橋梁加固原則及其設計方法探析
2015-06-11
作為交通干線的重要組成部分，橋梁的使用性能對整個交通的暢通性有直接影響作用，在經濟迅速發(fā)展，公路交通的運輸量大大增加的背景下，受材料、設計、施工等方面的影響，很多橋梁已滿足不了現(xiàn)有荷載的受力要求，影響橋梁荷載的原因有：一、重型車輛的超載現(xiàn)象較為突出；二、交通運輸量呈明顯增長；三、建筑構件、材料等的老化；四、諸多地質災害的影響等。橋梁的承載能力是有限的，部分橋梁不堪重負出現(xiàn)了沉陷、裂紋等破損現(xiàn)象，基于道路安全考慮，應對橋梁進行加固。
一、橋梁加固的原因和意義探析
在上個世紀末期，橋梁的設計標準較低，而隨著我國經濟的不斷發(fā)展，交通運輸量猛增，運輸與橋梁間的矛盾也日益明顯，據數(shù)據統(tǒng)計，截止2008年我國危橋已達6000多座，這些橋梁橋面寬度不夠，縱斷面、平面的現(xiàn)行設計標準較低，橋梁上通車的凈空能力不足，通行能力無法達到要求。另外在進行橋梁的施工時由于勘測不到位，對施工中的基礎深度、基底地質等情況無法掌握，若遇上洪水沖刷，橋墩基礎沖空外露，產生不規(guī)則的沉降，拱圈、橋臺會因為附加應力裂開，加之經濟發(fā)展下重型車輛的增加以及較為突出的超載現(xiàn)象的影響，橋梁的安全受到了更加嚴重的挑戰(zhàn)。
如果將這些橋梁推倒重建，會耗費大量的物資，以及較長的工期，同時也會影響橋梁的正常使用。反之，當前多數(shù)交通發(fā)達的國家已將新建橋梁放在了次要位置，而把橋梁建設的重心放在了對橋梁的改造加固之上，本著“經濟簡便、可靠牢固、適用耐用”的原則，加強對現(xiàn)有橋梁承載力的研究，有計劃、有步驟將現(xiàn)有的橋梁進行改造加固，既可以延長橋梁的使用壽命，及時有效地為現(xiàn)代道路交通提供服務，又能夠以少量的資金來改善交通情況，并給社會帶來巨大的經濟效益。
二、橋梁加固的原則探析
?。ㄒ唬┎桓淖冊ㄖY構原則
所謂橋梁加固，即借助增加橋梁構件或者修復橋梁配件的途徑來對整個橋梁的通行能力和承載能力進行提高的一種措施，所以，橋梁加固的首要原則為不改變原來橋梁建筑的即有形式，只在情況特別復雜和特殊的時候，才對橋梁的結構進行改動，例如：單純的加固無法與必須的交通量相匹配，這時就必須對橋梁進行部分重建或者全部重建，在對橋梁進行重新建設時，應考慮到未來交通的發(fā)展需要，建設時應嚴格按照現(xiàn)有的橋梁的世紀規(guī)范和施工要求來進行設計和施工。
?。ǘ╈`活處理原則
在不同的條件下，橋梁加固的方式各有不同，所謂不同的條件是指橋梁的服役情況以及交通承載力的下降程度以及橋梁未來的主要任務等，經過總結，橋梁加固的類型一般分為以下幾種：
1.改變原有的橋梁結構，用新的結構替代原有的承載能力有限的結構；
2.將原有結構的構件橫截面積增加或者擴大，用以增加橋梁原結構的剛度和強度；
3.將原有的受力系統(tǒng)進行調整，減少原結構的受力大小；
4.加固時若用增加或擴大橋梁截面的方式，須注重新增加部分和原來的部分的結合，讓二者能夠組成一個整體發(fā)揮加固效能；
5.對原有的結構新增外應力，改變原有結構的受力層次，將提高橋梁的剛度和強度；
