǔ)強(qiáng)層，使其與原T梁形成組合斷面，用以提高抗彎剛度以達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)的效果。后者則使梁肋下緣采用鋼筋混凝土或黏貼鋼板對截面進(jìn)行加寬加高，用以提高截面的承載力，達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)加固的效果。然而，由于增大截面法在施工過程中全部的作業(yè)需在梁底進(jìn)行，施工難度較大且施工質(zhì)量難以把持，因此，盡管在某些情況下費(fèi)用并不太大，但以上因素制約了該技巧的廣泛利用，一般用于T型截面梁的加固維修。如深圳水官高速T梁梁底黏貼鋼板。
3.3、轉(zhuǎn)變結(jié)構(gòu)受力系統(tǒng)加固法
轉(zhuǎn)變結(jié)構(gòu)受力系統(tǒng)加固，實(shí)際就是通過改變橋梁結(jié)構(gòu)體系以減少梁內(nèi)應(yīng)力。我們知道，簡支梁的跨中彎矩較相同跨徑連續(xù)梁大得多，若在舊橋加固中，將每兩跨簡支梁間用結(jié)構(gòu)連續(xù)方法相連續(xù)，改變了原來簡支梁橋的受力體系，支點(diǎn)處將產(chǎn)生負(fù)彎矩，則二期恒載及活載作用下跨中的正彎矩可減小20％~30％。這種技巧具有提高結(jié)構(gòu)承載力，增大結(jié)構(gòu)剛度，減小撓度等優(yōu)點(diǎn)。但該加固方法施工改革時(shí)一般要涉及到橋面鋪裝的再處理，增長了改革費(fèi)用且加固效果受負(fù)彎矩區(qū)施工質(zhì)量的影響較大。如柳南高速公路龍公江一橋原簡支結(jié)構(gòu)變?yōu)殡p支座連續(xù)結(jié)構(gòu)。
3.4、塞縫灌漿技術(shù)。
塞縫灌漿一般用于處理橋梁上、下部結(jié)構(gòu)裂縫，灌漿分為水泥漿、水泥砂漿、環(huán)氧樹脂漿、環(huán)氧樹脂、砂漿等，具體采用哪一種，應(yīng)視實(shí)際情況而定。通常水泥漿用于石砌墩、臺和拱圈裂縫，由裂縫的大小來決定灌漿中是否摻砂，采用水泥漿造價(jià)低、效果好。環(huán)氧樹脂漿一般用于鋼筋土混凝土結(jié)構(gòu)物，因?yàn)殇摻罨炷翗?gòu)件產(chǎn)生的裂縫較小，易灌滿，粘結(jié)性好;環(huán)氧樹脂砂漿多用于橋面裂縫。塞縫灌漿技術(shù)的通常做法是:先用1:1水泥砂漿勾縫，勾縫時(shí)須預(yù)留直徑約6-8mm的灌漿孔，孔距視裂縫寬度而定，縫寬處孔距為0.6-1.0m，縫小處孔距為0.4-0.6m。待勾縫砂漿達(dá)到一定強(qiáng)度后即可灌漿。鋼筋混凝土梁的裂縫較小，用環(huán)氧樹脂勾縫，同時(shí)要留孔灌漿，孔距一般為0.25-0.3m，灌漿方法與灌水泥漿大致相同。在公路舊橋加固中，塞縫灌漿是綜合處治的方法之一，用得比較普遍，通過試載及使用觀察，效果較好。如深圳水官高速橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的裂縫處理。
4、橋梁加固新技術(shù)的探討
4.1、復(fù)合材料加固技術(shù)(FRP)
復(fù)合材料FRP由纖維及網(wǎng)型樹脂兩部分構(gòu)成。目前常用的復(fù)合材料有E一玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維三種，其中又以碳纖維(CFRP)材料應(yīng)用得最為廣泛，這里作為代表著重介紹。
?、?、采用碳纖維布粘貼到混凝土結(jié)構(gòu)表面，可對其進(jìn)行受彎、受剪、剛度和抗震等加固，同時(shí)也可以提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。②、相對傳統(tǒng)加固方法而言，采用碳纖維布加固能最小程度的改變原有結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布，保證在設(shè)計(jì)荷載范圍內(nèi)與原結(jié)構(gòu)共同受力。③、粘貼碳纖維布加固補(bǔ)強(qiáng)后的結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)仍然適用平截面假設(shè)，大量實(shí)驗(yàn)業(yè)已證明平截面假設(shè)在粘貼碳纖維布結(jié)構(gòu)中依然成立。目前關(guān)于碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法主要是將碳纖維布按照一定的標(biāo)準(zhǔn)（例如強(qiáng)度或允許應(yīng)力）近似換算成一定用量的鋼筋，按照傳統(tǒng)的鋼筋混凝土受力分析模型進(jìn)行理論分析，雖然是近似方法，但理論分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合得較好。這種方法在一般情況下是適用的。
