关于桥梁加固技术的分析
2015-07-13
随着我国公路交通事业的快速发展,各级公路的交通量均不断增加,特别是各种超限车辆对公路桥梁造成的损害,使得近几年我国的危桥数量呈快速增长趋势。桥梁加固是随着日益增长的交通运输业而产生并随其发展的新课题,它很好地处理了新工程与旧工程的衔接,是实现可持续发展的物质保障。因此,桥梁加固技术的发展意义相当重大。同时,各种新型材料以及粘结剂的发展,新方法的运用,使得桥梁加固的对象更广,施工更方便快捷,效果更明显,并推动着桥梁加固技术的不断成熟和完善。
1 现阶段桥梁主要技术缺陷
1.1 桥梁的使用年限长,接近其使用寿命。我国在20世纪60年代～70年代修建的桥梁,大部分仍在服役,早期公路桥梁的设计龄期为50年,随着时间的推移,已建桥梁会不断损坏和老化,其承载力、刚度、延性和稳定性不断下降。
1.2 超负荷使用。交通业竞争不断加剧导致桥梁使用荷载大大超出设计荷载,致使桥梁长期在超重荷载作用下运营,加速了桥梁的损坏。我国目前超载现象十分严重,远远超出了当年的设计车流量,致使沿线道路及桥梁均遭到了不同程度的破坏。
1.3 设计、施工的先天不足以及各种不利作用(如碳化、氯离子侵入、酸侵蚀、盐害等)使得桥梁结构的混凝土及钢筋腐蚀严重。有些桥梁设计上不是很合理,结构构造处理不合理。有些桥梁由于受施工质量、施工技术、施工手段等方面的影响,存在一定的技术缺陷,随着运营时间的增加,其病害也在逐渐发展。
1.4 设计荷载标准偏低,承载能力不足。桥梁承载能力是根据设计时所采用的荷载等级来确定的。而荷载等级又是由各个时期国家颁布的公路工程技术标准或公路桥涵设计通用规范所规定的。随着交通量的增加和荷载等级的提高,原有桥梁已经无法满足现今交通的需要,有些桥梁已经出现严重病害。
1.5 通行能力不足。主要表现在桥面宽度不足,桥梁平面线形、纵断面线形标准太低,桥上通车净空或桥下通车净空不足。
1.6 人为及自然因素引起结构的损坏。比如超出设计的洪水、泥石流、浮冰、冰冻、地
震、强风、船舶撞击、河道不恰当开挖、桥梁基础下的岩溶、矿山坑道等,引起桥梁结构的局部损坏。
1.7 养护维修及加固措施不当。有些桥梁的技术缺陷是由于养护维修不恰当引起的。有些桥梁则是加固不当引起的。
2 常用加固技术综述
我国开始对旧桥加固技术进行研究,总的看来,混凝土桥梁上部结构加固方法从加固原理和适用特点上可分为五类。
2.1 改变结构受力体系
改变结构受力体系加固法是通过改变桥梁结构受力体系以达到提高结构整体承载能力的目的,是一种变被动为主动的加固方法。改变结构体系实现的方式主要有两种:
2.1.1通过增加新的附加构件；
2.1.2 通过改变承重构件的边界条件。新增构件往往会改变原结构的外观,减小桥下净空,影响通航,在实际加固工程中较少采用。但是该法由于加固效果较好,目前也常用作解决临时通行超重车辆的一种加固措施。实际加固工程中较多采用的是通过改变承重构件的边界约束条件来改变结构的传力体系,例如把简支梁和简支梁加以连接,即简支梁结构改变为连续梁结构等。
2.2 承重构件增减
通过增设纵梁或者拓宽桥面等办法分担原构件的活载,达到提高承载力的目的。包括新增加主梁、增设纵梁拓宽桥面等。拓宽的桥面不仅可以有效的减小单个主梁荷载通行的集度,同时新增纵梁和原主梁之间还可以通过增加辅助横梁来改善荷载的横向分布问题。
2.3 增大构件的截面
通常采用的增大构件截面的方法有以下几种:
