浅谈砼桥梁加固技术
2015-07-02
到2012年年底，我国公路桥梁达71.3万座、3663万米。对于大量存在安全隐患的桥梁,如果拆除重建,不仅资金耗费巨大,而且造成长时间断绝交通。如能采取有效的加固维修措施,恢复和提高它们的承载能力,消除安全隐患,使其能够继续服役,将会带来巨大的社会经济效益。
1混凝土桥梁病害原因简介
混凝土结构的病害表现形式多种多样，引起病害的原因错综复杂，从引起病害的原因来分析，可以将其划分为两大类：
第一类为由环境作用引起的混凝土结构损伤与破坏。由于混凝土的缺陷（例如裂隙、孔道、汽泡、孔穴等），环境中的水及侵蚀性介质就可能渗入混凝土内部，与混凝土中某些成份发生化学、物理反应，引起混凝土损伤，影响结构的受力性能和耐久性。
第二类为由荷载作用或设计、施工不当造成的混凝土结构损伤。例如，由于超载作用引起的裂缝，动力冲击作用引起疲劳破坏。构造措施和施工方法不当引起结构裂缝等。
2桥梁补强加固方法
2.1加大截面加固法。增大截面加固法是在原结构基础上再浇筑一定厚度的钢筋混凝土,这是对钢筋混凝土桥加固的一种常用的改造技术。增大混凝土截面一般采用两种方式,一种是加厚桥面板;另一种是加大主梁梁肋的高度和宽度。该法施工工艺简单、适应性强,并具有成熟的设汁和施工经验,适用于较小跨径的Ｔ梁桥或板桥的加固。采用此法加固后桥梁刚度明显提高,承载能力也能取得较好的效果。该法也有明显的缺点,比如混凝土构件的体积增大、自重增加、施工周期加长、施工空间大、现场施工的湿作业时间长等。
2.2置换混凝土加固法。该法的优点与加大截面法相近,且加固后不影响建筑物的净空,但同样存在施工的湿作业时间长的缺点.适用于受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的梁、柱等混凝土承重构件的加固.
2.3 粘贴钢板加固法。以树脂粘接钢板与混凝土的结构加固法,被用于建筑、工厂、桥梁等土木工程中。该法施工快速、现场无湿作业或仅有抹灰等少量湿作业,对生产和生活影响小,且加固后对原结构外观和原有净空无显著影响,但加固效果在很大程度上取决于胶粘工艺与操作水平。适用于承受静力作用且处于正常湿度环境中的受弯或受拉构件的加固。该法在公民建中使用较多。
2.4 粘贴碳纤维增强塑料加固法。粘贴碳纤维加固技术采用专门的树脂将碳纤维粘贴于混凝土结构受拉表面时碳纤维与原结构形成新的受力整体,碳纤维与钢筋共同承受荷载,降低了钢筋应力,从而使结构达到了加固和补强效果。粘贴碳纤维加固技术的主要特点是:几乎不增加结构自重和截面尺寸,不改变净空高度,施工方便,对原结构几乎不会造成新的损伤,具有良好的耐腐蚀性、耐久性和抗疲劳性能,根据受力分析可进行多层粘贴进行补强,其方向性也可以灵活掌握。此外碳纤维质地柔软,加固后可用混凝土砂浆涂敷,或根据要求涂装各种颜料,修复补强不留痕迹。可在不改变结构外型的前提下补强各种混凝土结构物,包括抗弯、抗剪、抗压、抗疲劳、抗震、抗风、控制裂缝和挠度的扩展,增加结构的延性。但碳纤维材料价格较高，增加了维修费用。
2.5 体外预应力加固法。体外预应力加固法是指对布置于承载结构主体之外的钢束张拉而产生预应力的后张法。体外预应力体系由体外预应力孔管、浆体、锚固体系和转向块等部件组成。该技术能大大缩短施工工期。但加固后对原结构外观有一定影响,且不宜用于混凝土收缩徐变大的结构。
2.6 喷凝土加固法。喷凝土加固法是在原有结构上喷涂一层高品质的混凝土,以恢复对钢筋的保护,提高已剥离或变质的混凝土强度,提供美观表面的功能,是目前常用的维修加固双曲拱桥方法。
2.7 有粘结外包型钢加固法该法也称湿式外包钢加固法,特点是受力可靠、施工简便、现场工作量较小,但用钢量较大,且不宜在无防护的情况下用于60℃以上的高温场所.适用于使用上不允许显著增大原构件截面尺寸,但又要求大幅度提高其承载能力的混凝土结构加固.
