国的公路桥梁几乎是与共和国同步的,绝大多数是在建国以后修建的。随着时间的推移和经济的发展,交通运输业也已是今非昔比了。由于当时的经济条件和国情所限,桥梁建设也经历了不同的发展阶段。为了满足不同时期公路运输对桥梁承载能力的要求,我国的公路工程技术标准已做过多次修订,设计荷载等级也在不断增大,原有的公路桥梁由于是依据旧标准和规范设计建造的,已远远不能适应当今物流运输的要求,桥梁的病害日渐突出。如:桥头跳车、桥面破损、石拱桥拱圈开裂、墩台裂缝等病害已成为常态,小的病害更是不胜枚举,这些病害的产生,严重影响了桥梁的使用寿命,限制了公路运输的通行能力,也给人民的生命财产带来一定的安全隐患。
而且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。
哪些桥梁需要加固?
1.承载力受影响的桥
由于施工及设计的缺陷以及各种不利的作用(如碳化、氯离子侵入、酸侵蚀、碱集料反应、冻融、盐害等),使得桥梁结构的混凝土耐久性缺失、结构开裂超过限值、变形过大及钢筋腐蚀严重等。
2.年久失修的桥
桥梁的使用年限长,接近其使用寿命,我国在20世纪60年代~70年代修建的桥梁大部分仍在服役,由于年久失修、失养,已不适用交通量日益增长的需要。
3.有不利因素的桥
外界不利荷载的影响使得桥梁结构安全性下降,在我国,造成此种情况最大的原因是在公路上行驶的货车大部分超载、超限行驶,致使20%以上的桥梁出现安全隐患。
桥梁加固的原理
桥梁加固就是通过一些有效的措施,使受损桥梁结构恢复其原有的技术功能,或通过改变结构的传力途径而减少构件的荷载效应,或在已有结构的基础上提高结构的承载能力,以满足新的承载条件和使用功能的要求。
例如,在荷载作用下,梁式桥梁结构是一种纯弯结构,只承受荷载对结构产生的弯矩。因此,梁式桥梁的主梁受力状况有三个要数决定:荷载作用产生的内力、主梁截面的面积决定的截面几何特性及主梁材料的自身强度决定。当外界条件改变,如车辆荷载增加、超限、超重等,对桥梁引起的内力增大,超过主梁结构和自身强度的允许范围时,势必造成主梁受拉部位开裂、破损、承载力下降,成为危桥。
简支梁桥是梁式桥中应用最早,使用最广泛的一种桥梁形式,其优点有构造简单、架设方便等等。但是在雨天容易引起渗水现象,更会进一步引起钢筋锈蚀、露筋、混凝土下降、出现裂缝等问题。所以得定期对桥梁进行加固处理。
圬工双曲拱桥自重较大,主拱圈主要承受压力,产生破坏的原因主要为承压不足;双曲拱桥常见的病害为拱肋强度不足引起的承载力降低、横向联系不足引起的横桥向失稳;桁架、钢架拱桥结构自重较轻,整体性较差,桁片受力不均,节点及系梁易开裂;钢管混凝土拱桥建设历史不长,加固实例较少,其主要病害形式为钢管与管内混凝土脱空、拱肋钢管及节点开裂及吊杆及系杆的锈蚀、疲劳破坏等。
桥梁加固施工方法
1、植筋加固
植筋加固是运用高强度的化学粘合剂,使钢筋、螺杆等与混凝土通过粘结与锁键作用,以实现对被连接件产生握裹力,从而达到预埋效果。施工后产生高承载力,不易产生移位、拔出,可用于建筑加固中各种钢筋、螺杆需要生根之处。其密封性能良好,无需做任何防水处理。不但对基材不会产生膨胀破坏,更适合边距,间距小的部位。而且对结构有补强作用,能增加混凝土之间的抗弯、抗折、抗剪应力的性能,种筋施工简便迅速,安全符合环保要求,是建筑加固工程中钢筋混凝土结构变更、建筑加固的最有效的方法之一。植筋技术是在需连接的旧混凝土构件上依据结构的受力特点,确定钢筋的数量、规格、位置,并在旧构件上经过钻孔、清孔、注入植筋粘结剂,然后插入所需钢筋,使二者通过结构胶粘结在一起,最后浇注新混凝土,从而完成新旧钢筋混凝土的有效连接,达到共同作用、整体受力的目的。
2、粘钢加固
