浅议桥梁加固技术_论文发表__墨水学术,论文发表,发表论文,职称论

所属栏目：交通运输论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:190

副标题#e#近年来，随着国民经济的日益增长，交通建设也得到长足的发展，交通运输量大幅度提高，行车密度及车辆载重越来越大，而目前跨河桥梁和高架桥梁的现状却不能不引起人们的关注。现有桥梁中有相当一部分已不能满足使用上的要求，这是世界各国所面临的严峻问题。特别是建造年代久远、病害严重的在役桥梁，受人为损坏和自然灾害的频繁影响，桥梁劣化情况严重，已不能维持正常使用，而采取限重、限速通行措施，有时甚至不得不封闭旧危桥梁。对有缺陷的桥梁进行安全评估和加固补强，使其恢复正常运行，是交通工程中的重要课题。
　　一、桥梁需要加固的原因
　　(1)旧桥梁原有的设计标准低，随着经济日益发展，不能满足现有车辆通行的要求。
　　(2)通行能力不足。主要表现在桥面宽度不足；桥梁平面线形、纵断面线形标准太低；桥上通车净空或桥下通车净空不足。
　　(3)由于设计及施工的缺陷以及各种不利作用(如碳化、冻融、盐害等)使得桥梁结构的混凝土及钢筋腐蚀严重，以及超出设计的洪水、地震、河道不恰当开挖，矿山坑道等，引起桥梁结构的局部损坏。
　　(4)桥梁的使用多年，接近其使用寿命。
　　(5)超负荷使用。由于经济发展迅速等原因，桥梁承受的荷载过大及车流量超出设计值，致使桥梁长期在超重荷载作用下运营。
　　(6)养护维修及加固措施不当。
　　二、常用的桥梁补强加固方法
　　(1)加大截面加固法
　　该法是在原结构基础上再浇筑一定厚度的钢筋混凝土，这是对钢筋混凝土桥梁加固的一种常用的改造技术。加大截面加固法一般采用两种方式:一种是加厚桥面板；另一种是加大主梁梁肋的高度和宽度。该法施工工艺简单、适应性强，并具有成熟的设计和施工经验，适用于较小跨径的T梁桥或板桥的加固。采用此法加固后的桥梁刚度明显提高，承载能力也能取得较好的效果。但现场施工的湿作业时间长，对生产和生活有一定的影响，且加固后的建筑物净空有一定的减小。
　　(2)粘贴钢板加固法
　　该法是以树脂粘接钢板与混凝土的结构加固法，其施工快速、现场无湿作业或仅有抹灰等少量湿作业，对生产和生活影响小，且加固后对原结构外观和原有净空无显著影响。但加固效果在很大程度上取决于胶粘工艺与操作水平，适用于承受静力作用且处于正常湿度环境中的受弯或受拉构件的加固。
　　(3)粘贴碳纤维法
　　该方法是采用专门的树脂将碳纤维步粘贴于混凝土结构受拉表面，使碳纤维布与原结构形成新的受力整体，碳纤维与钢筋共同承受荷载，降低钢筋承受的应力，从而使结构达到加固和补强的目的。粘贴碳纤维加固技术的主要特点有:①几乎不增加结构自重和截面尺寸；②不改变桥下净空高度；③施工方便；④对原结构几乎不会造成新的损伤；⑤具有良好的耐腐蚀性、耐久性和抗疲劳性能:⑥具有优异的力学性能，可有效应用于多种结构补强，包括抗弯、抗剪、抗压、抗震、抗风、控制裂缝和挠度的扩展，增加结构的延性；⑦根据受力分析可进行多层粘贴进行补强，其方向性也可以灵活掌握；⑧碳纤维质地柔软，可在不改变结构外型的前提下补强各种混凝土结构物，加固后可用混凝土砂浆涂敷，或根据要求涂敷各种颜料，使得修复加固不留痕迹。此法适用于对桥下净空要求及结构物外观较高的城市桥梁和一些大桥、特大桥等建筑结构。它的缺陷是弹性模量与强度比值过低；环氧树脂在温度大于60℃时会呈现软化现象，而桥梁一般受到阳光直射，桥面温度大于60℃的可能性很大，同时由于紫外线的作用，也将加速环氧树脂挥发老化，不利于采用树脂胶作粘贴剂。由此，采取有效的温度控制及防紫外线的防护措施也是粘贴纤维加固技术的一个重要环节。
　　(4)体外预应力加固法
　　该法是指对布置于承载结构主体之外的钢束张拉而产生预应力的后张法。体外预应力体系由体外预应力孔管、浆体、锚固体#p#副标题#e#系和转向块等部件组成。体外预应力技术能大大缩短施工工期，能降低被加固构件的应力水平，不仅使加固效果好，而且还能较大幅度地提高结构整体承载力，但加固后对原结构外观有一定影响。适用于大跨度或重型结构的加固以及处于高应力、高应变状态下的混凝土构件的加固。但在无防护的情况下，不能用于温度在60℃以上的环境中，也不宜用于混凝土收缩徐变大的结构。
　　(5)置换混凝土加固法
　　该法的优点与加大截面法相近，且加固后不影响建筑物的净空，但同样存在施工的湿作业时间长的缺点。适用于受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的梁、柱等混凝土承重构件的加固。
　　(6)喷混凝土加固法
　　该法是在原有结构上喷涂一层高品质的混凝土，以恢复对钢筋的保护，提高已剥离或变质的混凝土强度，提供美观表面的功能，是目前常用的维修加固方法。
