基于檢測(cè)評(píng)估結(jié)果的大連疏港東橋加固方案研究

畢琛

大連市市政設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 遼寧大連 116000

1 舊橋基本參數(shù)

支線20+20+21+20m 箱梁為鋼筋混凝土連續(xù)箱梁， 梁高1.20m。箱梁跨中位置中腹板厚0.30m，邊腹板厚0.40m，支點(diǎn)位置中腹板厚0.30m，邊腹板加厚至0.60m，箱梁頂板厚0.20m，底板厚0.15m。箱梁采用一次落架施工方法。

根據(jù)前文所述的檢測(cè)結(jié)果，大連疏港東橋普遍出現(xiàn)了損壞、承載能力下降的情況，因此有必要加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)有橋梁結(jié)構(gòu)承載能力提升方面的研究，有計(jì)劃地將現(xiàn)有的橋梁進(jìn)行維修加固，從而延長(zhǎng)橋梁使用壽命。

對(duì)于大連疏港東橋中通常采用的簡(jiǎn)支箱梁、連續(xù)箱梁，一般可以采用外部粘鋼加固法、增大截面積加固法、粘貼碳纖維布加固法三種方法進(jìn)行加固[1]。

2 粘貼碳纖維布法

自從上個(gè)世紀(jì)末期外部粘鋼加固法在橋梁結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域廣泛運(yùn)用以后，研究人員開始用碳纖維布等纖維增強(qiáng)復(fù)合材料來(lái)代替鋼材。

粘貼碳纖維布加固橋梁的方法，是利用特制的混凝土結(jié)構(gòu)膠把碳纖維布粘貼到混凝土表面（在鋼筋混凝土橋梁中通常是下表面受拉區(qū)），這樣就可以充分發(fā)揮碳纖維布的高彈性模量和高抗拉強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)舊橋承載能力提升的目的。

2.1 優(yōu)缺點(diǎn)分析

由于包括碳纖維布在內(nèi)的纖維復(fù)合材料可以取代鋼板的效果，橋梁加固技術(shù)因此有了很大的變化。碳纖維的性能和特性既可以保持各種原材料組分的特點(diǎn)，又有組合以后的新的材料特性，其中微細(xì)碳纖維成分起到加勁增強(qiáng)的作用，而其中的樹脂成分可以粘合碳纖維。該材料強(qiáng)度高（碳纖維抗拉強(qiáng)度高達(dá)3000MPa，遠(yuǎn)高于鋼筋）、質(zhì)量輕（僅為鋼材1/4-1/5）、耐腐蝕，疲勞性能好，且通過(guò)計(jì)算分析將使用量控制在一定范圍內(nèi)時(shí)造價(jià)相對(duì)較低，目前已成熟地運(yùn)用在橋梁工程加固的領(lǐng)域中。

但是該材料也存在不足，主要表現(xiàn)為：

①抗剪強(qiáng)度較低；

②耐火性能不足；

③在實(shí)際工程應(yīng)用中，還需要注意防止碳纖維布的剝落破壞。

作為幾種加固方法中相對(duì)較新的方法，有研究者對(duì)其進(jìn)行了一些試驗(yàn)研究與實(shí)體有限元模擬，均取得了很好的效果[2]。

2.2 分析與討論

從有限元分析結(jié)果來(lái)看，粘貼碳纖維布加固法對(duì)主梁承載能力和剛度的提升具有顯著效果。

對(duì)于主梁的使用階段裂縫寬度這一主要分析指標(biāo)，當(dāng)在箱梁底面粘貼1 層6mm 厚的碳纖維布時(shí)，出現(xiàn)在邊跨跨中主梁位置的最大裂縫寬度從加固前的0.60mm 減小至0.22mm，減小64.00%；當(dāng)用來(lái)加固的碳纖維布增加到2 層時(shí)，出現(xiàn)在邊跨跨中主梁位置的最大裂縫寬度從加固前的0.60mm 減小至0.17mm，減小71.20%；當(dāng)粘貼碳纖維布層數(shù)為3 層時(shí)，出現(xiàn)在邊跨跨中主梁位置的最大裂縫寬度從加固前的0.60mm 減小至0.12mm，減小80.8%。

