現(xiàn)代斜拉橋加固技術(shù)
2018-04-02
0.引言
在我國(guó)，斜拉橋的發(fā)展較為迅速，例如1975年修建的四川云陽(yáng)橋開(kāi)辟了我國(guó)修建斜拉橋的歷史，1991年竣工的423米跨徑的南浦大橋，1993建成的上海楊浦大橋都具有里程碑式的意義，這些斜拉橋的修建為我國(guó)修建斜拉橋提供了重要的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與資料，之后斜拉橋在國(guó)內(nèi)突飛猛進(jìn)，陸續(xù)修建了數(shù)十座大跨度斜拉橋。綜觀國(guó)內(nèi)斜拉橋發(fā)展的歷史過(guò)程，時(shí)間相對(duì)較短。但斜拉橋在成橋之后的檢測(cè)、維護(hù)工作沒(méi)有得到應(yīng)有的重視，加之斜拉橋在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，因其設(shè)計(jì)、施工以及所使用材料的質(zhì)量，所處位置的自然環(huán)境等等因素的影響，不可避免地會(huì)出現(xiàn)各類(lèi)問(wèn)題，如橋跨結(jié)構(gòu)的線(xiàn)型，混凝土構(gòu)件開(kāi)裂，斜拉索及其錨具銹蝕，伸縮縫、排水系統(tǒng)不能正常工作等問(wèn)題。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，20世紀(jì)70至90年代初，我國(guó)修建的30余座斜拉橋中，已經(jīng)加固修復(fù)的橋占65%，有4座斜拉橋已經(jīng)拆除或改用了其他橋型，有35%的斜拉橋已經(jīng)全部或者部分更換了斜拉索，最近二年尚有10余座90年代后修建的斜拉橋需要不同程度的加固維修。目前，公路橋梁的養(yǎng)護(hù)工作資金投入過(guò)少，形成“養(yǎng)路不養(yǎng)橋”的不正?，F(xiàn)象。斜拉橋的維修加固工作相對(duì)滯后，廣州海印大橋在運(yùn)營(yíng)中，突然發(fā)現(xiàn)一根斜拉索脫落，才引起重視。總體來(lái)說(shuō)，斜拉橋的檢測(cè)、維護(hù)工作遠(yuǎn)遠(yuǎn)未能達(dá)到實(shí)際要求。國(guó)內(nèi)斜拉橋發(fā)展過(guò)快，經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)不能得到總結(jié)，再加上成橋后運(yùn)營(yíng)期間的管理不善，又得不到有效的養(yǎng)護(hù)、維修，有不少斜拉橋出現(xiàn)了各種各樣的問(wèn)題，其中最為嚴(yán)重的便是混凝土主梁多處開(kāi)裂，斜拉索、鋼主梁及其錨具的銹蝕程度深，出現(xiàn)這些情況就必須采取大規(guī)模的整治措施，為此本文針對(duì)斜拉橋的加固進(jìn)行了研究。[1-3]
1.斜拉橋加固的技術(shù)要求
斜拉橋的加固不同于一般橋梁的加固，通常需要滿(mǎn)足一下幾個(gè)原則：①技術(shù)加固方案及實(shí)施應(yīng)盡量減少對(duì)原有結(jié)構(gòu)的損傷，并充分利用原有的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，且應(yīng)保證原有結(jié)構(gòu)保留部分的安全性與耐久性。對(duì)于的確無(wú)利用價(jià)值的構(gòu)件則予以報(bào)廢、拆除，但其材料盡量回收。②技術(shù)加固應(yīng)做到可靠、安全、耐久，滿(mǎn)足使用要求，這實(shí)際上是對(duì)橋梁進(jìn)行技術(shù)加固改造的基本要求與目的。③技術(shù)加固工程在施工過(guò)程中應(yīng)盡的不中斷或減少交通。④技術(shù)加固工程的施工應(yīng)是技術(shù)上簡(jiǎn)便可行，施工上方便，所要求的機(jī)具設(shè)備盡的簡(jiǎn)單。⑤對(duì)于某些由于因下部結(jié)構(gòu)或基礎(chǔ)的不均勻沉降等原因而導(dǎo)致的上部結(jié)構(gòu)的損傷，或由于其它偶然因素(如地震等)所引起的結(jié)構(gòu)損傷，在進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮采取消除、減小或抵御這些不利因素的措施，以免在加固后結(jié)構(gòu)物繼續(xù)受這些因素的影響。[4-6]
2.鋼主梁加固