6.無論使用哪一種加固方法，在施工時都應考慮功效快、投資低、不影響交通、技術上具有可操作性、能夠持久耐用的施工要求。
三 、橋梁加固設計方法探析
橋梁加固即是通過采取一定措施來提高橋梁構件或者整個橋梁結構的使用性能及承載能力，滿足交通運輸?shù)囊?，在具體的橋梁加固設計中，主要包括了以下幾種方法：
1.體外預應力的加固法
這一加固方法的原理在于在橋梁下緣的受拉區(qū)域增設預應力材料，在張拉的作用下使橋梁產生預應力，在這一預應力的作用下，梁體會產生上拱效應，抵消了橋梁的部分自重應力，降低殼體結構變形速度以及裂縫的寬度，改變結構受力系統(tǒng)，由此很大程度上將橋梁結構的承載能力提高。
當對加固工程流程進行合理安排后，這一方法的最大優(yōu)勢在于能在最大程度上降低對橋面交通的影響，在條件允許時甚至可以在施工過程中有限地開放交通運行，所以這一方法是使用最廣泛的加固方法之一，其缺點在于在加固工程完成后，體外預應力鋼筋的防腐問題會相應增加橋梁的養(yǎng)護費用，通常不是公路部門的首先方法。
2.改變結構受力系統(tǒng)的加固法
這一方法主要是在改變橋梁結構受力系統(tǒng)的基礎上實現(xiàn)提高橋梁的承載力。具體操作如將簡支梁和簡支梁進行縱向的連接，從而將簡支梁變成連續(xù)梁，或者在橋梁的下方架設橋墩或者支架，又或者在梁下設置類似鋼桁架的疊合梁及加勁梁來降低梁的外應力，增加橋梁的承載能力。改變橋梁的結構體系有很多的方式，不過都需要在橋下進行施工操作或者增設永久性設施。這一方法減少了橋下的空間，在施工中會對交通造成影響，如此，在施工設計時就必須綜合考慮橋梁的通行能力和泄洪能力，另外，若使用了臨時支架進行加固，會對原有的簡支梁的受力結構造成影響，支點會發(fā)生彎矩，所以在施工時應進行受力的驗算。
3.橋面補強層的加固法
即在梁的頂部鋪設一層鋼筋混凝土結構，施工時，通常先將舊橋面鑿除，這樣可以是主梁與加強層形成一個整體，以此來增加主梁的厚度，改變橋面的橫截面負荷分布，加強主梁的抗壓能力，從而提高橋梁的整體承載能力。
4.增加配筋及截面的加固法
當橋梁出現(xiàn)剛度、強度、抗震能力及穩(wěn)定性能問題情況時，通常采用的加固方法為增加橋梁配筋、增加橋體的構建截面等，這種加固法主要是通過使橋體側面和梁底的面積以及增加主筋的數(shù)量，用以提高梁的有效高度及抗彎能力，以此增加橋梁的承載力，這一方法被廣泛應用于拱橋以及梁橋的加固設計。
5.碳纖維或鋼板粘貼的加固法
碳纖維加固方法是新引進國內的一種技術，優(yōu)點在于耐腐蝕、強度高，當前正在推廣應用，鋼板粘貼加固法主要是采用錨栓和粘結劑把鋼板粘貼錨在混凝土受拉或者其他薄弱位置固定，將加固混凝土與鋼板連成一個整體，最終提高橋梁的承載力，這一方法的優(yōu)勢在于不改變原有橋梁結構且施工簡單，技術可靠，工藝較為成熟，近幾年得到了廣泛應用，如廣州東圃大橋的加固工程等。
四、結語
如今橋梁加固已成為全世界關注的重點，現(xiàn)在主要的橋梁問題多集中在低級公路橋梁上，加固主要對象也是中小橋梁，面對我國橋梁技術的快速發(fā)展，進一步提高橋梁維護以及加固改造的水平有著深刻的現(xiàn)實意義。
