淺談公路橋梁加固原因技術(shù)研究
2013-07-30 來源：維普網(wǎng)
本文分析了現(xiàn)有公路橋梁需要加固的原因、并對它加固的方法進(jìn)行了論述，有利恢復(fù)和提高橋梁的承載能力。
一、橋梁需要加固的原因
1舊橋梁原有的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)低，不能滿足發(fā)展了的車輛通行要求。
2由于設(shè)計及施工的缺陷以及各種不利作用（如碳化、氯離子侵入、酸侵蝕、堿集料反應(yīng)、凍融、鹽害等）使得橋梁結(jié)構(gòu)的混凝土及鋼筋腐蝕嚴(yán)重。
3橋梁的使用年限長，接近其使用壽命。我國在20世紀(jì)6O～7O年代修建的橋梁，大部分仍服役，由于年久失修、失養(yǎng)，已不適應(yīng)交通量日益增長的需要。
4外界不利荷載的影響使得橋梁結(jié)構(gòu)安全性下降。在我國，造成此種情況的最大原因是在路上行駛的貨車大多數(shù)超載、超限行駛，致使20％ 以上的橋梁出現(xiàn)安全隱患。
5新建橋梁由于勘察、設(shè)計及施工的問題而無法滿足使用要求以及新橋的使用功能發(fā)生改變，也是橋梁需要加固的重要原岡。
二常用的橋梁補(bǔ)強(qiáng)加固方法
1．加大截面加固法
該法是在原結(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)。加大截面加固法一般采用2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(qiáng)，并具有成熟的設(shè)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。但現(xiàn)場施工的濕作業(yè)時間長．對生產(chǎn)和生活有一定的影響，且加固后的建筑物凈空有一定的減小。
2．粘貼鋼板加固法該法是以樹脂粘接鋼板與混凝土的結(jié)構(gòu)加固法，其施工快速、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。
3．粘貼碳纖維增強(qiáng)塑料加固法
該法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，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(bǔ)強(qiáng)效果。其主要特點是：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(bǔ)強(qiáng)，其方向性也可以靈活掌握。該方法的缺點是彈性模量與強(qiáng)度比值過低；環(huán)氧樹脂在溫度大于60℃ 時會呈現(xiàn)軟化現(xiàn)象，而橋梁一般受到陽光直射，橋面溫度大于60℃ 的可能性很大，不利于采用樹脂膠作粘貼劑。
4．體外預(yù)應(yīng)力加固法
該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。體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)能大大縮短施工工期，能降低被加固構(gòu)件的應(yīng)力水平，不僅使加固效果好，而且還能較大幅度地提高結(jié)構(gòu)整體承載力，但加固后對原結(jié)構(gòu)外觀有一定影響。適用于大跨度或重型結(jié)構(gòu)的加固以及處于高應(yīng)力、高應(yīng)變狀態(tài)下的混凝土構(gòu)件的加固。但在無防護(hù)的情況下，不能用于溫度在6O℃ 以上環(huán)境中，也不宜用于混凝土收縮徐變大的結(jié)構(gòu)。
5．噴混凝土加固法
該法是在原有結(jié)構(gòu)上噴涂一一層高品質(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(qiáng)度，提供美觀表面的功能，是目前常用的維修加固方法。
6．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(qiáng)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。
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6O℃ 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。
8．錨栓錨固法
該法適用于混凝土強(qiáng)度等級為c2O～C60。的混凝土承重結(jié)構(gòu)的改造、加固，不適用于已嚴(yán)重風(fēng)化的上述結(jié)構(gòu)及輕質(zhì)結(jié)構(gòu)。
9．增加支承加固法
該法簡單可靠，但易損害建筑物的原貌和使用功能，并可能減小使用空間。適用于具體條件許可的混凝土結(jié)構(gòu)加固。
10．繞絲法
