几种桥梁加固方法的总结.pdf.doc

156管理施工城市道桥与防洪2011 年 5 月第 5 期几种桥梁加固方法的总结彭红美（大连市市政设计研究院有限责任公司，辽宁大连 116011）摘要：该文介绍了几种目前国内外常用的桥梁加固方法，总结了每种方法的适用条件、受力特性及优劣性。关键词：桥梁；加固；方法；总结中图分类号：U445.7+2 文献标识码：B 文章编号：1009- 7716（2011）05- 0156- 030 引言随着经济的发展、人民生活水平的提高，对交 通运输运营服务水平的要求也越来越高。桥梁是 确保道路畅通的咽喉，其承载能力和通行能力是 贯通全线的关键，所以对桥梁的要求也越来越高。 我国的桥梁大部分为建国后所修建，由于修建年 代的变迁，设计标准也在不断地提高。桥梁结构由 于结构失效或损伤经评估不能满足结构安全或正 常使用要求时，必须进行加固。1 桥面补强层加固法桥面补强层加固法是通过在桥面板（主梁顶 面）加铺一层钢筋混凝土层，使其与原有结构形成 整体，从而达到增大桥面板或主梁有效高度和受 压截面，增加桥面整体刚度，提高桥梁承载能力的 一种加固方法。主梁或桥面板承载力不足，刚度不 够，或铰接梁、板的铰缝不能有效传力时，可采用 桥面补强加固法进行加固。这种加固方法主要适 用于中小跨径的桥梁。采用桥面补强进行加固，桥面板或主梁恒载将有所增加，应通过计算判断桥面增厚后是否可 以提高桥梁的有效承载能力。若恒载的增加影响 较大，则应考虑采用其他加固方法或与其他方法 综合运用。采用桥面补强层法加固时，加固结构属 二次受力结构，加固前原结构已经受力，补强层在 加固后并不立即受力，而只有在新增荷载下，即第 二次加载情况下才开始受力。另外，加固结构存在 补强层与原结构整体工作、共同受力的问题，混凝 土结合面上的强度较整体浇筑的强度要低，必须 采取构造措施克服这一弱点。当混凝土结合面的 强度可以保证补强层与原有梁（板）的整体受力工 作性能时，所形成的加固构件就是组合梁（板）， 也就具有组合构件的分阶段受力的特点。为减少收稿日期：2010- 12- 20作者简介：彭红美（1977-），女，四川荣县人，工学硕士，工程师，从事桥梁设计工作。补强层增加的恒载，往往先将原有的桥面铺装层 凿除，并要求对伸缩缝进行改造。桥面补强加固法施工活动全部在桥面进行，操作便利，易于控制工程质量；补强层仅增加受压区混凝土面积，承载能力提高幅度受原结构受拉区钢筋的面积和强度影响而受限制，宜与其它加固方法 如粘钢板、贴碳纤维等结合使用，补强效果更加明 显；此加固方法对新旧混凝土结合面和收缩差动变 形提出了特殊构造要求，以保证实现加固结构符合 叠合结构的受力特征。加铺补强层后，桥面高程将 受到影响，连接路面或桥面纵坡要相应进行调整。2 预应力加固法预应力加固法是指运用预应力原理，在增设的 构件或原有构件(如主梁梁体)中，施加一定初始应 力(即预应力)的一种加固方法。此方法主要适用于： （1）正截面受弯承载能力不足或正截面受拉区钢筋 锈蚀的情况；（2） 梁抗弯刚度不足导致的梁挠度超 过规范或梁的受拉区裂缝宽度超过规范的情况； （3）适用于梁斜截面受剪承载能力不足的情况。预应力加固方法实际上是改变了梁体原有受力体系，结构加固以后，新的受力体系在荷载作用 下的力学行为与原来的结构是有差异的。由于预 应力的作用，原来的受力结构会出现不同程度的 卸载现象，导致原结构发生内力重分布。与其他预 应力结构或其他加固方法不同的是：加固前桥梁 所受荷载由恒载和活载组成，预应力筋的张拉控 制值是在上部结构的恒载作用下读取的，即带载 加固。因此在计算预应力筋荷载作用下的应力增 量时，应仅考虑活载的作用。