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    芻議道路橋梁結構病害和加固的措施

    作者: 來源: 日期:2014-09-25 22:10人氣:

      摘要:橋梁投入使用一定時間后,由于設計的局限、施工的欠缺、交通繁重、超負荷運行等原因,導致各種結構病害的出現。本文針對橋梁在處于超負荷運行狀態時成為交通運輸的“瓶頸”這一難題,剖析橋梁缺陷成因,存在問題的部位和主要解決的問題,提出必要的技術方法和相關的新材料。

      關鍵詞:道路橋梁;結構病害;加固

      一、道路橋梁存在的常見病害

      1. 主拱圈裂縫病害:①主拱圈中波縱向裂縫,檢查時常發現各孔中波波頂均存在縱向裂縫;②肋、波連接處裂縫。各孔拱波與拱肋連接處大部分均發生裂縫;③拱肋裂縫。各孔拱肋均有橫向裂縫,有不少是U形裂縫,這些裂縫多發生在拱頂前后10m左右范圍內;④橫系梁裂縫。

      2. 鋼筋銹蝕病害。鋼筋發生銹蝕時,銹蝕部分的體積可膨脹至原來體積的10倍以上,從而對周圍混凝土形成擠壓,造成混凝土開裂、剝蝕、使截面有效尺寸減小,導致結構承載能力下降。銹蝕的直接后果是鋼筋斷面面積減小,對于以鋼筋作為抗彎能力,鋼筋銹蝕還會降低混凝土對鋼筋的握裹力,銹蝕物外流,在結構表面形成銹跡,影響結構美觀。

      3.墩臺基礎病害。橋梁墩臺基礎在常年使用過程中,除了承受上部構造荷載外,還將承受土壓力、風力、流水壓力、冰壓力等各種力的作用。另外過橋車輛的日益重型化,墩臺基礎經常受到過重荷載,橋墩臺將會出現不同程度的損壞。

      4. 主梁裂縫及主梁變形病害。主梁裂縫多發生在錨跨中部(正彎矩區)梁的下緣及懸臂梁根部(負彎矩區)上緣,后者大都貫穿整個車行道翼板。此類裂縫顯然是由于大量重車通過使梁的受拉區開裂。由于負變矩區裂縫在上面,雨水易從裂縫滲入梁內,引起鋼筋銹蝕及砼強度降低。

      二、橋梁病害的成因

      由于作用荷載的隨機性、材料強度的離散性、制造與施工質量的分散性、計算假定的近似性,致使在長期使用過程中橋梁結構產生病害,其具體原因如下: ①原設計荷載偏低,交通發展后車輛荷載增大,橋梁因承載能力不足而產生病害;②結構設計中存在缺陷,如采用橋型結構不當、設計假定不盡合理;③橋梁施工質量差,未按設計要求和施工規程實施;④不重視橋梁后期養護工作,沒有及時消除己產生的病害;⑤洪水等自然災害使橋梁產生損壞;⑥地質條件差,如滑坡、軟基等導致橋梁產生病害。

      三、現狀分析

      1.加固橋梁工程由于受原有結構的影響,施工設施、作業環境、作業空間均受到限制,如梁體內所有的施工物資設備均需人工搬進搬出,機械設備基本無法使用,安全狀態更加不宜控制。

      2.加固部分與原有結構共同作用,因此不僅要保證加固部分的施工質量,還要同時保證原有結構不被破壞。

      3.腹板加固為加固工程的關鍵施工工序,腹板加固采用在原來箱梁內側加澆20cm厚的混凝土,并在加固腹板內施加豎向預應力。豎向預應力采用直徑為25mm的冷拉級Ⅳ鋼筋,標準強度Rby=750Mpa,張拉控制力331KN,采用無粘結方式、軋絲錨體系。

      四、道路橋梁加固的一般流程

      在橋梁結構發生病害后,需要采取措施進行加固維修或者更換。橋梁加固工程一般應遵循以下工作程序:

      結構可靠性鑒定—加固方案確定—加固設計—施丁組織設計—施工—驗收。

      結構可靠性鑒定,主要是對病害結構的病情診斷。加固方案好比處方,加固設計是現行規范及有關標準對加固方案的深化過程。加固施工是對被加固結構按加固設計進行加固的施工過程,對于大型結構加固,為確保質量和安全,施工前應編制施工組織設計。

      五、加固的方法

      (一)直接加固的一般方法有:

