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浅谈桥梁加固

时间:2022-02-23 11:48:59 点击:42次

桥梁加固与维修的任务和形式
随着我国经济的发展,交通运输事业也蓬勃发展,交通量越来越大,荷载越来越高,道路标准越来越先进,而在5070年代所修建的桥梁,由于当时的设计标准低,且设计指导思想是注重于材料的节省,造成断面单薄,安全储备代,桥梁耐久性差,加上年久老化,已大多不能适应现时的需要,又由于目前建筑市场较为混乱,有的桥梁设计施工粗糙,新建的桥梁事故也时有发生。因此,加强对旧,危桥梁的检测,鉴定,加固与维修是十分必要的。它也必须做为我们桥梁工作者着重研究的内容之一。
然而桥梁加固与维修有较大的难度:首先是交通压力,已通车的桥梁,有现行的交通需求和交通干扰;其次是结构形式受限制,加固必须利用原有结构进行设计;第三是风险大,凡需要加固的桥梁,结构已处于不利状态,有的还岌岌可危;第四是工作量大却收费低廉。
桥梁加固与维修技术要求较高:加固设计时一定要有良好的桥梁理论水平和力学基础知识,确定加固方案时要正确分析和判断旧桥的结构状态和内力大小程度;加固方案实施的复杂性要求有丰富的施工经验,能够提出构思巧妙但又可操作性强的加固处理方法。
但是,加固与维修桥梁能预防桥梁塌拥而造成的物资和人身损毁;可以延长桥梁使用年限,用少量的资金,使桥梁得以继续使用,而且能缓和桥梁建设投资的集中性;在文化上,有的桥梁属文化古迹,须进行维修保护,要修旧如旧,使之成为文化一景,有的桥梁建在人口稠密区,对其景观性要求较高,对其进行维修使之面貌更新,成为当地建筑标志等等。因此旧桥加固是政绩,是生产力,是文化的体现。

加固与维修方法
对旧,危桥的加固维修,必须对桥梁结构进行分析计算,从改变结构的内力和应力出发来采取措施进行工作。首先是判断和鉴定原桥目前的受力情况,然后是结合加固方案对加固之后的承载能力进行计算和分析。具体可采取的措施有以下几种: 
改变结构图式。如变筒支梁为连续梁,变筒支梁为撑架,刚架,变悬臂梁为连续梁等,这样可使控制变矩降低。
外力减荷。施加与荷载效应相反的外力,如采用体外预应力。
内力调节。在外荷载不变情况下,通过结构措施使每一受力单元(如每块板,每片梁)的分布内力减小。如增强横向联系而减小横向分配系数,降低荷载分布内力。
增大断面。增大断面增加了原结构的承载能力,同时也会因此而加大了自重,自重加大产生的内力增量会抵消结构载能力的提高。此外,增大断面还需克服一个障碍,即新增结构面积与原有结构的界面能否良好结合,确保新老两部分面积是否能很好协同受力。因此这种方案的有效程度较低,但由于它直观,容易被接受。
粘贴高强度受力材料在混凝土表面粘贴高强度的受力材料,附合结构受力特点,传统的做法是在混凝土表面粘贴钢板。但在实际工程中,由于钢板面积大,刚度大,适塑性差,很难与原结构粘贴紧密,加上钢板自重大,操作不便,限制了其应用。多年以来一直在期待一种实用的高强材料,要求其强度和弹性模量大而重要较轻,又有较好的柔性,避免上述缺点而容易操作。这种材料出现,会使增大断面的加固有一个根本改观。

