淺談梁橋上部結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)

趙 磊

(黑龍江省隆興公路勘測(cè)設(shè)計(jì)公司)

0 前 言

由于橋梁的設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量、使用壽命、通行的超限車輛以及自然環(huán)境變化等外界因素,已使部分舊橋涵產(chǎn)生了病害,影響了其使用功能。因此,需對(duì)原有橋梁、通道、涵洞調(diào)查,對(duì)其病害和使用狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

1 一般梁橋上部的病害情況

梁橋的主梁有Ⅰ型梁、T型梁、組合式梁、空心板、實(shí)心板等五種形式。據(jù)統(tǒng)計(jì),一般公路梁橋上部構(gòu)造常出現(xiàn)的病害有:橋面鋪裝磨損、欄桿損壞、橋頭跳車、梁板開裂、露筋、梁板變形、移位等。

2 橋梁維修加固方法的選用原則

(1)橋梁加固是一種借加大或修復(fù)橋梁構(gòu)件來提高局部或整座橋梁承載能力或通過能力的措施。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(fù)雜的情況下,才更改其結(jié)構(gòu)。

(2)橋梁維修、加固應(yīng)根據(jù)舊橋的實(shí)際情況、承載能力的減弱程度以及今后的任務(wù)而變。

目前,國(guó)內(nèi)外橋梁普遍采用維修、加固的種類如下。

①對(duì)原結(jié)構(gòu)施加外應(yīng)力(如預(yù)應(yīng)力),以改變?cè)Y(jié)構(gòu)的受力形式,達(dá)到高橋梁剛度和強(qiáng)度。

②改變?cè)Y(jié)構(gòu)的受力體系,使原結(jié)構(gòu)減少受力。

③擴(kuò)大或增加原結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面,以提高原結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度。

④以新的結(jié)構(gòu)代替抵抗應(yīng)力不足的舊結(jié)構(gòu)。

3 主要維修加固形式的設(shè)計(jì)原理

(1)增大截面和鋼筋加固法:當(dāng)梁的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和抗裂性能不足時(shí),通常采用增大構(gòu)件截面、增加配筋、提高配筋率的加固方法。這種方法是在梁底面或側(cè)面加大尺寸,增配主筋,提高梁的有效高度和抗彎強(qiáng)度,從而提高橋梁的承載力。

(2)體外預(yù)應(yīng)力加固法:在需加固梁體的外部(梁底與兩側(cè))設(shè)置鋼筋或鋼絲束,并施加預(yù)應(yīng)力,預(yù)應(yīng)力拉桿與原橋的鋼筋混凝土梁或板等構(gòu)件將組成一個(gè)整體并共同受力工作改善橋梁的受力狀況,達(dá)到提高橋梁承載力的目的。

(3)纖維布粘貼法:采用纖維布加固橋梁結(jié)構(gòu)能最小程度地改變?cè)薪Y(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布,保證在設(shè)計(jì)荷載范圍內(nèi)與原結(jié)構(gòu)共同受力。而且將抗拉性能優(yōu)良的纖維布用粘結(jié)材料粘貼到梁體底面或箱梁內(nèi)壁上,使其與原結(jié)構(gòu)一起參與受力,即纖維布可以與原結(jié)構(gòu)內(nèi)布置的鋼筋一道共同承受拉力,以提高需加固橋梁的承載能力。沿橋梁的主拉應(yīng)力方向(或與裂縫正交方向)粘貼纖維布,兩端分別設(shè)置錨固端,可約束混凝土表面裂紋、防止裂紋再擴(kuò)展,從而達(dá)到提高構(gòu)件抗彎剛度、減少構(gòu)件撓度、改善梁體受力狀態(tài)(變形性能、變形能力)的目的。

(4)橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固法:在舊梁板頂上加鋪一層鋼筋混凝土層,使其與原有主梁形成一個(gè)整體。當(dāng)外力作用到一定程度,新、舊混凝土界面的內(nèi)部結(jié)合力被抵消,新增的橋面加強(qiáng)層與原橋面理論上分離,產(chǎn)生相對(duì)位移趨勢(shì),此時(shí)植筋受拉力和剪力產(chǎn)生的彎矩作用,作用值的大小依賴于界面的粗糙度。如果界面粗糙度足夠,則產(chǎn)生附加的混凝土層間的內(nèi)連鎖作用(包括摩擦力和內(nèi)部結(jié)合力),起到部分抵消外部剪力的功效;同時(shí)由于梁體截面高度、配筋率的增加,提高主梁有效高度和抗壓截面強(qiáng)度、抗彎能力,改善橋梁荷載橫向分布能力,從而達(dá)到提高橋梁的承載能力的目的。

4 加固設(shè)計(jì)的要求及要點(diǎn)

(1)纖維布補(bǔ)強(qiáng)加固的適用范圍較廣,常用于斜、彎、坡及異型結(jié)構(gòu)橋梁的結(jié)構(gòu)外形進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固設(shè)計(jì),特別是當(dāng)箱梁內(nèi)部的作業(yè)空間受到限制、橋梁結(jié)構(gòu)重量及橋下凈空有嚴(yán)格要求的情況。纖維布補(bǔ)強(qiáng)加固能有效地封閉混凝土的裂縫,也不影響加固橋梁結(jié)構(gòu)的外觀。采用纖維布加固橋梁時(shí),因?yàn)槔w維布加固混凝土構(gòu)件主要依靠纖維布與構(gòu)件表面的粘貼效率,所以要求被加固構(gòu)件應(yīng)具有完好的保護(hù)層,即基面平整且具有一定強(qiáng)度。

