古交市某在役橋梁加固方案的可行性分析

邢蓉

（山西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030031）

〔專題研究與新論〕

古交市某在役橋梁加固方案的可行性分析

邢蓉

（山西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030031）

在古交市某在役橋梁的檢測與鑒定結(jié)論的基礎(chǔ)上，對該橋的承載力和正常使用兩種極限狀態(tài)進行復(fù)核，以及對拓寬1.5m方案的可行性理論分析，從而確定出該橋的最佳加固方案——橋板：采用粘貼纖維復(fù)合材加固法；橋墩：采用增大截面加固法，為下一步加固及拓寬設(shè)計提供了重要的依據(jù)。

橋梁加固；極限狀態(tài)；可行性分析；拓寬設(shè)計

橋梁的使用壽命和它的檢查次數(shù)與養(yǎng)護程度是有很大的關(guān)系的，我們要經(jīng)常根據(jù)橋梁的實際使用情況對其進行必要的檢查與鑒定，從而確定橋梁的破壞程度，以對其進行相應(yīng)的小修保養(yǎng)、中修、大修和改善。這個過程不僅美化了原有的橋梁，而且增加了橋梁的承載能力，提高了橋梁的可靠度，但是，對橋梁進行保養(yǎng)、修補、加固、改建的具體方案要經(jīng)過有條不紊的程序、嚴謹細致的工作過程、準確可靠的依據(jù)、完整齊全的操作來確定?，F(xiàn)以古交市某在役橋梁的加固方案的可行性分析進行詳細的說明。

一、工程概況及其對其進行維修加固的原因

1.該橋位于山西省古交市，該橋為板式結(jié)構(gòu)，共五跨；橋墩為天然石砌塊重力式橋墩，橋板為空心預(yù)制板。該建筑于1991年12月建成并投入使用，至今已使用近18年。該橋南北走向，橋長66.3m（實測），單跨13.26m（實測），橋面寬7.8m（實測），由五塊長度13m的空心預(yù)制板組成。橋墩墩頭半徑約為0.46m（實測），橋墩直線段部分為7.8m（實測）。

2.該橋需要維修加固的原因有如下幾點

⑴橋梁的橋面鋪裝已經(jīng)陳舊不堪，已經(jīng)使內(nèi)部材料外露，兩側(cè)欄桿也已經(jīng)損壞得很嚴重，不僅影響到橋梁的美觀性，還會有過往車輛和行人掉入河流的危險性。⑵橋墩上出現(xiàn)輕微裂縫，有可能繼續(xù)發(fā)展而影響到橋梁的安全性。

⑶梁跨的撓度能用肉眼看出，影響到橋梁的正常使用，引起使用者的不良視覺效果。

⑷橋梁的組成材料混凝土、砂漿、鋼筋的性能也隨著時間的延長會發(fā)生或多或少的減弱，從而影響到橋梁的適用性和耐久性。

⑸該橋為行車行人兩用橋，需要在原先的寬度基礎(chǔ)上加寬1.5米，從而增加其規(guī)模，提高其承載能力。

⑹橋梁的荷載等級要進行提高，由原來20t的通車能力提高到50t的通車能力。

⑺周圍的建筑物對其影響不大，但該橋梁附近是村民住宅，若橋梁有損壞的話會直接影響到當(dāng)?shù)鼐用竦恼Ｉ睢?/p>

二、檢測與鑒定結(jié)論

（一）現(xiàn)場檢測結(jié)論

經(jīng)外觀普查：護欄、橋面應(yīng)進行更換和重新鋪裝，部分橋板下?lián)厦黠@，其余各項指標基本滿足相關(guān)規(guī)范要求。

（二）室內(nèi)試驗結(jié)論

1.橋墩墩帽

本次回彈2個橋墩墩帽，并對應(yīng)回彈位置取混凝土芯樣6個，試驗結(jié)果表明：所取混凝土芯樣強度符合原設(shè)計要求,墩臺頂砼帽混凝土表面風(fēng)化嚴重，混凝土表面回彈強度偏低。

2.橋板

本次回彈8塊橋板，根據(jù)《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T23-2001）的有關(guān)規(guī)定，對原始數(shù)據(jù)進行仰角修正和碳化深度修正，得到：

混凝土橋板強度推定值：＝16.25Mpa＜（C25:=25Mpa）

（三）拓寬及加固可行性理論分析結(jié)論

在檢測鑒定結(jié)果的基礎(chǔ)上，結(jié)合甲方所提供的原設(shè)計相關(guān)資料，采用橋梁博士等軟件進行建筑物整體建模分析，重點對原有結(jié)構(gòu)的承載力和正常使用兩種極限狀態(tài)進行復(fù)核，以及拓寬1.5m方案的可行性理論分析，從而為下一步加固及拓寬設(shè)計提供依據(jù)。

1.荷載取值

汽車荷載——汽車Ⅰ級。

2.加固方案的可行性理論分析

本橋梁為5孔13米簡支板橋，下部為重力式墩臺。橋梁建于1991年。下部結(jié)構(gòu)使用情況良好，經(jīng)現(xiàn)場檢測，各項指標基本滿足規(guī)范要求。以下主要對上部結(jié)構(gòu)進行驗算。

3.極限狀態(tài)驗算

（1）正常使用極限狀態(tài)驗算

經(jīng)計算，在正常使用階段，跨中部位具有代表性的截面在作用短期效應(yīng)組合并考慮長期作用效應(yīng)影響下的上邊緣和下邊緣的裂縫寬度分別為 0.0mm、0.115mm，0.0mm、0.151mm，0.0mm、0.133mm， 0.0mm、0.116mm，0.0mm、0.134mm，0.0mm、0.152mm，均小于允許裂縫寬度0.2mm，滿足要求。