加固新材料
世界上许多大学、政府部门和工业厂商一直在从事复合材料在桥梁维修和加固工程中应用的研究。如玻璃纤维,棚纤维,芳纶纤维和碳纤维都是应用于桥梁结构中的主要选择材料,根据它们优越的性质和将来预计降低的价格,最有可能应用的是碳纤维。它是为航天工业而开发的一种高新材料,到七十年代已经成熟,八十年代起就开始对其在土建工程中的应用做研究。1991年瑞士联邦材料试验研究中心首次在一座总长230米的多跨预应力混凝土连续梁桥中用碳纤维对其进行加固并取得了成功,此后碳纤维越来越广泛地应用在了土木工程中。它具有高强轻质,抗腐蚀,耐老化,物理性能稳定等诸多优点。其拉伸强度约为钢材的7-10倍。碳纤维片可以用环氧树脂粘贴在混凝土的表面,形成一体,共同工作。基于这一特点,日本在八十年代中期开始研究把碳纤维片材用于混凝土结构的修复补强。利用碳纤维片的高强和可粘贴的性能,把碳纤维片用环氧树脂粘贴在被补强的混凝土结构表面,与原混凝土结构形成一体共同承受荷载,使混凝土结构得到了有效的加强;能适应各种外形的补强,可多层粘贴,能有效地封闭混凝土裂缝。这种方法不仅施工简便,不受酸,碱,盐等的腐蚀,耐久性好,而且基本不增加结构的重量,不影响结构的外观,因而引起了广泛的关注。欧洲,日本及美国等发达国家相继对碳纤维片在混凝土结构修复补强中的应用技术和材料性能进行了大量的试验研究,提出了很多具有实用价值的研究成果,使碳纤维修复补强技术得到迅速发展,已广泛用于桥梁,地铁,工业民用建筑,水塔,水池,烟囱等土木工程各个领域的钢筋混凝土结构的修复补强中。

旧桥加固典型实例
国道324线坂头大桥旧桥建于1953年,其结构为普通钢筋混凝土变高度连续梁桥外加一孔16m筒支梁边跨,连续梁跨径布置为16 22.5 16m。原设计荷载为汽-13级。1995年在对国道324线进行的拓宽改造中,为提高其通行荷载等级,需对其进行加固。考虑到该连续梁为变截面(跨中梁高0.8m,支点梁高1.8m)的特点,采用直线型休外无粘结预应力钢绞线为老桥进行加固。按正截面抗变强度要求进行计算,每片梁肋两侧各设置一对预应力束,每束为47Ф5钢绞线,钢丝束的位置距梁顶1650px,采用超张拉工艺,每根钢绞线张拉吨位为164KN。坂头大桥加固后使用了三年有余,在19994月发现有一束预应力钢绞线下垂,另有一根钢绞线断裂,桥头有三根钢绞线滑丝。经过深入的分析研究发现:原方案锚具选型失误,原方案所用端部锚具为挤压锚,挤压锚在体外无粘结情况下其最大预应力度只能用到0.48,政党为0.45,而该桥实际预应力度为0.63,远大于挤压锚所能承受的范围;此外,预应力套微使预应力筋具有了较大的活动余地,且固定性差,由于长期的动载引起的振动疲劳也是造成滑移,断裂的因素之一。厦门市公路局根据以上分析,采用粘贴碳纤维布的方法对坂头大桥重新进行了加固处理,在各片梁底跨中部位贴两层碳纤维布,具体做法为:清理混凝土使之露出干净,结实的外表面,表面的突起要用砂轮机磨平,将布底胶用滚刷均匀地涂在梁底,底胶干燥后,用101#树脂腻子抹平表面的缺损,坑洼,然后用滚刷将粘结胶均匀地涂于选定的混凝土表面,将涂有粘结胶的碳纤维布粘贴于混凝土表面并反复碾压,除去气泡和多余树脂,间隔一天后,重复上述步骤,在跨中部位再粘贴一层碳纤维布,对贴合后的复合材料层自然养生至粘结胶完全固化。对粘贴碳纤维加固后的板头大桥进行了静载和动载试验,并对挠度进行了观测,其使用状态良好。

结语
实践证明,采用适当的加固技术和拓宽措施,对恢复和提高旧、危桥梁的承载能力及通行能力、延长使用寿命以满足现代化交通运输的新要求是可行的。目前国内对桥梁加固尚未出台完整的设计规范,而桥梁的加固改造又是一项繁杂的工程,因地、因桥而异,因此对桥梁设计、施工人员的专业水平及经验积累,完善都提出了更高的要求。

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