淺談公路橋梁加固原因技術研究
2013-07-30 來源：維普網
本文分析了現有公路橋梁需要加固的原因、并對它加固的方法進行了論述，有利恢復和提高橋梁的承載能力。
一、橋梁需要加固的原因
1舊橋梁原有的設計標準低，不能滿足發(fā)展了的車輛通行要求。
2由于設計及施工的缺陷以及各種不利作用（如碳化、氯離子侵入、酸侵蝕、堿集料反應、凍融、鹽害等）使得橋梁結構的混凝土及鋼筋腐蝕嚴重。
3橋梁的使用年限長，接近其使用壽命。我國在20世紀6O～7O年代修建的橋梁，大部分仍服役，由于年久失修、失養(yǎng)，已不適應交通量日益增長的需要。
4外界不利荷載的影響使得橋梁結構安全性下降。在我國，造成此種情況的最大原因是在路上行駛的貨車大多數超載、超限行駛，致使20％ 以上的橋梁出現安全隱患。
5新建橋梁由于勘察、設計及施工的問題而無法滿足使用要求以及新橋的使用功能發(fā)生改變，也是橋梁需要加固的重要原岡。
二常用的橋梁補強加固方法
1．加大截面加固法
該法是在原結構基礎上再澆筑一定厚度的鋼筋混凝土，這是對鋼筋混凝土橋加固的一種常用的改造技術。加大截面加固法一般采用2種方式：一種是加厚橋面板；另一種是加大主梁梁肋的高度和寬度。該法施工工藝簡單、適應性強，并具有成熟的設計和施工經驗，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。但現場施工的濕作業(yè)時間長．對生產和生活有一定的影響，且加固后的建筑物凈空有一定的減小。
2．粘貼鋼板加固法該法是以樹脂粘接鋼板與混凝土的結構加固法，其施工快速、現場無濕作業(yè)或僅有抹灰等少量濕作業(yè)，對生產和生活影響小，且加固后對原結構外觀和原有凈空無顯著影響。但加固效果在很大程度上取決于膠粘工藝與操作水平，適用于承受靜力作用且處于正常濕度環(huán)境中的受彎或受拉構件的加固。
3．粘貼碳纖維增強塑料加固法
該法采用專門的樹脂將碳纖維粘貼于混凝土結構受拉表面，碳纖維與原結構形成新的受力整體，碳纖維與鋼筋共同承受荷載，降低了鋼筋應力，從而使結構達到了加固和補強效果。其主要特點是：幾乎不增加結構自重和截面尺寸，不改變凈空高度，施工方便，對原結構幾乎不會造成新的損傷，具有良好的耐腐蝕性、耐久性和抗疲勞性能，根據受力分析可進行多層粘貼進行補強，其方向性也可以靈活掌握。該方法的缺點是彈性模量與強度比值過低；環(huán)氧樹脂在溫度大于60℃ 時會呈現軟化現象，而橋梁一般受到陽光直射，橋面溫度大于60℃ 的可能性很大，不利于采用樹脂膠作粘貼劑。
4．體外預應力加固法
該法是指對布置于承載結構主體之外的鋼束張拉而產生預應力的后張法。體外預應力體系由體外預應力孔管、漿體、錨固體系和轉向塊等部件組成。體外預應力技術能大大縮短施工工期，能降低被加固構件的應力水平，不僅使加固效果好，而且還能較大幅度地提高結構整體承載力，但加固后對原結構外觀有一定影響。適用于大跨度或重型結構的加固以及處于高應力、高應變狀態(tài)下的混凝土構件的加固。但在無防護的情況下，不能用于溫度在6O℃ 以上環(huán)境中，也不宜用于混凝土收縮徐變大的結構。
5．噴混凝土加固法
該法是在原有結構上噴涂一一層高品質的混凝土，以恢復對鋼筋的保護，提高已剝離或變質的混凝土強度，提供美觀表面的功能，是目前常用的維修加固方法。
6．置換混凝土加固法
該法的優(yōu)點與加大截面法相近，且加固后不影響建筑物的凈空，但同樣存在施工的濕作業(yè)時間長的缺點。適用于受壓區(qū)混凝土強度偏低或有嚴重缺陷的梁、柱等混凝土承重構件的加固。
7．有粘結外包型鋼加固法
該法也稱濕式外包鋼加固法，特點是受力可靠、施工簡便、現場工作量較小，但用鋼量較大，且不宜在無防護的情況下用于6O℃ 以上的高溫場所。適用于使用上不允許顯著增大原構件截面尺寸，但又要求大幅度提高其承載能力的混凝土結構加固。
8．錨栓錨固法
該法適用于混凝土強度等級為c2O～C60。的混凝土承重結構的改造、加固，不適用于已嚴重風化的上述結構及輕質結構。