?、堋⒖蛊谑呛饬拷Y(jié)構(gòu)承載力的一個(gè)重要指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，與普通鋼筋混凝土相比，碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)的抗疲勞性能將會提高。這主要是由于碳纖維材料本身抗疲性能優(yōu)異。⑤、試驗(yàn)表明，用碳纖維布加固鋼筋混凝土梁，對梁的剛度提高不大，故對實(shí)際工程中的構(gòu)件進(jìn)行加固設(shè)計(jì)時(shí)，除保證加固后梁的極限承載力滿足規(guī)范外，對其剛度也要進(jìn)行驗(yàn)算，以保證其剛度也滿足規(guī)范。⑥、采用碳纖維布加固不能阻止混凝土的開裂，但可使裂縫寬度得到一定的控制，使裂縫的寬度和間距明顯變小，裂縫變細(xì)、變密、變短。在正常使用條件下，裂縫寬度可控制在0.2mm以內(nèi)，從而提高混凝土的耐腐蝕性。
4.2、SRAP加固方法。
SRAP加固方法是一種新的導(dǎo)入預(yù)應(yīng)力概念的橋梁加固方法。其利用SR增強(qiáng)材料的高強(qiáng)特性和AP樹脂砂漿防腐防水、粘合力強(qiáng)的特點(diǎn)，通過特殊的方法對SR高強(qiáng)材料施加預(yù)應(yīng)力，從而達(dá)到對橋梁的加固。預(yù)應(yīng)力的施加:把膨脹螺栓錨固于粱底兩端，軟鋼絲的兩端用螺旋扣環(huán)固定于膨脹螺栓上，通過把絲扣反向的螺旋扣環(huán)旋緊施加預(yù)應(yīng)力。SRAP加固方法的特點(diǎn)主要是:AP樹脂砂漿可以同時(shí)對混凝土建筑物進(jìn)行修補(bǔ)和加固，粘結(jié)可靠;AP樹脂砂漿與原混凝土構(gòu)件的機(jī)械性能(彈性系數(shù)、熱膨脹系數(shù))類似，力學(xué)性能相同，采用了氧化鋁粉混凝土，增加了耐化學(xué)性能，提高了收縮補(bǔ)償效果，采用了聚糖增粘劑，提高了黏著力和結(jié)合力，使施工性能得到提高，對硬化材料給予保濕性，具有保濕砂漿的優(yōu)秀性能;AP樹脂砂漿可噴射，也可涂抹，施工方便;對加固平面沒有特殊的平整性要求;自重增加很少;具有較高的疲勞荷載抵抗力。
4.3、植筋加固橋面技術(shù)
在橋面破壞修復(fù)中，通常是先完全鑿除舊橋面再換鋪新橋面，這樣一是費(fèi)工費(fèi)時(shí)，二是經(jīng)濟(jì)效益也不理想。對此，有人提出采用植筋技術(shù)。在舊橋面上直接加一層新橋面，這樣不僅充分利用了舊橋面，而且縮短施工時(shí)間，經(jīng)濟(jì)效益也很顯著。采用植筋技術(shù)，對舊橋面進(jìn)行簡單的清潔處理，然后平行舊橋面鋼筋，按計(jì)算深度和規(guī)定間距鉆孔，再將鋼筋植入孔內(nèi)，再采用同級別的混凝土填孔，并澆筑新的橋面層。在這種橋面加固技術(shù)中，新舊橋面的連接是個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，尤其是界面的抗剪強(qiáng)度。該方法的缺點(diǎn)是計(jì)算比較復(fù)雜，不僅要計(jì)算新橋面層的厚度以滿足承載要求，而且剪力植筋應(yīng)有適當(dāng)?shù)穆裆?，需?jīng)過計(jì)算確定。另外，植筋點(diǎn)的選擇也是一個(gè)問題，既要避開原鋼筋，還要與原鋼筋保持一定的距離，以滿足鉆孔操作要求。最后，就是植筋后要往孔內(nèi)注入混凝土，雖然混凝土量比較少，但是混凝土的膨脹和收縮徐變對結(jié)構(gòu)的影響也是一個(gè)不得不考慮的問題。
隨著新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，但是仍有大量的問題有待我們?nèi)パ芯浚缯辰Y(jié)劑性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到新材料能否發(fā)揮其優(yōu)越的力學(xué)性能、新材料與混凝土之間能否協(xié)調(diào)變形、是否會出現(xiàn)滑移等協(xié)同工作性能；錨固性能對加固效果影響很大，為保證加固效果及充分發(fā)揮材料的優(yōu)勢性能，在加固設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采取怎樣措施盡可能地保證新材料的加固是我們面對的課題以及這樣參數(shù)怎樣在橋梁計(jì)算模型中科學(xué)表達(dá)，有待我們做大量的實(shí)驗(yàn)去研究，以保證橋梁加固的可行性。
5、加固效果評價(jià)
橋梁加固應(yīng)在不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和技巧進(jìn)步的基礎(chǔ)上形成專門的技術(shù)規(guī)范，同時(shí)要重視對加固后的橋梁進(jìn)行檢測和觀察，以斷定加固的效果。橋梁加固后結(jié)構(gòu)通常是用靜載或動載實(shí)驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)成果和加固設(shè)計(jì)的計(jì)算成果進(jìn)行對照，來判定橋梁加固成功和否。
6、結(jié)束語
我國交通運(yùn)輸量迅速增長，道路上行駛的車輛密度以及車輛軸重不斷加大，勢必造成公路橋梁日益不堪重負(fù)，橋梁加固維修問題已經(jīng)成為我們普遍關(guān)注的問題。結(jié)合橋梁的實(shí)際情況科學(xué)的制定方案，確保危舊橋的改造工作科學(xué)合理、經(jīng)濟(jì)安全。