2.3.1 桥面补强层加固法,主要用于主梁刚度不够,桥面板承载力不足,或铰接梁、板的铰缝不能有效传力。在梁顶上加铺一层钢筋混凝土层,一般先凿除旧桥面,使其与原有主梁形成整体,达到增大主梁有效高度和抗压截面强度,改善桥梁荷载横向分布能力,从而达到提高桥梁的承载能力的目的。该法用工量较大,工期较长,并有可能对原结构(如主梁等)造成一定的损伤。
2.3.2 增大截面与配筋加固法是通过增大构件截面面积或配筋率以提高钢筋混凝土梁的强度、刚度、稳定性的加固方法。该方法一般采用在梁底面或侧面加大尺寸,增配主筋,以提高主梁截面的有效高度,从而达到提高桥梁承载能力的目的。但该方法会使上部结构恒载增加,在施工过程中全部的作业需在梁底进行,施工难度较大且施工质量难以
控制,需要现场作业。
2.3.3 锚喷混凝土加固法,较多用于加固砌体墩台、护坡等砌体工程。锚喷混凝土加固法是从隧道施工中转化而来的加固方法,但由于施工工艺要求较高且存在一个新旧混凝土的衔接问题,加上施工过程中需要封闭交通,施工过程对环境影响较大。
2.4 外加预应力体系
外加预应力体系是利用预应力索产生的反向预矩,能较大幅度地减小恒载下的构件变形与应力水平,属一种主动加固法。其优点是在自重增加很小的情况下,能够大幅度改善和调整原结构的受力状况,提高承重结构的刚度、抗裂性能。由于承重结构自重增加小,故对墩台及基础受力状况影响很小。可节省对墩台及基础的加固,对桥梁营运影响较小,可在不限制通行的条件下加固施工。缺点是会导致超静定结构发生内力重分布、转向块和锚固点存在着巨大的集中力、易受环境的影响,需要做防腐处理。
2.5 增补加劲材料
采用经济梁高和经济配筋率的混凝土受弯构件,其受压区混凝土比受拉区钢筋具有更多的强度空间,可通过增补拉区加劲材料的办法来实现承载力的提高。传统的外贴加劲材料加固法主要指粘贴钢板法,随着碳纤维,预应力碳纤维材料的出现,采用高强轻质的材料进行外贴加固愈来愈成为工程加固的研究热点。这种加固方法的特点是:不需要破坏被加固的原结构的尺寸,施工工艺简单,施工质量较容易控制,施工工期短。
3 桥梁加固改造基本要求
3.1 采用加固方案之前,须先考虑经济效益好、功效快、不中断交通、技术上可行、有较好耐久性等方面的要求。
3.2桥梁加固后,无论结构性能、承载能力,还是耐久性方面都能达到使用上的要求。
3.3桥梁加固一般以不改变原有结构形式为原则,采用加大受力截面或者修复原来桥梁构件,或者采用其他措施来提高桥梁的承载能力。在兼顾经济性的前提下,只有在较复杂的情况下,才可考虑更改结构形式。
3.4了解和判断桥梁下部结构的承载能力冗余度,以满足加固后所增加桥梁的自重和活载对基础的要求。
3.5 桥梁加固的方式,必须考虑旧桥现状、承载能力减弱的程度以及日后交通量,最好参考已经成功完成补强加固的桥梁的施工。
3.6 在选定桥梁加固方案时,还应考虑到以下因素:加固设施的养护费用、加固时交通阻碍造成运输上的损失、加固技术的耐久性、施工安全性以及对环境的干扰程度等。这些因素都不能忽视。
4 结语
随着我国改革开放的深入进行,国民经济快速发展,交通事业日新月异。一大批20世纪80年代以前修建的公路桥梁已不适应交通运输发展的需要。面对数量如此庞大的旧桥、危桥,如全部推倒重建,既不科学,更不现实。旧桥加固改造是一个全球性的问题,引起了世界各国的高度重视,并提到了刻不容缓的议事日程上来。如同世界众多国家一样,我国桥梁维修、养护、加固与改造也已提到了桥梁建设的议事日程。
