關于橋梁加固技術的討論
2015-05-29
引言
橋梁加固是隨著日益增長的交通運輸業(yè)而產(chǎn)生并隨其發(fā)展的新課題，它很好地處理了新工程與舊工程的銜接，是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的物質保障，因此，橋梁加固技術的發(fā)展意義相當重大。下面筆者探討了橋梁加固技術。
1. 橋梁加固的基本原則
舊橋加固是一種借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建筑形式為原則，只有在復雜的情況下，才更改其結構。如僅加固仍不足以適應交通運輸?shù)男枰?，必須重建橋梁的部分或全部時，則重建橋梁也必須考慮到將來的發(fā)展，并按現(xiàn)行橋梁設計及施工規(guī)范進行設計與施工。此外，不管采用何種加固方法，都應考慮投資少、工效快、不中斷交通、技術上可行、有較好的耐久性等方面的要求。
對有損傷的橋梁進行的加固較新建結構更為復雜，它不僅要受到已有結構的種種限制，還由于結構損傷和缺陷的存在以及約束條件的變化等，使得結構的處理更為困難，而且橋梁設計的各種參數(shù)（如材料強度、荷載狀況等）的取值取決于現(xiàn)場的調查等。因此，在確定橋梁的加固方案時，應周密考慮，嚴格遵循有關的工作程序和原則，選用的方法不僅要安全可靠，而且還要經(jīng)濟合理。進行橋梁加固的基本原則是：
1、一般應以不更改結構形式為原則，避免不必要的構件拆除和更換。
2、應考慮投資少，功效快，不影響交通，技術上可行，有較好的耐久性等方面的要求。
3、應對結構現(xiàn)有材料性能進行檢測，通過實測評定材料的實際強度等級。
4、需考慮加固所處空間、結構損傷程度、修補后的耐久年限等。
5、應考慮恢復后建筑物的總體效應和重新分布的受力狀態(tài)。
2. 橋梁加固常用的方法
1、粘貼鋼板法
粘貼鋼板法是采用環(huán)氧樹脂或建筑結構膠，將鋼板直接粘貼在被加固的鋼筋混凝土結構物的受拉區(qū)或抗剪薄弱部位，使之與被加固結構物形成整體共同受力，以提高結構的剛度，改善其受力狀態(tài)，限制裂縫的開展，提高結構的承載力。其特點及適用條件是，主梁承載力不足，或縱向主筋出現(xiàn)嚴重的銹蝕，或梁板橋的主梁出現(xiàn)嚴重橫裂縫，可用粘結劑及錨栓將鋼板粘貼錨固在混凝土結構的受拉緣或薄弱部位，使其與結構形成整體，提高橋梁的承載能力。適用于受彎、受剪和受拉構件。該法具有施工簡便，粘鋼所占空間小，不減小橋梁凈空，加固施工周期短，消耗材料少，粘鋼加固部位、范圍和強度可視設計構造需要靈活設置，并可在不影響或少影響交通的情況下施工。但極限狀態(tài)下后加補強鋼板的應力發(fā)揮取決于原梁的配筋率，對于原梁高度較小、配筋率較大的情況，后加補強鋼板很難充分發(fā)揮作用。在梁底粘貼鋼板可以顯著提高結構的抗彎剛度，對以控制結構變形為主要目的的使用功能加固是十分有效的。后加鋼板與被加固混凝土梁體之間的可靠粘結是兩者共同工作的基礎，是粘貼鋼板加固法的關鍵技術。
2、粘貼高強纖維片材法
粘貼高強復合纖維加固法是采用環(huán)氧脂膠（或其它建筑結構膠）將高強度復合纖維布（或板、片）直接粘貼在被加固混凝土結構的薄弱部分，與被加固結構形成整體，共同受力，以限制裂縫的發(fā)展，提高結構的承載力。粘貼高強纖維片材加固法是近些年新興的結構加固技術。加固橋梁構件時，按構件的不同受力特點用粘結材料將碳纖維材料有序地纏繞粘貼于構件表面，實現(xiàn)對構件變形的約束并因此提高構件的極限強度和承載能力。在橋梁加固運用中，可粘貼在混凝土梁的頂面或底板上，以提高混凝土梁的截面強度和剛度；也可粘貼在梁的腹板上，以提高其抗剪強度；還可將碳纖維纏繞在節(jié)點部位以滿足抗震設計和加固的要求。碳纖維雖然具有很高的強度，但其卻是脆性材料，不像鋼筋具有屈服特性，在設計時應避免使用到其破壞強度。
