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上海市东海桥梁加固技术探讨

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浅谈桥梁加固技术

桥梁加固就是通过有效的措施,使受损桥梁结构恢复其原有的技术功能,或通过改变结构的传力途径而减少构件的荷载效应,或在已有结构的基础上提高结构的承载能力,以满足新的承载条件和使用功能的要求。随着桥梁应用年限的增长以及桥梁负荷的日趋增大,我国很多桥梁均涌现了破损,因此探究如何修复这些桥梁已成为当今桥梁设计的重要课题。通过对目前我国大部分桥梁修复的实例分析,桥梁加固是维修病害桥梁、提高桥梁承载能力的最基础、最常用的方法。
   1、加固目的及意义
   高速公路建设的不断完善、国内高速公路网的形成,使得高速公路承担起了主要的交通运输任务、经济的飞速发展带动了整个交通运输业的繁荣,在高速公路上涌现出大量大型、重型车辆,这些加速了高速公路桥梁严重破损、承载能力下降。若有计划、有步骤的对现有旧桥进行加固,桥梁加固后,可以延长桥梁的使用寿命,用少量的资金投入,使桥梁能满足交通量的需求,还可以缓和桥梁投资的集中性,为国家带来宏大的经济和社会效益。因此,对桥梁结构的加固的研究及应用,是目前和今后面临的主要任务。
   2、加固方案选择
   加固方案和诸多因素有关,常考虑的重要因素:桥梁结构型式;桥位地形、水文、自然状态;桥梁目前状态分析探究结论;施工技巧程度;交通疏解;预期加固效果;资金投入量等。 合理的加固方案是将上述加固方法优化组合,体现出加固效果及经济效益。桥梁加固的方法有多种。对于具体的、不同的工程如何选用,应依照以下的原则:①经济适用性原则,采用加固方案应考虑耗费少、功效快、不中断交通、技术上可行、有较好耐久性等方面的要求。②安全美观性原则。
   3、桥梁加固传统技术的探讨
   3.1、 体外预应力加固法。
   体外预应力法的加固原理是在桥梁结构的受拉区施加体外预应力,使其产生与原桥的不利弯矩方向相反轴向压力和弯矩,以抵消部分自重应力,减小活载应力,从而能够较大幅度的提高桥梁结构承载能力。目前常用下撑式预应力拉杆加固法和外部预应力钢丝束加固法两种。 在合理安排施工流程的情况下,该方法可最大限度地减少对桥上交通的影响,甚至可以在有限开放交通的情况下组织施工,因此近年来国内工程实例较多。
   3.2、增大截面加固法
   增大截面一般采用两种方式,一种是加厚桥面板;另一种是加大主梁肋的高度和宽度。加厚桥面板进行补强时,先将原桥面铺装层凿除,在桥面板上浇筑一层新的混凝土补强层,使其与原T梁形成组合断面,用以提高抗弯刚度以达到补强的效果。后者则使梁肋下缘采用钢筋混凝土或黏贴钢板对截面进行加宽加高,用以提高截面的承载力,达到补强加固的效果。然而,由于增大截面法在施工过程中全部的作业需在梁底进行,施工难度较大且施工质量难以把持,因此,尽管在某些情况下费用并不太大,但以上因素制约了该技巧的广泛利用,一般用于T型截面梁的加固维修。如深圳水官高速T梁梁底黏贴钢板。
   3.3、转变结构受力系统加固法
   转变结构受力系统加固,实际就是通过改变桥梁结构体系以减少梁内应力。我们知道,简支梁的跨中弯矩较相同跨径连续梁大得多,若在旧桥加固中,将每两跨简支梁间用结构连续方法相连续,改变了原来简支梁桥的受力体系,支点处将产生负弯矩,则二期恒载及活载作用下跨中的正弯矩可减小20%~30%。这种技巧具有提高结构承载力,增大结构刚度,减小挠度等优点。但该加固方法施工改革时一般要涉及到桥面铺装的再处理,增长了改革费用且加固效果受负弯矩区施工质量的影响较大。如柳南高速公路龙公江一桥原简支结构变为双支座连续结构。
   3.4、塞缝灌浆技术。
   塞缝灌浆一般用于处理桥梁上、下部结构裂缝,灌浆分为水泥浆、水泥砂浆、环氧树脂浆、环氧树脂、砂浆等,具体采用哪一种,应视实际情况而定。通常水泥浆用于石砌墩、台和拱圈裂缝,由裂缝的大小来决定灌浆中是否掺砂,采用水泥浆造价低、效果好。环氧树脂浆一般用于钢筋土混凝土结构物,因为钢筋混凝土构件产生的裂缝较小,易灌满,粘结性好;环氧树脂砂浆多用于桥面裂缝。塞缝灌浆技术的通常做法是:先用1:1水泥砂浆勾缝,勾缝时须预留直径约6-8mm的灌浆孔,孔距视裂缝宽度而定,缝宽处孔距为0.6-1.0m,缝小处孔距为0.4-0.6m。待勾缝砂浆达到一定强度后即可灌浆。钢筋混凝土梁的裂缝较小,用环氧树脂勾缝,同时要留孔灌浆,孔距一般为0.25-0.3m,灌浆方法与灌水泥浆大致相同。在公路旧桥加固中,塞缝灌浆是综合处治的方法之一,用得比较普遍,通过试载及使用观察,效果较好。如深圳水官高速桥梁上部结构和下部结构的裂缝处理。
   4、桥梁加固新技术的探讨
   4.1、复合材料加固技术(FRP)
   复合材料FRP由纤维及网型树脂两部分构成。目前常用的复合材料有E一玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维三种,其中又以碳纤维(CFRP)材料应用得最为广泛,这里作为代表着重介绍。
   ①、采用碳纤维布粘贴到混凝土结构表面,可对其进行受弯、受剪、刚度和抗震等加固,同时也可以提高混凝土结构的耐久性。②、相对传统加固方法而言,采用碳纤维布加固能最小程度的改变原有结构的应力分布,保证在设计荷载范围内与原结构共同受力。③、粘贴碳纤维布加固补强后的结构计算时仍然适用平截面假设,大量实验业已证明平截面假设在粘贴碳纤维布结构中依然成立。目前关于碳纤维布加固混凝土结构的计算方法主要是将碳纤维布按照一定的标准(例如强度或允许应力)近似换算成一定用量的钢筋,按照传统的钢筋混凝土受力分析模型进行理论分析,虽然是近似方法,但理论分析结果与实验数据吻合得较好。这种方法在一般情况下是适用的。
   ④、抗疲劳是衡量结构承载力的一个重要指标,实验研究结果表明,与普通钢筋混凝土相比,碳纤维布加固混凝土结构的抗疲劳性能将会提高。这主要是由于碳纤维材料本身抗疲性能优异。⑤、试验表明,用碳纤维布加固钢筋混凝土梁,对梁的刚度提高不大,故对实际工程中的构件进行加固设计时,除保证加固后梁的极限承载力满足规范外,对其刚度也要进行验算,以保证其刚度也满足规范。⑥、采用碳纤维布加固不能阻止混凝土的开裂,但可使裂缝宽度得到一定的控制,使裂缝的宽度和间距明显变小,裂缝变细、变密、变短。在正常使用条件下,裂缝宽度可控制在0.2mm以内,从而提高混凝土的耐腐蚀性。

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