淺談公路大梁上部結(jié)構(gòu)加固技術(shù)
2015-06-03
引言
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通量和車(chē)輛載重不斷加大，公路交通的負(fù)荷日趨增大，使部分早期設(shè)計(jì)修建的橋梁的既有損傷不斷加重，加速了橋梁的老化、破損。特別是修建年代早、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低的橋梁，病害嚴(yán)重，已不能維持正常使用，而只能限速限載通行，甚至不得不關(guān)閉交通，嚴(yán)重影響和制約了交通運(yùn)輸和地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
作為公路的重要組成部分，橋梁的質(zhì)量直接影響著行車(chē)安全和公路的暢通。因此，如何對(duì)舊橋和危橋進(jìn)行處理就成為目前所面臨的重要問(wèn)題。受資金和材料資源的限制，上述橋梁不可能全部拆除重建，而期望盡量利用既有橋梁，通過(guò)技術(shù)手段對(duì)舊橋進(jìn)行技術(shù)改造，恢復(fù)和提高其承載能力。如果全部拆除新建，不僅耗資巨大，而且影響交通，給國(guó)家造成的經(jīng)濟(jì)損失將是無(wú)法估計(jì)的，也為我國(guó)的國(guó)情與財(cái)力所不容。而橋梁的加固費(fèi)用僅為新建費(fèi)用的10~20％，采取有效的加固和改造措施，提高橋梁的承載能力，延長(zhǎng)其使用年限，以滿(mǎn)足現(xiàn)代交通對(duì)橋梁的客觀要求，也不失為一種解決問(wèn)題的辦法。國(guó)外的統(tǒng)計(jì)資料也表明，一些交通發(fā)達(dá)國(guó)家的橋梁建設(shè)重點(diǎn)已經(jīng)轉(zhuǎn)移到了舊橋的加固與改造方面。
1改變結(jié)構(gòu)體系加固方法
1.1簡(jiǎn)支梁變連續(xù)梁加固技術(shù)
采用在簡(jiǎn)支梁下增設(shè)臨時(shí)支墩或把相鄰的簡(jiǎn)支梁加以連接的方法，可改變?cè)薪Y(jié)構(gòu)物的受力體系，將多跨簡(jiǎn)支梁的梁端連接起來(lái)，變?yōu)槎嗫邕B接梁，以改善結(jié)構(gòu)的受力狀況，提高橋梁的承載能力。
1.2加勁梁或疊合梁加固技術(shù)
采用加勁梁或疊合梁以增強(qiáng)主梁的承載能力，也是常用的改變結(jié)構(gòu)體系的一種加固法。采用加勁梁或疊合梁加固時(shí)，應(yīng)根據(jù)加固時(shí)結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換的實(shí)際受力狀態(tài)，分清主次，進(jìn)行合理的抽象和簡(jiǎn)化，得出計(jì)算圖式，進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。因?qū)嶋H結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，各種結(jié)構(gòu)部分之間存在著多種多樣的聯(lián)系，而決定聯(lián)系性質(zhì)的主要因素是結(jié)構(gòu)各部分的剛度比值。故新舊結(jié)構(gòu)體系可依據(jù)相對(duì)剛度大小分解為基本部分的附屬部分，以分開(kāi)計(jì)算其內(nèi)力，如分成主梁和次梁、主跨與附跨，并注意略去結(jié)構(gòu)的次要變形，從而獲得較簡(jiǎn)明的力學(xué)圖式。
除此以外，還有很多其他的改變結(jié)構(gòu)體系的方法，如增設(shè)支架或橋墩、改橋?yàn)楹?。然而，這些方法往往都需要在橋下操作，有時(shí)還要設(shè)置永久設(shè)施，會(huì)影響橋下凈空，因此僅適合在不影響通航及橋梁排洪能力的情況下使用。
2粘貼加固
粘貼加固技術(shù)是采用化學(xué)粘結(jié)劑或錨栓將補(bǔ)強(qiáng)材料直接粘貼錨固于結(jié)構(gòu)受拉或薄弱部位的混凝土表面，使之與結(jié)構(gòu)形成受力整體，以此來(lái)提高結(jié)構(gòu)的承載力和剛度。根據(jù)所采用的補(bǔ)強(qiáng)材料不同，又可將粘貼加固分為粘貼鋼板加固技術(shù)、粘貼纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（FRP）加固技術(shù)。