9．增加支承加固法
該法簡單可靠，但易損害建筑物的原貌和使用功能，并可能減小使用空間。適用于具體條件許可的混凝土結構加固。
10．繞絲法
該法的優(yōu)缺點與加大截面法相近。適用于混凝土結構構件斜截面承載力不足的加固，或需對受壓構件施加橫向約束力的場合。
三、橋梁加固方法選用原則
橋梁加固的方法如前所述有多種，對于具體的工程如何選用，應依照以下的原則：
1采用加固方案之前，須先考慮耗費少、功效快、不中斷交通、技術上可行、有較好耐久性等方面的要求。
2補強加固是通過加大或修復橋梁構件來提高局部或整座橋梁承載能力的措施。因此橋梁加固工作一般以不更改原結構形式為原則，在兼顧經濟性的前提下，只有在較復雜的情況下，才可考慮更改結構形式。如果采用補強加固的方式仍不能達到交通運輸要求，則必須考慮進行重建橋梁的部分或全部。
3選擇橋梁加固方式時，必須考慮舊橋現狀、承載能力減弱的程度以及日后交通量，最好參考已經成功完成補強加固的橋梁的施工。
4采用擴大或增加橋梁構件斷面的方法進行加固前，應考慮增加部分與原有部件的結合效果。
四、橋梁安全評估及加固準則
對橋梁進行加固前，首先要對橋梁的劣化與受損情況進行全面檢測，依據受損現狀進行安全性評估，確定結構物實際承載能力，判斷損傷是否對橋梁承載力和耐久性構成威脅。承載力表示結構承受設計荷載的能力，耐久性是指結構的設計壽命。應詳細評估其結構現有強度是否能夠承受實際荷載，以判定橋梁承載能力的安全性。而在耐久性方面，應綜合考慮結構損傷、材質劣化、施工缺陷等狀況與周圍環(huán)境條件，合理判斷結構的使用壽命。除了探索橋梁維護加固補強的工工藝與技術之外，研究橋梁檢測與安全性評估方法，建立有效的橋梁檢測與預警系統(tǒng)，都是橋梁加固工程中的重要內容。
1橋梁安全評估
我國目前主要采用檢測與計算相結合的方法對橋梁安全的承載力進行評定。用計算方法對橋梁安全的承載力進行評定的過程如下：
?。?）用實際尺寸計算截面的承載力；
（2）計算實際恒載，從截面承載力中減去實際恒載；
?。?）按設計要求計算實際活載；
2加固準則
橋梁加固準則的執(zhí)行和橋梁加固是一項嚴密的系統(tǒng)工程，其包括2大塊內容：一是原始基本數據的收集，包括原橋的構造尺寸、材料盼實際強度、承重結構破損率及實際斷面尺寸等一系列參數，原橋基本數據的收集正確與否直接影響整項加固工程；二是加固3準則的嚴格執(zhí)行，這3個加固準則是“恒載應力”準則、“組合應力”準則、“極限承載力”準則。下面以拱橋加固為例，對加固3準則進行說明。
（1）“恒載應力”準則。即橋梁在加固前或擬定截面加固后在恒載作用下其主拱圈應力必須控制在限值范圍內。橋梁在營運過程中，隨著材料的老化、風化，承載結構裂縫的開展，截面尺寸的破損以及永久性變形的增大，往往橋梁本身在恒載作用下其承載力不能滿足要求。此時橋梁管理部門應當機立斷，判定橋梁為“危橋”，作重建處理。否則，將出現加固后橋梁病害加重直到垮塌的事故，或原橋加固費用巨大、經濟指標不合理的不利情況。如某地區(qū)一橋梁營運多年后因恒載應力不能滿足強度要求，橋梁管理部門強行加固，結果造成橋梁變形加劇，迫使炸橋重建。另外，橋梁加固后，由于加固層增加了原主拱圈的負擔，造成原主拱圈邊緣應力增大。
?。?）“組合應力”準則。在各種最不利荷載組合作用下，原主拱圈邊緣應力必須滿足強度要求，橋梁加固的精髓在于新、老主拱圈能夠協(xié)調變形，共同承擔活載作用。一般而言，新增加的主拱圈層往往采用強度和彈性模量均較高的材料，而老主拱圈層由于已營運多年，出現材料強度削減，整體受力性差的情況。因此，橋梁加固中控制應力的是新、老復合主拱圈中的老主拱圈。
?。?）“極限承載力”準則。在最不利荷載組合作用下，橋梁加固后其強度和穩(wěn)定性均要滿足要求。“極限承載力”準則是橋梁加固滿足前2準則前提下，體現提高橋梁承載力幅度的準則。橋梁加固效果是否顯著，以該準則為依據。
