公路工程桥梁加固技术

1 桥梁需要加固的原因
桥梁是公路的咽喉,其使用功能的好坏直接影响整条线路的畅通,既有公路中设计标准较低的桥梁严重制约了公路运输事业的发展。我国公路桥梁 的设计标准随着国民经济的发展而不断提高:设计 荷载由汽- 6 、汽- 8 、汽- 10、汽- 13 发展到汽- 15、汽- 20 及汽- 超20 级;验算荷载也由拖- 30、拖- 60 、拖- 80 发展到挂- 100 和挂- 120。据调查,全国在20 世纪80 年代前建成的国道、省道和县级公路中永久性大、中型桥梁的设计荷载达到汽- 20 级、挂- 100 标准的仅占6. 53 % ,汽- l0 、履- 50 及以下荷载标准的桥梁占9. 17 % ,其余84. 3 %的桥梁基本上是汽- 13 级和汽- 15 级标准。由此可见,既有桥梁已不能适应当前的设计标准要求。同时,随着国民经济的发展,交通量和车辆载重不断加大,公路交通的负荷日趋增大,使部分早期设计修建的桥梁的既有损伤不断加重,加速了桥梁的老化、破损。特别是修建年代早、设计标准低的桥梁,病害严重, 已不能维持正常使用,而只能限速限载通行,甚至不得不关闭交通,严重影响和制约了交通运输和地方经济的发展。
受资金和材料资源的限制,上述桥梁不可能全部拆除重建,而期望尽量利用既有桥梁,通过技术手段对旧桥进行技术改造,恢复和提高其承载能力。
2 梁式桥上部结构改造技术
梁式桥上部结构加固改造技术主要有以下几种: ①扩大和增加原结构构件截面,以提高原结构的强度和刚度; ②以新的结构代替原抗力不足的结构; ③改变原结构的受力体系,使原结构受力减少; ④对原结构施加预应力,改善原结构的受力性能。 其中,前三项为常规加固技术。
2. 1 　常规加固技术
常规加固技术的具体内容及优缺点见表1。

技术名称		技术内容	适用范围	优缺点
增大主梁截面法	增加主梁法	凿开梁肋下缘砼保护层,露出原底层主筋,将原箍筋切断拉直后在主筋下缘增焊受力主筋,再重新浇筑保护层砼,以增大受力钢筋的截面	适用于受力主筋截面不足且桥下净空受限,不允许增加梁高的情况	不减小桥下净空,但需截断并接长箍筋,对结构的损伤较大,导致施工中的不安全因素增多,且施工工艺较复杂
	加厚桥面板法	凿除原桥面铺装层,桥面板经凿毛洗净并每隔一定间距设置剪力槽或剪力键,再现浇一层新的钢筋砼铺装层	适用于允许中断交通的小跨径T 梁或板梁桥	施工时桥上交通受阻,不允许中断交通的桥梁不宜采用;将增加结构自重产生的弯矩,结构的承载力提高不显著
	增大梁肋混凝土截面法	将结合部位的砼凿毛洗净后,每隔一定间距露出原主筋,增设箍筋将新、旧主筋牢固连接,再挂模浇筑新增梁肋马蹄形砼	适用于桥下净空较高,允许增加主梁高度的情况	将减小桥下净空,对于要求桥下净空的桥梁无法组织实施且对桥梁的外观影响较大,不适于城市桥梁
外部粘结加固	粘贴钢板	对粘贴部位砼和粘贴用钢板进行表面处理后,用环氧树脂胶浆将钢板粘贴在砼表面,并加压成型,使钢板密贴砼表面,以提高梁的抗弯、抗剪能力		粘贴钢板加工成型较困难,需要一定的支护设备,而且在长期使用过程中维修保养工作量大,粘结材料的耐久性能也值得重视
	粘贴 玻璃钢	对粘贴部位砼和粘贴用钢板进行表面处理后,用环氧树脂胶浆将多层玻璃纤维布压铺成玻璃钢(其间可放高强钢丝排栅) ,然后将成型玻璃钢粘贴在构件下表面	特别适用于重型车辆或大型设备过桥时的临时加固处理	玻璃钢的弹性模量较砼低,在荷载作用下产生的变形较大,且玻璃钢在恶劣环境下的老化问题较突出
	粘贴钢筋	对粘贴部位砼和粘贴用钢板进行表面处理后,用环氧树脂胶浆将点焊成排栅的钢筋粘贴在砼表面,并对钢筋作防护处理,以提高梁的抗弯能力
增加辅助构件法	增加主梁	在新增主梁位置将原桥面凿开,切断原横隔梁,利用原结构挂设模板,现浇钢筋砼主梁,并连通原横隔梁,保证新旧结构成为整体,共同受力	适用于主体结构基本完好、而承载力不能满足要求的情况	必须中断交通,且工艺复杂,工程量大,对原结构的损伤较大
	增加 横隔梁	在新增横隔梁部位的主梁上钻孔,设置贯通全桥宽的钢筋,并设法固定钢筋,待将与主梁结合处的砼凿毛、清洗后挂模浇筑	适用于因横向联系较差而降低承载力的桥梁上部结构
改变结构体系法	八字撑 架加固	在简支桥孔设置钢制或钢筋砼制八字撑架,为原桥上部结构增设两个支承,使原一跨简支梁变为三跨连续梁	适用于建在不通航河道上的桥梁上部结构	对桥下净空影响非常大,极不适于城市桥梁的加固,当建筑高度较大时,其工程量较大
	连续体 系加固	将原多跨简支梁的梁端翼缘连接起来,使受力体系由原来的简支转变为连续,从而改善结构的受力性能	适用于原简支梁跨中截面抗弯能力明显不足的情况	虽不受净空限制,但对交通有影响
增设大边梁法		在原桥主梁的两侧增设抗弯、抗扭刚度相对较大的梁,并设置横隔梁使新旧结构成为整体,共同受力,使新增边梁能分担较多的荷载内力,从而减少原有结构承担的内力	适用于主体结构基本完好,具有一定承载潜力,同时需要加宽的桥梁	新建部分与原有结构相对独立,对交通的影响较小,也不受桥下净空的限制,但新建部分与原有结构之间必须采取可靠的联结措施,才能使其共同 工作
截面转换法		将多梁式钢筋砼T 型梁桥的下翼缘封闭,使桥梁由开口的П型转换为闭合的箱型结构,提高截面的抗弯、抗扭刚度	适用于T 型梁或П型梁桥	加固效果较好, 但施工时在桥下工作,操作空间受到限制,特别是箱型梁底板砼的浇注较困难

