現(xiàn)代斜拉橋加固技術(shù)
2018-04-02
0.引言
在我國(guó)，斜拉橋的發(fā)展較為迅速，例如1975年修建的四川云陽(yáng)橋開辟了我國(guó)修建斜拉橋的歷史，1991年竣工的423米跨徑的南浦大橋，1993建成的上海楊浦大橋都具有里程碑式的意義，這些斜拉橋的修建為我國(guó)修建斜拉橋提供了重要的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與資料，之后斜拉橋在國(guó)內(nèi)突飛猛進(jìn)，陸續(xù)修建了數(shù)十座大跨度斜拉橋。綜觀國(guó)內(nèi)斜拉橋發(fā)展的歷史過程，時(shí)間相對(duì)較短。但斜拉橋在成橋之后的檢測(cè)、維護(hù)工作沒有得到應(yīng)有的重視，加之斜拉橋在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)過程中，因其設(shè)計(jì)、施工以及所使用材料的質(zhì)量，所處位置的自然環(huán)境等等因素的影響，不可避免地會(huì)出現(xiàn)各類問題，如橋跨結(jié)構(gòu)的線型，混凝土構(gòu)件開裂，斜拉索及其錨具銹蝕，伸縮縫、排水系統(tǒng)不能正常工作等問題。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，20世紀(jì)70至90年代初，我國(guó)修建的30余座斜拉橋中，已經(jīng)加固修復(fù)的橋占65%，有4座斜拉橋已經(jīng)拆除或改用了其他橋型，有35%的斜拉橋已經(jīng)全部或者部分更換了斜拉索，最近二年尚有10余座90年代后修建的斜拉橋需要不同程度的加固維修。目前，公路橋梁的養(yǎng)護(hù)工作資金投入過少，形成“養(yǎng)路不養(yǎng)橋”的不正?，F(xiàn)象。斜拉橋的維修加固工作相對(duì)滯后，廣州海印大橋在運(yùn)營(yíng)中，突然發(fā)現(xiàn)一根斜拉索脫落，才引起重視。總體來說，斜拉橋的檢測(cè)、維護(hù)工作遠(yuǎn)遠(yuǎn)未能達(dá)到實(shí)際要求。國(guó)內(nèi)斜拉橋發(fā)展過快，經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)不能得到總結(jié)，再加上成橋后運(yùn)營(yíng)期間的管理不善，又得不到有效的養(yǎng)護(hù)、維修，有不少斜拉橋出現(xiàn)了各種各樣的問題，其中最為嚴(yán)重的便是混凝土主梁多處開裂，斜拉索、鋼主梁及其錨具的銹蝕程度深，出現(xiàn)這些情況就必須采取大規(guī)模的整治措施，為此本文針對(duì)斜拉橋的加固進(jìn)行了研究。[1-3]
1.斜拉橋加固的技術(shù)要求
斜拉橋的加固不同于一般橋梁的加固，通常需要滿足一下幾個(gè)原則：①技術(shù)加固方案及實(shí)施應(yīng)盡量減少對(duì)原有結(jié)構(gòu)的損傷，并充分利用原有的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，且應(yīng)保證原有結(jié)構(gòu)保留部分的安全性與耐久性。對(duì)于的確無利用價(jià)值的構(gòu)件則予以報(bào)廢、拆除，但其材料盡量回收。②技術(shù)加固應(yīng)做到可靠、安全、耐久，滿足使用要求，這實(shí)際上是對(duì)橋梁進(jìn)行技術(shù)加固改造的基本要求與目的。③技術(shù)加固工程在施工過程中應(yīng)盡的不中斷或減少交通。④技術(shù)加固工程的施工應(yīng)是技術(shù)上簡(jiǎn)便可行，施工上方便，所要求的機(jī)具設(shè)備盡的簡(jiǎn)單。⑤對(duì)于某些由于因下部結(jié)構(gòu)或基礎(chǔ)的不均勻沉降等原因而導(dǎo)致的上部結(jié)構(gòu)的損傷，或由于其它偶然因素(如地震等)所引起的結(jié)構(gòu)損傷，在進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮采取消除、減小或抵御這些不利因素的措施，以免在加固后結(jié)構(gòu)物繼續(xù)受這些因素的影響。[4-6]
2.鋼主梁加固
