1.前 言
隨著歲月的流逝，任何一座“新”建的橋梁經(jīng)過若干年大自然的侵蝕和使用，終將成為一座“舊”橋；橋梁的加固與維修同重建新橋相比具有更高的經(jīng)濟(jì)效益，對橋梁的加固以及如何提高其承載力問題的研究試驗(yàn)與推廣，已經(jīng)引起世界性的關(guān)注。橋梁的加固利用和改造是一個永久性的技術(shù)課題，已成為橋梁工程建設(shè)中既古老、又年輕的新興學(xué)科，是一項(xiàng)既綜合繁雜，又在不斷發(fā)展創(chuàng)新、逐步完善的技術(shù)；也是橋梁建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的一個重要組成部分和關(guān)鍵技術(shù)之一。
近年來，橋梁加固工程越來越多，但目前橋梁加固的設(shè)計計算理論還不夠成熟和完善，至今未有專門的橋梁加固規(guī)范。
2.橋梁加固常用方法和計算理論
2.1 改變受力體系加固法
2.1.1 改變受力體系加固機(jī)理
改變結(jié)構(gòu)的受力體系能大幅度減小計算彎矩，提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力，達(dá)到加強(qiáng)原結(jié)構(gòu)的目的。包括在梁的中間部位增設(shè)支點(diǎn)，增設(shè)托梁(架)，拆除墩柱(簡稱托梁拔柱)，將多跨簡支梁變?yōu)檫B續(xù)梁等方法。
2.1.2 改變受力體系加固計算
改變受力體系加固法的一般計算步驟如下：
(1)計算并繪制加固時原構(gòu)件在剩余的那部分荷載作用下的內(nèi)力圖；
(2)若施加預(yù)頂力，根據(jù)所設(shè)時的加固后的內(nèi)力圖，確定預(yù)頂力的大小，按原結(jié)構(gòu)的計算繪制在支點(diǎn)預(yù)頂力作用下梁的內(nèi)力圖；
(3)按加固后的計算簡圖，計算并繪制在新增荷載及加固時卸除荷載作用下的內(nèi)力圖；
(4)將上述三項(xiàng)內(nèi)力迭加，繪制梁各截面的內(nèi)力包絡(luò)圖；
(5)計算梁各截面的實(shí)際承載力，并繪制梁的材料圖；
(6)調(diào)節(jié)預(yù)頂力值，使梁的內(nèi)力圖小于梁的材料圖；
(7)根據(jù)支點(diǎn)的最大支承反力，設(shè)計支撐構(gòu)件，其多為軸心受力構(gòu)件，可按鋼筋混凝土規(guī)范與鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計；
(8)計算預(yù)應(yīng)力撐桿的頂撐控制量。
當(dāng)用縱向壓縮法對預(yù)應(yīng)力撐桿系統(tǒng)施加預(yù)升力時，其預(yù)升量ΔL=Lε+a (2-1)
式中,L—撐桿長度；εa —撐桿端部與被加固構(gòu)件混凝土間的壓縮量,可取2～4mm。—撐桿在預(yù)應(yīng)力作用下引起的應(yīng)變；
2.2 增大截面加固法
2.2.1 增大截面加固機(jī)理及適用范圍
增大截面加固法通常稱為外包混凝土加固法,它是增大構(gòu)件的截面和配筋率,用以提高構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和抗裂性，也可用來修補(bǔ)裂縫等，梁式橋和拱式橋等橋梁均可采用該方法加固。
根據(jù)被加固構(gòu)件的受力特點(diǎn)和加固目的要求、構(gòu)件部位與尺寸、施工方便等可設(shè)計為單側(cè)、雙側(cè)或三側(cè)加固,以及四周外包加固。根據(jù)不同的加固目的和要求,又可分為加大截面為主加固和加配鋼筋為主加固,或者兩者同時采用的加固。加大截面為主的加固,為了保證補(bǔ)加的混凝土正常工作,亦需適當(dāng)配置構(gòu)造鋼筋。加配鋼筋為主的加固,為了保證配筋的正常工作,需按鋼筋的間距和保護(hù)層等構(gòu)造要求決定適當(dāng)增大截面尺寸。加固中應(yīng)將新舊鋼筋焊接,或用錨桿聯(lián)結(jié)補(bǔ)強(qiáng)鋼筋和原構(gòu)件,同時將舊混凝土表面鑿毛清洗干凈,確保新舊混凝土良好結(jié)合。
增大截面加固法使用普通混凝土,強(qiáng)度等級不低于C20,當(dāng)加固層較薄,鋼筋較密時,可用細(xì)石子混凝土,在條件許可的情況下亦可采用鋼纖維混凝土加固,配置的鋼材除普通混凝土外還可采用型鋼和鋼板等。
