公路工程桥梁加固技术
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中图分类号：G307 文献标识码：A 文章编号：1008-925X(2011)07-0032-01
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。
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。
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。
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 碳纤维增强复合材料补强加固技术
由于自然环境各种因素的影响施工质量和实际交通组成变化及超载车辆的作用，已建的混凝土桥梁结构可能会出现承载能力不足、混凝土表面裂缝等问题。这些混凝土桥梁中绝大部分可以通过加固改造就能提高或改善结构受力性能，重新投入使用。
粘贴钢板法是公路混凝土桥梁常用的加固方法，一般是采用环氧树脂或专门结构胶将钢板直接粘贴在混凝土构件表面，使之与构件形成受力整体。土木工程中的新技术往往来自新材料的应用。自上世纪七十年代末初期，欧洲进行纤维增强复合材料（FRP）在土木工程应用研究以来，具有极好的比强度和比刚度、优秀耐腐蚀性的纤维增强复合材料已广泛用于混凝土结构的粘贴加固工程，形成了纤维增强复合材料补强加固已有混凝土桥梁的新技术，其中碳纤维增强复合材料（CFRP）应用更多。本文根据国内外关于碳纤维增强复合材料补强加固的工程研究，介绍这一新技术的材料特性、施工方法和技术措施。
4 材料的基本特性
碳纤维增强复合材料补强加固所采用的基本材料是高强度或高弹性模量的连续碳纤维，单向排列成束，用环氧树脂浸渍固化的碳纤维板或未经树脂浸渍固化的碳纤维布，统称碳纤维片材。将片材用专门配制的粘贴树脂或浸渍树脂粘贴在桥梁混凝土构件需补强加固部位表面，树脂固化后与原构件形成新的受力复合体，共同工作。