2.1粘貼鋼板加固技術(shù)
粘貼鋼板加固技術(shù)是20世紀(jì)60年代末70年代初由法國(guó)、南非等國(guó)家率先應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)加固的，隨后瑞士、日本、英國(guó)等也相繼開(kāi)始使用。
粘貼鋼板加固法有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和先進(jìn)性，主要包括：
堅(jiān)固耐用；
（2）施工快速、簡(jiǎn)潔
（3）結(jié)構(gòu)輕巧、外形不變；
?。?）靈活多樣；
?。?）經(jīng)濟(jì)安全。
因此，粘貼鋼板加固法在許多情況下替代了增大截面加固技術(shù)。然而，隨著加固技術(shù)的不斷研究和發(fā)展，粘貼鋼板加固技術(shù)的不足也日益顯現(xiàn)，主要表現(xiàn)在：①鋼板因遭受污染大氣侵蝕等原因造成各種化學(xué)腐蝕而影響其加固效果，這使得后期的養(yǎng)護(hù)問(wèn)題變得異常突出；②由于鋼板剛度較大、施工誤差等原因使得結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中容易在粘結(jié)面上發(fā)生剝離脫空，特別是鋼板端部更容易發(fā)生剝離破壞，因而加固設(shè)計(jì)時(shí)一般需附加螺栓加以輔助錨固，這從一定程度上增加了施工難度并對(duì)原結(jié)構(gòu)造成一定程度的損傷，導(dǎo)致粘貼鋼板結(jié)構(gòu)的抗疲勞性能不佳。為此，一種新型的粘貼纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（FRP）加固技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
3增大構(gòu)件截面
3.1橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固技術(shù)
橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固法是將原有橋面鋪裝層拆除通過(guò)一定的工藝和結(jié)構(gòu)措施，在梁頂面（橋面）上加鋪一層鋼筋混凝土面層，使其與原有主梁形成整體，達(dá)到加厚主梁高度、增大梁的抗壓截面以及提高橋梁抗彎剛度的目的，提高橋梁的承載能力和變形能力。
3.2增大主梁截面和配筋加固技術(shù)
當(dāng)原橋截面過(guò)小、下緣主拉應(yīng)力超過(guò)容許值導(dǎo)致承載力不足，而橋下凈空又允許時(shí)，可以采用增大主梁截面和配筋加固法，將主梁截面加寬、加高以擴(kuò)大截面，并在新混凝土截面中增設(shè)受力鋼筋。對(duì)T形截面梁可采用底面及側(cè)面同時(shí)加大以及底部馬蹄形加大兩種加固形式。
3.3噴射混凝土加固技術(shù)
噴射混凝土加固一般不需要立模，也不需要振搗，依靠高速度的噴射將混合料連續(xù)噴敷在受?chē)娒嫔霞纯?，具有施工?jiǎn)單、快速、經(jīng)濟(jì)、不影響車(chē)輛通行等優(yōu)點(diǎn)。采用噴射混凝土代替?zhèn)鹘y(tǒng)的澆筑混凝土，就可以解決傳統(tǒng)加固方法所遇到的問(wèn)題，因而具有相當(dāng)大的研究推廣和應(yīng)用價(jià)值。
目前實(shí)際工程當(dāng)中通常采用噴射合成纖維混凝土進(jìn)行加固，在噴射混凝土中摻入三維分布的合成纖維來(lái)改善混凝土性能。噴射合成纖維混凝土除具有噴射混凝土抗壓、抗拉、抗剪、抗彎、粘結(jié)強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)外，還具備良好的抗裂阻裂性能、抗沖擊性能、耐磨耐腐蝕性能、抗?jié)B抗凍融性能以及較好的抗疲勞性和抗碎裂性。
增大構(gòu)件截面加固技術(shù)適應(yīng)性比較強(qiáng)，且具有成熟的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)，適用于較小跨徑的T梁橋或板橋的加固。采用此法加固后橋梁剛度明顯提高，承載能力也能取得較好的效果。但該法也存在明顯的缺陷，比如混凝土構(gòu)件的體積增大、自重增加、施工周期長(zhǎng)、施工空間大等。
