關(guān)于橋梁加固技術(shù)的討論
2015-05-29
引言
橋梁加固是隨著日益增長的交通運(yùn)輸業(yè)而產(chǎn)生并隨其發(fā)展的新課題，它很好地處理了新工程與舊工程的銜接，是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的物質(zhì)保障，因此，橋梁加固技術(shù)的發(fā)展意義相當(dāng)重大。下面筆者探討了橋梁加固技術(shù)。
1. 橋梁加固的基本原則
舊橋加固是一種借加大或修復(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建筑形式為原則，只有在復(fù)雜的情況下，才更改其結(jié)構(gòu)。如僅加固仍不足以適應(yīng)交通運(yùn)輸?shù)男枰?，必須重建橋梁的部分或全部時(shí)，則重建橋梁也必須考慮到將來的發(fā)展，并按現(xiàn)行橋梁設(shè)計(jì)及施工規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)與施工。此外，不管采用何種加固方法，都應(yīng)考慮投資少、工效快、不中斷交通、技術(shù)上可行、有較好的耐久性等方面的要求。
對有損傷的橋梁進(jìn)行的加固較新建結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，它不僅要受到已有結(jié)構(gòu)的種種限制，還由于結(jié)構(gòu)損傷和缺陷的存在以及約束條件的變化等，使得結(jié)構(gòu)的處理更為困難，而且橋梁設(shè)計(jì)的各種參數(shù)（如材料強(qiáng)度、荷載狀況等）的取值取決于現(xiàn)場的調(diào)查等。因此，在確定橋梁的加固方案時(shí)，應(yīng)周密考慮，嚴(yán)格遵循有關(guān)的工作程序和原則，選用的方法不僅要安全可靠，而且還要經(jīng)濟(jì)合理。進(jìn)行橋梁加固的基本原則是：
1、一般應(yīng)以不更改結(jié)構(gòu)形式為原則，避免不必要的構(gòu)件拆除和更換。
2、應(yīng)考慮投資少，功效快，不影響交通，技術(shù)上可行，有較好的耐久性等方面的要求。
3、應(yīng)對結(jié)構(gòu)現(xiàn)有材料性能進(jìn)行檢測，通過實(shí)測評定材料的實(shí)際強(qiáng)度等級(jí)。
4、需考慮加固所處空間、結(jié)構(gòu)損傷程度、修補(bǔ)后的耐久年限等。
5、應(yīng)考慮恢復(fù)后建筑物的總體效應(yīng)和重新分布的受力狀態(tài)。
2. 橋梁加固常用的方法
1、粘貼鋼板法
粘貼鋼板法是采用環(huán)氧樹脂或建筑結(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)的剛度，改善其受力狀態(tài)，限制裂縫的開展，提高結(jié)構(gòu)的承載力。其特點(diǎn)及適用條件是，主梁承載力不足，或縱向主筋出現(xiàn)嚴(yán)重的銹蝕，或梁板橋的主梁出現(xiàn)嚴(yán)重橫裂縫，可用粘結(jié)劑及錨栓將鋼板粘貼錨固在混凝土結(jié)構(gòu)的受拉緣或薄弱部位，使其與結(jié)構(gòu)形成整體，提高橋梁的承載能力。適用于受彎、受剪和受拉構(gòu)件。該法具有施工簡便，粘鋼所占空間小，不減小橋梁凈空，加固施工周期短，消耗材料少，粘鋼加固部位、范圍和強(qiáng)度可視設(shè)計(jì)構(gòu)造需要靈活設(shè)置，并可在不影響或少影響交通的情況下施工。但極限狀態(tài)下后加補(bǔ)強(qiáng)鋼板的應(yīng)力發(fā)揮取決于原梁的配筋率，對于原梁高度較小、配筋率較大的情況，后加補(bǔ)強(qiáng)鋼板很難充分發(fā)揮作用。在梁底粘貼鋼板可以顯著提高結(jié)構(gòu)的抗彎剛度，對以控制結(jié)構(gòu)變形為主要目的的使用功能加固是十分有效的。后加鋼板與被加固混凝土梁體之間的可靠粘結(jié)是兩者共同工作的基礎(chǔ)，是粘貼鋼板加固法的關(guān)鍵技術(shù)。