预应力加固法是一种主动加固法，能较大幅 度提高或恢复桥梁的承载能力；施工工艺简单、干 扰交通少、所需设备简单、人力投入少、工期短、 经济效益明显；对原结构损伤小，可以做到不影响 桥下净空、不增加路面标高；由于预应力加固梁桥 时预应力筋布置在梁截面外部，易受环境的影响， 需要可靠的防腐设计。2011 年 5 月第 5 期城市道桥与防洪管理施工1573 粘贴碳纤维片加固法简单、技术可靠、短期加固效果较好且工艺成熟等优点。由于粘贴钢板加固后均需进行必要的表面粘贴碳纤维片加固法是采用配套粘结树脂将防护如环氧砂浆或水泥砂浆保护层，钢板的锈蚀碳纤维片粘贴于结构或构件表面，形成复合材料程度较难估计，降低了加固构件的可靠性，增加了体 CFRP，通过其与结构或构件的协同工作，起到加固桥梁的后期养护费用。同时，为便于施工过程对结构构件补强加固及改善受力性能的一种加固中对粘贴钢板加压及防止钢板剥离，粘贴钢板加方法。该方法主要适用于混凝土梁桥、板桥的抗弯固时须采用必要的螺栓锚固措施，会不可避免地和抗剪加固。对于配筋较低或钢筋锈蚀严重的梁、对原结构造成一定的损伤，因此，一般不宜用于配板进行抗弯和抗剪加固，可以取得很好的效果，对筋密度较大且钢筋走向复杂的构件结点处的加固于配筋率较高的梁、板，仅采用粘贴碳纤维片加固设计。往往达不到要求的加固效果，可以考虑采用混合5 外包钢加固法加固方法。该方法还适用于混凝土墩柱的抗剪、抗压补强，抗震延性补强以及地震破坏后的修复等。外包钢加固法是在混凝土柱或梁的四角或两碳纤维片材受拉时呈线弹性关系直至破坏，角包以型钢（一般为角钢），内部灌注粘结剂的一其脆性性能与钢筋的延性有明显的区别。碳纤维种加固方法。外包钢加固分为湿式和干式两种方片材不具备钢筋所拥有的延性，加固后结构的延法，型钢与原柱间留有一定的间隔，并在其间灌注性将受到限制，构件中的应力重分布将受到约束。乳胶水泥砂浆，或环氧树脂粘结剂，或环氧砂浆，因此，在粘贴碳纤维片材的结构设计中不能简单使型钢架和原构件能整体工作共同受力的加固方地将碳纤维片材作为钢筋的替代物，必须考虑碳法称为湿式外包钢加固法。型钢和构件之间无粘纤维片材的脆性特点。目前一般的计算方法是将结或仅填塞水泥砂浆，不能保证结合面剪力能有碳纤维布按照一定的标准(例如强度或容许应力)效传递的加固方法称为干式外包钢加固法。外包近似换算成一定用量的钢筋，然后按照传统的钢钢加固法适用于提高受压为主构件（桥墩、拱肋、筋混凝土受力分析模型进行理论分析。虽然是近桁架杆等）的承载力、刚度及延性。似计算方法，但理论分析结果与实验数据吻合得干式外包钢加固法受力简单直观，外包钢可很好，因此在一般情况下是适用的。以按刚度比分担原结构的荷载，加固效果明显。湿由于碳纤维贴片对构件重量的增加几乎可以式外包钢加固法除角钢可以分担原结构的荷载，忽略不计，因此，这种加固方法不会对构件施加额外套扁钢箍可以对核心混凝土产生约束作用，提外的荷载。需要注意是，在采用该技术加固时必须高其受压强度，加固效果较干式外包钢加固法好。严格遵守材料商对碳纤维片材和粘结剂等提出的外包钢加固法施工简便，效果直观明显，对施环境和施工等方面的要求。工环境影响小，成本低，不显著增大原构件截面尺4 粘贴钢板加固法寸和自重，但可大幅度提高其承载能力。此方法需钻埋螺栓孔，对原结构有一定损伤；钢材需作防腐粘贴钢板加固法是用粘结剂及锚栓将钢板粘处理，增加了日后养护的费用。贴锚固在混凝土结构的受拉缘或薄弱部位，使其6 增大截面和配筋加固法与结构形成整体，以钢板代替增设的补强钢筋，提高桥梁的承载能力的一种加固方法。主梁承载力增大截面和配筋加固法是在构件表面加大混不足，或纵向主筋出现严重锈蚀，或梁板桥的主梁凝土尺寸，增加受力钢筋，使其与原结构形成整出现严重横裂缝，可采用粘贴钢板加固法。