还有锚栓锚固法、增加支承加固法等。
3综合加固技术
由于每种方法各有优劣,因此有必要考虑同时采用几种加固方法对结构进行综合加固,以达到优势互补、综合效果最优的目标。综合加固技术就是同时采用多种加固技术增强结构某一方面的性能。进行综合加固设计时,可以几种方法并重,也可以以一种方法为主,其他方法为辅。关键是利用各种加固方法的互补性。其基本思路可以归纳为:
(1)弥补单一加固方法的缺陷。例如预应力加固法是利用钢绞线、拉杆等以预应力的形式对结构或构件施加反向荷载。它能大幅度提高结构的承载能力并且可以克服应力应变滞后问题。然而,由于预应力筋与被加固结构或构件仅在锚固点和转向块处接触,反向荷载通过锚固点和转向块传到被加固结构或构件上,其产生的弯矩图不够“丰满”,势必影响加固效果。另外一些研究指出,预应力加固的“二次效应”会降低抗弯能力。Mntsuyoshi等人的试验表明,对于设置了2个转向块的梁,梁的抗弯能力会因为二次效应的影响而最大降低16%。因此,有必要考虑辅以其他加固方法。
(2)利用某一方法的特长。例如碳纤维比常规加固材料(钢板等)抗腐蚀能力要强得多,腐蚀性环境中的结构及沿海的混凝土结构大都会受到外界环境的侵蚀,导致结构劣化。
(3)发挥协同工作的优势。单一加固方法都有不足之处,若将两种或多种方法结合到一起,协同工作,其加固性能可能得到完善。例如粘钢板加固法施工工艺较简单,可提高对梁体内钢筋的保护,控制裂缝与挠度。但对梁体表面平整度、清洁度要求较高,而且加固的有效性主要取决于粘结材料的强度及耐久性。锚栓-钢板加固法可摆脱对钢板粘结剂的依赖,对梁体表面清洁度要求不高,施工工艺较简单。但设置锚栓有可能损伤既有钢筋,从而损伤梁体。而粘钢板加固技术在实际应用过程中,常会遇到动载作用下的情况,如公路桥梁、吊车梁、各种抗震结构等。为此,需要研究钢筋混凝土梁在动载下的力学性能。国内有人曾对采用胶粘、膨胀螺栓锚固及胶栓共同粘锚等三种方法加固的梁进行动载对比试验,结果表明:膨胀螺栓加固梁抗疲劳性能较差;胶粘梁抗疲劳性能不稳定,如果破坏时钢板被拉断,粘结不好,循环几万次就因梁端钢板处胶层剪切滑移而破坏;胶栓共同粘锚梁抗疲劳性能较好,破坏发生在梁跨中弯矩最大区段,钢板全部被拉断。胶栓结合梁在循环80万次前,挠度增加甚微,80万～150万次间挠度增加较快,估计胶层有局部破坏,但之后由于两端螺栓起到了较好的锚固作用,挠度变化又趋于平衡。胶栓共同粘锚将胶粘钢板与锚栓-钢板合而为一,在动荷载下发挥协同工作的优势,具有较好的疲劳性能[[[] 徐历娟，钢筋混凝土结构粘钢加固新技术的研究与应用[J].山东冶金，2002（4），44-46.
[2] JTG_T J22-2008，公路桥梁加固设计规范[S]
[3] JTG/T J23-2008，公路桥梁加固施工技术规范[S]]]。
采用综合加固技术对混凝土结构进行加固,可使各种加固方法扬长避短,加固效果明显,可有效地避免二次修复,是结构加固获得最优性价比的合理途径。
4补强加固方法选用原则
1）采用加固方案之前,须先考虑耗费少、功效快、不中断交通、技术上可行、有较好耐久性等方面的要求。2 ）补强加固是通过加大或修复桥梁构件来提高局部或整座桥梁承载能力的措施。因此桥梁加固工作一般以不更改原结构形式为原则,在兼顾经济性的前提下,只有在较复杂的情况下,才可考虑更改结构形式.如果采用补强加固的方式仍不能达到交通运输要求,则必须考虑进行重建桥梁的部分或全部。3 ）选择桥梁加固方式时,必须考虑旧桥现状、承载能力减弱的程度以及日后交通量,最好参考已经成功完成补强加固的桥梁的施工。4 ）采用扩大或增加桥梁构件断面的方法进行加固前,应考虑增加部分与原有部件的结合效果。
5结语：
在役桥梁加固所用的资金仅是新建桥梁的10%左右。因此加固一座桥梁比新建一座桥梁节省很大投资。本文通过对桥梁加固方法介绍，并探讨了加固补强方法的选用原则，以期对工程技术人员在桥梁加固过程中有所帮助。