（2）承載能力極限狀態(tài)驗算

經(jīng)計算，在承載能力極限狀態(tài)，跨中部位具有代表性的截面在作用基本組合效應(yīng)下的抗彎承載力分別為：

989KN＞=939KN；

989KN＜=997KN;1110KN==1110KN

1110KN==1110KN；989KN＜=1110KN

989KN＜=1110KN；

可見，承載能力極限狀態(tài)驗算橋板在最不利組合下跨中的最大彎矩不能滿足要求，需進行加固。

結(jié)論表明：在原有構(gòu)件不更換的前提下，實現(xiàn)50t通行能力是可行的，但為保證結(jié)構(gòu)整體安全，其中部分構(gòu)件必須加固。

四、加固方案的比選

該橋的加固設(shè)計方案主要是圍繞著滿足提高板的抗彎承載能力要求，并兼顧施工與運營期間美觀影響進行取舍，根據(jù)本橋的加固實際情況，對下列一些常用加固方案進行了比選：

（1）增大截面與配筋加固法——該方法能在橋下施工，不影響交通，加固工作量不大，而且加固的效果也較為顯著；要求的現(xiàn)場濕作業(yè)工作量大，施工周期長，養(yǎng)護時間較長，對生產(chǎn)和生活有一定影響，而且構(gòu)件的截面增大后對結(jié)構(gòu)的外觀和橋下凈空也有一定影響；一般多用于板梁橋和拱橋拱肋的加固。

（2）外粘型鋼加固法——該法施工快速，不減小建筑凈空，不影響建筑外觀，不影響橋面鋪裝層的防水構(gòu)造，無現(xiàn)場澆筑混凝土的濕作業(yè)，施工設(shè)備簡單，可有效提高梁的抗彎剛度，而且粘鋼加固后幾乎不增加結(jié)構(gòu)自重；適用于在使用上不允許增大原構(gòu)件截面尺寸，但又要求大幅度提高截面承載能力的混凝土結(jié)構(gòu)，能提高受壓為主構(gòu)件（橋墩、拱肋、桁架桿等）的承載力、剛度及延性，適用的環(huán)境溫度在-20℃～60℃范圍內(nèi)，相對濕度不大于70%及無化學(xué)腐蝕地區(qū)。

（3）外加預(yù)應(yīng)力加固法——該方法施工工藝簡單，干擾交通少，所需設(shè)備簡單，人力投入少，工期短，經(jīng)濟效益明顯，能較大幅度提高或恢復(fù)橋梁的承載能力，對原結(jié)構(gòu)損傷小，可以做到不影響橋下凈空、不增加路面標高；不宜用于處在高濕度環(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu)或混凝土收縮徐變較大的混凝土結(jié)構(gòu)的加固；適用于正截面受彎承載能力不足或正截面受拉區(qū)鋼筋銹蝕的情況，適用于梁抗彎剛度不足導(dǎo)致的梁撓度超過規(guī)范或由于剛度太小導(dǎo)致梁的受拉區(qū)裂縫寬度超過規(guī)范規(guī)定的情況。

（4）改變結(jié)構(gòu)傳力途徑加固法——該法加固效果較好，能大幅度地降低計算彎矩，提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力，達到加強原結(jié)構(gòu)的目的；由于需要在橋下進行操作，或者設(shè)置永久設(shè)施，因此會減小橋下凈空，影響通航及橋梁排洪能力；適用于多跨簡支梁（板）因配筋不足、截面尺寸偏小、橋跨中截面抗彎承載能力明顯不足及下彎撓度過大的情況。

（5）粘貼鋼板加固法——該法快速，不影響結(jié)構(gòu)外形；鋼板自重及剛度較大，施工操作較困難；適用于承受靜力荷載、處于正常溫度和濕度的構(gòu)件加固。

（6）粘貼纖維復(fù)合材加固法——該法高強高效，施工簡捷，施工周期短，施工機具少，操作簡單，具有極佳的耐腐蝕性和耐久性，適用面廣，施工質(zhì)量容易保證，對結(jié)構(gòu)的影響小；但彈性模量低，被加固構(gòu)件的性能提高主要在強度方面，環(huán)氧樹脂的耐火性與耐高溫性能差，延性不足，對于需要較大變形或?qū)拐鹨蟊容^高的結(jié)構(gòu)來說，這一點是十分不利的；適用于鋼筋混凝土受彎、軸心受壓、大偏心受壓及受拉構(gòu)件的加固，不適用于素混凝土構(gòu)件，包括縱向受力鋼筋配筋率低于現(xiàn)行國家標準《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50010-2002）規(guī)定的最小配筋率的構(gòu)件加固，該方法適用于混凝土梁橋、板橋的抗彎和抗剪加固，對于配筋率較低或鋼筋銹蝕嚴重的舊橋，加固效果尤為顯著；還適用于混凝土墩柱的抗剪、抗壓補強、抗震延性補強以及地震破壞后的修復(fù)等。

五、結(jié)論

該橋?qū)嵤┩貙捠强尚械?，但需對其?gòu)件進行加固。故對此有以下建議。⑴橋板若實施加固，其加固費用約為新建費用的70%；⑵拆除原有結(jié)構(gòu)橋板，按標準圖集實施更換。⑶考慮到本工程的特點，經(jīng)綜合比較分析采用以下加固方案：①橋板：采用粘貼纖維復(fù)合材加固法；②橋墩：采用增大截面加固法。

TU

A

1673-0046（2010）5-0159-02