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【摘要】：本文探讨了桥梁加固的方法和原理，供大家参考。
【关键词】：浅析；桥梁；加固；方法
Abstract: This paper discusses the methods and principles of bridge strengthening, for your reference.Key words: analysis; bridges; reinforcement; method
中图分类号：TU7 文献标识码： A文章编号：2095-2104（2012）
针对危桥梁梁的加固是当前工程设计人员必须面对的一个问题,对于不同的桥梁,桥梁的不同结构部分应采取相应的加固措施,在经济的基础上达到改善结构力学性能的目的。
1 现有加固方法
随着对结构分析技术的进步与建筑材料的更新,加固的方法越来越多,下面就当今被广泛采用的方法与施工工艺进行探讨与描述。主要方法有:
1.1 桥面系减载
对大跨度连续刚构而言,恒载在总重量中占有相当大的比重,减小桥跨内桥面的恒载重量,诸如变砼桥面铺装为沥青砼桥面铺装、变砼栏杆系为钢质栏杆系、减薄人行道铺装厚度等能有效地减小跨中挠度。
1.2 扩大或增加原结构构件截面以提高原结构的强度和剛度该方法虽然能提高结构承载力,但也会因而加大结构自重。自重加大产生的内力增量会消抵部分或全部结构承载能力的提高。且新增结构面积或体外施加的预应力与原结构体的界面能否良好结合仍为研究人员主要讨论的问题。
1.3 粘贴碳纤维法
用黏结材料将碳纤维材料有序地缠绕粘贴于构件表面,实现对构件变形的约束并因此提高构件的极限强度和承载能力。在桥梁加固运用中,可粘贴在混凝土梁的顶面或底板上,以提高混凝土梁的截面强度和刚度：也可粘贴在梁的腹板上,以提高其抗剪强度。具体的施工工艺为:a.处理结构混凝土表面,涂敷基底树脂并整平；b.涂刮整平胶并对其表面作砂光处理；c.滚刷粘结剂粘结碳纤维；d.对已贴的碳纤维作压面处理；e.表面整饰(如抹砂浆等)。但碳纤维的抗剪强度低延性差所以其受力不均匀,并且碳纤维容易老化。
1.4 体系转换法
体系转换加固法的原理是以减小控制截面内力为目的,以使结构的承载力大于结构中的内力而进行的加固。一般简支梁的跨中弯矩比相同跨径的连续梁大得多,如果在桥梁加固中,将每两跨简支梁间用结构连续方法相连续,那么二期恒载及活载作用下的跨中弯矩可减小20%～30%,这在活载所占比例大的桥梁中,效果相当显著。但该方法需要对桥梁现状进行正确评价,通过计算分析确定体系转换的方法和施工工艺流程,以达到加固修复桥梁的目的。一般可通过在简支梁下增设支架或桥墩;或把简支梁与简支梁加以连接,使结构由简支变为连续等。具体施工工艺为：a.揭开桥面铺装层,将梁顶保护层凿除,使主筋外露,沿梁顶增设纵向受力主筋,数量根据计算决定；b.浇注端头混凝土；c.拆除或改变原有支座；d.重新做好桥面铺装。该加固方法主要对于大、中简支梁桥的加固,将多跨简支梁的梁端连接起来,变为多跨连续梁,可以有效改善结构的受力状况,提高桥梁的承载能力。
2 加固设计基本原理
在决定对危桥梁梁进行加固之前,首先必须对危桥梁梁进行科学的鉴定分析,确保拟加固桥梁构件处于弹性工作状态,然后收集原设计资料并进行必要的地基勘探,结合现场调查,以区别原桥是否按图施工及有无设计变更,并利用一切可以得到的资料对桥梁进行复核,对现有桥梁各构件的强度、刚度作出合理的评估。同时尽量与可能要发生的路线改造相结合,根据实际情况采用较为经济合理的加固
方法,必要时要进行多种加固方案的分析对比。简单来说加固的最主要目的就是,通过结构构件的加强达到承载力的提高,或者通过改变结构中内力的传递路径来优化结构的内力分布,达到加固的目的。
3 不同部位的加固方法
现有的加固方法各有优劣,对于有不同构件组成的桥梁系统来说,对以部位的构件所适合的加固方法也有较大的差别,下面就桥梁的不同部位所适合的加固方法进行详细的探讨。
