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桥梁碳纤维加固受力分析
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桥梁碳纤维加固受力分析 
关键词: 上海桥梁碳纤维加固
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      自改革开放以来,我国的交通设施建设进入了快速发展阶段。桥梁作为交通干线的重要组成部分,是交通畅通的重要保证,所以,保证桥梁的使用性能是具有极其重要意义的。近年来,在经济的快速发展下,我国的公路运输量呈不断增加的趋势。随着运输量的不断增加,很大一部分桥梁由于在建设之初在材料、设计、施工等多方面的影响下,已无法满足不断增加的负荷的要求,桥梁长时间的处于超负荷承力状态,破损情况严重。导致桥梁破损的情况是多方面的,如止前车辆超载情况越来越严重;交通运输量不断的增加;桥梁各构件及材料在长时间的使用过程中出现老化;自然环境侵蚀及地质灾害等都会不同程度的造成桥梁沉陷、裂缝等,严重影响交通运输的安全,所以对这部分破损的桥梁进行加固是必然的趋势。

  1 桥梁加固概述

  我国目前公路上存在的桥梁很大一部分都是处于上个世纪末期修建的,当时的设计、施工标准及材料的质量标准都处于较低的一个水平,在交通量少,运行的初期通常还不会有较大的问题出现。但经济的发展带动了运输量的激增,这时桥梁的各方面功能就无法满足当前交通运输的需求。目前我国的桥梁中危桥占有一定的比例,这些桥梁较窄,无法满足通车的净空及通行能力的需求,由于在设计和施工时由于存在着不完善的地方,所以长年在自然环境的侵蚀及洪水的冲涮下沉降、拱起、开裂情况严重,再加之超载车辆的增多,使桥梁的安全性无法保证,近几年来,桥梁坍塌所造成的群众生命和财产受到损害的事故频繁发生,使人们对桥梁的安全性提出了更高的要求。

  由于很大一部分桥梁都有不同程度的破损情况,但桥梁的整体还较为完好,如果盲目的把所有破损的桥梁都推倒进行重建,不仅需要耗费大量的资金,同时也影响交通的正常运行。所以从经济和保证交通运行的角度上对破损的桥梁进行加固改造,使其具有更高的承载力,延长其使用寿命,这对现代的交通运输将起到极其重要的作用,同时又节约了大量的重建资金,所以桥梁加固所带来的经济效益将是十分显著的。

  2 桥梁加固的原则

  2.1 不改变原建筑结构原则

  桥梁加固是在原有的桥梁基础上,对其构件及配件进行更换,从而增加桥梁的承载能力和通行能力。但也有特殊的情况下,需要对原有桥梁进行重建或是改建时则需要对桥梁的结构进行改动。这多数是由于原有桥梁进行加固后也无法适应当前交通需求时,则要进行重建,这时则需要充分考虑到中长期交通运输的需要,在建设时也要按照现代桥梁的建设规范进行设计和施工。

  2.2 灵活处理原则

  (1)改变原有的桥梁结构,用新的结构替代原有的承载能力有限的结构;(2)将原有结构的构件横截面积增加或者扩大,用以增加桥梁原结构的刚度和强度;(3)将原有的受力系统进行调整,减少原结构的受力大小;(4)加固时若用增加或扩大桥梁截面的方式,须注重新增加部分和原来的部分的结合,让二者能够组成一个整体发挥加固效能;(5)对原有的结构新增外应力,改变原有结构的受力层次,将提高桥梁的刚度和强度;(6)无论使用哪一种加固方法,在施工时都应考虑功效快、投资低、不影响交通、技术上具有可操作性、能够持久耐用的施工要求。

  3 桥梁加固设计方法

  3.1 体外预应力的加固法

  这一加固方法的原理在于在桥梁下缘的受拉区域增设预应力材料,在张拉的作用下使桥梁产生预应力,梁体会产生上拱效应,抵消了桥梁的部分自重应力,降低壳体结构变形速度以及裂缝的宽度,改变结构受力系统,很大程度上将桥梁结构的承载能力提高。所以这一方法是使用最广泛的加固方法之一,其缺点在于体外预应力钢筋的防腐问题会相应增加桥梁的养护费用,通常不是公路部门的首先方法。

  3.2 改变结构受力系统的加固法

  这一方法主要是在改变桥梁结构受力系统的基础上实现提高桥梁的承载力。具体操作如将简支梁和简支梁进行纵向的连接,从而将简支梁变成连续梁,或者在桥梁的下方架设桥墩或者支架,又或者在梁下设置类似钢桁架的叠合梁及加劲梁来降低梁的外应力,增加桥梁的承载能力。改变桥梁的结构体系有很多的方式,不过都需要在桥下进行施工操作或者增设永久性设施。这一方法减少了桥下的空间,在施工中会对交通造成影响,如此,在施工设计时就必须综合考虑桥梁的通行能力和泄洪能力,另外,若使用了临时支架进行加固,会对原有的简支梁的受力结构造成影响,支点会发生弯矩,所以在施工时应进行受力的验算。

  3.3 桥面补强层的加固法

  即在梁的顶部铺设一层钢筋混凝土结构,施工时,通常先将旧桥面凿除,这样可以是主梁与加强层形成一个整体,以此来增加主梁的厚度,改变桥面的横截面负荷分布,加强主梁的抗压能力,从而提高桥梁的整体承载能力。

  3.4 增加配筋及截面的加固法

  当桥梁出现刚度、强度、抗震能力及稳定性能问题情况时,通常采用的加固方法为增加桥梁配筋、增加桥体的构建截面等,这种加固法主要是通过使桥体侧面和梁底的面积以及增加主筋的数量,用以提高梁的有效高度及抗弯能力,以此增加桥梁的承载力,这一方法被广泛应用于拱桥以及梁桥的加固设计。

  3.5 碳纤维或钢板粘贴的加固法

  碳纤维加固方法是新引进国内的一种技术,优点在于耐腐蚀、强度高,当前正在推广应用,钢板粘贴加固法主要是采用锚栓和粘结剂把钢板粘贴锚在混凝土受拉或者其他薄弱位置固定,将加固混凝土与钢板连成一个整体,最终提高桥梁的承载力,这一方法的优势在于不改变原有桥梁结构且施工简单,技术可靠,工艺较为成熟,近几年得到了广泛应用。

  结语

  目前在发达国家已把新建桥梁放在了次要的位置,更着力于对桥梁加固的研究,桥梁加固问题已成为全世界共同关注的重要课题。在我国现有的桥梁中,出现破损情况的桥梁多集中在中小桥梁中,所以对中小桥梁进行加固改造已成为当前特别需要关注的重要问题,随着我国桥梁技术的不断发展和完善,不断的加大对现有破损的桥梁进行加固改造研究力度,从而提高对桥梁维护和加固的水平对我国的交通运输和经济发展是具有极其重要意义的。