2、粘貼高強(qiáng)纖維片材法
粘貼高強(qiáng)復(fù)合纖維加固法是采用環(huán)氧脂膠（或其它建筑結(jié)構(gòu)膠）將高強(qiáng)度復(fù)合纖維布（或板、片）直接粘貼在被加固混凝土結(jié)構(gòu)的薄弱部分，與被加固結(jié)構(gòu)形成整體，共同受力，以限制裂縫的發(fā)展，提高結(jié)構(gòu)的承載力。粘貼高強(qiáng)纖維片材加固法是近些年新興的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)。加固橋梁構(gòu)件時(shí)，按構(gòu)件的不同受力特點(diǎn)用粘結(jié)材料將碳纖維材料有序地纏繞粘貼于構(gòu)件表面，實(shí)現(xiàn)對構(gòu)件變形的約束并因此提高構(gòu)件的極限強(qiáng)度和承載能力。在橋梁加固運(yùn)用中，可粘貼在混凝土梁的頂面或底板上，以提高混凝土梁的截面強(qiáng)度和剛度；也可粘貼在梁的腹板上，以提高其抗剪強(qiáng)度；還可將碳纖維纏繞在節(jié)點(diǎn)部位以滿足抗震設(shè)計(jì)和加固的要求。碳纖維雖然具有很高的強(qiáng)度，但其卻是脆性材料，不像鋼筋具有屈服特性，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免使用到其破壞強(qiáng)度。
3、橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固法
橋面補(bǔ)強(qiáng)加固法是通過在橋面板（主梁頂面）加鋪一層鋼筋混凝土層，使其與原有結(jié)構(gòu)形成整體，從而達(dá)到增大橋面板或主梁有效高度和受壓截面，增加橋面整體剛度，提高橋梁承載能力的一種常用且有效的加固方法。
主梁或橋面板承載力不足，剛度不夠，或鉸接梁、板的絞縫不能有效傳力時(shí)，可采用橋面補(bǔ)強(qiáng)加固法進(jìn)行加固。受橋面補(bǔ)強(qiáng)層厚度的限制，這種加固方法主要適用于中小跨徑的橋梁。
采用橋面補(bǔ)強(qiáng)進(jìn)行加固，橋面板或主梁恒載將有所增加，應(yīng)通過計(jì)算判斷橋面增厚后是否可以增高橋梁的有效承載能力。若恒載的增加影響較大，則應(yīng)考慮采用其他加固方法或與其他方法綜合運(yùn)用。同時(shí)，加鋪補(bǔ)強(qiáng)層后，橋面高程也將受到影響，連接路面或橋面縱坡應(yīng)予調(diào)整。為減少補(bǔ)強(qiáng)層增加的恒載，往往必須先將原有的橋面鋪裝層鑿除，并要求對伸縮縫進(jìn)行改造。
4、改變結(jié)構(gòu)受力體系加固法
改變結(jié)構(gòu)體系加固舊橋通常是指增設(shè)附件和進(jìn)行技術(shù)改造，使橋梁的受力體系和受力狀況發(fā)生改變，有的是縮短了梁的計(jì)算跨徑，從而起到減少承重構(gòu)件的應(yīng)力，改善橋梁性能，達(dá)到提高承載能力的目的。
常使用的方法有：簡支轉(zhuǎn)連續(xù)法；將多跨簡支梁改造為橋面連續(xù)簡支梁體系；增加輔助墩法；八字支撐法；將梁式轉(zhuǎn)換為梁拱組合體系；改橋?yàn)楹醇庸?；鋼索斜拉加固?br />
改變結(jié)構(gòu)體系加固時(shí)往往需要在橋下操作，設(shè)置永久設(shè)施，影響橋下凈空，所以必須考慮對通航及排洪能力的影響。加固時(shí)改變了受力體系，存在使原本只承受正彎矩的簡支梁在部分位置出現(xiàn)負(fù)彎矩，所以要注意加強(qiáng)梁上緣配筋。
5、增大截面加固法