3.1 上部结构构件
3.1.1 增大构件截面加固方法。此方法主要适用于跨径较小的桥梁。由于受力钢筋和截面尺寸偏小、旧有构件荷载等级偏低而导致承载力不足。具体方法有增加受力主筋、加大主梁截面尺寸等。增加受力主筋法是在构件底面凿开保护层,让主筋外露,将新植入钢筋与原主筋焊接,并在梁的侧面增加箍筋以提高其抗剪承载力,待钢筋植入后进行保护层的修复。对于T形梁桥一般采用增大梁肋加固法,针对原截面高度不够、面积小而使得原有构件承载力不足,此类加固通常将原有构件下缘加宽、加大,并增设受力主筋；在靠近支座处上弯与主梁(筋)连接。加大主梁截面尺寸一般采取加厚桥面板,以达到增加主梁高度,提高承载力。
3.1.2 粘贴加固法。粘贴加固法主要针对构件承载力不足时采用的加固方法。在需加固构件表面黏合钢板(筋)或碳纤维布等高强材料,通过新增加的高强材料提高构件的承载力。
3.1.3 体外预应力加固法。体外预应力加固法是利用预应力的原理,在构件体外增加预应力束,以提高构件的承载力。
3.1.4 增设纵梁加固法(拓宽改建)。如果墩台地质基础好,具有较大承载力的情况下,可采用此种方法,即增设承载力高而且刚度也大的新纵梁,新、旧梁通过有效的连接,新旧、梁共同受力,使原有梁中所受荷载有所分担,这样使加固后的桥梁承载能力和刚度都有所提高。而且增设的纵梁位于主梁的侧面,还兼有加宽的作用。
3.1.5 改变结构体系加固法。这种加固改造方法是通过对桥梁结构形式的改变,以减少桥梁的拉应力。方法有：改小跨度;把单跨结构改成多跨结构；将多跨的简支梁结构改成多跨连续梁结构,或利用下部结构在梁下增设钢结构、型钢与梁板形成组合结构,从而达到承载力提高的目的。
3.1.6 拱圈增设套拱加固法。在原主拱圈腹面下增设一层新拱圈,即紧贴原拱圈底面上,浇筑或锚喷混凝土新拱圈。此方法工程量比较大,且加固桥如为拱桥结构抗震性较差。因此,遇到拱桥的加固改造更要
多方面考虑后再决定。
3.2 下部结构
3.2.1 扩大基础加固法。此法适用于基础承载力不足或埋深太浅,而墩台又是砖石或混凝土刚性实体式基础时的情况。扩大基础底面积应由地基强度验算确定。
3.2.2 增补桩基加固法。当墩台发生沉陷、桩的深度不足或桩发生倾斜时,采用增补桩基加固是一种常用而有效的方法。这种加固方法是:在桩基的周围补加钻孔桩,或打入钢筋混凝土预制桩,扩大原承台,以此提高基础的承载力,增强基础的稳定。
3.2.3 钢筋混凝土套箍或护套加固法。当桥梁墩台由于基础埋深不够,或因施工质量控制不严等原因导致墩台开裂时,有时会出现贯通裂缝,可采用钢筋混凝土围带或钢箍进行加固。
3.2.4 桥台新建挡墙加固法。由于桥台台背水平土压力过大,引起桥台倾斜,应设法采取平衡桥台后壁的土压力处理,在台背之后加建一挡墙,以抵御过大的土压力。
4 结论
随着我国公路交通事业的快速发展,各级公路的交通量均不断增加,特别是各种超限车辆对公路桥梁造成的损害,使得近几年我国的危桥数量呈快速增长趋势。我国西部地区,由于地区经济原因,大部分桥梁缺乏在役期的维护与保养,在近年来,随着能源开采量的急剧增加,超载现象时有发生,因此众多的桥梁处在“带病服役状态”。那么如何利用现有的技术,在不拆除重建的条件下,通过对旧危桥的维修、加固、改造,使其恢复或提高承载力,确保交通运输的安全是目前急待解决的一个问题。
参考文献:
[1]张伟林.混凝土桥梁加固技术的现状[J].安徽建筑工业学院学报(自然科学版),2004,(3).
[2]刘立刚.混凝土桥梁粘贴加固技术的研究进展[J].公路,2003,(5).
[3]杨松泉,孙强.浅析体系转换法和粘贴碳纤维加固法在桥梁加固中的应用[J].河北建筑工程学院学报,2002,(4).
[4]田町,陈吉艺,杨维国.高速公路桥梁拓宽加固技术与方法研究[J].公路建设与养护,2010,(6).
[5]蔺新艳,曹双寅,张雷顺.碳纤维加固具有初始裂缝的钢筋混凝土梁弯曲裂缝特性试验研究[J].工业建筑,2006,(S1).
