淺談梁式橋上部結(jié)構(gòu)的加固與改造
2015-06-03
橋梁是國家的基礎(chǔ)交通設(shè)施，對國民經(jīng)濟(jì)的建設(shè)與發(fā)展起著舉足輕重的作用。然而，隨著橋梁服役年限的不斷提高，長期荷載作用和自然環(huán)境的影響，大量既有橋梁漸漸進(jìn)入老化期。因此，既有橋梁的檢測、養(yǎng)護(hù)、維修、加固與改造成為擺在橋梁工作者面前的一大問題。下面結(jié)合實(shí)踐中的方法，淺談梁式橋上部結(jié)構(gòu)的加固與改造問題。
梁式橋上部結(jié)構(gòu)的加固，主要從橋梁承受外力因素和橋梁自身狀況兩方面入手。從外力角度出發(fā)，常常是改變原橋結(jié)構(gòu)體系以減少主梁荷載內(nèi)力，從而到達(dá)加固目的；從橋梁自身狀況出發(fā)，往往使用增大主梁截面慣性矩或粘貼加固的方法，提高主梁的承載能力。
1.增大主梁截面慣性矩
由于橋梁修建年代的限制，過去修建的很多橋梁荷載等級設(shè)計偏低，已不能夠滿足現(xiàn)代交通發(fā)展的需求，其中很大部分就是由于截面尺寸設(shè)計偏小。主要途徑有以下幾種：
?。?）加厚橋面板。有些橋梁橋墩和基礎(chǔ)承載能力好，而橋面的截面面積小導(dǎo)致承載力不足。為提高抗彎剛度，可將原來的橋面鋪裝層拆去，在橋面板上新筑鋼筋混凝土加強(qiáng)層，加固后再重新鋪設(shè)橋面鋪裝層。這種方法通過增大截面高度來增大慣性矩，施工簡單方便。但此法較大地增加了橋梁自重，加之下部受拉鋼筋的應(yīng)力強(qiáng)度仍然控制著結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，故常僅適用于中小跨度的橋梁。
?。?）增設(shè)受拉鋼筋。橋面下緣部分為受拉區(qū)，主要利用縱向鋼筋的抗拉性能來承載彎矩。對于承載力不足的橋梁，從梁板結(jié)構(gòu)下部進(jìn)行加強(qiáng)，也是常用加固方法。實(shí)際工程中，將下緣混凝土保護(hù)層除去，切斷箍筋，在原有的縱向鋼筋上焊接或捆扎增設(shè)的鋼筋，然后將箍筋恢復(fù)，最后采用環(huán)氧樹脂混凝土澆筑混凝土保護(hù)層以保護(hù)增設(shè)鋼筋。
?。?）加寬梁的下緣。對于T型截面的梁式橋，常常加寬梁的下緣，增大截面并在受拉區(qū)增設(shè)鋼筋，也能達(dá)到良好的加固效果。
2.粘貼加固
很多橋梁在使用過程中已出現(xiàn)裂縫并正在發(fā)展，為了減小裂縫的發(fā)展，可采用粘貼加固的方法。由于粘貼法具有無需破壞原有結(jié)構(gòu)、幾乎不增大結(jié)構(gòu)尺寸和自重、施工期短、施工成本低、幾乎不影響原橋梁藝術(shù)價值等優(yōu)點(diǎn)，近年來廣泛運(yùn)用于橋梁的加固工程。
最常見的粘結(jié)材料是環(huán)氧樹脂材料，這種材料具有很高的抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度，能夠很好地滿足工程要求。加強(qiáng)材料常使用鋼板（或鋼筋）和碳纖維材料。粘貼鋼板是一種較早使用的辦法，可使鋼板與混凝土整體共同承受外力，提高原結(jié)構(gòu)剛度，減少裂縫發(fā)展，并能增強(qiáng)梁承受正彎矩的能力。碳纖維材料具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、耐腐蝕性好、抗疲勞、抗老化等特點(diǎn)，已越來越多用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的加固上。
粘貼加固施工工藝較簡單，但仍有不少問題需要注意：①必須嚴(yán)格控制環(huán)氧樹脂膠結(jié)材料的配合比，保證加固效果和加固質(zhì)量；②選擇合適的施工溫度，通常適宜在15至30攝氏度溫度下進(jìn)行；③粘貼要均勻，避免氣泡形成空洞而出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象；④采用有效的加壓方式，?？墒褂寐菟ɑ蚰拘ㄟM(jìn)行加壓，保證成型時有足夠的壓力，不會造成加固件脫落下墜的現(xiàn)象。
3.預(yù)應(yīng)力加固
在工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受外荷載之前,對受拉模塊中的鋼筋，施加預(yù)壓應(yīng)力,能提高構(gòu)件的剛度,推遲裂縫出現(xiàn)的時間,增加構(gòu)件的耐久性。為了達(dá)到不同的加固效果，施加預(yù)應(yīng)力的方式不同，主要有以下幾種：
（1）橫向張拉法。在梁下緣部分對稱地布置鋼筋拉桿，離梁端適當(dāng)距離處彎起并錨固于梁端鋼板上，用螺栓垂直于拉桿方向收緊拉桿以產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，則梁受到軸向的預(yù)應(yīng)壓力和由拉桿產(chǎn)生的負(fù)彎矩，能夠抵消部分正彎矩。但由于這種方法拉桿錨固于梁端下部，向上彎起過少，故不能有效減少端部剪力。
?。?）縱向張拉法。不同于橫向張拉法在橫向上施力，縱向張拉法是沿拉桿軸向施以預(yù)應(yīng)力。構(gòu)造上與橫向張拉法最大區(qū)別在于，此法將彎起鋼筋兩頭錨固于梁的頂部或梁的腹板上，利于減小端部剪力。
（3）預(yù)彎梁法。這種方法可先在跨中部分利用支架將原橋頂起并澆筑新橋面板，待新橋面板硬化后將支架下落，同時布置張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋，最后對橋面系施工。這種方法對于減少梁上緣開裂有良好的效果。
4.改變結(jié)構(gòu)體系
構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體系決定了其受力狀況，合理的結(jié)構(gòu)體系能很大程度上增大構(gòu)件承載能力。通過改變橋梁結(jié)構(gòu)體系以減少梁中內(nèi)力、增大梁的抗彎性能是非常有效的加固方法。常見的改造方法有以下幾種：
?。?）簡支梁改為連續(xù)梁，將多跨簡支梁用鋼筋在梁端連接起來成為連續(xù)梁。連續(xù)梁跨中正彎矩小于簡支梁，到達(dá)減小梁中應(yīng)力的目的，大大提高了梁的承載能力。
?。?）單跨簡支梁下增設(shè)橋墩，將靜定梁變?yōu)槌o定梁，減小跨中彎矩。
?。?）在梁下增設(shè)斜腿剛架，為上部結(jié)構(gòu)增加了兩個彈性受壓支承，使原來的單跨梁變成三跨梁。山東省濰河大橋就使用這種方法大大提高原橋承載能力。
?。?）疊合梁，在梁下增設(shè)桁架結(jié)構(gòu)或拱梁結(jié)構(gòu)，與上部結(jié)構(gòu)共同承擔(dān)外力。
橋梁是國家寶貴的財富，對既有橋梁進(jìn)行加固與改造，不僅能夠確保交通順暢和安全，更能為國家?guī)砭薮蟮纳鐣б婧徒?jīng)濟(jì)效益。舊橋的加固與改造也必然成為橋梁工程中重要的課題之一！
