橋梁加(jiā)固設計是一個涉及到(dào)病害診斷、改造決策分析、加固材料與方法選擇、加固(gù)構件設計與計算和養護管(guǎn)理與施工等多學科的係(xì)統問題。
橋梁加(jiā)固設計應充分(fèn)考慮在役橋梁結構的實際情況和(hé)加固受力特點(diǎn)。橋梁結構自重和恒載大,一般均采用帶載加固,即在(zài)不卸(xiè)除結構自重和恒載的情況下(xià)對結構進行加固補強,待後加補強(qiáng)材料與原結構粘結為整體後,開放(fàng)交通允許車輛(liàng)通行。
橋梁加固薄弱構件的承載力計算,必須考慮分階段受力特點。構件自重和不拆除的恒載由原梁承(chéng)擔,車輛荷載(zǎi)及後(hòu)加恒載由加固後的組合截麵承擔。與原梁鋼(gāng)筋(jīn)相比,後加補(bǔ)強材料應(yīng)變(應力)相對滯後,一般情況下,在極限狀態時其應力是(shì)達不到抗拉強度設計值。計算(suàn)結果表明,考慮分(fèn)階段受力的影響,加固構件以原梁鋼(gāng)筋的拉應(yīng)力控製設(shè)計,後加補強材(cái)料拉應(yīng)力較小,不能充分發揮作用。特別是采用的直(zhí)接粘貼高強碳纖維布(bù)(板片)的被(bèi)動加固(gù)方案,後加補強材料的高抗拉性能是很難發(fā)揮作用(yòng),“大(dà)馬(mǎ)拉小車”是一種極大的浪費。橋梁加固構件的設計與(yǔ)計算,應考慮帶載(zǎi)加固分階受力特點,這是橋梁加固設計與新建橋梁設計的最大區別,與一般房屋結構加固設計相比,橋梁加固構(gòu)件受分階段受力的影響程度更為突(tū)出。
從(cóng)技術角度分析,目(mù)前我國橋梁加固設計存在有兩方麵主要問題:
1、擔負大量的中、小橋養護(hù)、維修(xiū)、管理和加固任務(wù)的基層單位,橋(qiáo)梁病害診斷技術力量薄弱,橋梁檢測設備落後。橋梁病害(hài)診斷是(shì)進行橋梁加固設(shè)計的前提和基礎,隻有診斷清楚,才能對症下藥。橋梁檢測是病(bìng)害診(zhěn)斷與分(fèn)析(xī)的(de)重要手段,混凝土結構裂(liè)縫(féng)是反映病害的(de)晴雨表,裂(liè)縫分(fèn)析是橋梁檢(jiǎn)測的主要(yào)內容。
麵對目前我國從事橋梁養(yǎng)護、維修與管理的基層單位的現狀,普及橋梁病害診斷知識,提高裂縫分(fèn)析能力是十(shí)分必(bì)要和緊要的。
2、橋梁加固設計(jì)存在的另一個問題是對橋(qiáo)梁加固(gù)設計的特殊性認識不足,加固設計理念不清,加(jiā)固設計思想不明確。有些橋梁加固(gù)設(shè)計機械地套用新建橋梁的設計(jì)方法 ,忽略了橋梁加固分階段受力特點和結構損傷的影響;個別(bié)加固設計隻做宏觀(guān)定性分析,缺(quē)少科學地定量分析,設計(jì)帶有很大的隨意性。
下麵介紹一下橋(qiáo)梁加固常用的主要方法
1.加大截麵加固法。加大截麵法,人們又把其稱為外包混凝土加固法。其定義(yì)是指采取增大混凝土結構或構築(zhù)物(wù)的截麵麵積(jī),目的是用來提高其承重力和滿足正常使用一種有效的加(jiā)固方法(fǎ)。當鋼筋混凝土受到彎(wān)構件受壓區(qū)加混凝土現澆層時,可以增加截麵(miàn)有效高度,擴大(dà)截(jié)麵麵(miàn)積,最終實現提(tí)高構件的正截麵抗彎,並且(qiě)其斜截麵也(yě)抗剪能力和截麵剛度,起到加固補強的作用。這種加固的方法可以廣(guǎng)泛用於混凝土結構的梁、板、柱等構件(jiàn),以及(jí)一般的構(gòu)築(zhù)物加固。一般條件(jiàn)下,主要是采取加厚(hòu)橋麵板或加大主梁的梁肋(lèi)寬度為主(zhǔ)要方式(shì)方法。
