關于公路橋梁加固新技術的探討
2013-08-05 來源：筑龍網
前言
近年來，伴隨我國經濟和交通運輸的飛速發(fā)展，交通運輸量大幅度的不斷增長．公路橋梁負荷越來越重。以往所修建的橋梁，到現在為止都發(fā)生了不同程度的病害，如橋面破損、伸縮縫損壞、橋頭跳車、梁板或拱體裂縫、混凝土剝落、鋼筋鋼索銹蝕、鋼結構裂紋銹爛、擋墻傾斜錯位、錐坡下挫坍塌、墩臺基底沖空、橋頭路基沖塌、河床護底沖翻以及河道被沖刷嚴重變遷而危及橋頭路基等。直接影響了橋梁的正常功能，也縮短了橋梁的使用壽命，甚至威脅著過往人車的安全。因此合理的對現有舊橋進行加固改造，提高承載力，不僅能滿足新時期公路交通運輸的需要， 而且還可以為國家?guī)砭薮蟮慕洕б婧蜕鐣б妗?br />
1、公路橋梁加固的重要性
在公路橋梁使用期間內，任何橋梁都會成為舊橋。由于橋梁是建在大地上的特殊產品，不僅受自然環(huán)境的影響（如大氣腐蝕、溫度、濕度變化等），而且還受到使用環(huán)境的影響，難以避免產生損壞現象。這使橋梁的維修、養(yǎng)護、加固、改造已成為必然。從經濟上分析，橋梁加固可以節(jié)省大量投資，收到良好的社會經濟效益。采用適當的加固技術和拓寬措施，不僅可以避免因拆除舊橋與重建新橋而增加工程費用，同時也恢復和提高了舊橋的承載能力及通行能力。延長橋梁的使用壽命，滿足現代化交通運輸的需求。同時橋梁的改造和加固，不僅可以提高公路橋梁的通行能力和服務水平，而且在更大程度上能夠消除交通安全隱患。從發(fā)展中分析，舊的公路橋梁加固有利于促進橋梁建設的可持續(xù)發(fā)展。既滿足現代人的需求以不損害后代人滿足需求的能力，使經濟、社會、資源和環(huán)境保護協調發(fā)展。
2、體外預應力加固技術
體外預應力加固技術的實質是以粗鋼筋鋼絞或高強鋼絲等鋼材作為施力工具，對橋梁上部結構施加體外預應力，以預加產生的反彎矩抵消部分外荷載產生的內力，從而達到改善舊橋使用性能并提高其極限承載能力的目的。
2．1技術原理
體外預應力加固原理是在梁的下緣受拉區(qū)設置預應力材料，通過張拉對梁體產生偏心預應力，在此偏心壓力作用下，使梁體發(fā)生上拱．抵消部分自重應力，減小了結構變形和裂縫寬度、改善了結構受力，能夠較大幅度地提高結構承載力。與通常的預應力混凝土結構相比，預應力筋與原結構只在錨固點與梁連接．類似于無粘結預應力結構。目前體外預應力加固是采用較多的加固方法之一．特別在大跨徑預應力混凝土連續(xù)箱梁和連續(xù)T構箱梁橋的加固。體外預應力筋錨固在梁端或中間橫隔梁上，跨間用轉向塊調整預應力筋的角度，以適應橋梁的受力要求。
2．2技術特點
體外預應力加固技術與普通預應力混凝土結構相比，其結構具有以下幾個特點：
?。?）設計方面體外預應力鋼筋可以設計為不可更換的，也可以設計成可更換、可補拉的?？筛鼡Q的體外力筋 便于維修、加固、養(yǎng)護。
?。?）施工方面體外預應力加固舊橋構造簡單，簡化了施工：由于梁肋中不設管道，避免了截面削弱：體外配筋方式取消管道灌漿工序可實現全年施工，對處于寒冷地區(qū)具有十分重要的現實意義。
?。?）使用方面降低了鋼筋束的摩阻損失，預應力筋利用效率高，力筋應力變化幅值小，對抗疲勞有利。體外預應力加固混凝土橋梁在我國的推廣應用，為解決工程上長期困擾的混凝土耐久性問題提供了可能，橋梁耐久性的提高，使用壽命的延長。例如301國道盤錦立交主線橋和盤錦立交WH匝道橋．采用的都是體外預應力法進行加固，改善了橋梁的整體使用性能，延長了橋梁的使用壽命。為橋梁養(yǎng)護管理及加固補強帶來可觀的直接經濟效益，其間接和長期經濟效益也相當顯著。
體外預應力體系布置較為靈活，不僅可用來加固簡支梁橋和連續(xù)梁橋，還可用來加固拱橋和剛構橋等；不僅可用來改善梁的抗彎性能，還可用來改善構件的抗剪性能；不僅可用來進行整體橋梁加固，而且可用于橋梁局部加固；不僅可用來加固橋梁的梁部結構，也能用于加固橋墩及索塔等部位，具有良好的加固效果及， 闊的應用前景。但由于對預應力筋張拉時會產生預應力損失，因此，在設計中需對預應力損失進行合理的估計和計算，并在施工時采取措施以減少預應力損失。
