路橋工程中橋梁上部結(jié)構(gòu)加固技術(shù)探討

【摘 要】作者結(jié)合多年工作經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)加固的方法進(jìn)行了簡(jiǎn)要論述，主要總結(jié)了四種類型包括：增大截面、粘貼加固、提外預(yù)應(yīng)力加固及改變結(jié)構(gòu)體系等方法，并對(duì)各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件進(jìn)行分析，為橋梁結(jié)構(gòu)的加固及改造提供參考。

【關(guān)鍵詞】橋梁；上部結(jié)構(gòu)；加固；改造

引 言

橋梁是公路的重要組成部分，橋梁的質(zhì)量直接影響著行車安全和公路的暢通。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，各種重型車輛不斷出現(xiàn)，公路橋梁的負(fù)荷也日趨加重，有相當(dāng)數(shù)量的橋梁處于超期運(yùn)營狀態(tài)，加之舊橋部分結(jié)構(gòu)老化、破損、開裂嚴(yán)重，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的安全性、適用性及耐久性產(chǎn)生了很大的影響，不同程度地造成橋梁承載力降低甚至喪失，嚴(yán)重危及橋梁的安全運(yùn)營。因此，如何對(duì)舊橋和危橋進(jìn)行處理就成為目前所面臨的重要問題。

如果將舊橋拆除新建，不僅耗資巨大，而且影響交通，給國家造成的經(jīng)濟(jì)損失將是巨大的，為我國的國情與財(cái)力所不容。而橋梁的加固費(fèi)用僅為新建費(fèi)用的10％-20％，采取有效的加固和改造措施，提高橋梁的承載能力，延長其使用年限，以滿足現(xiàn)代交通對(duì)橋梁的客觀要求，也不失為一種解決問題的辦法。國外的統(tǒng)計(jì)資料也表明，一些交通發(fā)達(dá)國家的橋梁建設(shè)重點(diǎn)已經(jīng)轉(zhuǎn)移到了舊橋的加固與改造方面。

1、增大構(gòu)件截面加固技術(shù)

1.1橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固技術(shù)

橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固法是將原有橋面鋪裝層拆除，在梁頂面(橋面)上加鋪一層鋼筋混凝土面層，通過一定的工藝和結(jié)構(gòu)措施，使其與原有主梁形成整體，達(dá)到加厚主梁高度、增大梁的抗壓截面以及提高橋梁抗彎剛度的目的，提高橋梁的承載能力和變形能力。

1.2增大主梁截面和配筋加固技術(shù)

當(dāng)原橋截面過小，下緣拉應(yīng)力超過容許值導(dǎo)致承載力不足，而橋下凈空又允許時(shí)，可以采用增大主梁截面和配筋加固法，即將主梁截面加寬、加高以擴(kuò)大截面，并在新混凝土截面中增設(shè)受力鋼筋。對(duì)T形截面梁可采用底面及側(cè)面同時(shí)加大寬度，或者截面下緣局部加大形成馬蹄形的方式增加截面，從而達(dá)到加固的目的。

1.3噴射混凝土加固技術(shù)

噴射混凝土加固一般不需要立模，也不需要振搗，依靠高速度的噴射將混合料連續(xù)噴敷在受噴面上即可，具有施工簡(jiǎn)單、快速、經(jīng)濟(jì)、不影響車輛通行等優(yōu)點(diǎn)。采用噴射混凝土代替?zhèn)鹘y(tǒng)的澆筑混凝土，就可以解決傳統(tǒng)加固方法所遇到的問題，因而具有比較大的研究推廣和應(yīng)用價(jià)值。

目前實(shí)際工程當(dāng)中通常采用噴射合成纖維混凝土進(jìn)行加固，在噴射混凝土中摻入三維分布的合成纖維來改善混凝土性能。噴射合成纖維混凝土除具有噴射混凝士抗壓、抗拉、抗剪、抗彎、粘結(jié)強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)外，還具備良好的抗裂阻裂性能、抗沖擊性能、耐磨耐腐蝕性能、抗?jié)B抗凍融性能以及較好的抗疲勞性和抗碎裂性。

增大構(gòu)件截面加固技術(shù)適應(yīng)性比較強(qiáng)，且具有成熟的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)，適用于較小跨徑的T梁橋或板橋的加固。

2、粘貼加固技術(shù)

2.1粘貼鋼板加固技術(shù)

粘貼鋼板加固技術(shù)是20世紀(jì)60年代末70年代初由法國、南非等國家率先應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)加固的，隨后瑞士、日本、英國等也相繼開始使用。粘貼鋼板加固法有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和先進(jìn)性，主要包括：1)堅(jiān)固耐用；2)施工快速、簡(jiǎn)潔；3)結(jié)構(gòu)輕巧、外形不變；4)靈活多樣；5)經(jīng)濟(jì)安全。

