淺談梁式橋上部結構的加固與改造
2015-06-03
橋梁是國家的基礎交通設施，對國民經濟的建設與發(fā)展起著舉足輕重的作用。然而，隨著橋梁服役年限的不斷提高，長期荷載作用和自然環(huán)境的影響，大量既有橋梁漸漸進入老化期。因此，既有橋梁的檢測、養(yǎng)護、維修、加固與改造成為擺在橋梁工作者面前的一大問題。下面結合實踐中的方法，淺談梁式橋上部結構的加固與改造問題。
梁式橋上部結構的加固，主要從橋梁承受外力因素和橋梁自身狀況兩方面入手。從外力角度出發(fā)，常常是改變原橋結構體系以減少主梁荷載內力，從而到達加固目的；從橋梁自身狀況出發(fā)，往往使用增大主梁截面慣性矩或粘貼加固的方法，提高主梁的承載能力。
1.增大主梁截面慣性矩
由于橋梁修建年代的限制，過去修建的很多橋梁荷載等級設計偏低，已不能夠滿足現代交通發(fā)展的需求，其中很大部分就是由于截面尺寸設計偏小。主要途徑有以下幾種：
?。?）加厚橋面板。有些橋梁橋墩和基礎承載能力好，而橋面的截面面積小導致承載力不足。為提高抗彎剛度，可將原來的橋面鋪裝層拆去，在橋面板上新筑鋼筋混凝土加強層，加固后再重新鋪設橋面鋪裝層。這種方法通過增大截面高度來增大慣性矩，施工簡單方便。但此法較大地增加了橋梁自重，加之下部受拉鋼筋的應力強度仍然控制著結構強度，故常僅適用于中小跨度的橋梁。
?。?）增設受拉鋼筋。橋面下緣部分為受拉區(qū)，主要利用縱向鋼筋的抗拉性能來承載彎矩。對于承載力不足的橋梁，從梁板結構下部進行加強，也是常用加固方法。實際工程中，將下緣混凝土保護層除去，切斷箍筋，在原有的縱向鋼筋上焊接或捆扎增設的鋼筋，然后將箍筋恢復，最后采用環(huán)氧樹脂混凝土澆筑混凝土保護層以保護增設鋼筋。
（3）加寬梁的下緣。對于T型截面的梁式橋，常常加寬梁的下緣，增大截面并在受拉區(qū)增設鋼筋，也能達到良好的加固效果。
2.粘貼加固
很多橋梁在使用過程中已出現裂縫并正在發(fā)展，為了減小裂縫的發(fā)展，可采用粘貼加固的方法。由于粘貼法具有無需破壞原有結構、幾乎不增大結構尺寸和自重、施工期短、施工成本低、幾乎不影響原橋梁藝術價值等優(yōu)點，近年來廣泛運用于橋梁的加固工程。
最常見的粘結材料是環(huán)氧樹脂材料，這種材料具有很高的抗拉強度和抗剪強度，能夠很好地滿足工程要求。加強材料常使用鋼板（或鋼筋）和碳纖維材料。粘貼鋼板是一種較早使用的辦法，可使鋼板與混凝土整體共同承受外力，提高原結構剛度，減少裂縫發(fā)展，并能增強梁承受正彎矩的能力。碳纖維材料具有強度高、質量輕、耐腐蝕性好、抗疲勞、抗老化等特點，已越來越多用于鋼筋混凝土結構的加固上。
粘貼加固施工工藝較簡單，但仍有不少問題需要注意：①必須嚴格控制環(huán)氧樹脂膠結材料的配合比，保證加固效果和加固質量；②選擇合適的施工溫度，通常適宜在15至30攝氏度溫度下進行；③粘貼要均勻，避免氣泡形成空洞而出現應力集中現象；④采用有效的加壓方式，?？墒褂寐菟ɑ蚰拘ㄟM行加壓，保證成型時有足夠的壓力，不會造成加固件脫落下墜的現象。
3.預應力加固
在工程結構構件承受外荷載之前,對受拉模塊中的鋼筋，施加預壓應力,能提高構件的剛度,推遲裂縫出現的時間,增加構件的耐久性。為了達到不同的加固效果，施加預應力的方式不同，主要有以下幾種：
?。?）橫向張拉法。在梁下緣部分對稱地布置鋼筋拉桿，離梁端適當距離處彎起并錨固于梁端鋼板上，用螺栓垂直于拉桿方向收緊拉桿以產生預應力，則梁受到軸向的預應壓力和由拉桿產生的負彎矩，能夠抵消部分正彎矩。但由于這種方法拉桿錨固于梁端下部，向上彎起過少，故不能有效減少端部剪力。
（2）縱向張拉法。不同于橫向張拉法在橫向上施力，縱向張拉法是沿拉桿軸向施以預應力。構造上與橫向張拉法最大區(qū)別在于，此法將彎起鋼筋兩頭錨固于梁的頂部或梁的腹板上，利于減小端部剪力。
?。?）預彎梁法。這種方法可先在跨中部分利用支架將原橋頂起并澆筑新橋面板，待新橋面板硬化后將支架下落，同時布置張拉預應力鋼筋，最后對橋面系施工。這種方法對于減少梁上緣開裂有良好的效果。
4.改變結構體系
構件的結構體系決定了其受力狀況，合理的結構體系能很大程度上增大構件承載能力。通過改變橋梁結構體系以減少梁中內力、增大梁的抗彎性能是非常有效的加固方法。常見的改造方法有以下幾種：
?。?）簡支梁改為連續(xù)梁，將多跨簡支梁用鋼筋在梁端連接起來成為連續(xù)梁。連續(xù)梁跨中正彎矩小于簡支梁，到達減小梁中應力的目的，大大提高了梁的承載能力。
?。?）單跨簡支梁下增設橋墩，將靜定梁變?yōu)槌o定梁，減小跨中彎矩。
（3）在梁下增設斜腿剛架，為上部結構增加了兩個彈性受壓支承，使原來的單跨梁變成三跨梁。山東省濰河大橋就使用這種方法大大提高原橋承載能力。
?。?）疊合梁，在梁下增設桁架結構或拱梁結構，與上部結構共同承擔外力。
橋梁是國家寶貴的財富，對既有橋梁進行加固與改造，不僅能夠確保交通順暢和安全，更能為國家?guī)砭薮蟮纳鐣б婧徒洕б?。舊橋的加固與改造也必然成為橋梁工程中重要的課題之一！
