服役橋梁的加固技術(shù)

徐 曼 玲，　王　舜

(中國人民武裝警察部隊(duì) 水電第八支隊(duì)，重慶　401320)

服役橋梁的加固技術(shù)

徐 曼 玲，王舜

(中國人民武裝警察部隊(duì) 水電第八支隊(duì)，重慶401320)

摘要：介紹了官地水電站對外交通公路改造工程A合同段安寧河大橋的加固改造過程，總結(jié)了加固改造的內(nèi)容及原則，對加固改造的方法進(jìn)行了比較分析，可為舊橋加固改造的選擇提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：服役橋梁；舊橋；加固；技術(shù)

隨著交通事業(yè)的迅速發(fā)展，現(xiàn)有橋梁一般均為超負(fù)荷工作，其承載能力和通過能力均不能滿足要求。解決此問題的方案通常有兩種可供選擇：一是重建法或換梁法。前者的做法是將不能滿足承載力要求和通過能力要求的舊梁拆除；而后者是將舊橋的主梁全部換下，架設(shè)強(qiáng)度等級(jí)高的新梁；二是加固法。該法主要是對有缺陷的橋梁進(jìn)行維修和加固。加固法要比其他的方法在施工及造價(jià)方面更具有優(yōu)勢，而且加固法所需的費(fèi)用一般為建新橋的1/10至3/10。顯然，橋梁的加固與維修具有明顯的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

1橋梁加固改造的技術(shù)途徑及設(shè)計(jì)原則

1.1主要技術(shù)途徑

橋梁加固一般是通過對構(gòu)件進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)和結(jié)構(gòu)性能的改善來恢復(fù)或提高現(xiàn)有橋梁的承載能力,以延長其使用年限，適應(yīng)現(xiàn)代交通運(yùn)輸?shù)囊?。其改造的主要技術(shù)途徑有：加強(qiáng)薄弱構(gòu)件、增加輔助構(gòu)件、改變結(jié)構(gòu)體系、減輕恒載、加固墩臺(tái)及基礎(chǔ)等。

1.2加固方案的確定原則

(1)橋梁加固是對橋梁構(gòu)件進(jìn)行維修和加固，以提高局部或整座橋梁的承載能力或通過能力。因此，橋梁的加固改造工作一般是以不改變橋梁原有結(jié)構(gòu)形式為原則，只有在特殊的情況下才改變其原有的結(jié)構(gòu)形式。

(2)橋梁加固有多種形式，需根據(jù)舊橋的使用狀況、承載能力的減弱程度及今后的任務(wù)而具體實(shí)施。

(3)要從投資少、功效快、不中斷交通、技術(shù)上可行、有較好的耐久性等方面確定采用何種加固方案。

2橋梁加固的幾種常用方法

2.1加大截面加固法

在梁底面或側(cè)面增大尺寸，增配主筋，以提高梁的有效高度和抗彎承載力，從而提高梁的承載力，其特點(diǎn)為：

(1)施工時(shí)需對舊梁面進(jìn)行鑿毛以加強(qiáng)新舊混凝土的結(jié)合，但其操作麻煩，工作量大；

(2)加固效果顯著，適用于梁橋及拱橋的加固。

2.2預(yù)應(yīng)力加固法

預(yù)應(yīng)力加固法是采用外加預(yù)應(yīng)力的鋼拉桿對受拉區(qū)進(jìn)行加固，以抵消部分自重應(yīng)力，起到卸載的作用，從而能較大幅度地提高橋梁的承載能力,適用于要求提高承載力、剛度和抗裂性及加固后所占用空間小的橋梁，其優(yōu)點(diǎn)是：

(1)在自重增加很小的情況下，能夠大幅度改善和調(diào)整原結(jié)構(gòu)的受力狀況，提高承重結(jié)構(gòu)的剛度及抗裂性能；

(2)由于承重結(jié)構(gòu)自重增加小，故對墩臺(tái)及基礎(chǔ)受力狀況影響很小，能夠極大地節(jié)省對墩臺(tái)及基礎(chǔ)的加固費(fèi)用；