因此，粘貼鋼板加固法在許多情況下替代了增大截面加固技術(shù)。然而，隨著加固技術(shù)的不斷研究和發(fā)展，粘貼鋼板加固技術(shù)的不足也日益顯現(xiàn)，主要表現(xiàn)在：1)鋼板因遭受污染大氣侵蝕等原因造成各種化學(xué)腐蝕而影響其加固效果，這使得后期的養(yǎng)護(hù)問題變得異常突出；2)由于鋼板剛度較大、施工誤差等原因使得結(jié)構(gòu)在使用過程中容易在粘結(jié)面上發(fā)生剝離脫空，特別是鋼板端部更容易發(fā)生剝離破壞，因而加固設(shè)計(jì)時(shí)一般需附加螺栓加以輔助錨固，這從一定程度上增加了施工難度并對(duì)原結(jié)構(gòu)造成一定程度的損傷，導(dǎo)致粘貼鋼板結(jié)構(gòu)的抗疲勞性能不佳。為此，一種新型的粘貼纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(FI)加固技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

2.2粘貼FI加固技術(shù)

FRP材料是以連續(xù)纖維浸漬在用于粘合纖維的聚合物中硬化后形成的。目前常用的FRP材料主要有玻璃纖維(GFRP)、碳纖維(CFRP)和芳綸纖維(AFRP)，其中CFRP以其優(yōu)異的物理力學(xué)性能而在FRP材料中備受推崇，并日益得到更為廣泛的應(yīng)用。

與傳統(tǒng)加固方法比較，CFRP加固方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：1)材料具有很高的抗拉強(qiáng)度，而且自重小，比強(qiáng)度高。2)耐久性和抗腐蝕性能好。3)抗疲勞能力強(qiáng)。4)適應(yīng)性強(qiáng)，適用面廣。5)施工便捷。

3、體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)

體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的實(shí)質(zhì)是以粗鋼筋或鋼絞線等高強(qiáng)鋼材作為施力工具，對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)施加體外預(yù)應(yīng)力，以預(yù)加力產(chǎn)生的反彎矩抵消部分外荷載產(chǎn)生的內(nèi)力，從而達(dá)到改善舊橋使用性能并提高其極限承載能力的目的。

體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)早期曾應(yīng)用于加固工業(yè)與民用建筑，前蘇聯(lián)在這方面做了較多工作。但由于預(yù)應(yīng)力筋轉(zhuǎn)向塊構(gòu)造設(shè)計(jì)困難、耐腐蝕性差，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固橋梁的維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用很高，未能體現(xiàn)其工程應(yīng)用上的優(yōu)越性，因而在20世紀(jì)60年代前未能在橋梁工程中得到推廣。

由于體外預(yù)應(yīng)力體系布置靈活，不僅可用來加固簡(jiǎn)支梁橋和連續(xù)梁橋，還可用來加固拱橋和剛構(gòu)橋等；不僅可用來改善梁的抗彎性能，還可用來改善構(gòu)件的抗剪性能；不僅可用來進(jìn)行整體橋梁加固，而且可用于橋梁局部加固；不僅可用來加固橋梁的上部結(jié)構(gòu)，也能用于加固橋墩及索塔等部位，具有良好的加固效果及廣闊的應(yīng)用前景。

4、改變結(jié)構(gòu)體系加固技術(shù)

4.1簡(jiǎn)支梁變連續(xù)梁加固技術(shù)

采用在簡(jiǎn)支梁下增設(shè)臨時(shí)支墩，變單跨簡(jiǎn)支梁為多跨連續(xù)梁，或把相鄰的簡(jiǎn)支梁端部用一定構(gòu)造加以連接的方法，可改變?cè)薪Y(jié)構(gòu)的受力體系。變簡(jiǎn)支體系為連續(xù)體系，可以降低主梁截面最大彎矩，改善結(jié)構(gòu)的受力狀況，提高橋梁的承載能力。

4.2加勁梁或疊合梁加固技術(shù)

采用加勁梁或疊合梁以增強(qiáng)主梁的承載能力，也是常用的改變結(jié)構(gòu)體系的一種加固法。采用加勁梁或疊合梁加固時(shí)，應(yīng)根據(jù)加固時(shí)結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換的實(shí)際受力狀態(tài)，分清主次，進(jìn)行合理的抽象和簡(jiǎn)化，得出計(jì)算圖式，進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。因?qū)嶋H結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，各種結(jié)構(gòu)部分之間存在著多種多樣的聯(lián)系，而決定聯(lián)系性質(zhì)的主要因素是結(jié)構(gòu)各部分的剛度比值。故新舊結(jié)構(gòu)體系可依據(jù)相對(duì)剛度大小分解為基本部分和附屬部分，以分開計(jì)算其內(nèi)力，如分成主梁和次梁、主跨與附跨，并注意略去結(jié)構(gòu)的次要變形，從而獲得較簡(jiǎn)明的力學(xué)圖式。

除此以外，還有很多其他改變結(jié)構(gòu)體系的方法，如增設(shè)支架或橋墩、改橋?yàn)楹取．?dāng)然，這些方法往往都需要在橋下操作，有時(shí)還要設(shè)置永久設(shè)施，會(huì)影響橋下凈空，因此僅適合在不影響通航及橋梁排洪能力的情況下使用。

5 結(jié)語

改革開放以來，我國交通運(yùn)輸業(yè)迅猛發(fā)展，加強(qiáng)既有橋梁的補(bǔ)強(qiáng)加固、保障公路橋梁的安全運(yùn)營已成為交通管理部門關(guān)注的重點(diǎn)。橋梁加固技術(shù)以其特有的安全、經(jīng)濟(jì)、方便、快捷等特點(diǎn)得到世界各國的廣泛采用。