鋼筋混凝土與預應力混凝土橋梁的加固
2010-11-22
各種鋼筋混凝土和預應力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)在我國公路建設中被大量采用。近年來，隨著交通量的迅猛增長和車輛的重型化，許多原設計標準較低的橋梁承載力明顯不足；一些橋梁受各種病害影響發(fā)生強度、剛度降低；還有許多立交橋的梁跨結(jié)構(gòu)被超高車撞壞，混凝土大塊脫落，主筋被撞彎甚至折斷，嚴重威脅運營安全。當梁的結(jié)構(gòu)構(gòu)件不能提供足夠的強度和使用性能時， 必須進行加固。根據(jù)實際情況，可選用不同加固方法，如預應力加固、噴射混凝土加固、聚合物浸漬加固、粘鋼加固、粘FRP 板加固等。其中粘鋼加固由于具有方便快速、增加自重少、所需施工場地小等優(yōu)點，因而得到廣泛的應用。
同時，粘FRP板加固技術(shù)在近來也得到了大力的推廣，F(xiàn)RP（Fiber Reinforced Plastic）為纖維增強塑料，它具有與混凝土的線脹系數(shù)接近、比強度高、耐腐蝕性強、電磁絕緣性能好，易于成型和粘貼， 可用于不規(guī)則平面的加固等優(yōu)點。
1、加大截面加固法
加大截面加固法、顧名思義， 是采用同種材料——鋼筋混凝土，來增大原混結(jié)構(gòu)截面面積， 達到提高結(jié)構(gòu)承載力的目的?；疽笫牵?原結(jié)構(gòu)結(jié)合面基層應堅實， 表面應粗糙、清潔， 新澆混凝土收縮小， 粘結(jié)性能好。在梁底分段剝開縱向鋼筋的保護層，焊上短鋼筋后再焊上新增受力鋼筋，新加受力鋼筋與原受力鋼筋比較靠近，通過焊接短筋進行連接，短筋直徑應不小于5d，間距不大于500mm.
混凝土梁底面暴露出主筋工作量大，施工操作復雜， 且對原梁有一不定期的損傷?，F(xiàn)場濕作業(yè)工作量大，養(yǎng)護期長，對生產(chǎn)和生活有一定的影響，截面增大對結(jié)構(gòu)外觀及凈空也有一定的影響。該法施工工藝簡單， 適應性強， 并具有成熟的設計和施工經(jīng)驗； 適用于梁、板、柱、墻和一般構(gòu)造物的混凝土的加固；但現(xiàn)場施工的濕作業(yè)時間長，對生產(chǎn)生活有一定的影響，且加固后的建筑物凈空有一定的減小。
2、預應力加固法
預應力加固法是采用外加預應力鋼拉桿多結(jié)構(gòu)構(gòu)件或整體進行加固的方法，特點是通過預應力手段強迫后加部分——拉桿或撐桿受力，改變原結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布并降低原結(jié)構(gòu)應力水平，致使一般加固結(jié)構(gòu)中所特有的應力滯后現(xiàn)象得以完全消除。因此， 后加部分與原結(jié)構(gòu)能更好的共同工作，結(jié)構(gòu)的總體承載力可顯著的提高。預應力加固法具有加固、卸載、改變結(jié)構(gòu)內(nèi)力的三重效果。
預應力加固法具有下述優(yōu)點：
由于鋼絞線的強度高，當需要拉桿承受較大內(nèi)力時，材料面積也不需要很大，施工起來比較方便。 由于張拉應力高， 預應力損失所占比例小， 所以長期預應力效果好。 端部錨固有現(xiàn)成的夾具可以利用，不需現(xiàn)場燒電焊， 適用范圍廣。 鋼絞線的柔性好，很容易形成設計形狀、施工起來方便。 由于鋼絞線的長度長，可以采用連續(xù)跨加固， 加強了結(jié)構(gòu)的整體性。
3、 粘鋼加固法