　　(7)锚栓锚固法。该法适用于混凝土强度等级为C20～C60的混凝土承重结构的改造、加固，不适用于已严重风化的上述结构及轻质结构。
　　(8)增加支承加固法
　　该法简单可靠，但易损害建筑物的原貌和使用功能，并可能减小使用空间。适用于具体条件许可的混凝土结构加固。
　　(9)有粘结外包型钢加固法
　　该法也称湿式外包钢加固法，特点是受力可靠、施工简便、现场工作量较小，但用钢量较大，且不宜在无防护的情况下用于60℃以上的高温场所。适用于使用上不允许显著增大原构件截面尺寸，但又要求大幅度提高其承载能力的混凝土结构加固。
　　(10)绕丝法
　　该法的优缺点与加大截面法相近。适用于混凝土结构构件斜截面承载力不足的加固，或需对受压构件施加横向约束力的场合。
　　三、桥梁加固中的新材料
　　传统的建筑材料(如钢筋、水泥等)已被广泛应用于实际建筑加固工程中，其研究也已经相当成熟，而一些新兴的建筑材料越来越成为当前人们开发应用和研究的热点，它们主要有:
　　(1)碳纤维加强塑料(CFRP)。早在上世纪80年代美国、日本、欧洲就开始用CFRP材料加固修复砼结构。碳纤维加强塑料是碳纤维材料通过一定的制作工艺与特定的树脂材料复合而制成的，其力学特点是应力应变量完全线弹性，不存在屈服点或塑性区。碳纤维材料具有优异的物理力学性能，尤其是高弹性模量型碳纤维，其抗拉强度比钢材大68倍，弹性模量比钢材大1.8～2.6倍。在600℃高温下其性能保持不变，在-180℃低温下仍很柔韧，在酸、碱、盐环境下不发生腐蚀。碳纤维材料的抗拉强度一般应达到3550MPa，弹性模量为2.35×105MPa。碳纤维材料的这些卓越品质，预示了其在对今后大跨径桥梁结构的加固将会发挥着越来越重要的作用，相应地，对其应用研究也将进一步深入。
　　(2)加固用高性能混凝土(HPC)。早在1986年挪威学者首先提出高性能砼的研究，继而西方发达国家投入大量财力、人力致力于高性能混凝土的研究和开发。我国从20世纪90年代初也很快引进了高性能砼这个概念，掀起了高性能砼的研究热潮。国内外的学者和工程技术人员经过10多年努力，在高性能混凝土研究上取得了一定的进展，其中自密实混凝土和绿色高性能混凝土是现行研究的重点方向。由于加固工程所需要的是高强、轻质、耐久及绿色等特性砼的趋势，高性能混凝土的研究将会进一步深入和得到广泛应用。
　　四、桥梁安全评估及加固方法选用原则
　　对桥梁进行加固前，首先要对桥梁的劣化与受损情况进行全面检测，依据受损现状进行安全性评估，确定结构实际承载能力，判断损伤是否对桥梁承载力和耐久性构成威胁。承载力表示结构承受设计荷载的能力，耐久性是指结构的设计寿命。应详细评估其结构现有强度是否能够承受实际荷载，以判定桥梁承载能力的安全性。而在耐久性方面，应综合考虑结构损伤、材质劣化、施工缺陷等状况与周围环境条件，合理判断结构的使用寿命。除了探索#p#副标题#e#桥梁维护加固补强的施工工艺与技术之外，研究桥梁检测与安全性评估方法，建立有效的桥梁检测与预警系统，都是桥梁加固工程中的重要内容。
　　我国目前主要采用检测与计算相结合的方法对桥梁安全的承载力进行评定。用计算方法对桥梁安全的承载力进行评定的过程如下:
　　(1)用实际尺寸计算截面的承载力；
　　(2)计算实际恒载，从截面承载力中减去实际恒载；
　　(3)按设计要求计算实际活载；
　　(4)按下式计算评定系数:
　　式中,Rd为结构抗力、SdG为恒载组合设计值、SdQ为活载组合设计值。
　　桥梁加固是一项严密的系统工程，其包括两大块内容:一是原始基本数据的收集，包括原桥的构造尺寸、材料的实际强度、承重结构破损率及实际断面尺寸等一系列参数，原桥基本数据的收集正确与否直接影响整项加固工程；二是加固三准则的严格执行，这3个加固准则是“恒载应力”准则、“组合应力”准则、“极限承载力”准则。
　　桥梁加固的方法如前所述有多种，对于具体的工程如何选用，应依照以下的原则:
　　(1)采用加固方案之前，须先考虑耗费少、功效快、不中断交通、技术上可行、有较好耐久性等方面的要求。
　　(2)补强加固是通过加大或修复桥梁构件来提高局部或整座桥梁承载能力的措施。因此桥梁加固工作一般以不更改原结构形式为原则，在兼顾经济性的前提下，只有在较复杂的情况下，才可考虑更改结构形式。如果采用补强加固的方式仍不能达到交通运输要求，则必须考虑进行重建桥梁的部分或全部。
　　(3)选择桥梁加固方式时，必须考虑旧桥现状、承载能力减弱的程度以及日后交通量，最好参考已经成功完成补强加固的桥梁的施工。
　　(4)采用扩大或增加桥梁构件断面的方法进行加固前，应考虑增加部分与原有部件的结合效果。
　　随着社会经济的不断发展，交通量的迅猛增加，对桥梁的加固维修需求将越来越大。桥梁加固维修的方法有很多，改造过程中，同一座桥梁，针对不同的部位、不同的构件、不同的改造原因会采用一种或几种不同的方法。但只有采用科学的管理手段和方法，才能保证桥梁加固施工安全以及桥梁安全。