(3)對橋梁營運(yùn)影響較小，可在不限制通行的條件下進(jìn)行加固施工。

2.3外部粘鋼加固法

外部粘鋼加固法是一種采用化學(xué)粘結(jié)劑將鋼板直接粘貼在混凝土構(gòu)件的受拉緣或薄弱部位，使之與構(gòu)件形成受力整體以提高其承載力、增大延性、剛度,滿足正常使用要求的加固方法。其優(yōu)點(diǎn)是：

(1)不需要破壞被加固的原結(jié)構(gòu)的尺寸；

(2)施工工藝簡單，施工質(zhì)量較易控制；

(3)施工工期短。

2.4粘貼FRP加固法

粘貼FRP加固法是采用高強(qiáng)度或高彈性模量的纖維復(fù)合材料，將專門配置的粘貼樹脂或浸漬樹脂粘貼在橋梁混凝土構(gòu)件表面，使之與原構(gòu)件形成整體共同受力的加固方法。

目前,結(jié)構(gòu)工程中常用的FRP材料有玻璃纖維(GFRP)、碳纖維(CFRP)和芳綸纖維(AFRP)3種，其中以碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)應(yīng)用更多。筆者在文中著重概述了采用CFRP的加固方法及實(shí)際工程應(yīng)用。

碳纖維布纖維方向分為單向和雙向兩種,其中以單向布應(yīng)用為主。碳纖維布具有較高的強(qiáng)度重量比和剛度重量比率、良好的抗疲勞性及高的耐久性、耐腐蝕、熱膨脹系數(shù)低等特點(diǎn)。

與其他加固方法相比,碳纖維布加固技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在:高強(qiáng)、高效,可設(shè)計(jì)性強(qiáng)；基本不改變原結(jié)構(gòu)外觀，不會(huì)對原結(jié)構(gòu)造成損害；運(yùn)輸、儲(chǔ)存、施工更方便、快捷，容易保證施工質(zhì)量而且后期維護(hù)費(fèi)用低；其化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在對氣候的適應(yīng)性、腐蝕性以及抗疲勞性能等方面更加突出。但應(yīng)用此法對橋梁進(jìn)行加固時(shí),應(yīng)充分考慮纖維的方向布置,合理的材料連接方式、連接尺寸、連接位置、粘結(jié)材料的性能指標(biāo)等。尤其是施工過程的質(zhì)量控制一定要按正常的施工程序進(jìn)行,否則將會(huì)影響橋梁加固的效果。

3應(yīng)用實(shí)例

安寧河橋橋長227.4 m，上部結(jié)構(gòu)為11跨、單跨長度為20.2 m簡支普通混凝土T型梁，橋?qū)?1 m，下部結(jié)構(gòu)為雙柱式橋墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。該橋于1990年修建，設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)為汽—20、掛—100。為滿足雅礱江官地水電站的重大件運(yùn)輸(300 t)，決定對該橋進(jìn)行加固處理。經(jīng)過加固處理后的該橋荷載設(shè)計(jì)等級(jí)為公路Ⅰ級(jí)，掛—300級(jí)。

3.1加固前橋梁的病害調(diào)查

在確定加固方案前,對舊橋現(xiàn)狀進(jìn)行了全面調(diào)查。根據(jù)實(shí)際損壞情況，對2～4孔的18片主梁、支座、橋墩(臺(tái))進(jìn)行了細(xì)致的檢查。

3.1.1主梁

施工質(zhì)量較差,各部位尺寸沿跨徑不一致。單根主梁最多發(fā)現(xiàn)裂縫51條,裂縫寬度最寬為4 mm。既有豎直裂縫,也有斜裂縫、水平裂縫,斜裂縫與水平方向夾角為40°～80°。豎向裂縫主要分布在主梁腹板下部(主要在跨中范圍內(nèi))且下寬上窄；斜裂縫主要分布在端部4 m范圍內(nèi)；水平裂縫主要分布在梁端。主梁局部鋼筋外露并有銹蝕。