3、橋面補強層加固法
橋面補強加固法是通過在橋面板（主梁頂面）加鋪一層鋼筋混凝土層，使其與原有結構形成整體，從而達到增大橋面板或主梁有效高度和受壓截面，增加橋面整體剛度，提高橋梁承載能力的一種常用且有效的加固方法。
主梁或橋面板承載力不足，剛度不夠，或鉸接梁、板的絞縫不能有效傳力時，可采用橋面補強加固法進行加固。受橋面補強層厚度的限制，這種加固方法主要適用于中小跨徑的橋梁。
采用橋面補強進行加固，橋面板或主梁恒載將有所增加，應通過計算判斷橋面增厚后是否可以增高橋梁的有效承載能力。若恒載的增加影響較大，則應考慮采用其他加固方法或與其他方法綜合運用。同時，加鋪補強層后，橋面高程也將受到影響，連接路面或橋面縱坡應予調整。為減少補強層增加的恒載，往往必須先將原有的橋面鋪裝層鑿除，并要求對伸縮縫進行改造。
4、改變結構受力體系加固法
改變結構體系加固舊橋通常是指增設附件和進行技術改造，使橋梁的受力體系和受力狀況發(fā)生改變，有的是縮短了梁的計算跨徑，從而起到減少承重構件的應力，改善橋梁性能，達到提高承載能力的目的。
常使用的方法有：簡支轉連續(xù)法；將多跨簡支梁改造為橋面連續(xù)簡支梁體系；增加輔助墩法；八字支撐法；將梁式轉換為梁拱組合體系；改橋為涵洞加固；鋼索斜拉加固。
改變結構體系加固時往往需要在橋下操作，設置永久設施，影響橋下凈空，所以必須考慮對通航及排洪能力的影響。加固時改變了受力體系，存在使原本只承受正彎矩的簡支梁在部分位置出現(xiàn)負彎矩，所以要注意加強梁上緣配筋。
5、增大截面加固法
該加固方法是在構件表面加大混凝土尺寸，增加受力鋼筋，使其與原結構形成整體，從而增大構件有效高度和受力鋼筋面積，增加構件的剛度，提高橋梁整體承載能力，廣泛應用與梁（板）橋及拱橋拱肋的加固。當然加大構件截面時，會使上部結構恒載增加，對原結構及基礎承載能力有一定影響。
采用該法加固時應優(yōu)先選用早強砂漿和早強混凝土或膨脹混凝土。配制混凝土用的石子宜用堅硬耐久的卵石或碎石，其最大粒徑不宜大于20mm。當采用鋼筋補強時，縱向受力鋼筋的直徑不宜小于12mm；封閉式箍筋直徑不宜小于8mm 。U形箍筋直徑宜與原有箍筋直徑相同。當采用型鋼和鋼板補強時，應將其和原結構的鋼筋進行聯(lián)結，或采用錨栓與原結構聯(lián)系，切實保證力的有效傳遞和能夠參與原結構共同受力
6、預應力加固法
預應力加固技術常見的就是實施體外預應力加固。體外預應力加固通常采用粗鋼筋、鋼絞線、高強鋼絲等材料作為施力工具，在體外對橋梁上部結構施加預應力，以預應力產(chǎn)生的反彎矩部分抵消外荷載產(chǎn)生的內力，從而達到改善橋梁使用性能并提高承載能力的目的。對于鋼筋混凝土梁橋，可考慮采用體外預應力進行加固。該法具有加固、卸荷、改變結構內力的三重功效。預應力加固技術在橋梁加固中的應用，對于適合采用具有一定的特殊意義，由于橋梁結構自重大，一般均應采用帶載加固，后加補強材料只承擔活載引起的內力，后加補強材料應力（應變）滯后，在極限狀態(tài)下很難發(fā)揮作用。解決后加補強材料應力（應變）滯后，提高后加補強材料利用效率的根本途徑是對后補強材料施加預應力，構成預應力加固體系。
3. 結語
總之，橋梁加固方案設計關系到橋梁加固工程質量的全局性問題。應該在對橋梁結構病害診斷分析和評估的基礎上，根據(jù)技術條件、經(jīng)濟條件和使用要求，有針對性地選取合適的加固方法。特別是應注意各種加固方法的綜合應用，比如：被動加固與主動加固相結合、利用某一方法的特長的綜合加固法、發(fā)揮協(xié)同工作的優(yōu)勢的綜合加固法等，但是，目前我國綜合加固技術其應用和研究仍很不成熟，仍需要不斷地走向深入。
