浅析桥梁工程加固技术

浅析桥梁工程加固技术

摘 要主要简述了我国现有桥梁概况,指出了桥梁病害的各方面原因,总结了桥梁加固的两种新型处理方法,以及进一步提高桥梁结构的安全性、耐久性,从而促进我国桥梁建设的更大、更快发展。

关键字桥梁;加固;碳纤维加固;体外预应力加固

随着国民经济的发展,作为快捷运输的公路,也日新月异地发生着变化。一条条高等级公路的修建,一座座桥梁的建成,无不昭示着人类已经迈进了一个快速行进的世纪。作为连接道路的桥梁,起着至关重要的作用。人们在桥梁建设过程中,总是采取各种措施,千方百计确保工程质量。尽管如此,公路桥梁长期在自然环境(大气腐蚀、温度、湿度变化)和使用环境(荷载作用与频率的增加、材料与结构的疲劳)的作用下,总会逐渐产生损坏现象,这是一个不可避免的过程。20世纪50、60年代甚至70年代建设的桥梁,已经运营30～40年,很多都已经超限服役,损害和缺陷重重,很难适应当今经济的发展。因而,维修和加固旧桥便成为一个亟待研究和解决的问题。

1桥梁病害形成的主要原因

1.1桥梁设计、施工及运营对桥梁的影响

在桥梁的建造过程中,设计不合理,截面尺寸和钢筋位置不符合力学要求,施工达不到质量标准,原材料使用不当,品质差,施工养护不及时等这些问题的出现,都会导致桥梁在使用过程中存在质量隐患。

1.2环境因素对桥梁病害形成的影响

严寒酷暑的温度、气候、洪水的冲击等桥梁外部环境都会对桥梁产生影响。

1.3超载超限对桥梁的危害

车辆的超载超限对桥梁的损害很大,如不及时采取防修措施,将很有可能形成事故。

地震对混凝土桥梁的破坏。地震因其发生的突然性和巨大破坏力而被列为各种自然灾害之首。我国位于环太平洋地震带和欧亚大陆地震带之间,地震发生频率高。地震对道路交通的毁坏是巨大的,道路交通是国民经济大动脉也是抗震救灾生命线工程之一,桥梁工程是道路交通的关键节点,在保障交通通畅中起着于关重要的作用,从历次破霈地震中,调查得到的桥梁震害产生的主要原因有以下几类:1)支承连接件失效;2)下部结构失败;3)软弱地基失效等。

2碳纤维加固技术

2.1碳纤维加固技术的特点

1)碳纤维复合材料通常由纤维和基体组成,材料力学性能好,加固混凝土结构用的纤维材料目前通常有三种。玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维,纤维复合材料的力学特点是其应力应变量完全线弹性,不存在屈服点或塑性区,碳纤维材料抗拉强度为普通钢材的10倍以上,弹性模量与钢相近,重量轻,在对混凝土结构进行加固加强过程中可以充分利用其高强度、高模量的特点来提高结构及构件的承载力和延性,增进其受力性能,达到高效加固的目的。碳纤维复合材料作为一种复合材料,碳纤维抗腐蚀性能和耐久性能稳定,不与酸碱盐等化学物质发生反应,因此用碳纤维材料加固后的钢筋混凝土构件具有良好的抗腐蚀性及耐久性。2)碳纤维布质量轻且厚度薄,单位体积重量仅为钢材的1/4左右。经加固修补后的构件,基本上不增加原结构的自重、尺寸和改变截面外形,也就不会减少建筑物的使用空间,几乎不会改变桥下的净空高度,这一优点更是传统补强方式所无法达到的。3)由于碳纤维布是一种柔性材料,具有良好的适应性,而且可以任意地裁减,对圆形、曲面的结构也可采用此种方法。尤其是布状片材可以适应各种结构的外形进行粘贴和裹缠,成型很方便,因此这种加固技术可广泛地应用于各种结构类型、各种结构形状和结构中的各种部位,且不改变结构形状也不影响结构外观。4)由于其自重较轻,加固施工极为便捷,可操作性强,无湿作业,操作空间要求较宽松,无需大型的施工机械,施工占地较少,施工时对周围环境的影响较小,工效高。特别对于箱梁构造而言,当箱梁内部的作业空间受到限制时,其可操作性很好,既可以节省巨大的支架费用,也具有一定的安全性和隐蔽性。