      1、加大截面加固法

      在鋼筋混凝土受彎構件受壓區加混凝土現澆層,可增加截面有效高度,擴大截面面積,從而提高構件正截面抗彎,斜截面抗剪能力和截面剛度,起到加固補強的作用。

      加大截面加固法施工工藝簡單、適應性強,并具有成熟的設計和施工經驗;適用于梁、板、柱、墻和一般構造物的混凝土的加固。

      2、置換混凝土加固法

      該法的優點與加大截面法相近,且加固后不影響建筑物的凈空,但同樣存在施工的濕作業時間長的缺點;適用于受壓區混凝土強度偏低或有嚴重缺陷的梁、柱等混凝土承重構件的加固。

      3、有粘結外包型鋼加固法

      外包鋼加固是把型鋼或鋼板包在被加固構件的外邊,外包鋼加固鋼筋混凝土梁一般應采用濕式外包法,即采用環氧樹脂化灌漿等方法把型鋼與被加固構傭粘結成一整體,加固后的構件,由于受拉和受壓鋼截面面積大幅度提高,因此正截面承載力和截面剛度大幅度提高。

      該法受力可靠、施工簡便、現場工作量較小,但用鋼量較大,適用于使用上不允許顯著增大原構件截面尺寸,但又要求大幅度提高其承載能力的混凝土結構加固。

      4、粘鋼加固法

      鋼筋混凝土受彎構件外部粘鋼加固是在構件承載力不足區段(正截面受拉區、正截面受壓區或斜截面)表面粘貼鋼板,提高被加固構件的承載力,且施工方便。

      該法施工快速、現場無濕作業或僅有抹灰等少量濕作業,對生產和生活影響小,且加固后對原結構外觀和原有凈空無顯著影響,適用于承受靜力作用且處于正常濕度環境中的受彎或受拉構件的加固。

      5、粘貼纖維增強塑料加固法

      外貼纖維加固是用膠結材料把纖維增強復合材料貼于被加固構件的受拉區域,使它與被加固截面共同工作,達到提高構件承載能力的目的。除具有粘貼鋼板相似的優點外,還具有耐腐濁、耐潮濕、幾乎不增加結構自重、耐用、維護費用較低等優點,但需要專門的防火處理,適用于各種受力性質的混凝土結構構件和一般構筑物。

      6、繞絲法

      該法的優缺點與加大截面法相近;適用于混凝土結構構件斜截面承載力不足的加固,或需對受壓構件施加橫向約束力的場合。

      7、錨栓錨固法

      該法適用于混凝土強度等級為C20~C60的混凝土承重結構的改造、加固;不適用于已嚴重風化的上述結構及輕質結構。

      (二)間接加固的一般方法有:

      1、預應力加固法

     、兕A應力水平拉桿固法

      預應力水平拉桿加固的混凝土受彎構件,由于預應力和新增外部荷載的共同作用,拉桿內產生軸向拉力,該力通過桿端錨固偏心地傳遞到構件上,在構件中產生偏心受壓作用,該作用克服了部分外荷載產生的彎矩,減少了外荷載效應,從而提高了構件的抗彎能力。同時,由于拉桿傳給構件的壓力作用,構件裂縫發展得以緩解、控制、斜截面抗剪承載力也隨之提高。

     、陬A應力下撐拉桿加固法

      鋼筋混凝土構件采用預應力下撐式拉桿加固定后,形成一個由被加固構件和下撐式拉桿組成的復合超靜定結構體系,在外荷載和預應力共同作用下,拉桿中產生軸向力并通過與構件的結合點(下撐點和桿端錨固點)傳遞給被加固構件,抵消了部分外荷載,改變了原構件截面內力特征,從而提高了構件的承載能力。

      2、增加支承加固法

      增設支點加固法是通過減少受彎構件的計算跨度,達到減少作用在被加固構件上的載載效應,提高結構承載水平的目的。該法簡單可靠,但易損害建筑物的原貌和使用功能,并可能減小使用空間;適用于具體條件許可的混凝土結構加固。

      3、其它加固法

      輔助結構加固法是采用另制的輔助構件,如型鋼、鋼桁架或鋼筋混凝土梁,部分或全部分擔被加固梁的荷載。 在支座附近加腋后,支座附近截面的有效高度提高了,因此,截面的抗彎和抗剪能力都得到提高。

      參考文獻:

      [1]王鐵夢.建筑物的裂縫控制[M].上海:上?茖W技術出版社,1987.

      [2]蔡開明.施工階段鋼筋混凝土裂縫的控制[J].陜西建筑,2000,(3).

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