該加固方法是在構(gòu)件表面加大混凝土尺寸，增加受力鋼筋，使其與原結(jié)構(gòu)形成整體，從而增大構(gòu)件有效高度和受力鋼筋面積，增加構(gòu)件的剛度，提高橋梁整體承載能力，廣泛應(yīng)用與梁（板）橋及拱橋拱肋的加固。當(dāng)然加大構(gòu)件截面時(shí)，會(huì)使上部結(jié)構(gòu)恒載增加，對原結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)承載能力有一定影響。
采用該法加固時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用早強(qiáng)砂漿和早強(qiáng)混凝土或膨脹混凝土。配制混凝土用的石子宜用堅(jiān)硬耐久的卵石或碎石，其最大粒徑不宜大于20mm。當(dāng)采用鋼筋補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，縱向受力鋼筋的直徑不宜小于12mm；封閉式箍筋直徑不宜小于8mm 。U形箍筋直徑宜與原有箍筋直徑相同。當(dāng)采用型鋼和鋼板補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，應(yīng)將其和原結(jié)構(gòu)的鋼筋進(jìn)行聯(lián)結(jié)，或采用錨栓與原結(jié)構(gòu)聯(lián)系，切實(shí)保證力的有效傳遞和能夠參與原結(jié)構(gòu)共同受力
6、預(yù)應(yīng)力加固法
預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)常見的就是實(shí)施體外預(yù)應(yīng)力加固。體外預(yù)應(yīng)力加固通常采用粗鋼筋、鋼絞線、高強(qiáng)鋼絲等材料作為施力工具，在體外對橋梁上部結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力，以預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的反彎矩部分抵消外荷載產(chǎn)生的內(nèi)力，從而達(dá)到改善橋梁使用性能并提高承載能力的目的。對于鋼筋混凝土梁橋，可考慮采用體外預(yù)應(yīng)力進(jìn)行加固。該法具有加固、卸荷、改變結(jié)構(gòu)內(nèi)力的三重功效。預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)在橋梁加固中的應(yīng)用，對于適合采用具有一定的特殊意義，由于橋梁結(jié)構(gòu)自重大，一般均應(yīng)采用帶載加固，后加補(bǔ)強(qiáng)材料只承擔(dān)活載引起的內(nèi)力，后加補(bǔ)強(qiáng)材料應(yīng)力（應(yīng)變）滯后，在極限狀態(tài)下很難發(fā)揮作用。解決后加補(bǔ)強(qiáng)材料應(yīng)力（應(yīng)變）滯后，提高后加補(bǔ)強(qiáng)材料利用效率的根本途徑是對后補(bǔ)強(qiáng)材料施加預(yù)應(yīng)力，構(gòu)成預(yù)應(yīng)力加固體系。
3. 結(jié)語
總之，橋梁加固方案設(shè)計(jì)關(guān)系到橋梁加固工程質(zhì)量的全局性問題。應(yīng)該在對橋梁結(jié)構(gòu)病害診斷分析和評估的基礎(chǔ)上，根據(jù)技術(shù)條件、經(jīng)濟(jì)條件和使用要求，有針對性地選取合適的加固方法。特別是應(yīng)注意各種加固方法的綜合應(yīng)用，比如：被動(dòng)加固與主動(dòng)加固相結(jié)合、利用某一方法的特長的綜合加固法、發(fā)揮協(xié)同工作的優(yōu)勢的綜合加固法等，但是，目前我國綜合加固技術(shù)其應(yīng)用和研究仍很不成熟，仍需要不斷地走向深入。