從撓度角度來(lái)看，當(dāng)加載程度達(dá)到1500kN 時(shí)，主梁跨中最大下?lián)狭繌脑瓨虻?.45mm依次下降到2.70mm（粘貼1層碳纖維布），2.47mm（粘貼2 層碳纖維布）和2.30（粘貼3 層碳纖維布）。

從應(yīng)力方面來(lái)看，主梁截面下緣最大拉應(yīng)力從加固前的2.01MPa 分 別 下 降 到 粘 貼1 層 時(shí) 的1.52MPa， 粘 貼2 層 時(shí) 的1.25MPa，粘貼3 層時(shí)的1.06MPa。

綜上，從使用階段裂縫寬度和最大撓度值兩方面來(lái)看，粘貼碳纖維布加固措施不僅可能夠提升橋梁的使用性能，也可以改善連續(xù)梁的抵抗變形能力。粘貼多層碳纖維布的加固效果好于僅粘貼1 層碳纖維布，但性能的提升與碳纖維布層數(shù)不呈線性關(guān)系，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)并不是粘貼層數(shù)越多越好，而需要根據(jù)實(shí)際工程計(jì)算確定。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，對(duì)于本橋這樣的結(jié)構(gòu)承載能力下降不大的舊橋來(lái)說(shuō)，粘貼1 層6mm 的碳纖維布就足以滿足加固要求。

縱觀前文詳細(xì)分析的混凝土梁加固方法，并查找了相關(guān)研究中的其他梁橋加固方法。

（1）施加體外預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支變連續(xù)法和增大截面法都適用于抗彎能力明顯不足或主梁撓度過(guò)大的橋梁。

（2）外部粘鋼法適用于主梁斜截面抗剪性能不足的橋梁。

（3）粘貼纖維材料方法適用于小幅度提高橋梁承載能力，提高結(jié)構(gòu)剛度的橋梁。

（4）更換主梁法加固法適用于單個(gè)主梁（板）出現(xiàn)嚴(yán)重病害，但其他主梁良好的橋梁結(jié)構(gòu)。

（5）增強(qiáng)橫梁、增設(shè)橫向預(yù)應(yīng)力、加強(qiáng)橋面橫向聯(lián)系適用于梁（板）橫向聯(lián)系不足的橋梁。

（6）耐久性加固法適用于預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁（板）自底面沿縱向預(yù)應(yīng)力鋼束位置開裂的橋梁。

本文關(guān)注的大連疏港東橋全部為鋼筋混凝土梁橋，根據(jù)前文的橋梁狀況結(jié)果與分析結(jié)論，大連疏港東橋全線基本滿足承載能力要求，但主梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了裂縫。

其中本章算例中的支II 線20+20+21+20m 連續(xù)梁結(jié)構(gòu)整體剛度基本滿足要求，承載能力滿足汽- 超20 級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)。該連續(xù)梁承載能力檢算系數(shù)為0.98，接近于1；混凝土結(jié)構(gòu)截面折減系數(shù)為0.97；鋼筋截面折減系數(shù)為1。從這方面看與原結(jié)構(gòu)相比并無(wú)很大程度的惡化，但是考慮到其技術(shù)狀況評(píng)定結(jié)果為5 類，且上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了大量裂縫，說(shuō)明橋梁當(dāng)前的實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況仍然不夠理想，急需采取切實(shí)有效的措施來(lái)實(shí)現(xiàn)提載加固[3]。

目前使用狀態(tài)并不好，耐久性方面表現(xiàn)較差，需要盡快對(duì)大橋進(jìn)行提載加固。

根據(jù)各種加固方法的對(duì)比，梁橋在需要小幅度提高橋梁承載能力，提高結(jié)構(gòu)剛度時(shí)選用粘貼纖維材料法加固更加具有優(yōu)勢(shì)。粘貼纖維材料法加固對(duì)于改善上部結(jié)構(gòu)裂縫也具有顯著的作用。

3 結(jié)語(yǔ)

綜合使用效果分析結(jié)果，并結(jié)合大連疏港東橋的上部結(jié)構(gòu)主要病害為構(gòu)件破損、截面削弱導(dǎo)致承載能力稍有下降并影響外觀這一實(shí)際狀況與現(xiàn)實(shí)需求，本文中的大連疏港東橋可選用粘貼碳纖維布法進(jìn)行加固。