钢筋混凝土刚架拱桥加固新技术分析

2016-12-03滁州市公路管理局天长分局安徽天长239300

低碳世界 2016年31期

王　翔（滁州市公路管理局天长分局，安徽天长239300）

钢筋混凝土刚架拱桥加固新技术分析

王翔（滁州市公路管理局天长分局，安徽天长239300）

随着我国经济的迅猛发展，国家不断增加公路交通量，进而加重了公路桥梁的负荷。但是随着集装箱运输、拖挂运输的推行，我国的许多桥梁都出现了承载力不足的现象，而桥梁的破损和老化现象也越来越突出。由于钢筋混凝土钢加工桥具有造型美观、先进的经济指标、施工渐变、自重轻、构件少等特点，被广泛应用于桥梁建造领域中，同时其也存在一定的问题，因此需要加大对其加固技术的研究。

加固新技术；钢筋混凝土；分析

引言

钢筋混凝土钢加工桥虽然具有造型美观、先进的经济指标、施工渐变、自重轻、构件少等优点，却也存在着较为严重的问题，其不具有较好的整体性、横向稳定性，桥梁结构极易产生病害，例如桥面大量开裂，拱脚开裂，主拱肋节点开裂，微弯板塌陷、穿孔、断板或开裂，甚至可能成为危桥，导致车辆无法正常通行，因此，研究其加固新技术势在必行。

1　工程及其病害概述

该桥梁建成于1995年，具有3×净60m的跨径布置，18m的大桥车道宽度，2m的两侧人行道宽度，该设计主要分为上幅和下幅，均有4片拱肋。桥梁设计荷载为：3.5kN/m2的人行道荷载，-100级挂、-20级汽车荷载。

图1　桥型布置图

该桥梁存在的主要病害有：①横系梁跨中裂缝；②微弯板根部及下肋开裂严重，甚至使桥面开裂；③大小节点附近、外弦杆和内弦杆实腹段及中部、混凝土附近出现裂缝（见图2～4）。

2　研究加固横向联系梁的新技术

图2　横系梁裂缝示意图

图3　微弯板病害

图4　主拱片裂缝示意图

该桥梁的主要病害就是不具有较好的横系梁连接，因此该桥加固成功的关键就在于加固人员是否能够加固好横向联系梁[1]。经过对比方案，发现采用接头外包钢板法会严重损伤该桥梁的拱肋，且不具有加固横梁的作用；而采用增大截面法增加了较多的恒载，难以加固接头且不便于施工。笔者对横系梁加固方法进行创新，即附加型钢加固法。该方法的采用不仅能够起到加固节点的作用，其于横向方面还能够连为一体，使横桥向的传递得到有效保证，且与微弯板加固之间形成良好的受力模式，使原结构的受力模式得到改善，使桥梁结构的整体性得到有效提高。但是该桥梁拱肋实腹段受到了严重损害，因此可以对其采用型钢替换法，使其恒载得到减轻，对于其他横系梁也采用该种加固新方式。此外，分析附加型钢加固横系梁的受理，可以采用空间有限元法进行，板单元采用于桥面板，采用梁单元模拟其余构件，经过研究发现，用此方式对横系梁进行加固之后能够有效提高其承载力，满足相关要求和规范。还可形成一个良好的桁架受力模式，上弦杆为加固后的微弯板，下弦杆为加固后的横系梁，在横向空间之内，桁架的腹杆就是拱肋，这样极大地改善了桥梁的受拉承载力[2]。

图5　附加型加固钢横梁

图6　跨中钢横梁替换

图7　横梁加固布置

3　研究加固桥面微弯板的新技术

该桥梁微弯板不具有较宽的混凝土加劲肋，一旦挂网喷射混凝土植筋或者是粘贴钢板都对微弯板加劲肋有着更大的损伤，根据笔者的经验，即使采用该种方式也难以保证喷射混凝土的强度，反而增加了较多的恒载。笔者对常用的粘贴受力层法、增大截面法、截面替换法进行综合分析，在此基础上，对桥面微弯板加固方法进行创新，即曲面型桥梁加固法。这种方式是将曲面型加固微弯板设置在原微弯板与劲肋之间，此外，型钢上翼的曲面型需要与微弯板吻合，并用结构胶将微弯板底部和型钢梁上翼缘进行粘接，采用变高度腹板，采用与普通型钢相同的下翼缘，通过植筋再次锚固，且与横向联系梁加固之间形成良好的受力模式，使原结构的受力模式得到改善，使得微弯板的承载能力更强，进而使桥梁结构的整体性得到有效提高[3]。由于横系梁在拱腿部分不具有较大的病害，经过严格验算其承载能力，发现能够满足相关要求和规范，因此暂时不对其进行处理。

图8　微弯板曲面型钢加固设计图

4　研究加固大小节点和主拱肋的新技术

4.1加固大小节点

该桥梁的大节点主要有三处，即实腹段、拱腿和弦杆的交界处；小节点处为斜撑、弦杆的交界处。与预制构件相比，大节点处的施工质量较差，且由于大小节点处具有受力复杂的特点，需要对其进行准确的计算。第一步是要将外包钢板单元钝化，得出在自重作用下混凝土节点的应力，再将外包钢板单元激活，将汽车荷载叠加上去，引起内力，进而更好地对外包钢板的实际受力进行综合考虑。根据相关研究表明，加固大小节点采用粘贴钢板包节点的方式，能够明显降低混凝土的主拉应力，提高大小节点的承载能力，因此采用粘贴钢板包节点的方式加固大小节点具有较好的有效性和可行性。

4.2加固主拱肋

根据该桥梁的病害，处理大小节点、主拱肋部分的裂缝，主要可采取粘贴复合纤维法、粘贴钢板法、体外预应力法和增大截面法四种加固方案。由于采用粘贴复合纤维法需要花费较高的费用，对结构而言不具有较好的加强抗剪和刚度的作用；采用体外预应力法需要花费较高的费用，且在施工的过程中也存在较大的干扰性；采用增大截面法会增加较大的恒载，在施工的过程中也存在较大的干扰性；因此，较为理想的加固主拱肋的方法就是粘贴钢板法，其主要的技术优势有以下几点：①占用较小的空间，不会增加太多的桥梁自重，且对桥梁净空没有影响；②具有较短的施工工期，施工可以在少影响或者不影响车辆通行的条件下进行，具有较好的经济性[4]；③对于被加固结构的外形而言不会遭到破坏，具有较简单的施工工艺，能够更好地控制施工质量；④钢板材料具有高弹模和高强度的特点，其在混凝土结构当中，能够起到使构件延性和承载能力提高的作用，进而使桥梁构件具有较好的受力性能。