【关键词】：浅析；桥梁；加固；方法
Abstract: This paper discusses the methods and principles of bridge strengthening, for your reference.Key words: analysis; bridges; reinforcement; method
中图分类号：TU7 文献标识码： A文章编号：2095-2104（2012）
针对危桥梁梁的加固是当前工程设计人员必须面对的一个问题,对于不同的桥梁,桥梁的不同结构部分应采取相应的加固措施,在经济的基础上达到改善结构力学性能的目的。
1 现有加固方法
随着对结构分析技术的进步与建筑材料的更新,加固的方法越来越多,下面就当今被广泛采用的方法与施工工艺进行探讨与描述。主要方法有:
1.1 桥面系减载
对大跨度连续刚构而言,恒载在总重量中占有相当大的比重,减小桥跨内桥面的恒载重量,诸如变砼桥面铺装为沥青砼桥面铺装、变砼栏杆系为钢质栏杆系、减薄人行道铺装厚度等能有效地减小跨中挠度。
1.2 扩大或增加原结构构件截面以提高原结构的强度和剛度该方法虽然能提高结构承载力,但也会因而加大结构自重。自重加大产生的内力增量会消抵部分或全部结构承载能力的提高。且新增结构面积或体外施加的预应力与原结构体的界面能否良好结合仍为研究人员主要讨论的问题。
1.3 粘贴碳纤维法
用黏结材料将碳纤维材料有序地缠绕粘贴于构件表面,实现对构件变形的约束并因此提高构件的极限强度和承载能力。在桥梁加固运用中,可粘贴在混凝土梁的顶面或底板上,以提高混凝土梁的截面强度和刚度：也可粘贴在梁的腹板上,以提高其抗剪强度。具体的施工工艺为:a.处理结构混凝土表面,涂敷基底树脂并整平；b.涂刮整平胶并对其表面作砂光处理；c.滚刷粘结剂粘结碳纤维；d.对已贴的碳纤维作压面处理；e.表面整饰(如抹砂浆等)。但碳纤维的抗剪强度低延性差所以其受力不均匀,并且碳纤维容易老化。
1.4 体系转换法
体系转换加固法的原理是以减小控制截面内力为目的,以使结构的承载力大于结构中的内力而进行的加固。一般简支梁的跨中弯矩比相同跨径的连续梁大得多,如果在桥梁加固中,将每两跨简支梁间用结构连续方法相连续,那么二期恒载及活载作用下的跨中弯矩可减小20%～30%,这在活载所占比例大的桥梁中,效果相当显著。但该方法需要对桥梁现状进行正确评价,通过计算分析确定体系转换的方法和施工工艺流程,以达到加固修复桥梁的目的。一般可通过在简支梁下增设支架或桥墩;或把简支梁与简支梁加以连接,使结构由简支变为连续等。具体施工工艺为：a.揭开桥面铺装层,将梁顶保护层凿除,使主筋外露,沿梁顶增设纵向受力主筋,数量根据计算决定；b.浇注端头混凝土；c.拆除或改变原有支座；d.重新做好桥面铺装。该加固方法主要对于大、中简支梁桥的加固,将多跨简支梁的梁端连接起来,变为多跨连续梁,可以有效改善结构的受力状况,提高桥梁的承载能力。
2 加固设计基本原理
在决定对危桥梁梁进行加固之前,首先必须对危桥梁梁进行科学的鉴定分析,确保拟加固桥梁构件处于弹性工作状态,然后收集原设计资料并进行必要的地基勘探,结合现场调查,以区别原桥是否按图施工及有无设计变更,并利用一切可以得到的资料对桥梁进行复核,对现有桥梁各构件的强度、刚度作出合理的评估。同时尽量与可能要发生的路线改造相结合,根据实际情况采用较为经济合理的加固
方法,必要时要进行多种加固方案的分析对比。简单来说加固的最主要目的就是,通过结构构件的加强达到承载力的提高,或者通过改变结构中内力的传递路径来优化结构的内力分布,达到加固的目的。
3 不同部位的加固方法
现有的加固方法各有优劣,对于有不同构件组成的桥梁系统来说,对以部位的构件所适合的加固方法也有较大的差别,下面就桥梁的不同部位所适合的加固方法进行详细的探讨。
3.1 上部结构构件
