淺談橋梁加固技術(shù)的應(yīng)用與分析

龔薪鑌

（廣西隆欣建設(shè)監(jiān)理有限公司南寧分公司，廣西 南寧 530028）

近年來(lái)，我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，但由于車輛超限超載現(xiàn)象十分嚴(yán)重，致使公路橋梁特別是農(nóng)村公路橋梁易被破壞。我國(guó)農(nóng)村大部分橋梁建造于20世紀(jì)80年代之前。由于當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)，橋梁建設(shè)投入的資金較少以及施工質(zhì)量欠缺，使許多橋梁發(fā)生了大大小小的各種病害，如橋面破損、欄桿斷裂、伸縮縫損壞、橋頭跳車、梁板或拱體裂縫、混凝土剝落、鋼筋鋼索銹蝕、鋼結(jié)構(gòu)裂紋銹爛、墩臺(tái)斷裂位移、擋墻傾斜錯(cuò)位、錐坡下挫坍塌、墩臺(tái)基底沖空、橋頭路基沖塌、河床護(hù)底沖翻以及河道被沖刷嚴(yán)重變遷而危及橋頭路基等，存在著嚴(yán)重的安全隱患，這些危橋嚴(yán)重影響著農(nóng)村公路的使用安全，但又不可能全部拆除重建。因此，對(duì)舊橋進(jìn)行加固改造，提高其承載能力，確保交通運(yùn)輸安全是當(dāng)務(wù)之急。

常用的橋梁加固改造技術(shù)包括減輕恒載、加固臨界桿件、提供新的補(bǔ)充桿件和改善原來(lái)結(jié)構(gòu)體系的方法，以增大橋梁承受活載的能力。此外，下部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定、支座和車行道伸縮縫的適當(dāng)清潔、幾何形狀的改善以及安全性的改善，也在改善服務(wù)性能和延長(zhǎng)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)使用壽命中起著重要作用。

1 概述

我國(guó)公路橋梁大多是根據(jù)20世紀(jì)70年代或80年代初期頒布的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)建造的，其設(shè)計(jì)荷載均較低。目前我國(guó)公路橋梁所承受的荷載有交通量不斷增大；重型車輛增加及超載現(xiàn)象嚴(yán)重；超限運(yùn)輸?shù)某霈F(xiàn)和增加等特點(diǎn)。隨著各種重型車輛，尤其是工程用重型運(yùn)輸車的不斷出現(xiàn)，公路橋梁負(fù)荷日趨加重，加之舊橋部分老化、破損，已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代交通運(yùn)輸?shù)囊螅瑢?duì)舊橋、危橋的加固維修，以及如何提高其承載力的問(wèn)題，確保交通運(yùn)輸?shù)陌踩悄壳昂徒窈竺媾R的主要任務(wù)，開(kāi)展有關(guān)的維修與加固方法研究是非常有必要的。

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，我國(guó)的橋梁工程建設(shè)日新月異。通過(guò)六十多年的發(fā)展振興，越來(lái)越多的橋梁被修建，而且橋梁的跨徑、規(guī)模、技術(shù)難度與造價(jià)也在不斷攀升。與此同時(shí)，越來(lái)越多地橋梁進(jìn)入維修的時(shí)期，橋梁使用管理工作越來(lái)越繁重，也日益顯得重要。

2 橋梁加固方法

2.1 體外預(yù)應(yīng)力加固法

體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)與體內(nèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)本質(zhì)的區(qū)別在于體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力筋布置在主體結(jié)構(gòu)之外，因體外預(yù)應(yīng)力索通常為由多根鋼絞線組合成的集中鋼索，故稱為體外預(yù)應(yīng)力索。體外預(yù)應(yīng)力加固通常是在梁底或梁側(cè)下部增設(shè)預(yù)應(yīng)力加勁鋼絲索或預(yù)應(yīng)力粗鋼筋補(bǔ)強(qiáng)并分別錨固在梁的兩端，通過(guò)設(shè)置一定的聯(lián)結(jié)構(gòu)件使預(yù)應(yīng)力拉桿與梁體構(gòu)成一個(gè)析架體系，成為一次超靜定結(jié)構(gòu)，施加體外預(yù)應(yīng)力，抵消部分恒載應(yīng)力，起到卸載的作用，從而較大提高橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力。

