2011年7月中國(guó)公路學(xué)會(huì)編輯出版了《再造與重生--我國(guó)公路橋梁維修加固技術(shù)與市場(chǎng)縱覽》專刋(以下簡(jiǎn)稱《專刋》),發(fā)表了多位工作在橋梁養(yǎng)護(hù)管理、檢測(cè)、維修加固和設(shè)計(jì)單位第一線的中青年專家的訪談文章,介紹了他行對(duì)我國(guó)公路橋梁維修加固技術(shù)與市場(chǎng)的看法,分析了存在的問題,提出了一些解決問題的建議。這些意見客觀地反映了我國(guó)公路橋梁維修加固技術(shù)與市場(chǎng)的現(xiàn)狀,代表了我國(guó)公路橋梁維修加固技術(shù)發(fā)展的主流方向,對(duì)推動(dòng)我國(guó)公路橋梁維修加固技術(shù)的健康發(fā)展具有指導(dǎo)意義。
筆者對(duì)《專刋》中涉及的幾個(gè)帶有普遍性的技術(shù)問題進(jìn)行了提煉總結(jié)和䃼充分析,愿與廣大中青年同行專家一起,為促進(jìn)我國(guó)公路橋梁維修加固技術(shù)的健康發(fā)展盡點(diǎn)微搏之力。
1 橋梁加固誤區(qū)之一-----加固設(shè)計(jì)忽略分階段受力特點(diǎn),機(jī)械套用新建橋梁設(shè)計(jì)程序
橋梁結(jié)構(gòu)自重和恒載大，一般均采用帶載加固，即在不卸除結(jié)構(gòu)自重和恒載的情況下對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，待后加補(bǔ)強(qiáng)材料與原結(jié)構(gòu)粘結(jié)為整體后，開放交通允許車輛通行。構(gòu)件自重和不拆除的恒載由原梁承擔(dān),車輛荷載及后加恒載由加固后的組合截面承擔(dān),橋梁加固設(shè)計(jì)必需考慮分階段受力特點(diǎn)。
中交一院西安瑞通路橋科技有限公司總經(jīng)理許宏元以“一個(gè)應(yīng)引起廣泛重視的技術(shù)認(rèn)識(shí)誤區(qū)”為題,客觀地分析了我國(guó)橋梁加固設(shè)計(jì)存在的問題,他指出：“《公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范》 (JTG/T122-2008)己于2008年10月1日正式實(shí)施, ,這本規(guī)范特別指出橋梁加固設(shè)計(jì)應(yīng)考慮分階段受力。----從筆者參與審查的幾個(gè)大型橋梁加固項(xiàng)目來(lái)看,加固設(shè)計(jì)者并沒有完全理解加固規(guī)范的基本原則。還是在沿用過去的設(shè)計(jì)理念,采用一階段受力加固”。
1.1為什么要特別強(qiáng)調(diào)“橋梁加固設(shè)計(jì)應(yīng)考慮分階段受力特點(diǎn)”.
橋梁加固設(shè)計(jì)特別強(qiáng)調(diào)應(yīng)考慮分階段受力特點(diǎn)的主要原因橋梁結(jié)構(gòu)自重和恒載大，一般均采用帶載加固，分階段受力對(duì)結(jié)構(gòu)承載力的影響大。北京公科固橋技術(shù)有限公司副總經(jīng)理李承昌介紹了一座跨徑布置為20+25+20m鋼筋混凝土連續(xù)空心板橋自荷載效組合情況,“不考慮荷載組合系數(shù)時(shí),邊跨跨中恒載產(chǎn)生的彎矩占總彎矩的64％,墩頂恆載墩恒載產(chǎn)生的彎矩占總彎矩的78％,中跨跨中恒載產(chǎn)生的彎矩占總彎矩的63.4％”
以常用的中等跨徑的橋梁為例, 占總內(nèi)力60％左右的恆載內(nèi)力(又稱一期荷載效應(yīng))是由原梁鋼筋承擔(dān)的,后加補(bǔ)強(qiáng)后強(qiáng)材料與原梁鋼筋一起只承擔(dān)占總內(nèi)力40％左右的活載內(nèi)力(又稱二期荷載效應(yīng))。換句話說,在進(jìn)行加固時(shí),原梁鋼筋己承受了60％左右荷載內(nèi)力,具有60％左右的初應(yīng)變(或應(yīng)力)。加固后在活載(即二期荷載)作用下,后加䃼強(qiáng)材料開始受力, 原梁鋼筋的應(yīng)變(或應(yīng)力)繼續(xù)增加, 兩者共同承擔(dān)兩40％左右的內(nèi)力。