3.1.1 增大构件截面加固方法。此方法主要适用于跨径较小的桥梁。由于受力钢筋和截面尺寸偏小、旧有构件荷载等级偏低而导致承载力不足。具体方法有增加受力主筋、加大主梁截面尺寸等。增加受力主筋法是在构件底面凿开保护层,让主筋外露,将新植入钢筋与原主筋焊接,并在梁的侧面增加箍筋以提高其抗剪承载力,待钢筋植入后进行保护层的修复。对于T形梁桥一般采用增大梁肋加固法,针对原截面高度不够、面积小而使得原有构件承载力不足,此类加固通常将原有构件下缘加宽、加大,并增设受力主筋；在靠近支座处上弯与主梁(筋)连接。加大主梁截面尺寸一般采取加厚桥面板,以达到增加主梁高度,提高承载力。
3.1.2 粘贴加固法。粘贴加固法主要针对构件承载力不足时采用的加固方法。在需加固构件表面黏合钢板(筋)或碳纤维布等高强材料,通过新增加的高强材料提高构件的承载力。
3.1.3 体外预应力加固法。体外预应力加固法是利用预应力的原理,在构件体外增加预应力束,以提高构件的承载力。
3.1.4 增设纵梁加固法(拓宽改建)。如果墩台地质基础好,具有较大承载力的情况下,可采用此种方法,即增设承载力高而且刚度也大的新纵梁,新、旧梁通过有效的连接,新旧、梁共同受力,使原有梁中所受荷载有所分担,这样使加固后的桥梁承载能力和刚度都有所提高。而且增设的纵梁位于主梁的侧面,还兼有加宽的作用。
3.1.5 改变结构体系加固法。这种加固改造方法是通过对桥梁结构形式的改变,以减少桥梁的拉应力。方法有：改小跨度;把单跨结构改成多跨结构；将多跨的简支梁结构改成多跨连续梁结构,或利用下部结构在梁下增设钢结构、型钢与梁板形成组合结构,从而达到承载力提高的目的。
3.1.6 拱圈增设套拱加固法。在原主拱圈腹面下增设一层新拱圈,即紧贴原拱圈底面上,浇筑或锚喷混凝土新拱圈。此方法工程量比较大,且加固桥如为拱桥结构抗震性较差。因此,遇到拱桥的加固改造更要
多方面考虑后再决定。
3.2 下部结构
3.2.1 扩大基础加固法。此法适用于基础承载力不足或埋深太浅,而墩台又是砖石或混凝土刚性实体式基础时的情况。扩大基础底面积应由地基强度验算确定。
3.2.2 增补桩基加固法。当墩台发生沉陷、桩的深度不足或桩发生倾斜时,采用增补桩基加固是一种常用而有效的方法。这种加固方法是:在桩基的周围补加钻孔桩,或打入钢筋混凝土预制桩,扩大原承台,以此提高基础的承载力,增强基础的稳定。
3.2.3 钢筋混凝土套箍或护套加固法。当桥梁墩台由于基础埋深不够,或因施工质量控制不严等原因导致墩台开裂时,有时会出现贯通裂缝,可采用钢筋混凝土围带或钢箍进行加固。
3.2.4 桥台新建挡墙加固法。由于桥台台背水平土压力过大,引起桥台倾斜,应设法采取平衡桥台后壁的土压力处理,在台背之后加建一挡墙,以抵御过大的土压力。
4 结论
随着我国公路交通事业的快速发展,各级公路的交通量均不断增加,特别是各种超限车辆对公路桥梁造成的损害,使得近几年我国的危桥数量呈快速增长趋势。我国西部地区,由于地区经济原因,大部分桥梁缺乏在役期的维护与保养,在近年来,随着能源开采量的急剧增加,超载现象时有发生,因此众多的桥梁处在“带病服役状态”。那么如何利用现有的技术,在不拆除重建的条件下,通过对旧危桥的维修、加固、改造,使其恢复或提高承载力,确保交通运输的安全是目前急待解决的一个问题。
参考文献:
[1]张伟林.混凝土桥梁加固技术的现状[J].安徽建筑工业学院学报(自然科学版),2004,(3).
[2]刘立刚.混凝土桥梁粘贴加固技术的研究进展[J].公路,2003,(5).
[3]杨松泉,孙强.浅析体系转换法和粘贴碳纤维加固法在桥梁加固中的应用[J].河北建筑工程学院学报,2002,(4).
[4]田町,陈吉艺,杨维国.高速公路桥梁拓宽加固技术与方法研究[J].公路建设与养护,2010,(6).
[5]蔺新艳,曹双寅,张雷顺.碳纤维加固具有初始裂缝的钢筋混凝土梁弯曲裂缝特性试验研究[J].工业建筑,2006,(S1).