該法的優(yōu)缺點與加大截面法相近。適用于混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件斜截面承載力不足的加固，或需對受壓構(gòu)件施加橫向約束力的場合。
三、橋梁加固方法選用原則
橋梁加固的方法如前所述有多種，對于具體的工程如何選用，應(yīng)依照以下的原則：
1采用加固方案之前，須先考慮耗費(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補(bǔ)強(qiáng)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(bǔ)強(qiáng)加固的方式仍不能達(dá)到交通運(yùn)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(bǔ)強(qiáng)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。
四、橋梁安全評估及加固準(zhǔn)則
對橋梁進(jìn)行加固前，首先要對橋梁的劣化與受損情況進(jìn)行全面檢測，依據(jù)受損現(xiàn)狀進(jìn)行安全性評估，確定結(jié)構(gòu)物實際承載能力，判斷損傷是否對橋梁承載力和耐久性構(gòu)成威脅。承載力表示結(jié)構(gòu)承受設(shè)計荷載的能力，耐久性是指結(jié)構(gòu)的設(shè)計壽命。應(yīng)詳細(xì)評估其結(jié)構(gòu)現(xiàn)有強(qiáng)度是否能夠承受實際荷載，以判定橋梁承載能力的安全性。而在耐久性方面，應(yīng)綜合考慮結(jié)構(gòu)損傷、材質(zhì)劣化、施工缺陷等狀況與周圍環(huán)境條件，合理判斷結(jié)構(gòu)的使用壽命。除了探索橋梁維護(hù)加固補(bǔ)強(qiáng)的工工藝與技術(shù)之外，研究橋梁檢測與安全性評估方法，建立有效的橋梁檢測與預(yù)警系統(tǒng)，都是橋梁加固工程中的重要內(nèi)容。
1橋梁安全評估
我國目前主要采用檢測與計算相結(jié)合的方法對橋梁安全的承載力進(jìn)行評定。用計算方法對橋梁安全的承載力進(jìn)行評定的過程如下：
?。?）用實際尺寸計算截面的承載力；
?。?）計算實際恒載，從截面承載力中減去實際恒載；
?。?）按設(shè)計要求計算實際活載；
2加固準(zhǔn)則
橋梁加固準(zhǔn)則的執(zhí)行和橋梁加固是一項嚴(yán)密的系統(tǒng)工程，其包括2大塊內(nèi)容：一是原始基本數(shù)據(jù)的收集，包括原橋的構(gòu)造尺寸、材料盼實際強(qiáng)度、承重結(jié)構(gòu)破損率及實際斷面尺寸等一系列參數(shù)，原橋基本數(shù)據(jù)的收集正確與否直接影響整項加固工程；二是加固3準(zhǔn)則的嚴(yán)格執(zhí)行，這3個加固準(zhǔn)則是“恒載應(yīng)力”準(zhǔn)則、“組合應(yīng)力”準(zhǔn)則、“極限承載力”準(zhǔn)則。下面以拱橋加固為例，對加固3準(zhǔn)則進(jìn)行說明。
?。?）“恒載應(yīng)力”準(zhǔn)則。即橋梁在加固前或擬定截面加固后在恒載作用下其主拱圈應(yīng)力必須控制在限值范圍內(nèi)。橋梁在營運(yùn)過程中，隨著材料的老化、風(fēng)化，承載結(jié)構(gòu)裂縫的開展，截面尺寸的破損以及永久性變形的增大，往往橋梁本身在恒載作用下其承載力不能滿足要求。此時橋梁管理部門應(yīng)當(dāng)機(jī)立斷，判定橋梁為“危橋”，作重建處理。否則，將出現(xiàn)加固后橋梁病害加重直到垮塌的事故，或原橋加固費(fèi)用巨大、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不合理的不利情況。如某地區(qū)一橋梁營運(yùn)多年后因恒載應(yīng)力不能滿足強(qiáng)度要求，橋梁管理部門強(qiáng)行加固，結(jié)果造成橋梁變形加劇，迫使炸橋重建。另外，橋梁加固后，由于加固層增加了原主拱圈的負(fù)擔(dān)，造成原主拱圈邊緣應(yīng)力增大。
?。?）“組合應(yīng)力”準(zhǔn)則。在各種最不利荷載組合作用下，原主拱圈邊緣應(yīng)力必須滿足強(qiáng)度要求，橋梁加固的精髓在于新、老主拱圈能夠協(xié)調(diào)變形，共同承擔(dān)活載作用。一般而言，新增加的主拱圈層往往采用強(qiáng)度和彈性模量均較高的材料，而老主拱圈層由于已營運(yùn)多年，出現(xiàn)材料強(qiáng)度削減，整體受力性差的情況。因此，橋梁加固中控制應(yīng)力的是新、老復(fù)合主拱圈中的老主拱圈。
（3）“極限承載力”準(zhǔn)則。在最不利荷載組合作用下，橋梁加固后其強(qiáng)度和穩(wěn)定性均要滿足要求。“極限承載力”準(zhǔn)則是橋梁加固滿足前2準(zhǔn)則前提下，體現(xiàn)提高橋梁承載力幅度的準(zhǔn)則。橋梁加固效果是否顯著，以該準(zhǔn)則為依據(jù)。
