现代斜拉桥加固技术
2018-04-02
0.引言
在我国，斜拉桥的发展较为迅速，例如1975年修建的四川云阳桥开辟了我国修建斜拉桥的历史，1991年竣工的423米跨径的南浦大桥，1993建成的上海杨浦大桥都具有里程碑式的意义，这些斜拉桥的修建为我国修建斜拉桥提供了重要的实践经验与资料，之后斜拉桥在国内突飞猛进，陆续修建了数十座大跨度斜拉桥。综观国内斜拉桥发展的历史过程，时间相对较短。但斜拉桥在成桥之后的检测、维护工作没有得到应有的重视，加之斜拉桥在长期运营过程中，因其设计、施工以及所使用材料的质量，所处位置的自然环境等等因素的影响，不可避免地会出现各类问题，如桥跨结构的线型，混凝土构件开裂，斜拉索及其锚具锈蚀，伸缩缝、排水系统不能正常工作等问题。据不完全统计，20世纪70至90年代初，我国修建的30余座斜拉桥中，已经加固修复的桥占65%，有4座斜拉桥已经拆除或改用了其他桥型，有35%的斜拉桥已经全部或者部分更换了斜拉索，最近二年尚有10余座90年代后修建的斜拉桥需要不同程度的加固维修。目前，公路桥梁的养护工作资金投入过少，形成“养路不养桥”的不正常现象。斜拉桥的维修加固工作相对滞后，广州海印大桥在运营中，突然发现一根斜拉索脱落，才引起重视。总体来说，斜拉桥的检测、维护工作远远未能达到实际要求。国内斜拉桥发展过快，经验与教训不能得到总结，再加上成桥后运营期间的管理不善，又得不到有效的养护、维修，有不少斜拉桥出现了各种各样的问题，其中最为严重的便是混凝土主梁多处开裂，斜拉索、钢主梁及其锚具的锈蚀程度深，出现这些情况就必须采取大规模的整治措施，为此本文针对斜拉桥的加固进行了研究。[1-3]
1.斜拉桥加固的技术要求
斜拉桥的加固不同于一般桥梁的加固，通常需要满足一下几个原则：①技术加固方案及实施应尽量减少对原有结构的损伤，并充分利用原有的结构构件，且应保证原有结构保留部分的安全性与耐久性。对于的确无利用价值的构件则予以报废、拆除，但其材料尽量回收。②技术加固应做到可靠、安全、耐久，满足使用要求，这实际上是对桥梁进行技术加固改造的基本要求与目的。③技术加固工程在施工过程中应尽的不中断或减少交通。④技术加固工程的施工应是技术上简便可行，施工上方便，所要求的机具设备尽的简单。⑤对于某些由于因下部结构或基础的不均匀沉降等原因而导致的上部结构的损伤，或由于其它偶然因素(如地震等)所引起的结构损伤，在进行补强加固时应同时考虑采取消除、减小或抵御这些不利因素的措施，以免在加固后结构物继续受这些因素的影响。[4-6]
2.钢主梁加固
斜拉桥大多采用钢主梁或钢混组合梁，因此，对于这类主梁可采用FRP（纤维增强复合材料）加固，其原理是：采用直接或间接预应力，将部分恒载由原有结构转移到FRP上来，这种做法能很好地提高加固效果。应用于桥梁加固工程中的FRP主要有3种：即玻璃钢、碳纤维布和芳纶纤维布。目前，国内外所采用的方法主要有两种，即预应力FRP法和梁反拱预应力法。
预应力FRP法是对FRP先进行张拉，然后将FRP粘接到钢梁或钢混组合梁上，待粘接胶固化后再松开张拉机具。采用这种方法虽然可以将部分恒载转移到FRP上，但将在FRP端部产生很大的界面应力，往往需要对FRP端部进行锚固。
梁反拱预应力法是在加固前，把千斤顶安放在钢梁底部，对梁进行反拱卸载，然后粘接FRP到钢梁上，待粘接胶固化后再移开千斤顶。采用这种方法在FRP端部产生界面应力相对较小，通常不需要为此在FRP端进行锚固，但施工难度大。
3.混凝土主梁加固
因设计、施工以及实际荷载等级提高等因素的影响，有些斜拉桥出现主梁承载能力不足的情况，因此要对此类主梁实施加固。混凝土主梁加固的方法主要有：增加截面面积，粘贴钢板，增设构件以增大主梁的承载能力。增加截面的方法是通过浇筑混凝土来增大主梁顶底板的厚度来提高承载能力，该法在实际工程中使用较少，一方面斜拉桥的跨度大不便于加固施工，其次是桥下净空的要求受到影响，还影响到斜拉桥的美观性。粘贴钢板是在主梁的顶板或底板上用粘接剂粘贴一定厚度的钢板来帮助承载，该法施工方便，加固效果好。增设构件加固法是在主梁上增加诸如“小纵梁”等构件与原主梁一起共同承担荷载，新增构件应设计到恰当的位置，以保证有效承载。
4.斜拉索换索
当斜拉索锈蚀严重时，为了维持斜拉桥的安全与正常使用功能，避免更大的损失，必须实施换索工程。早期的斜拉桥对斜拉索的维修更换缺乏预见性，近期斜拉桥在设计中都考虑到换索的情况，即在保证桥上正常交通的情况下安全的更换斜拉索，这己经被许多国家纳入规范中。换索工程中一般要通过控制斜拉索的索力或控制主梁线型有时实施两者同时控制―双控来促使主梁的内力和线型都接近设计状态。换索工程中先要进行换索优化设计，即对斜拉桥的结构建立模型计算分析，选出合理的换索程序及其理论控制依据，换索过程中，通过索力和主梁线型加以控制，同时要对主梁和主塔受力加以监测，以保证在换索工程中斜拉索、主梁、主塔的内力变化都在容许的范围内。换索后有必要时要实施全桥统一调整索力，使斜拉索受力和主梁线型达到最优状态。
5.结论
随着各种重型车辆，尤其是工程用重型运输车的不断出现，公路桥梁负荷日趋加重，加之旧桥部分老化、破损或受原设计标准的限制，已不能适应现代交通运输的要求。旧桥的加固以其巨大的经济效益和实用价值，越来越广泛地应用于现代桥梁建设中。通过本文以上的分析，我们可以得出以下结论：对于斜拉桥，其主要传力、承重结构是拉索、主缆和主塔。容易发生破坏的主要是拉索，对于拉索的破坏，可以更换新索。然而其主梁主要是通过粘贴高性能加固材料来加固，方法与梁桥大体相同。
【参考文献】
［１］李亚林.预应力混凝土斜拉桥加固技术研究[D].重庆：重庆交通大学优秀硕士学位论文，2008.
［２］叶吉军.桥梁加固技术的研究与应用 [D].上海：同济大学优秀硕士学位论文，2007.
［３］伍奇业.混凝土桥梁加固技术 [J].北京:公路，2005（4）:83-85.
［４］周建庭，冉仕平等.截面转换加固罗布江孜大桥研究 [J].北京:公路，2003（12）.
［５］堪润水，胡钊芳，帅长斌.公路旧桥加固技术与实例.北京:人民交通出版社，2001.
［６］宋一凡，贺拴海.锚栓钢板法加固钢筋混凝土梁桥的计算方法.陕西:西安公路交通大学学报，2000.
