橋梁中的主要加固施工方案
2015-04-23
采取加固的方法提高橋梁承載力、抗彎能力、抗剪能力、荷載等級等是最經(jīng)濟、最簡單和最適用的措施 ,依據(jù)不同的橋梁現(xiàn)狀和加固要求可以采取不同的方法。本文主要介紹工程中常用的幾種方法 ,以與同行交流。
1 橋梁加固改造的技術(shù)途徑及設(shè)計原則
1. 1 主要技術(shù)途徑
橋梁加固一般是通過對構(gòu)件的補強和結(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)代交通運輸?shù)囊?。其改造的主要技術(shù)途徑有:加強薄弱構(gòu)件、增加輔助構(gòu)件、改變結(jié)構(gòu)體系、減輕恒載、加固墩臺及基礎(chǔ)等。
1. 2 加固方案確定原則
一般認為滿足以下條件 ,加固方案才基本可行:比重建新橋可以節(jié)約大量的投資和材料 ,具有明顯的經(jīng)濟效益;橋梁經(jīng)加固改造之后 ,無論結(jié)構(gòu)性能、承載力還是耐久性方面都能達到使用要求; 橋梁的下部結(jié)構(gòu)具有足夠的潛力[1] 。
2 橋梁加固的幾種常見方法
2. 1 加大截面加固法
加大截面法 ,也稱為外包混凝土加固法 ,是用增大混凝土結(jié)構(gòu)物的截面面積和配筋進行加固的一種方法。這種加固方法要求被加固的橋梁下部結(jié)構(gòu)能夠承受更多的自重 ,能夠提供更高的承載力。通常情況下 ,以加厚橋面板或加大主梁的梁肋寬度為主。
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)力的鋼拉桿對結(jié)構(gòu)進行加固的方法 ,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。可分為預(yù)應(yīng)力拉桿加固和預(yù)應(yīng)力撐桿加固 ,其中預(yù)應(yīng)力拉桿加固主要用于受彎構(gòu)件 ,以梁身為錨固體 , 通過預(yù)應(yīng)力張拉對梁的受拉區(qū)域施加外力 ,以抵消結(jié)構(gòu)本身的自重 ,減少車輛荷載作用下的應(yīng)力 , 能夠減少梁體出現(xiàn)過多的裂縫 ,以及減小裂縫寬度。預(yù)應(yīng)力撐桿加固主要用于橋梁下部結(jié)構(gòu)的軸心受壓墩柱 ,但在實踐中橋梁墩柱加固也很少采用這種方法。
2. 3 外部粘鋼加固法
外部粘鋼加固法是一種采用化學粘結(jié)劑將鋼板直接粘貼在混凝土構(gòu)件表面 ,使之與構(gòu)件形成受力整體 ,以提高承載力、增大延性、剛度和滿足正常使用要求的加固方法。
2. 4 粘貼 FRP 加固法
粘貼 FRP 加固法[2]是采用高強度或高彈性模量的纖維復(fù)合材料 ,用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,其中以碳纖維增強復(fù)合材料 (CFRP) 應(yīng)用更多。本文著重概述采用 CFRP 的加固方法及實際工程應(yīng)用。
碳纖維布纖維方向分為單向和雙向2 種 ,其中以單向布應(yīng)用為主。碳纖維布具有高的強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。
當被加固的橋梁結(jié)構(gòu)處于特殊環(huán)境時 ,應(yīng)根據(jù)具體情況選用其他防護材料。目前 ,粘貼碳纖維布加固方法往往輔以裂縫灌漿、封閉等方法。
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:高強高效 ,可設(shè)計性強;基本不改變原結(jié)構(gòu)外觀 ,不會對原結(jié)構(gòu)造成損害;運輸儲存、施工更方便、快捷 ,容易保證施工質(zhì)量而且后期維護費用低;其化學結(jié)構(gòu)穩(wěn)定 ,在耐候性、腐蝕性以及抗疲勞性能等方面更加突出。但應(yīng)用此法對橋梁進行加固時 ,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。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行 ,否則會影響橋梁加固效果。