2.2 粘貼鋼板加固法

用粘結(jié)劑和錨栓將鋼板粘貼錨固于混凝土結(jié)構(gòu)受拉面或其他薄弱部位，使鋼板與加固混凝土結(jié)構(gòu)形成整體，以達(dá)到提高結(jié)構(gòu)承載能力的目的。

2.3 增加橫向聯(lián)系加固法

通過(guò)增設(shè)橋梁橫向聯(lián)系，改善上部結(jié)構(gòu)的荷載橫向分布規(guī)律，從而達(dá)到提高結(jié)構(gòu)整體承載能力的加固方法。一般用于無(wú)內(nèi)橫梁或少內(nèi)橫梁的T形截面及工字形截面梁式橋，工程上常在相鄰主梁間增設(shè)現(xiàn)澆混凝土橫梁或鋼橫梁來(lái)提高橫向抗彎剛度。

2.4 橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固法

將原橋面鋪裝全都鑿除或鑿毛，然后加鋪一定厚度的補(bǔ)強(qiáng)層，以增大主梁有效高度及改善橋梁荷載橫向分布能力，從而提高單梁承載能力或橋梁結(jié)構(gòu)整體承載能力。

2.5 增大截面與配筋加固法

通過(guò)增大構(gòu)件截面面積或配筋率以提高鋼筋混凝土梁的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性。

2.6 粘貼碳纖維布加固法

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是一種性能優(yōu)良的混凝土結(jié)構(gòu)加固材料，它具有強(qiáng)度高、密度小、耐腐蝕、抗疲勞等優(yōu)點(diǎn)其加固法是利用樹(shù)脂類材料把碳纖維布材或板材粘貼于混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件表面，形成復(fù)合材料體，通過(guò)碳纖維布與結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作，達(dá)到對(duì)結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固及改善受力性能的目的。

2.7 錨噴混凝土加固法

從隧道施工中轉(zhuǎn)化而來(lái)的加固方法，主要用于因支點(diǎn)截面尺寸偏小而導(dǎo)致的抗剪強(qiáng)度不足的混凝土梁的加固維修。

2.8 改變結(jié)構(gòu)受力體系加固法

通過(guò)改變橋梁結(jié)構(gòu)受力體系以達(dá)到提高結(jié)構(gòu)整體承載能力的目的，是一種變被動(dòng)為主動(dòng)的加固方法。

3 體外預(yù)應(yīng)力加固設(shè)計(jì)計(jì)算的步驟和方法

3.1 體外預(yù)應(yīng)力加固體系的力學(xué)分析

用力法求解體外預(yù)應(yīng)力加固體系內(nèi)力時(shí)，以活載引起的水平鋼筋拉力增量為變量，切斷水平筋而得到基本結(jié)構(gòu)，計(jì)算得到水平鋼筋承擔(dān)的力之后，可進(jìn)行體外索的配置，由水平鋼筋的張力估算出預(yù)應(yīng)力筋的用量，最后校核計(jì)算結(jié)果。

3.2 加固體系正常使用階段驗(yàn)算

（1）鋼筋應(yīng)力驗(yàn)算：根據(jù)應(yīng)力控制條件來(lái)判斷是否滿足要求。

（2）裂縫驗(yàn)算：采用直接控制裂縫寬度的方式計(jì)算，求最大裂縫寬度。

（3）撓度驗(yàn)算：根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JT－GD60－2004），控制的活載撓度為：fk＝fa＋fxp≤L/600。

3.3 求解加固體系的預(yù)應(yīng)力損失

預(yù)應(yīng)力損失的計(jì)算主要包括摩阻力引起的預(yù)應(yīng)力損失；錨具變形引起的預(yù)應(yīng)力損失；溫差引起的預(yù)應(yīng)力；分批張拉由于混凝土彈性收縮引起的預(yù)應(yīng)力損失；鋼筋松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失；混凝土收縮與徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失。

