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(jí)等是最經(jīng)濟(jì)、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(jì)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(bǔ)強(qiáng)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(yùn)輸?shù)囊�求。其改造的主要技術(shù)途徑有:加強(qiáng)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(tái)及基礎(chǔ)等。

　　1.2加固方案確定原則

　　一般認(rèn)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(jì)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(dá)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(jìn)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(jìn)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�？煞譃轭A(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(shí)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(xué)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(qiáng)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(qiáng)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(shí)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(qiáng)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(diǎn)。

　　當(dāng)被加固的橋梁結(jié)構(gòu)處于特殊環(huán)境時(shí),應(yīng)根據(jù)具體情況選用其他防護(hù)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(qiáng)高效,可設(shè)計(jì)性強(qiáng);基本不改變原結(jié)構(gòu)外觀,不會(huì)對原結(jié)構(gòu)造成損害;運(yùn)輸儲(chǔ)存、施工更方便、快捷,容易保證施工質(zhì)量而且后期維護(hù)費(fèi)用低;其化學(xué)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(jìn)行加固時(shí),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(biāo)。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(jìn)行,否則會(huì)影響橋梁加固效果。

　　3應(yīng)用實(shí)例

　　某橋于上世紀(jì)70年代初建成:上部構(gòu)造為4孔跨徑L=16.8m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-7m+2×0.25m,下部構(gòu)造為鋼筋混凝土雙柱式灌注樁墩及重力式橋臺(tái)。

　　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(jì)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(jìn)行了全面調(diào)查,全橋主梁4×5片。根據(jù)實(shí)際損壞情況,對2～4孔的15片主梁、微彎板、支座、橋墩(臺(tái))及附屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行了細(xì)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4m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(xì)微裂紋。支座為鋼板支座,鋼板銹蝕嚴(yán)重,有大塊蝕塊脫落。支座附近主梁砼有壓碎現(xiàn)象。1號(hào)橋臺(tái)錐坡破損,3號(hào)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(shí)振動(dòng)大、噪聲大。

　　3.2加固設(shè)計(jì)

　　根據(jù)調(diào)查情況,筆者主要針對主梁進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。

　　主梁采用CYMAXL3002C碳纖維片材進(jìn)行加固,主要性能指標(biāo)有:設(shè)計(jì)厚度0.167mm;抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)偏差40MPa;抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值

　　4108MPa;抗拉強(qiáng)度平均值4233MPa;彈性模量236GPa。計(jì)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(qiáng)度設(shè)計(jì)值取用折減系數(shù)0.8。經(jīng)計(jì)算,主梁跨中底部碳纖維材料厚度需0.25mm,故采用2層。加固設(shè)計(jì)見圖1所示。

　　3.3加固要點(diǎn)

　　(1)支座更換采用5個(gè)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(tái)支承墊石處|考試|大|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(qiáng)度,加快施工進(jìn)度。

　　新支座安裝前應(yīng)進(jìn)行全面檢查和力學(xué)性能檢驗(yàn),安裝過程中不能碰撞新支座。新支座重心對準(zhǔn)梁的計(jì)算支點(diǎn),使支座受力均勻。

　　(2)裂縫處治裂縫寬度<0.2mm時(shí)采用表面涂抹修復(fù),裂縫寬度>0.2mm時(shí)采用化學(xué)灌漿修復(fù)。

　　(3)碳纖維材料粘貼施工時(shí)應(yīng)從梁底至梁肋頂部方向進(jìn)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(jìn)行清平處理、配置并涂刷浸漬樹脂或粘結(jié)樹脂。粘貼時(shí)碳纖維布應(yīng)與砼表面完全密合,粘貼完畢再對其表面進(jìn)行防護(hù)處理。

　　3.4評(píng)定

　　對原有橋梁進(jìn)行汽220荷載的靜|考試|大|載試驗(yàn),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(shí)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(dāng)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(shí)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(shí)踐檢驗(yàn)和完善,會(huì)有更大的應(yīng)用前景。