2.體外預應(yīng)力加固法。體外預應力加固法適用於(yú)高應力狀態下的結構,尤其更加適(shì)用於大型結構的加(jiā)固等。並且能夠(gòu)提高承載力、剛度和抗裂性(xìng),而且在加(jiā)固後所占橋梁的空間小。體外預應力法的加(jiā)固原理是施工方在梁(liáng)的下緣初的受拉區地點設置預應力材料,並(bìng)且通過張拉的方式對梁體產生偏心預應力,使梁體發生上拱,抵消部分自重應力,從而(ér)減小了結構變形和裂縫寬(kuān)度、改善了結構受力,提高承載力、剛度和抗裂性及(jí)加固後所占用空間(jiān)小的橋梁。但是這種方法的缺點是局部布索效果明顯,錨頭增多,節(jiē)點構造複雜,施工作業麵要求高等原因使加固鋼桁架整體經濟效益不高。該方法主要適用情況(kuàng)是高(gāo)應力狀態下的(de)結構,或者是大型結構的加固(gù)等情況,也或者是用於控製梁體裂縫及鋼筋疲勞應力幅等情況。
3.體係轉換(huàn)加固法。體係轉換法是改變橋梁結構體係達到減少梁內(nèi)應力,並(bìng)且能夠提高承載能(néng)力的一種加固方法,這是一種平時所說的把被動加固為(wéi)主動(dòng)加固的一種有效方法。改變結構體係加固法是指能夠增設附加構件(jiàn)或能夠進行技術(shù)改造,達到使橋(qiáo)梁的受力體係和(hé)受力狀況發生根本(běn)性的改變,並能夠起(qǐ)到減小其承重(chóng)構件的應力作用,最終達(dá)到提高(gāo)承載能力的目的(de)效果。目前(qián)最常用的(de)體係轉換方(fāng)式(shì)有:梁橋轉換為梁拱組合體係法,增加(jiā)輔助墩法,多跨簡支梁(liáng)轉為先簡支後橋麵連續體係法等。
4.粘貼鋼板加固法。粘貼鋼板(bǎn)加固(gù)法是以粘貼鋼板加固應用。采用粘結劑(jì)和錨栓並且把鋼(gāng)板粘貼錨固於(yú)混凝土結構受拉麵或其它(tā)的薄弱部位,達到(dào)使鋼板與加固混凝土結構形成整(zhěng)體,最終實現提(tí)高結構承載能力的目的。但是該粘貼鋼板加固法有自身的(de)一些缺點,如(rú)在粘貼鋼板加固後還需進行必(bì)要的表麵防護工作,如環氧砂漿(jiāng)或水泥砂漿保護層,鋼板的鏽蝕程度(dù)較難估(gū)計,降低了加固構件的可(kě)靠(kào)性,增加了加固橋梁的後期養護費用(yòng)。但是該方法也經常使用在橋梁的加固中,而這樣的方法還(hái)是表現出一些不錯的優點。如(rú)施工(gōng)簡單、技術可靠、短期(qī)加固效(xiào)果較好且(qiě)工藝成熟並且基本不改變原結構的尺寸。
5.複合(hé)材料加固技術(FRP)。由纖(xiān)維及網型樹脂兩(liǎng)部分構成。目前常用的複合材料有E一玻璃纖維、碳纖(xiān)維、芳(fāng)倫纖三(sān)種,其中又以碳纖維(CFRP)材料應用的最為(wéi)廣泛。采用碳纖維布加固(gù)修(xiū)補橋梁和建築結構技術是一種新型(xíng)的結構加固技術,它是以樹脂類膠結材料為基體,將碳纖維布粘貼固化於(yú)混凝土結構表麵,利用碳纖維的高強度高彈性(xìng)模量來達到對混凝土結構物進行補強和加固,並改善結構受力(lì)狀況的目的。
6.繞絲加(jiā)固法。繞絲加固(gù)法是在被加固構件表(biǎo)麵纏繞(rào)退火鋼絲使被加固的受壓構(gòu)件混(hún)凝土(tǔ)受到約束作用,從而提高其(qí)承載(zǎi)能力和延性的一種直接加(jiā)固方法。該種繞絲加固法具有如下(xià)優點:一是提高鋼筋混凝土構件的(de)斜截麵承(chéng)載力;二是提高軸心受壓構件的正截麵承載力。
7.SRAP加固方法。SRAP加固方法是一種新的(de)導入預應力概念的橋梁加(jiā)固方法。其利用SR增強材料的高強特性和AP樹脂砂漿防腐防水(shuǐ),粘合力強的特(tè)點,通過特殊的(de)方法施加對SR高強材料施加預應力,從而達到(dào)對橋梁的加固。預應力的施加,把膨脹螺栓錨(máo)固於(yú)梁底兩端,軟鋼絲的兩端用螺旋扣環固定於膨脹螺栓上,通(tōng)過把絲扣(kòu)反向的(de)螺旋扣環旋緊施加預應力。