纖維布加固混凝土構(gòu)件,應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理設(shè)計(jì)纖維布用量,避免構(gòu)件在脆性狀態(tài)下產(chǎn)生破壞,而且纖維用量過多,構(gòu)件延性將有所降低。一般應(yīng)按纖維抗拉強(qiáng)度的 2/3進(jìn)行抗彎承載力計(jì)算。

(2)體外預(yù)應(yīng)力法一般用于加固梁式橋較多,通常包括簡(jiǎn)支梁(T形型梁、少筋微彎板組合梁、n形梁及板梁等)、懸臂梁和連續(xù)梁等,實(shí)際上亦是改變了梁體原有受力體系的加固方法。所以,根據(jù)加固不同的對(duì)象分為預(yù)應(yīng)力拉桿加固和預(yù)應(yīng)力撐桿加固。其中,預(yù)應(yīng)力拉桿加固主要用于受彎構(gòu)件;而預(yù)應(yīng)力撐桿加固法適用于提高軸心受壓以及偏心受壓鋼筋混凝土柱的承載力,如排架樁式橋墩、橋臺(tái)以及拱橋的柱式腹拱墩等。設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)加力方式、構(gòu)件狀況估計(jì)預(yù)應(yīng)力的損失值,預(yù)應(yīng)力的損失值可在具備一定經(jīng)驗(yàn)和資料時(shí)依據(jù)計(jì)算確定。

根據(jù)被加固結(jié)構(gòu)受力要求不同,預(yù)應(yīng)力拉桿加固法又分為三種:水平拉桿、下?lián)问嚼瓧U和組合式拉桿。

水平拉桿適用于正截面受彎承載力不足的加固,同時(shí),可減小梁的撓度,縮小原構(gòu)件的裂縫寬度;下?lián)问嚼瓧U適用于斜截面受剪承載力、正截面受彎承載力均不足的受彎構(gòu)件加固,同時(shí)又可減小梁的撓度,縮小原構(gòu)件的裂縫寬度;組合式拉桿一般用兩根水平拉桿,兩根下?lián)问嚼瓧U,適用于正截面受彎承載力嚴(yán)重不足而斜截面受剪承載力略為不足的加固,同時(shí)亦可減小受彎構(gòu)件的撓度、縮小裂縫的寬度。

(3)增大構(gòu)件截面和配筋加固法廣泛用于橋梁及拱橋拱肋的加固。對(duì)于板梁橋,設(shè)計(jì)主要考慮增設(shè)板梁底面的加強(qiáng)主筋和截面;對(duì)于 T形梁橋除考慮增設(shè)梁底主筋和截面外,還須考慮設(shè)置套箍;對(duì)中等跨徑多跨連續(xù)箱梁橋,主要是在箱內(nèi)澆筑混凝土加厚腹板并配體內(nèi)彎束進(jìn)行加固。

增大截面和配筋對(duì)抗拉強(qiáng)度不足的簡(jiǎn)支梁橋進(jìn)行加固時(shí),可在梁底部(受拉區(qū))或側(cè)面增配補(bǔ)強(qiáng)主筋,或在腹板上增設(shè)補(bǔ)強(qiáng)箍筋,然后噴涂或澆筑混凝土,從而使梁的抗彎截面增大,以提高梁的承載力;對(duì)有主梁下?lián)虾透拱彘_裂等主要病害的中等跨徑連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋加固時(shí),可在維持通車情況下在箱內(nèi)澆筑大批量混凝土配合體內(nèi)束,使整體剛度增強(qiáng),撓曲線和應(yīng)力情況能達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期要求。

采用外包混凝土加固舊橋,其承載力計(jì)算受到原構(gòu)件應(yīng)力應(yīng)變的影響,不能簡(jiǎn)單地作為整體截面,采用有關(guān)公式計(jì)算。在加固計(jì)算中,首先應(yīng)確定加固前構(gòu)件的實(shí)際應(yīng)力、應(yīng)變情況,并考慮新舊混凝土的協(xié)同工作的程度,然后進(jìn)行合理的計(jì)算。

(4)采用橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固法的設(shè)計(jì)計(jì)算前提關(guān)鍵是:補(bǔ)強(qiáng)層與舊橋面(梁板面)結(jié)合程度是否良好,能否成為一個(gè)牢固的整體。計(jì)算厚度時(shí),可計(jì)入扣除磨耗層(2 cm)后的水泥混凝土鋪裝層的厚度。

5 結(jié) 語(yǔ)

橋梁加固的方法一般是較新的工藝,不論采用何種維修加固方案,都要考慮投資少、工效快、不中斷交通、技術(shù)上可行、有較好的耐久性等方面的要求。

[1] 陳開利,王邦楣,林亞超.橋梁工程鑒定與加固手冊(cè)[M].人民交通出版社.

[2] 侯發(fā)亮.建筑結(jié)構(gòu)粘貼加固的理論與實(shí)踐[M].武漢大學(xué)出版社.

[3] 李世華.道路橋梁維修技術(shù)手冊(cè)[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社.