4 工程實(shí)例

資源縣合浦街大橋，是鋼筋砼箱式梁橋，該橋全長(zhǎng)126 m，寬15 m，主梁跨徑為19.2 m，原設(shè)計(jì)荷載為汽－15，于1989年12月建成。目前梁體部分混凝土開(kāi)始脫落，出現(xiàn)了縱向貫通裂縫，鋼筋也開(kāi)始有銹蝕，為了適應(yīng)目前交通量以及不影響正常的交通，計(jì)劃于2010年8月擬采用體外預(yù)應(yīng)力加固法對(duì)該橋進(jìn)行維修加固，加固后的荷載等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為汽－20。梁體為 C25砼，fc＝2.85×104N/mm2。

跨中截面主筋面積為Ag＝68.37 cm2，梁自重及恒載在跨中截面引起的彎矩為Mg＝1 256.69 kN·m，提高荷載等級(jí)后汽車活載在跨中截面產(chǎn)生的彎矩為Mg＝1 200 kN·m。加固體系擬采用鋼鉸線，水平鋼筋為同鋼絞線束，單根鋼鉸線的截面面積為Apl＝139 mm2，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為Aptk＝1 860 MPa，張拉控制應(yīng)力取σcon＝0.55，fptk＝1 023 MPa。

（1）主梁截面幾何性質(zhì)：跨中截面對(duì)下邊緣的抵抗矩：Wσ＝6.86×107mm3。

（2）計(jì)算活載引起的水平預(yù)應(yīng)力筋增量Xp＝（1.02×10－3）×Ay（N）/10.54×10－11。

（3）體外索配筋計(jì)算。求解結(jié)果為Ay＝1 165 mm2，所需預(yù)應(yīng)力鋼鉸線的根數(shù)為8.4，取九根。

（4）計(jì)算預(yù)應(yīng)力水平鋼筋拉力增量。采用力法計(jì)算可得：Xp＝12.1 kN，當(dāng)采用簡(jiǎn)化公式來(lái)計(jì)算拉力增量時(shí)，計(jì)算結(jié)果為Xp＝11.9 kN，兩者相差很小，故用簡(jiǎn)化公式來(lái)計(jì)算也可以滿足要求。

（5）加固體系正常使用階段驗(yàn)算：①鋼筋應(yīng)力驗(yàn)算σy＝972.8 MPa＜f＝1 209 MPa故滿足控制應(yīng)力要求。②裂縫驗(yàn)算δfmax＝0.01 mm＜f＝0.1 mm，裂縫最大值滿足要求。③加固體系的撓度驗(yàn)算fk＝26.03≤L/600＝32.5 mm，故加固體系的撓度滿足要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

各種橋梁加固實(shí)例表明，體外預(yù)應(yīng)力加固體系是最常用的橋梁加固方法，其優(yōu)點(diǎn)是：①受力明確、施工簡(jiǎn)單、不影響正常交通；②維護(hù)修補(bǔ)方便，可以隨時(shí)更換預(yù)應(yīng)力筋；③能夠大幅度提高舊橋的承載能力；④對(duì)原橋的結(jié)構(gòu)損傷很小，可以做到不影響橋下凈空，且不增加路面標(biāo)高。

1 壬慶霖.服役結(jié)構(gòu)的抗力衰減模型與可靠性研究［J］.西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)，1997（7）

2 孫曉燕.服役期及加固后的鋼筋混凝土橋梁可靠性研究［D］.大連理工大學(xué)，2004.3

3 李揚(yáng)海、程翔云.公路橋梁結(jié)構(gòu)可靠度與概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)［M］.北京：人民交通出版社，1997

4 《公路工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》［S］.（GB50068－2001）

5 蔡成祥.公路工程經(jīng)濟(jì)分析［M］.北京：人民交通出版社，1995