浅谈桥梁加固技术的应用与分析

2011-08-15龚薪镔

科学之友 2011年8期

龚薪镔

（广西隆欣建设监理有限公司南宁分公司，广西南宁 530028）

近年来，我国交通运输业得到了长足的发展，但由于车辆超限超载现象十分严重，致使公路桥梁特别是农村公路桥梁易被破坏。我国农村大部分桥梁建造于20世纪80年代之前。由于当时经济不发达，桥梁建设投入的资金较少以及施工质量欠缺，使许多桥梁发生了大大小小的各种病害，如桥面破损、栏杆断裂、伸缩缝损坏、桥头跳车、梁板或拱体裂缝、混凝土剥落、钢筋钢索锈蚀、钢结构裂纹锈烂、墩台断裂位移、挡墙倾斜错位、锥坡下挫坍塌、墩台基底冲空、桥头路基冲塌、河床护底冲翻以及河道被冲刷严重变迁而危及桥头路基等，存在着严重的安全隐患，这些危桥严重影响着农村公路的使用安全，但又不可能全部拆除重建。因此，对旧桥进行加固改造，提高其承载能力，确保交通运输安全是当务之急。

常用的桥梁加固改造技术包括减轻恒载、加固临界杆件、提供新的补充杆件和改善原来结构体系的方法，以增大桥梁承受活载的能力。此外，下部结构的稳定、支座和车行道伸缩缝的适当清洁、几何形状的改善以及安全性的改善，也在改善服务性能和延长现有结构使用寿命中起着重要作用。

1 概述

我国公路桥梁大多是根据20世纪70年代或80年代初期颁布的设计标准建造的，其设计荷载均较低。目前我国公路桥梁所承受的荷载有交通量不断增大；重型车辆增加及超载现象严重；超限运输的出现和增加等特点。随着各种重型车辆，尤其是工程用重型运输车的不断出现，公路桥梁负荷日趋加重，加之旧桥部分老化、破损，已经不能适应现代交通运输的要求，对旧桥、危桥的加固维修，以及如何提高其承载力的问题，确保交通运输的安全是目前和今后面临的主要任务，开展有关的维修与加固方法研究是非常有必要的。

随着国家经济建设的快速发展，我国的桥梁工程建设日新月异。通过六十多年的发展振兴，越来越多的桥梁被修建，而且桥梁的跨径、规模、技术难度与造价也在不断攀升。与此同时，越来越多地桥梁进入维修的时期，桥梁使用管理工作越来越繁重，也日益显得重要。

2 桥梁加固方法

2.1 体外预应力加固法

体外预应力结构与体内预应力结构本质的区别在于体外预应力结构的预应力筋布置在主体结构之外，因体外预应力索通常为由多根钢绞线组合成的集中钢索，故称为体外预应力索。体外预应力加固通常是在梁底或梁侧下部增设预应力加劲钢丝索或预应力粗钢筋补强并分别锚固在梁的两端，通过设置一定的联结构件使预应力拉杆与梁体构成一个析架体系，成为一次超静定结构，施加体外预应力，抵消部分恒载应力，起到卸载的作用，从而较大提高桥梁结构的承载能力。

2.2 粘贴钢板加固法

用粘结剂和锚栓将钢板粘贴锚固于混凝土结构受拉面或其他薄弱部位，使钢板与加固混凝土结构形成整体，以达到提高结构承载能力的目的。

2.3 增加横向联系加固法

通过增设桥梁横向联系，改善上部结构的荷载横向分布规律，从而达到提高结构整体承载能力的加固方法。一般用于无内横梁或少内横梁的T形截面及工字形截面梁式桥，工程上常在相邻主梁间增设现浇混凝土横梁或钢横梁来提高横向抗弯刚度。