斜拉橋大多采用鋼主梁或鋼混組合梁，因此，對(duì)于這類主梁可采用FRP（纖維增強(qiáng)復(fù)合材料）加固，其原理是：采用直接或間接預(yù)應(yīng)力，將部分恒載由原有結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到FRP上來，這種做法能很好地提高加固效果。應(yīng)用于橋梁加固工程中的FRP主要有3種：即玻璃鋼、碳纖維布和芳綸纖維布。目前，國(guó)內(nèi)外所采用的方法主要有兩種，即預(yù)應(yīng)力FRP法和梁反拱預(yù)應(yīng)力法。
預(yù)應(yīng)力FRP法是對(duì)FRP先進(jìn)行張拉，然后將FRP粘接到鋼梁或鋼混組合梁上，待粘接膠固化后再松開張拉機(jī)具。采用這種方法雖然可以將部分恒載轉(zhuǎn)移到FRP上，但將在FRP端部產(chǎn)生很大的界面應(yīng)力，往往需要對(duì)FRP端部進(jìn)行錨固。
梁反拱預(yù)應(yīng)力法是在加固前，把千斤頂安放在鋼梁底部，對(duì)梁進(jìn)行反拱卸載，然后粘接FRP到鋼梁上，待粘接膠固化后再移開千斤頂。采用這種方法在FRP端部產(chǎn)生界面應(yīng)力相對(duì)較小，通常不需要為此在FRP端進(jìn)行錨固，但施工難度大。
3.混凝土主梁加固
因設(shè)計(jì)、施工以及實(shí)際荷載等級(jí)提高等因素的影響，有些斜拉橋出現(xiàn)主梁承載能力不足的情況，因此要對(duì)此類主梁實(shí)施加固?；炷林髁杭庸痰姆椒ㄖ饕校涸黾咏孛婷娣e，粘貼鋼板，增設(shè)構(gòu)件以增大主梁的承載能力。增加截面的方法是通過澆筑混凝土來增大主梁頂?shù)装宓暮穸葋硖岣叱休d能力，該法在實(shí)際工程中使用較少，一方面斜拉橋的跨度大不便于加固施工，其次是橋下凈空的要求受到影響，還影響到斜拉橋的美觀性。粘貼鋼板是在主梁的頂板或底板上用粘接劑粘貼一定厚度的鋼板來幫助承載，該法施工方便，加固效果好。增設(shè)構(gòu)件加固法是在主梁上增加諸如“小縱梁”等構(gòu)件與原主梁一起共同承擔(dān)荷載，新增構(gòu)件應(yīng)設(shè)計(jì)到恰當(dāng)?shù)奈恢茫员ＷC有效承載。
4.斜拉索換索
當(dāng)斜拉索銹蝕嚴(yán)重時(shí)，為了維持斜拉橋的安全與正常使用功能，避免更大的損失，必須實(shí)施換索工程。早期的斜拉橋?qū)π崩鞯木S修更換缺乏預(yù)見性，近期斜拉橋在設(shè)計(jì)中都考慮到換索的情況，即在保證橋上正常交通的情況下安全的更換斜拉索，這己經(jīng)被許多國(guó)家納入規(guī)范中。換索工程中一般要通過控制斜拉索的索力或控制主梁線型有時(shí)實(shí)施兩者同時(shí)控制―雙控來促使主梁的內(nèi)力和線型都接近設(shè)計(jì)狀態(tài)。換索工程中先要進(jìn)行換索優(yōu)化設(shè)計(jì)，即對(duì)斜拉橋的結(jié)構(gòu)建立模型計(jì)算分析，選出合理的換索程序及其理論控制依據(jù)，換索過程中，通過索力和主梁線型加以控制，同時(shí)要對(duì)主梁和主塔受力加以監(jiān)測(cè)，以保證在換索工程中斜拉索、主梁、主塔的內(nèi)力變化都在容許的范圍內(nèi)。換索后有必要時(shí)要實(shí)施全橋統(tǒng)一調(diào)整索力，使斜拉索受力和主梁線型達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。
5.結(jié)論
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、破損或受原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的限制，已不能適應(yīng)現(xiàn)代交通運(yùn)輸?shù)囊?。舊橋的加固以其巨大的經(jīng)濟(jì)效益和實(shí)用價(jià)值，越來越廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代橋梁建設(shè)中。通過本文以上的分析，我們可以得出以下結(jié)論：對(duì)于斜拉橋，其主要傳力、承重結(jié)構(gòu)是拉索、主纜和主塔。容易發(fā)生破壞的主要是拉索，對(duì)于拉索的破壞，可以更換新索。然而其主梁主要是通過粘貼高性能加固材料來加固，方法與梁橋大體相同。
【參考文獻(xiàn)】
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