3 應(yīng)用實例
某橋于上世紀 70 年代初建成:上部構(gòu)造為4 孔跨徑 L = 16. 8 m 的少筋微彎板工字梁組合的裝配式鋼筋混凝土梁結(jié)構(gòu) ,無橫梁 ,橋面凈空為凈 - 7 m + 2 ×0. 25 m ,下部構(gòu)造為鋼筋混凝土雙柱式灌注樁墩及重力式橋臺。
原橋上部構(gòu)造采用 1966 年 1 月出版的《少筋微彎板與工型梁組合的裝配式鋼筋混凝土上部構(gòu)造試用圖紙》,設(shè)計荷載為汽-13 ,拖-60。
3. 1 加固前病害調(diào)查
在確定加固方案前 ,對舊橋現(xiàn)狀進行了全面調(diào)查 ,全橋主梁 4 ×5 片。根據(jù)實際損壞情況 ,對2～4 孔的 15 片主梁、微彎板、支座、橋墩 (臺) 及附屬結(jié)構(gòu)進行了細致的檢查。
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4mm。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8. 5m 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 ,產(chǎn)生銹蝕。
3. 1. 2 其他
微彎板施工質(zhì)量較差 ,底部非常粗糙,局部有細微裂紋。支座為鋼板支座 ,鋼板銹蝕嚴重 ,有大塊蝕塊脫落。支座附近主梁砼有壓碎現(xiàn)象。1 號橋臺錐坡破損 ,3 號橋墩發(fā)現(xiàn)一處空洞現(xiàn)象。部分欄桿傾斜 ,瀉水孔堵塞 ,橋面上梁間隙較大,車輛通過時振動大、噪聲大。
3. 2 加固設(shè)計
根據(jù)調(diào)查情況 ,筆者主要針對主梁進行加固設(shè)計。
主梁采用 CYMAXL3002C 碳纖維片材進行加固 ,主要性能指標有:設(shè)計厚度0.167 mm ;抗拉強度標準偏差 40 MPa ; 抗拉強度標準值
4108 MPa ;抗拉強度平均值4233 MPa ;彈性模量236 GPa。計算中 ,考慮到碳纖維片材與主梁砼之間的密合性 ,對材料的抗拉強度設(shè)計值取用折減系數(shù) 0. 8。經(jīng)計算 ,主梁跨中底部碳纖維材料厚度需 0. 25 mm ,故采用 2 層。加固設(shè)計見圖1 所示。
3. 3 加固要點
(1) 支座更換 采用 5 個液壓千斤頂將整孔梁一端整體同步頂起 ,更換支座。將梁體頂升后,取出原銹蝕支座 ,將墩臺支承墊石處和梁底面清洗干凈 ,去除油垢用環(huán)氧樹脂抹平。支座墊石建議采用樹脂砼 ,以迅速增長強度 ,加快施工進度。
新支座安裝前應(yīng)進行全面檢查和力學性能檢驗, 安裝過程中不能碰撞新支座。新支座重心對準梁的計算支點 ,使支座受力均勻。
(2) 裂縫處治 裂縫寬度 < 0. 2 mm 時采用表面涂抹修復(fù),裂縫寬度 > 0. 2 mm 時采用化學灌漿修復(fù)。
(3) 碳纖維材料粘貼 施工時應(yīng)從梁底至梁肋頂部方向進行。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)件表面進行清平處理、配置并涂刷浸漬樹脂或粘結(jié)樹脂。粘貼時碳纖維布應(yīng)與砼表面完全密合 ,粘貼完畢再對其表面進行防護處理。
3. 4 評定
對原有橋梁進行汽220 荷載的靜載試驗 ,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[3] 。
由所測數(shù)據(jù)分析看出 ,碳纖維加固少筋微彎板工型組合梁的方法切實有效 ,經(jīng)加固后的主梁具有一定承載潛力。
4 結(jié)語
本文介紹了當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)件剛度和延性 ,起到抑制開裂和降低撓度的作用。相信這種新材料、新工藝經(jīng)過更多的工程實踐檢驗和完善,會有更大的應(yīng)用前景。
