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一般桥梁加固方法与芳纶纤维加固桥梁方法之比较

文章出处:人气:-发表时间:2016-05-15 20:41【

粘贴碳纤维布

传统的提高钢筋混凝土桥梁承载能力的方法包括桥面铺装补强层加固法、增大截面和配筋加固法、锚喷混凝土加固法、体外张拉预应力加固法、粘贴钢板(钢筋)加固法、改变结构受力体系加固法、增设纵梁加固法、增加横向联系加固法以及近几年刚刚兴起的粘贴碳纤维布加固法。
1、桥面补强层加固法
当采用桥面补强层加固法时,需将原桥面铺装全部凿除或凿毛,然后加铺一定厚度的补强层,以增大主梁有效高度及改变桥梁荷载横向分布能力,从而达到提高单梁承载能力或桥梁结构整体承载能力的目的。该加固方法实施的前提是原主梁具有足够的配筋率且桥梁结构处于良好的工作状态。该方法的缺点在于凿除或凿毛桥面铺装时一般无法采用机械化施工手段,全部工作均由手工作业完成,因此,用工量较大,工期较长,并有可能对原结构(如主梁等)造成一定的损伤,因此,该方法一般是结合桥面铺装的大修工程进行的,很少有为提高承载能力而增铺桥面铺装的加固实例。
2、增大截面与配筋加固法
增大截面与配筋加固法是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庋、刚度、稳定性的加固方法。该方法一般采用在梁底面或侧面加大尺寸,增配主筋,以提高主梁截面的有效高度,从而达到提高桥梁承载能力的目的。在施工质量可靠的情况下,该技术的加固效果是比较理想的,并且几乎不需要后期养护,因而关于该加固方法的工程实例屡有报道。然而,由于增大截面法在施工过程中全部的作业需在梁底进行,施工难度较大且施工质量难以控制,因此,尽管在某些情况下费用并不太大,但以上因素制约了该技术的广泛应用,同时,该技术一般用于T型截面梁的加固,而很少用于板式桥梁的加固维修。
3、体外预应力加固法
在所有的加固方法中,体外张拉预应力加固法是加固效果最明显而施工工艺最为复杂的加固方法,该方法的优点在于,可在不增加桥梁自重的前提下有效增加加固后主梁的抗弯刚度并大幅度提高主梁的承载能力。由于不增加上部结构自重,减小了对墩台基础受力状况的影响,从而降低了墩台基础的加固量。同时,在合理安排施工流程的情况下,该方法可最大限度地减少对桥上交通的影响,甚至可以在有限开放交通的情况下组织施工,因此近年来国内工程实例较多。
尽管该加固方法具有上述优越性,但是加固后体外预应力筋的防腐问题一直是因扰公路养护部门的难题,降低了加固桥梁地可靠性,并一定程度上增加了后期养护费用,因此,一般不是公路部门的先用的加固方法。
4、粘贴钢板加固法
粘贴钢板(钢筋)加固法以粘贴钢板加固应用较多,粘贴钢筋加固一般可归为增大截面法。粘贴钢板加固法是采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它薄弱部位,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。
该方法具有基本不改变原结构的尺寸、施工简单、技术可靠、短期加固效果较好且工艺成熟等优点,近些年来在钢筋混凝土桥梁的加固维修中为公路部门广泛采纳,是近几年应用最多的加固方法。
随着该技术的推广应用,单位面积加固费用呈下降趋势,一般情况下,与增大截面法以及体外张拉预应力法相比,总的加固费用是最低的。然而,粘贴钢板加固的钢板锈蚀问题是至今困扰公路管理部门的难点。由于粘贴钢板加固后均需进行必要的表面防护如环氧砂浆或水泥砂浆保护层,钢板的锈蚀程度较难估计,降低了加固构件的可靠性,增加了加固桥梁的后期养护费用。同时,为便于施工过程中对粘贴钢板加压及防止钢板剥离,粘贴钢板加固时须采用必要的螺栓锚固措施,会不可避免地对原结构造成一定的损伤,因此,一般不宜用于配筋密度较大且钢筋走向复杂的构件结点处的加固设计。
5、改变结构受力体系加固法