采用环氧树脂系列粘接剂,将钢板粘贴在钢筋混凝土结构物的受拉区域薄弱部位,使之与结构物形成整体,用以代替需增设的补强钢筋,通过钢板与补强结构的共同作用,提高其刚度,限制裂缝开展,改善钢筋及混凝土的应力状态,提高梁的承载能力,以达到补强效果一种加固方法,将钢板采用高性能的环氧类粘接剂粘结于混凝土构件的表面,钢板与混凝土形成统一的整体,利用钢板良好的抗拉强度达到增强构件承载能力及刚度的目的。粘钢加固具有以下特点:(1)不需要破坏被加固的原有结构物;(2)加固工程质量要求很高,但施工时并不要求高级的专门技术人员操作; (3)加固工程几乎不增大原结构物的尺寸; (4)能在短期内完成加固工程;(5)几乎可以不改变具有历史价值建筑的原有艺术特点。
3.碳纤维加固
碳纤维加固是以专门配制的改性环氧树脂胶黏剂等将碳纤维布紧密粘贴于混凝土结构物表面,与原结构共同参与受力,在不增大原结构断面的前提下,大幅度提高结构物的受力性能。碳纤维与传统的加大混凝土截面或粘钢混凝土补强相比,具有节省空间,施工简便,不需要现场固定设施,施工质量易保证,基本不增加结构尺寸及自重,耐腐蚀、耐久性能好等特点。另外,采用该工法,可大大提高建筑物的使用寿命,降低加固成本。因此,碳素纤维作为划时代的补强材料,而备受青睐和关注。(1)抗拉强度高,是同等截面钢材的7-10倍。(2)重量轻,密度只有普通钢材的1/4。(3)耐久性好,可阻抗化学腐蚀和恶劣环境、气候变化的破坏。(4)施工方便快捷、省力节时、施工质量易于保证。(5)适用范围广,混凝土构件、钢结构、木结构均可进行加固。可大幅度提高构件的承载能力、抗震性能和耐久性能。
桥梁加固施工方法
4.体外预应力加固
体外预应力加固通常采用粗钢筋,钢绞线,高强钢丝等材料作为施力工具,在体外对桥梁上部结构施加预应力,以预应力产生的反弯矩部分抵消外荷载产生的内力,从而达到改善桥梁使用性能,并提高承载力的目的。对于钢筋混凝土梁桥,可考虑采用体外预应力进行加固,该法具有加固,卸荷,改变结构内力的三重功效。具有以下优点:
(1)能够大幅度提高旧桥的承载能力和抗裂度,加固效果明显;(2)所需设备,人员少,施工周期短,经济效益好;(3)对桥上交通影响小,可不中断交通或短时间限制交通(4)对桥梁损伤小,可做到不影响桥下净空,不抬高路面标高。
5.锚喷混凝土加固
锚喷混凝土加固桥梁的方法是“新奥法”隧道施工技术在桥梁加固中的应用。其原理是:通过新加混凝土及受力钢筋与原结构的紧密黏结,形成喷射混凝土(内含补强钢筋网,现在也有用耐腐蚀的FRP筋网)、锚杆和原混凝土的整体组合结构。这种方法能根治局部应力集中病害,阻止原结构继续变形和开裂,充分发挥原结构的作用而共同承受上部荷载的作用。锚喷混凝土不需振捣,在高速喷射中,由水泥与骨料的反复连续撞击而使混凝土压密。同时又可采用较小的水灰比,使其与混凝土、砖石、钢材产生较高的黏结强度,在新旧混凝土结合面上能够传送拉应力和剪应力。锚喷混凝土施工工艺
锚喷混凝土的施工程序可分为:搭设作业脚手架——受喷面清理与凿毛——钻孔和安装膨胀螺栓或锚杆——挂设钢筋网——喷射混凝土——混凝土养生。
6.改变结构受力体系加固
改变结构受力体系加固改变结构受力体系加固技术是通过改变桥梁结构体系以减少梁内应力,改变结构的受力体系,能大幅度地降低计算弯矩,提高结构构件的承载力的一种加固方法,这是一种变被动加固为主动加固的方法,该方法需要对原结构的现状进行仔细的调查,对其承载潜能进行正确评价,用周密,细致,可靠的计算分析确定体系转换的方法和施工工艺流程,以达到加固,修复病桥的目的。改变结构受力体系加固技术的发展已经趋于成熟并且开始广泛的应用。
常用的改变结构体系加固法包括:将多孔简支梁改为连续梁,将单孔简支梁改为支撑梁,将连续梁,连续钢构改变为矮塔斜拉桥,将代挂梁T型刚构改变为T型刚构,以及其他增设结构而使原结构受力体系发生改变的方法。