增大截面加固法的缺點(diǎn)是現(xiàn)場濕作業(yè)工作量大,養(yǎng)護(hù)期較長,并對結(jié)構(gòu)外觀和凈空有一定的影響。
2.2.2 增大截面加固計算
采用增大截面加固橋梁,其承載力計算受到原構(gòu)件應(yīng)力應(yīng)變的影響,不能簡單地作為整體截面用有關(guān)公式計算。在加固計算中,首先應(yīng)確定加固前構(gòu)件的實(shí)際應(yīng)力應(yīng)變水平,并考慮新混凝土與原結(jié)構(gòu)協(xié)同工作的程度,然后進(jìn)行合理的計算。
2.2.2.1 受彎構(gòu)件加固計算要點(diǎn)
受彎構(gòu)件外包混凝土加固設(shè)計,應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況,分別采用受壓區(qū)或受拉區(qū)兩種不同的加固形式。
(1)受壓區(qū)外包混凝土加固
一般用剛架拱、桁架拱等拱橋的斜腿、斜撐或弦桿的加固。采用受壓區(qū)加固的受彎構(gòu)件,其承載力、抗裂度、鋼筋應(yīng)力、裂縫寬度及變形計算和演算可按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB J10-89)中關(guān)于疊合構(gòu)件的規(guī)定進(jìn)行。
實(shí)驗(yàn)研究表明,在相同彎矩作用下,二次受力疊合梁的受拉筋應(yīng)力、撓度和曲率都比相同截面和配筋的一次受力整澆梁的相應(yīng)值大得多。其次,二次受力疊合梁在第一次受力時是由疊合前的原混凝土承受壓力。而在二次受力時,主要由后澆混凝土承受壓力。這使后澆混凝土受壓應(yīng)變比相應(yīng)整澆梁小,因此,加固計算必須考慮疊合梁二次受力的特點(diǎn)進(jìn)行較復(fù)雜的計算。
(2)受拉區(qū)外包混凝土加固
受拉區(qū)外包混凝土加固方法,一般用于梁式橋跨中部位、拱式橋的拱頂?shù)酌婧凸澳_頂面等受拉區(qū)。
對于在受拉區(qū)采用外包混凝土,增加鋼筋加固的受彎構(gòu)件,其截面受力可按規(guī)范中一般受彎構(gòu)件的規(guī)定計算。但應(yīng)考慮以下不同點(diǎn):
①新加部分承載力應(yīng)乘以共同工作系數(shù)ψ進(jìn)行折減,對于正彎矩截面受彎構(gòu)件ψ=0.9;對于斜截面受剪構(gòu)件ψ=0.7～0.9；
②加固結(jié)構(gòu)截面受壓區(qū)高度與一般受彎構(gòu)件是不同的；
③當(dāng)新加鋼筋與原鋼筋相距較遠(yuǎn)時,受拉區(qū)混凝土可能會出現(xiàn)較大裂縫,應(yīng)采取適當(dāng)措施,滿足使用要求。
2.2.2.2 偏心受壓構(gòu)件加固計算要點(diǎn)
當(dāng)用外包混凝土法加固鋼筋混凝土偏心受壓構(gòu)件時,應(yīng)按整體截面以現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)公式進(jìn)行其正截面承載力計算。其中,新增混凝土和縱向鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計值應(yīng)按下列規(guī)定予以折減。
(1) 受壓區(qū)新增混凝土和縱向鋼筋的抗壓強(qiáng)度設(shè)計值乘以0.9的系數(shù)；
(2) 受拉區(qū)新增縱向鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計值乘以0.9的系數(shù)。
2.2.2.3 增大截面加固加固計算
如圖2，在澆筑疊合層之前，構(gòu)件上作用有彎矩M1，截面上的應(yīng)力如圖b所示，稱為第一階段受力。待疊合層中
圖2 增大截面加固法計算圖示
的混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，構(gòu)件進(jìn)入整體工作階段，新增荷載在構(gòu)件上產(chǎn)生的彎矩為M2，由疊合構(gòu)件的全高h(yuǎn)承擔(dān)，截面應(yīng)力如圖c，稱為第二階段受力，在總彎矩Mz=M1+M2的作用下，截面應(yīng)力如圖d所示。
使用階段鋼筋應(yīng)力
(2-2)
式中，，——如圖2-2，分別為第一、第二階段鋼筋應(yīng)力；fy——受拉鋼筋的設(shè)計強(qiáng)度。
|
公司新聞