改变结构受力体系加固法在‘六五’、 ‘七五’期间曾有专门研究,是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。该方法需对原结构的受力状况进行仔细的现场调查与分析,在此基础上,确定拟采用的新的结构受力体系转换方法以及施工工艺、措施,并对转换后的桥梁结构进行可靠的受力分析,最终确定桥梁结构整体承载能力的提高幅度,判断是否满足规定交通荷载等级的需要。
该加固方法的技术关键是如何有效降低桥梁各控制截面的计算内力,常见的如通过在简支梁下增设支架或桥墩以减小桥梁跨径;通过在相邻简支梁支点区域进行连接处理,将简支梁桥变为连续梁桥以降低跨中计算弯矩;通过在梁下增设钢桁架或叠合梁以分担原结构的内力等。最简单的如通过简支体系变连续体系以降低跨中弯矩,但该技术争议颇大,特别是相邻梁端负弯矩区的处理技术是困扰该技术推广应用的难点,因此,尽管国内有此类加固实例的报道,但施工改造时一般要涉及到桥面铺装的再处理,增加了改造费用且加固效果受负弯矩区施工质量的影响较大,目前极少单独采用。
6、增设主梁加固法
增设主梁加固法一般结合桥梁的拓宽工程进行,单纯以提高桥梁承载能力而采用该方法(相当于采用大边梁技术)的应用实例较少。这种方法不但投资较大且存在一个新旧桥梁的衔接问题,从己有拓宽桥梁使用效果来看,问题大都出现在新旧桥梁的衔接缝上,在车辆荷载作用下,桥面铺装层往往出现沿衔接面方向的通缝,一般很难根治,需对桥面铺接进行反复的修补,不但增加了后期养护的费用,也影响了行车的平稳性,并对衔接面两侧钢筋混凝土主梁(板)的耐久性形成威胁,一般不单独采用。
7、锚喷混凝土加固法
锚喷混凝土加固法是从隧道施工中转化而来的加固方法,在某些情况下,一次投资略低于粘贴加固方法,但由于施工工艺要求较高且存在一个新旧混凝土的衔接问题,加上施工过程中需要封闭交通,施工过程对环境影响较大,因此,尽管近年来己有锚喷混凝土加固拱桥以及钢筋混凝土整体式板桥的成功应用实例,但是,在构件抗弯刚度满足要求的情况下一股不推荐使用,而主要用于因支点截面尺寸偏小而导致的抗剪强度不足混凝土粱的加固维修。当然,在确保新旧混凝土粘结质量可靠的前提下,锚喷混凝土加固方法可明显增大主梁刚度,有效提高结构的耐久性,而几乎不需要后期养护费用。
8、增加横向联系加固法
增加横向联系加固法也是近几年采用较多的加固方法。该方法是通过增设桥梁横向连接系以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。
9、粘贴纤维布(板)加固法
粘贴纤维片加固法是近几年兴起的新型结构加固技术。纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,FRP)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,是近十年来在日本以及欧美等发达国家兴起的一项新型结构加固技术。目前,国内外已有不少研究机构针对公路桥梁开展了相关的应用研究,我国己有应用该技术加固桥梁的实例见诸报道。
在上述加固方法中,除粘贴(钢板、纤维布)加固法施工较为简单外,其它方法无论是施工工艺还是设计计算都是比较复杂的,且一般需要在封闭交通的条件下方能实施,因此,无论从社会效益还是经济效益的角度都是不利的。
当前在结构加固补强中,碳纤维加固技术应用较为广泛,然而,由于碳纤维本身的一些缺陷,如脆性、耐火性不好等使得这种材料的应用受到限制。芳纶纤维(Aramid Fiber)是已工业化的高性能增强纤维中的有机纤维,与碳纤维相比,密度小,拉伸强度下降在20%左右,而断裂伸长率则提高60%以上。芳纶纤维的抗冲击和耐疲劳性能要大大优于碳纤维,在耐火性能、耐腐蚀方面亦要好于碳纤维。芳纶纤维的另一个显著优于碳纤维的特点是其破坏为非脆性,破坏前出现颈缩、有明显征兆。芳纶复合材料作为新型的复合材料具有超高强、超高模量、抗冲击、耐高温、耐腐蚀和比重轻等特性,利用其优越的性能对桥梁抗震加固有着广泛的应用前景。

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