3.1.2其他

支座附近主梁混凝土有壓碎現(xiàn)象。部分欄桿傾斜，泄水孔堵塞，橋面上梁間隙較大，車輛通過時(shí)振動(dòng)大、噪聲大。

3.2加固設(shè)計(jì)

加固材料采用日本原裝進(jìn)口的、型號(hào)為TU-TH-300的碳纖維片材，設(shè)計(jì)樹脂材料采用與TU-TH-300碳纖維片材相配套的Ha84樹脂。計(jì)算時(shí),考慮到碳纖維片材與主梁混凝土之間的密合性,對材料的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取用折減系數(shù)0.8。經(jīng)計(jì)算,主梁跨中底部碳纖維材料厚度需0.25 mm,故采用2層。

3.3加固要點(diǎn)

碳纖維材料粘貼施工時(shí)應(yīng)從梁底至梁肋頂部方向進(jìn)行。先對混凝土表面作清洗處理,配置并涂刷底層樹脂、配置找平材料并對構(gòu)件表面進(jìn)行清平處理、配置并涂刷浸漬樹脂或粘結(jié)樹脂。粘貼時(shí)碳纖維布應(yīng)與混凝土表面完全密合，粘貼完畢再次對其表面進(jìn)行防護(hù)處理。

3.4評(píng)定

對原有橋梁進(jìn)行現(xiàn)場靜載試驗(yàn)，測定加固后橋梁控制截面的應(yīng)力(應(yīng)變)、撓度等技術(shù)參數(shù)，鑒定其承載能力。經(jīng)過加固處理后，該橋荷載設(shè)計(jì)等級(jí)為公路Ⅰ級(jí)，掛—300級(jí)，依據(jù)橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)范并根據(jù)此荷載下跨中各T梁的最不利內(nèi)力(彎矩)，現(xiàn)場荷載試驗(yàn)通過等效加載方式測得試驗(yàn)斷面中的最不利內(nèi)力值達(dá)到設(shè)計(jì)最不利內(nèi)力值的101%～105%，滿足承載力設(shè)計(jì)要求。

對所測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以看出，碳纖維加固的方法切實(shí)有效，加固后的主梁具有一定的承載潛力。

4結(jié)語

筆者介紹了當(dāng)前舊橋加固的幾種主要方法，

著重探討了碳纖維材料在舊橋加固中的應(yīng)用。通過具體的加固實(shí)例，說明經(jīng)過碳纖維布加固的橋梁構(gòu)件能大幅度提高梁板的抗彎、抗剪性能，并能提高橋梁構(gòu)件的剛度和延性，起到抑制開裂和降低撓度的作用?？梢韵嘈牛哼@種新材料、新工藝在經(jīng)過更多的工程實(shí)踐檢驗(yàn)和完善后會(huì)有更大的應(yīng)用前景。

徐曼玲(1982-)，女，天津市人，工程師，碩士，從事水利水電工程技術(shù)與合同管理工作；

王舜(1981-)，男，重慶長壽人，工程師，學(xué)士，從事水利水電工程施工技術(shù)與合同管理工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

ABSTRACTFirstly , Anning River bridge reinforcement option in Contract A of the access road improvement project of the Guandi hydropower project is described. Then the reinforcement works and the principles are summarized .Finally the comparative analysis on the reinforcement methods is performed , which provides the basis for selection of the existing bridge reinforcement options.

Reinforcement Technology for Existing Bridge

XU ManlingWANG Shun

(The Eighth Detachment of Armed Police Hydropower Troops, Chongqing, 401320,China)

Key words:service ; existing bridge ; reinforcement ; technology

收稿日期:2015-07-10

文章編號(hào):1001-2184(2015)04-0001-02

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

中圖分類號(hào):U445.6;U445.3;U442.5;U447

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