4體外預(yù)應(yīng)力加固
體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的實(shí)質(zhì)是以粗鋼筋絞或高強(qiáng)鋼絲等鋼材作為施力工具，對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)施加體外預(yù)應(yīng)力，以預(yù)加產(chǎn)生的反彎矩抵消部分外荷載產(chǎn)生的內(nèi)力，從而達(dá)到改善舊橋使用性能并提高其極限承載能力的目的。
體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)早期曾應(yīng)用于加固工業(yè)與民用建筑，前蘇聯(lián)在這方面做了較多工作。但由于預(yù)應(yīng)力筋轉(zhuǎn)向塊構(gòu)造設(shè)計(jì)困難、耐腐蝕性差，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固橋梁的維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用很高，未能體現(xiàn)其工程應(yīng)用上的優(yōu)越性，因而在20世紀(jì)60年代前未能在橋梁工程中得到推廣。
隨著技術(shù)的進(jìn)步，20世紀(jì)60年代后期，體外預(yù)應(yīng)力筋耐久性及構(gòu)造設(shè)計(jì)的一些問(wèn)題部分得到解決，為體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，尤其70年代美國(guó)和法國(guó)大量的橋梁加固為體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的快速發(fā)展提供了難得的契機(jī)。通過(guò)在橋梁加固中應(yīng)用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)，積累了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)并獲得重要參考數(shù)據(jù)，進(jìn)一步完善了設(shè)計(jì)理論，為在建設(shè)新橋梁時(shí)重新考慮使用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)提供了依據(jù)。
由于體外預(yù)應(yīng)力體系布置靈活，不僅可用來(lái)加固簡(jiǎn)支梁橋和連續(xù)梁橋，還可用來(lái)加固拱橋和鋼構(gòu)橋等；不僅可用來(lái)改善梁的抗彎性能，還可用來(lái)改善構(gòu)件的抗剪性能；不僅可用來(lái)進(jìn)行整體橋梁加固，而且可用于橋梁局部加固；不僅可用來(lái)加固橋梁的梁部結(jié)構(gòu)，也能用于加固橋墩及索塔等部位，具有良好的加固效果及廣闊的應(yīng)用前景。但由于對(duì)預(yù)應(yīng)力筋張拉時(shí)會(huì)產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失，因此，在設(shè)計(jì)中需對(duì)預(yù)應(yīng)力損失進(jìn)行合理的估計(jì)和計(jì)算，并在施工時(shí)采取措施以減少預(yù)應(yīng)力損失。
5發(fā)展及結(jié)論
交通運(yùn)輸業(yè)的迅速發(fā)展的今天，加強(qiáng)既有橋梁的補(bǔ)強(qiáng)加固、保障公路橋梁的安全運(yùn)營(yíng)已成為交通管理部門(mén)關(guān)注的重點(diǎn)。橋梁加固技術(shù)以其特有的安全、經(jīng)濟(jì)、方便、快捷等特點(diǎn)得到世界各國(guó)的廣泛采用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，橋梁結(jié)構(gòu)加固的新技術(shù)、新工藝不斷涌現(xiàn)，在橋梁的加固工作中發(fā)揮了十分積極的作用。相信在廣大科研工作者和工程技術(shù)人員的共同努力下，橋梁結(jié)構(gòu)的加固改造工作會(huì)日益發(fā)揮出更大的作用。