2.2碳纤维加固技术要点

1)碳纤维加固施工中基层的处理质量至关重要。基层是否清洁,表层是否平整,表面有无浮渣,都将直接影响粘结质量。在对构件表面进行打磨之前,需要消除被加固构件表面的剥落、蜂窝、疏松、腐蚀等劣化混凝土,露出混凝土结构层,并用修复材料将表面修复平整。有裂缝的地方,需要对裂缝进行灌缝或封闭处理;被粘贴的混凝土表面应打磨平整,除去皮层浮浆、油污等杂质,直至完全露出新面。2)粘贴碳纤维时,滚压的密实度对粘结性能也有较大作用。粘贴操作应按如下步骤进行:(1)裁剪碳纤维布;(2)配制浸渍树脂并均匀涂抹于所要粘贴的部位;(3)用特制的滚筒沿纤维方向滚压;(4)多层粘贴并重复上述步骤;(5)最后一层碳纤维布表面均匀涂抹浸渍树脂。在该过程进行中,必须反复多次滚压,尽量排除气泡,以免影响粘结质量。3)环境的湿度和温度对粘结质量会有影响。湿度过大,温度过低或过高也会影响粘结质量。当环境温度大于60℃时,应采取隔热措施加以防护;当环境温度低于5℃时,应停止施工,不然树脂的固化及最终强度都会受到影响。

3体外预应力加固法

体外预应力加固法主要应用于梁式桥(包括简支梁、悬臂梁、连续体系梁桥等)正常使用极限状态超限的结构,通过对旧桥施加体外预应力,能够达到减少或消除裂缝,减小梁体下挠,并改善结构各截面应力状态的目的。体外预应力加固法的优点是:1)在自重增加很小的情况下可大幅度改善和调整原结构的受力状况,以

提高结构刚度、抗裂性;2)由于自重增加小,故对墩台和基础受力状况影响较小,可减少对墩台及基础的加固,节省加固投资;3)可在不正常通车营运的情况下进行加固施工,有较好的社会效益;4)预应力加固后可使预应力永久保留,也可将预应力拆除,故本法既适用于通行重车时的临时加固,也可作为提高桥梁承载力的永久加固措施。体外预应力加固旧桥的原理是通过在梁体外设钢质的拉杆或撑杆,并与被加固梁体锚固连接,然后施加预应力,迫使后加拉杆受力,而使原结构内力分布改变,并降低原结构应力水平,使结构承载力显著提高,且可减少结构变形,缩小裂缝宽度甚至闭合。另外,还有减轻拱上自重也是一种调整拱上恒载分布的手段,尽管它们的目的都是为了恢复和提高原桥的承载能力,但它们的出发点和适用场合却是不尽相同。调整拱上恒载分布是针对主拱圈变形过大,通过调整拱上恒载的办法来调整拱轴线与压力线。采用减轻拱上建筑的自重,则主要是针对某些双曲拱桥的基础承载能力较低的情况,通过这一措施降低对基础承载力的要求。

4结语

旧桥的加固补强是桥梁工程中的重要组成部分,不能重建轻修,旧桥的加固补强比新建造桥梁难度要大,因为旧桥的加固补强没有现成的设计规范,又没有现成的施工验收标准,因此需要技术人员通过对旧桥的实际情况进行评估,而桥梁的病害又错综复杂,病害原因难以确定,故对这些桥梁进行病害分析,提出相应的维修加固方案,具有实际的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]徐俊果,刘芳敏.粘钢和粘碳纤维布两种加固方案的对比分析[J].天津建设科技,2007,S1.

[2]孟全,史代涛.公路旧桥加固技术研究与实践浅析[J].科技风,2009,3.

[3]李恒林.桥梁加固技术应用分析[J].2006,10.

[4]常海芹.碳纤维材料在桥梁加固中的应用[J].华东公路,2009,2:30-34