采取加固的方法提高橋梁承載力、抗彎能力、抗剪能力、荷載等級等是最經(jīng)濟、最簡(jiǎn)單和最適用的措施,依據不同的橋梁現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)途徑及設計原則

　　1.1主要技術(shù)途徑

　　橋梁加固一般是通過(guò)對構件的補強和結構性能的改善來(lái)恢復或提高現有橋梁的承載能力,以延長(cháng)其使用年限,適應現代交通運輸的要求。其改造的主要技術(shù)途徑有:加強薄弱構件、增加輔助構件、改變結構體系、減輕恒載、加固墩臺及基礎等。

　　1.2加固方案確定原則

　　一般認為滿(mǎn)足以下條件,加固方案才基本可行:比重建新橋可以節約大量的投資和材料,具有明顯的經(jīng)濟效益;橋梁經(jīng)加固改造之后,無(wú)論結構性能、承載力還是耐久性方面都能達到使用要求;橋梁的下部結構具有足夠的潛力[1]。

　　2橋梁加固的幾種常見(jiàn)方法

　　2.1加大截面加固法

　　加大截面法,也稱(chēng)為外包混凝土加固法,是用增大混凝土結構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構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預應力加固法

　　預應力加固法是采用外加預應力的鋼拉桿對結構進(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應力拉桿加固和預應力撐桿加固,其中預應力拉桿加固主要用于受彎構件,以梁身為錨固體,通過(guò)預應力張拉對梁的受拉區域施加外力,以抵消結構本身的自重,減少車(chē)輛荷載作用下的應力,能夠減少梁體出現過(guò)多的裂縫,以及減小裂縫寬度。預應力撐桿加固主要用于橋梁下部結構的軸心受壓墩柱,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)粘結劑將鋼板直接粘貼在混凝土構件表面,使之與構件形成受力整體,以提高承載力、增大延性、剛度和滿(mǎn)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]是采用高強度或高彈性模量的纖維復合材料,用專(zhuān)門(mén)配置的粘貼樹(shù)脂或浸漬樹(shù)脂粘貼在橋梁混凝土構件表面,使之與原構件形成整體共同受力的加固方法。

　　目前,結構工程中常用的FRP材料有玻璃纖維(GFRP)、碳纖維(CFRP)和芳綸纖維(AFRP)3種,其中以碳纖維增強復合材料(CFRP)應用更多。本文著(zhù)重概述采用CFRP的加固方法及實(shí)際工程應用。

　　碳纖維布纖維方向分為單向和雙向2種,其中以單向布應用為主。碳纖維布具有高的強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、熱膨脹系數低等特點(diǎn)。

　　當被加固的橋梁結構處于特殊環(huán)境時(shí),應根據具體情況選用其他防護材料。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)勢主要體現在:高強高效,可設計性強;基本不改變原結構外觀(guān),不會(huì )對原結構造成損害;運輸儲存、施工更方便、快捷,容易保證施工質(zhì)量而且后期維護費用低;其化學(xué)結構穩定,在耐候性、腐蝕性以及抗疲勞性能等方面更加突出。但應用此法對橋梁進(jìn)行加固時(shí),應充分考慮纖維的方向布置,合理的材料連接方式、連接尺寸、連接位置粘結材料的性能指標。尤其是施工過(guò)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應用實(shí)例

　　某橋于上世紀70年代初建成:上部構造為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構,無(wú)橫梁,橋面凈空為凈-7m+2×0.25m,下部構造為鋼筋混凝土雙柱式灌注樁墩及重力式橋臺。

　　原橋上部構造采用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造試用圖紙》,設計荷載為汽-13,拖-60。

　　3.1加固前病害調查

　　在確定加固方案前,對舊橋現狀進(jìn)行了全面調查,全橋主梁4×5片。根據實(shí)際損壞情況,對2～4孔的15片主梁、微彎板、支座、橋墩(臺)及附屬結構進(jìn)行了細致的檢查。

　　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)且下寬上窄;斜裂縫主要分布在端部4m范圍內;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,局部有細微裂紋。支座為鋼板支座,鋼板銹蝕嚴重,有大塊蝕塊脫落。支座附近主梁砼有壓碎現象。1號橋臺錐坡破損,3號橋墩發(fā)現一處空洞現象。部分欄桿傾斜,瀉水孔堵塞,橋面上梁間隙較大,車(chē)輛通過(guò)時(shí)振動(dòng)大、噪聲大。

　　3.2加固設計

　　根據調查情況,筆者主要針對主梁進(jìn)行加固設計。

　　主梁采用CYMAXL3002C碳纖維片材進(jìn)行加固,主要性能指標有:設計厚度0.167mm;抗拉強度標準偏差40MPa;抗拉強度標準值

　　4108MPa;抗拉強度平均值4233MPa;彈性模量236GPa。計算中,考慮到碳纖維片材與主梁砼之間的密合性,對材料的抗拉強度設計值取用折減系數0.8。經(jīng)計算,主梁跨中底部碳纖維材料厚度需0.25mm,故采用2層。加固設計見(jiàn)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(shù)脂抹平。支座墊石建議采用樹(shù)脂砼,以迅速增長(cháng)強度,加快施工進(jìn)度。

　　新支座安裝前應進(jìn)行全面檢查和力學(xué)性能檢驗,安裝過(guò)程中不能碰撞新支座。新支座重心對準梁的計算支點(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,裂縫寬度>0.2mm時(shí)采用化學(xué)灌漿修復。

　　(3)碳纖維材料粘貼施工時(shí)應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(shù)脂、配置找平材料并對構件表面進(jìn)行清平處理、配置并涂刷浸漬樹(shù)脂或粘結樹(shù)脂。粘貼時(shí)碳纖維布應與砼表面完全密合,粘貼完畢再對其表面進(jìn)行防護處理。

　　3.4評定

　　對原有橋梁進(jìn)行汽220荷載的靜|考試|大|載試驗,測定加固后橋梁控制截面的應力(應變)、撓度等技術(shù)參數,鑒定其承載能力[3]。

　　由所測數據分析看出,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結語(yǔ)

　　本文介紹了當前舊橋加固的幾種主要方法,著(zhù)重探討了碳纖維材料在舊橋加固中的應用。通過(guò)具體的加固實(shí)例,說(shuō)明經(jīng)過(guò)碳纖維布加固的橋梁構件能大幅度提高梁板的抗彎、抗剪性能,并能提高橋梁構件剛度和延性,起到抑制開(kāi)裂和降低撓度的作用。相信這種新材料、新工藝經(jīng)過(guò)更多的工程實(shí)踐檢驗和完善,會(huì )有更大的應用前景。