斜拉橋大多采用鋼主梁或鋼混組合梁，因此，對(duì)于這類(lèi)主梁可采用FRP（纖維增強(qiáng)復(fù)合材料）加固，其原理是：采用直接或間接預(yù)應(yīng)力，將部分恒載由原有結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到FRP上來(lái)，這種做法能很好地提高加固效果。應(yīng)用于橋梁加固工程中的FRP主要有3種：即玻璃鋼、碳纖維布和芳綸纖維布。目前，國(guó)內(nèi)外所采用的方法主要有兩種，即預(yù)應(yīng)力FRP法和梁反拱預(yù)應(yīng)力法。
預(yù)應(yīng)力FRP法是對(duì)FRP先進(jìn)行張拉，然后將FRP粘接到鋼梁或鋼混組合梁上，待粘接膠固化后再松開(kāi)張拉機(jī)具。采用這種方法雖然可以將部分恒載轉(zhuǎn)移到FRP上，但將在FRP端部產(chǎn)生很大的界面應(yīng)力，往往需要對(duì)FRP端部進(jìn)行錨固。
梁反拱預(yù)應(yīng)力法是在加固前，把千斤頂安放在鋼梁底部，對(duì)梁進(jìn)行反拱卸載，然后粘接FRP到鋼梁上，待粘接膠固化后再移開(kāi)千斤頂。采用這種方法在FRP端部產(chǎn)生界面應(yīng)力相對(duì)較小，通常不需要為此在FRP端進(jìn)行錨固，但施工難度大。
3.混凝土主梁加固
因設(shè)計(jì)、施工以及實(shí)際荷載等級(jí)提高等因素的影響，有些斜拉橋出現(xiàn)主梁承載能力不足的情況，因此要對(duì)此類(lèi)主梁實(shí)施加固。混凝土主梁加固的方法主要有：增加截面面積，粘貼鋼板，增設(shè)構(gòu)件以增大主梁的承載能力。增加截面的方法是通過(guò)澆筑混凝土來(lái)增大主梁頂?shù)装宓暮穸葋?lái)提高承載能力，該法在實(shí)際工程中使用較少，一方面斜拉橋的跨度大不便于加固施工，其次是橋下凈空的要求受到影響，還影響到斜拉橋的美觀性。粘貼鋼板是在主梁的頂板或底板上用粘接劑粘貼一定厚度的鋼板來(lái)幫助承載，該法施工方便，加固效果好。增設(shè)構(gòu)件加固法是在主梁上增加諸如“小縱梁”等構(gòu)件與原主梁一起共同承擔(dān)荷載，新增構(gòu)件應(yīng)設(shè)計(jì)到恰當(dāng)?shù)奈恢?，以保證有效承載。
4.斜拉索換索
當(dāng)斜拉索銹蝕嚴(yán)重時(shí)，為了維持斜拉橋的安全與正常使用功能，避免更大的損失，必須實(shí)施換索工程。早期的斜拉橋?qū)π崩鞯木S修更換缺乏預(yù)見(jiàn)性，近期斜拉橋在設(shè)計(jì)中都考慮到換索的情況，即在保證橋上正常交通的情況下安全的更換斜拉索，這己經(jīng)被許多國(guó)家納入規(guī)范中。換索工程中一般要通過(guò)控制斜拉索的索力或控制主梁線(xiàn)型有時(shí)實(shí)施兩者同時(shí)控制―雙控來(lái)促使主梁的內(nèi)力和線(xiàn)型都接近設(shè)計(jì)狀態(tài)。換索工程中先要進(jìn)行換索優(yōu)化設(shè)計(jì)，即對(duì)斜拉橋的結(jié)構(gòu)建立模型計(jì)算分析，選出合理的換索程序及其理論控制依據(jù)，換索過(guò)程中，通過(guò)索力和主梁線(xiàn)型加以控制，同時(shí)要對(duì)主梁和主塔受力加以監(jiān)測(cè)，以保證在換索工程中斜拉索、主梁、主塔的內(nèi)力變化都在容許的范圍內(nèi)。換索后有必要時(shí)要實(shí)施全橋統(tǒng)一調(diào)整索力，使斜拉索受力和主梁線(xiàn)型達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。
5.結(jié)論
隨著各種重型車(chē)輛，尤其是工程用重型運(yùn)輸車(chē)的不斷出現(xiàn)，公路橋梁負(fù)荷日趨加重，加之舊橋部分老化、破損或受原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的限制，已不能適應(yīng)現(xiàn)代交通運(yùn)輸?shù)囊?。舊橋的加固以其巨大的經(jīng)濟(jì)效益和實(shí)用價(jià)值，越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代橋梁建設(shè)中。通過(guò)本文以上的分析，我們可以得出以下結(jié)論：對(duì)于斜拉橋，其主要傳力、承重結(jié)構(gòu)是拉索、主纜和主塔。容易發(fā)生破壞的主要是拉索，對(duì)于拉索的破壞，可以更換新索。然而其主梁主要是通過(guò)粘貼高性能加固材料來(lái)加固，方法與梁橋大體相同。
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