2. 2 　预应力技术
随着荷载等级的不断提高,桥梁工程逐渐向轻型、大跨度方向发展,预应力砼结构的应用越来越广泛,在今后的桥梁加固中,现有加固技术可能在很大程度上受到限制,因此,有必要开发和研究预应力技术在旧桥改造中的应用。
用预应力技术对结构进行加固主要是通过后张法中的体外预应力来实现的,其施工工艺:体外预应力的预应力钢束设于砼构件的外侧,钢束穿过设在构件端部的挡块和中部适当位置的转向块进行张拉,从而使砼构件获得预压应力。此法的主要目的是简化预应力工艺,但结构的受力|考试-大|特性比常规的粘结预应力砼差,钢材用量也较大,目前主要用于较大跨度的桥梁工程或维修加固工程中。
2. 2. 1 　下撑式预应力拉杆法
当桥下净空能够满足通车、通航要求时,可采用在梁下设置预应力拉杆的方法进行加固。设计时一般采用粗钢筋作为拉杆,两端锚固在梁端,中间采用单柱或多柱支撑,使梁受到预应力的作用。施加预应力的主要方法: ①横向收紧法。将拉杆分两层布置于梁底两侧,在靠近梁的支座附近向上弯起,与固定在梁端的锚固板焊接。在拉杆的弯起处用短柱支撑,在纵向每隔一定距离设置一道撑棍和紧锁螺栓, 再通过收紧器将拉杆横向收拢而产生预应力。② 纵向张拉法。将预应力拉杆沿梁底布置,两端向上弯起,锚固于梁端,然后直接张拉梁底的水平拉杆, 使拉杆产生预拉力,梁体因此受到预应力的作用。
以上加固方法在福建省南平电机厂专用桥、广东省肇庆大沙桥、吉林省青山桥等7 座桥梁中得以成功应用。实践表明,其加固效果很理想。但都需要在旧梁上设置可靠的锚固板,张拉的工艺比较复杂,其耐久性和抗疲劳性还有待进一步研究。
2. 2. 2 　预应力钢丝束法
沿梁腹侧面按抛物线形敷设预应力钢丝束,在梁底每隔一定距离(50～100 cm) 设置一根定位箍, 用以固定钢丝束的形状,钢丝束的两端穿过梁端翼缘板伸至梁顶锚固。张拉预应力钢丝束,通过定位箍使梁获得预应力;再通过喷射砼使预应力钢丝束及定位箍与梁体形成整体。这种加固方法的受力明确,效果明显,但箍圈的构造较复杂。
3 桥梁加固技术的发展方向
总的来说,预应力加固法的加固效果很明显,并由于其用料的经济性和良好的使用性而倍受青睐, 但其施工工艺比较复杂,附属的构造措施很多,且基本上只局限于体外预应力,从而使结构的耐久性成为新的问题。欲求全面兼顾良好的使用性能、用料的经济性和施工简易性的桥梁加固措施尚需人们作出不懈的努力,进一步探索将预应力砼技术的优势与常规加固方法的长处相结合的新型加固方法。


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