粘鋼加固法是在混凝土構(gòu)件表面用特制的建筑結(jié)構(gòu)膠粘貼鋼板，以提高承載力的一種加固法?；炷两Y(jié)構(gòu)加固用膠、強度高， 粘結(jié)力強，耐老化，彈性模量高，線膨脹系數(shù)小，具有一定的彈性，膠本身強度及其粘結(jié)強度總是大于混凝土的強度。與其他加固方法相比，粘鋼加固技術(shù)有其獨特的優(yōu)點，如不減小建筑凈空、不影響建筑外立面， 不影響結(jié)構(gòu)或防水構(gòu)造，施工時對生產(chǎn)影響較小，無現(xiàn)場澆注混凝土的濕作業(yè)，施工設備簡單，可有效的提高梁的抗彎剛度，粘鋼加固后幾乎不增加結(jié)構(gòu)自重，因此不會引起基礎等其它構(gòu)件的連鎖加固。
采用粘鋼技術(shù)加固砼梁，技術(shù)可靠，工藝簡單，不增加結(jié)構(gòu)自重，不會引起基礎等其他構(gòu)件的連續(xù)加固， 不影響建筑使用功能。施工靈活，不占獨立工期，做到了對建筑質(zhì)量缺陷的處理， 不影響施工進度。具有明顯的社會效益和經(jīng)濟效益。
該法施工快速、現(xiàn)場無濕作業(yè)或僅有抹灰等少量濕作業(yè)，對生產(chǎn)和生活影響小，且加固后對原結(jié)構(gòu)外觀和原有凈空無顯著影響，但加固效果在很大程度上取決于膠粘工藝與操作水平；適用于承受靜力作用且處于正常濕度環(huán)境中的受彎或受拉構(gòu)件的加固。
4、粘FRP板加固法
粘F R P 板的施工工藝分以下幾個步驟：
首先用噴砂機打磨砼表面， 去掉1-2mm 表面疏松層；然后用噴氣機清除混凝土表面的混凝土碎裂屑；環(huán)氧樹脂和固化劑按一定的比例混合，然后均勻地涂于FRP 板的板面和混凝土梁的表面上，粘貼時要趕出氣泡并壓平；粘貼后對粘貼面施加壓力， 直到粘結(jié)劑養(yǎng)護完成。
本文建議粘FRS 板加固用的FRP 板的厚度取為2 — 4m，且FRP 板與加固的梁等長。從加固的效果出發(fā)，進行抗彎加固時，宜在梁的受拉面粘貼FRP 板，進行抗剪加固時，宜在梁的底面和側(cè)面粘貼的FRP 板以形成U 型加固方案，提高試件的延性。為了保證加固梁的FRP板與混凝土在使用過程中粘結(jié)完好， 還可在FRP 的端部采用錨固加強措施。
FRP 板直到破壞均表現(xiàn)出線彈性特征，其力學性能與加固纖維的種類和纖維的排列方向有關，因而可通過改變纖維的排列方向得到某一特定方向上最大的材料強度。粘FRP 板進行抗彎加固和抗剪加固的效果均與FRP 板纖維的布置方向有關。
由粘FRP 的抗彎加固和抗剪加固的試驗研究可知：在對梁進行加固時，一般可同時提高梁的受彎承載力和受剪承載力，亦即抗彎加固和抗剪加固是相關聯(lián)的。在進行結(jié)構(gòu)加固時，應針對結(jié)構(gòu)的具體情況，重點進行某一方面的加固。
由于F R P 板應力應變曲線沒有屈服平臺，存在脆性性能，因而加固梁板 的延性問題被提出來了，但只要設計合理，粘FRP 板加固梁的延性可以得到滿足。且粘FRP 板加固對提高隨重復荷載的構(gòu)件（如吊車梁）的正截面和斜截面疲勞強度效果都較好，尤其是對斜截面疲勞強度的提高效果更大。粘FRP 板不僅可用于梁的加固，而且可用于樁和砌體的加固；還可用于新結(jié)構(gòu)的設計。通過改進FRP 板的材料性能和粘結(jié)劑的性能可進一步提高粘F R P 板的加固效果。粘F R P 板技術(shù)是一種有效的結(jié)構(gòu)加固形式。
5、結(jié)語
由于交通量的增大，荷載等級的提高，以及使用年限等因素，各地病態(tài)混凝土橋梁不斷增加，橋梁檢測及加固有很大的工作量，以上幾個混凝土橋梁加固辦法，移動方便、穩(wěn)定安全，適用于鋼筋和預應力混凝土橋梁構(gòu)造的加固，而橋梁加固本身就有其重要的社會意義和經(jīng)濟價值，更有對施工方法、建筑材料不斷創(chuàng)新之需求，值得我們建筑行業(yè)人士努力探究。