在加固構(gòu)件中原梁鋼筋和后加補(bǔ)強(qiáng)材料的應(yīng)力增長(zhǎng)的起點(diǎn)不同, 原梁鋼筋的應(yīng)變(或應(yīng)力)超前,后加補(bǔ)強(qiáng)材料應(yīng)變(或應(yīng)力)滯后,這必將對(duì)結(jié)構(gòu)破壞狀態(tài)和承載力產(chǎn)生影響,其影響程度與一期荷載效應(yīng)占總荷載效應(yīng) (或原鋼筋初應(yīng)變占總應(yīng)變) 的百分比有關(guān),一期荷載效應(yīng)(或初應(yīng)變)占的比重越大,分階段受力對(duì)對(duì)結(jié)構(gòu)破壞狀態(tài)和承載力產(chǎn)生影響越大。一般認(rèn)為, 一期荷載效應(yīng)(或初應(yīng)變)占的比重小于15％時(shí),可忽略分階段受力的影響。常用的中等跨徑的橋梁一期荷載效應(yīng)(或初應(yīng)變)占的比重己達(dá)60％左右,隨著橋梁跨徑的加大,結(jié)構(gòu)自重和恒載引起的內(nèi)力所占的比重還會(huì)加大,分階段受力對(duì)結(jié)構(gòu)破壞狀態(tài)和承載力的影響是絕不能忽略。
1.2 橋梁加固構(gòu)件的設(shè)計(jì)忽略分階受力影響的危害是過高估計(jì)了后加補(bǔ)強(qiáng)材料的作用,設(shè)計(jì)是不安全的。
許宏元總經(jīng)理指出“對(duì)大部分橋梁來(lái)說,加固時(shí)并不可能完全卸載,加固設(shè)計(jì)按一階段受力就欠合理,有可能導(dǎo)致加固后的橋梁產(chǎn)生新的危險(xiǎn)” 。
筆者理解許總是從《公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范》 (JTG/T122-2008)規(guī)定的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法角度認(rèn)識(shí)這一問題的. 對(duì)橋梁加固構(gòu)件而言,后加補(bǔ)強(qiáng)材料只承擔(dān)活載（車輛荷載）及后加恒載產(chǎn)生的內(nèi)力，與原梁鋼筋相比，其應(yīng)變（應(yīng)力）相對(duì)滯后，一般情況下,在極限狀態(tài)時(shí)其應(yīng)力達(dá)不到抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。極限狀態(tài)下，后加補(bǔ)強(qiáng)材料的應(yīng)力發(fā)揮程度受原梁的變形限制，與原梁的配筋率有關(guān)。計(jì)算結(jié)果表明，采用直接粘結(jié)高強(qiáng)復(fù)合纖維的被動(dòng)加固方案，由于受分階段受力的影響，后加補(bǔ)強(qiáng)材料應(yīng)變（應(yīng)力）滯后，后加補(bǔ)強(qiáng)材料的高抗拉性能是很難發(fā)揮作用。若在設(shè)計(jì)忽略分階段受力的影響, 即相當(dāng)于“取極限狀態(tài)下后加䃼強(qiáng)材料的應(yīng)力取其抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值”,由此求得承載力顯然是不安全的。
重慶交通大學(xué)周建庭教授以“橋梁結(jié)構(gòu)評(píng)定和力學(xué)分析型研究現(xiàn)狀與展望”為題,對(duì)忽略分階受力影響的危害作了分析,“由于加固増強(qiáng)結(jié)構(gòu)的二次受力特性,原結(jié)構(gòu)在加固前應(yīng)力水平很高,變形很大的情況下,很有可能在加固施工完成后所有荷載作用下,加固層應(yīng)力和應(yīng)變始終處于一個(gè)較低的水平,材料強(qiáng)度不能充分發(fā)揮;如加固層自重較大,消耗了橋梁原有己剩不多的承載力,則加固后的原結(jié)構(gòu)可能處于一種以加固前更不利的狀態(tài),從而威脅加固后橋梁使用的安全性”。
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