3、高強復合纖維預應力加固技術
高強復合纖維主要有芳倫纖維及碳纖維（FRP），碳纖維材料在橋梁加固工程中應用非常廣泛，技術比較成熟。
3．1技術比較
在結構受拉區(qū)或抗剪薄弱區(qū)域，直接粘貼纖維加固方法采用的較多。就實際工程中大量遇到的承載力加固而言，采用在受拉區(qū)直接粘貼碳纖維布的被動加固方法。后加補強材料是不能充分發(fā)揮作用的。計算表明，對原梁高度較小、配筋率較大的情況，加固設計以混凝土壓應變達到極限值控制設計，在極限狀態(tài)下，后加補強材料的應力僅為700—800MPa，此值只相當碳纖維抗拉強度標準值的（21．2%一24．2%）；對原梁高度較大、配筋率較小的情況，加固設計以原梁鋼筋應變達到極限值0．01控制設計，在極限狀態(tài)下 后加補強材料的應力也只有2000MPa左右，此值相當碳纖維抗拉強度標準值的60%。由于受原梁變形限制，在極限狀態(tài)下高強復合纖維的高抗拉性能根本無法充分發(fā)揮作用，造成一種極大的浪費。而且 不加分析的盲目增加后補強材料的用量。加固后構件可能發(fā)生超筋脆性破壞，設計是不安全的。
3．2技術原理
碳纖維加固技術是指采用高性能粘結劑將碳纖維布粘貼在建筑結構物表面，當結構荷載增加時，二者共同工作，提高構件承載力．從而達到加固補強的目的。碳纖維加固技術性能是否能夠達到要求的關鍵是碳纖維材料與混凝土基材的粘結性能能否保證。為了提高碳纖維材料的利用效率及增強舊橋加固效果，對碳纖維材料施加預應力是一種有效的辦法。碳纖維預應力加固的作用原理是利用錨固粘貼于被加固梁體上的碳纖維布條（或板條）對梁體施加預應力，改善加固梁的受力狀態(tài)，其關鍵技術是解決適應于橋梁現場施工的預應力纖維布（或板1的張拉、錨固問題。
3．3技術特點
高強復合纖維預應力加固技術與其他預應力混凝土結構相比具有幾個特點：
?。?）施工方面
在加固修補混凝土結構中可以充分利用其高強度、高彈性模量的特點來提高混凝土結構構件的承載力和延性。改善其受力性能，達到高效加固修補的目的。其施工便捷、工效高、沒有濕作業(yè)，不需大型施工機具，施工占地少，施工效率高。據有關資料統計，粘貼FR是粘貼鋼板施工工效的4～8倍。FRP輕質柔軟，易貼附，與粘貼鋼板相比其施工質量更易保證。
?。?）結構方面線膨脹系數與混凝土接近，保證了溫度變化時，FRP與混凝土可以協同工作。不增加構件的自重和體積。FRP質量輕且厚度很薄，經加固修補后的構件，基本上不增加原結構的自重和尺寸．也就不會減少建筑物的使用空間。
?。?）使用方面可廣泛用于各種結構類型（如建筑物、構筑物、橋梁隧道、涵洞、煙囪等）、各種結構形狀f如矩形、圓形、曲面結構等1、各種結構部位f如梁、板、節(jié)點、拱、殼、墩等）的加固修補，且不改變結構形狀及不影響結構外觀。
試驗表明：碳纖維、玻璃纖維和芳綸纖維具有良好）的耐腐蝕性和耐久性，可以抵抗建筑物中經常遇到的酸、堿、鹽等對結構的腐蝕。使用此材料加固后，不僅不需要對其進行定期維護，而且其本身更可以對內部混凝土結構起到保護作用。例如位于107國道f深圳段）的洋涌河大橋由于一輛超高集裝箱貨柜車撞擊后在被撞區(qū)形成了多道裂縫，呈輻射狀，甚至很多斜向裂縫延至梁肋頂部，并且有混凝土松散、脫落、鋼筋被剪斷等破壞情況。加固時采用在梁體底板和粱肋粘貼碳纖維布的方法后，使結構恢復了承載力，后經觀察，達到加固補強的目的。
4、結束語
總之，加強既有橋梁的補強加固、保障公路橋梁的安全運營已成為交通管理部門關注的重點。預應力加固技術是現代公路橋梁施工領發(fā)展速度最快、用途最廣的一門科學技術。然而，預應力加固施工工藝相對較復雜，要求預應力結構施工的專業(yè)性強，在實際施工中存在諸多質量問題。所以要切實抓好每道工序、每個環(huán)節(jié)的質量控制，確保公路交通暢通無阻。