2.4 桥面补强层加固法

将原桥面铺装全都凿除或凿毛，然后加铺一定厚度的补强层，以增大主梁有效高度及改善桥梁荷载横向分布能力，从而提高单梁承载能力或桥梁结构整体承载能力。

2.5 增大截面与配筋加固法

通过增大构件截面面积或配筋率以提高钢筋混凝土梁的强度、刚度、稳定性。

2.6 粘贴碳纤维布加固法

碳纤维增强复合材料是一种性能优良的混凝土结构加固材料，它具有强度高、密度小、耐腐蚀、抗疲劳等优点其加固法是利用树脂类材料把碳纤维布材或板材粘贴于混凝土结构或构件表面，形成复合材料体，通过碳纤维布与结构的协同工作，达到对结构补强加固及改善受力性能的目的。

2.7 锚喷混凝土加固法

从隧道施工中转化而来的加固方法，主要用于因支点截面尺寸偏小而导致的抗剪强度不足的混凝土梁的加固维修。

2.8 改变结构受力体系加固法

通过改变桥梁结构受力体系以达到提高结构整体承载能力的目的，是一种变被动为主动的加固方法。

3 体外预应力加固设计计算的步骤和方法

3.1 体外预应力加固体系的力学分析

用力法求解体外预应力加固体系内力时，以活载引起的水平钢筋拉力增量为变量，切断水平筋而得到基本结构，计算得到水平钢筋承担的力之后，可进行体外索的配置，由水平钢筋的张力估算出预应力筋的用量，最后校核计算结果。

3.2 加固体系正常使用阶段验算

（1）钢筋应力验算：根据应力控制条件来判断是否满足要求。

（2）裂缝验算：采用直接控制裂缝宽度的方式计算，求最大裂缝宽度。

（3）挠度验算：根据《公路桥涵设计通用规范》（JT－GD60－2004），控制的活载挠度为：fk＝fa＋fxp≤L/600。

3.3 求解加固体系的预应力损失

预应力损失的计算主要包括摩阻力引起的预应力损失；锚具变形引起的预应力损失；温差引起的预应力；分批张拉由于混凝土弹性收缩引起的预应力损失；钢筋松弛引起的预应力损失；混凝土收缩与徐变引起的预应力损失。

4 工程实例

资源县合浦街大桥，是钢筋砼箱式梁桥，该桥全长126 m，宽15 m，主梁跨径为19.2 m，原设计荷载为汽－15，于1989年12月建成。目前梁体部分混凝土开始脱落，出现了纵向贯通裂缝，钢筋也开始有锈蚀，为了适应目前交通量以及不影响正常的交通，计划于2010年8月拟采用体外预应力加固法对该桥进行维修加固，加固后的荷载等级标准为汽－20。梁体为 C25砼，fc＝2.85×104N/mm2。

跨中截面主筋面积为Ag＝68.37 cm2，梁自重及恒载在跨中截面引起的弯矩为Mg＝1 256.69 kN·m，提高荷载等级后汽车活载在跨中截面产生的弯矩为Mg＝1 200 kN·m。加固体系拟采用钢铰线，水平钢筋为同钢绞线束，单根钢铰线的截面面积为Apl＝139 mm2，抗拉强度标准值为Aptk＝1 860 MPa，张拉控制应力取σcon＝0.55，fptk＝1 023 MPa。

（1）主梁截面几何性质：跨中截面对下边缘的抵抗矩：Wσ＝6.86×107mm3。

（2）计算活载引起的水平预应力筋增量Xp＝（1.02×10－3）×Ay（N）/10.54×10－11。

（3）体外索配筋计算。求解结果为Ay＝1 165 mm2，所需预应力钢铰线的根数为8.4，取九根。

（4）计算预应力水平钢筋拉力增量。采用力法计算可得：Xp＝12.1 kN，当采用简化公式来计算拉力增量时，计算结果为Xp＝11.9 kN，两者相差很小，故用简化公式来计算也可以满足要求。

（5）加固体系正常使用阶段验算：①钢筋应力验算σy＝972.8 MPa＜f＝1 209 MPa故满足控制应力要求。②裂缝验算δfmax＝0.01 mm＜f＝0.1 mm，裂缝最大值满足要求。③加固体系的挠度验算fk＝26.03≤L/600＝32.5 mm，故加固体系的挠度满足要求。