体，从而增大构件有效高度和受力钢筋面积，增加对粘钢加固受弯构件，破坏前外贴钢板与混凝构件的刚度，提高桥梁整体承载能力的一种加固土之间具有较好的粘贴性能，可以保证钢板与被加方法。这种加固方法广泛应用于梁（板）桥及拱桥固构件间的共同工作，并保证钢板达到屈服强度。拱肋的加固。但是，进入破坏阶段后，多数构件钢板与混凝土之加大构件截面时，会使上部结构恒载增加，对间发生局部剥离，沿板与混凝土交界面，出现较长原结构及基础承载能力有一定影响。增大主梁混的顺筋裂缝，混凝土被撕裂，因此导致构件破坏。对凝土截面和增加配筋后，使主梁成为二次受力的粘钢加固受剪构件，构件的破坏类似于普通钢筋混叠合构件，原主梁的混凝土和钢筋除了已有的应凝土受剪构件，首先出现斜裂缝，然后裂缝不断发力外，还需要承受后期恒载和活载产生的应力。因展，钢板应力明显增大，最后构件产生破坏。此需按二次受力的叠合梁进行承载能力极限状态该方法具有基本不改变原结构的尺寸、施工和正常使用极限状态的验算。如果桥面铺装部分158管理施工城市道桥与防洪2011 年 5 月第 5 期得到加固，可适当考虑部分铺装层参与受力。 采用该方法加固后主梁的强度、刚度、稳定性得到明显提高，裂缝可以得到修补，加固效果显著；施工方法便利，能在桥下施工，加固工作量小，不影响原有桥梁的整体效果；现场作业，养护期较长，加 固初期，需适当中断交通，桥下净空有所减小。7 增加构件加固法此处讨论的增加构件加固法是指不加宽桥面 的情况下增加构件进行加固。当墩台地基安全性 能好，具有承载能力，上部结构也基本完好，但其 承载能力不能满足要求时，通过增设纵梁来提高 承载能力的一种加固方法。常用的方法有：增设纵 梁加固、更换边梁加固、增加辅助横梁加固。增设纵梁加固法要求原桥梁墩台及基础在提高承载能力方面尚有潜力，它可以较为有效地提 高结构的承载能力。采用新增加主梁的加固方法 对于过去常用的少主梁或双主梁整体现浇式桥梁 的加固改造尤为有利，这种上部结构不仅主梁间 距大，新增的主梁容易布置及浇筑，增加主梁后对 上部结构的承载能力可以明显提高，且增加主梁 后也改善了原有桥面板的受力情况（见图 1）。增加构件加固方案与新桥的设计相似，主要 考虑到新增主梁与凿去部分翼缘板的纵梁在截 面、混凝土标号与龄期不同而导致的弹性模量以 及刚度上的不同，按不等刚度并根据加固后的桥 梁构造特点选择荷载横向分布计算方法进行横向 分布系数计算，并计算各纵梁的受力，根据各受力 设计新纵梁的配筋。由于增加了主梁片数，减小了 分配在每片梁上的活载，若承受与加固前同样的 车辆荷载，每片梁所承担的荷载减少了，由此提高 了桥梁上部结构的整体承载能力。另外，新梁混凝 土收缩徐变会影响新旧主梁的联结，若联贯方式 不当，将影响加固效果；吊装安置新主梁时，难免 对旧梁的撞击；凿除切割旧梁翼缘可能有过大冲 击力而对梁体部分带来一定程度损伤。更换边梁加固就是把原有边梁拆除，更换成 新的刚度大、配筋足的边梁来承受尽可能大的荷 载，从而减小原结构的受力，起到加固作用。与增 设纵梁加固法相似，重点在于横向分布设计计算 方法的选择。对于某些因横向整体性较差而降低了承载能力的梁式桥，在加固时可采取增加横梁的办法来 加强各纵梁之间的横向联结。一般情况下这种加 固方法是其他加固方法的辅助方法，特别适用于 少横隔板或无横隔板的梁式桥。需要注意的是，此 方法作为其他加固方法的辅助方法时会影响荷载 横向分布计算方法的选择。被加固桥梁在少横隔 板或无横隔板的情况下，可用铰结板（梁）法或杠 杆原理法计算，加固后则用偏心受压法或修正偏 心受压法，如是宽桥即宽度与跨度之比大于 1/2 的桥用比拟板法（G- M 法）。8 改变结构受力体系加固法改变结构体系加固旧桥通常是指增设附加构件和进行技术改造，使桥梁的受力体系和受力状况发生改变，从而起到减小承重构件的应力，改善 桥梁性能，达到提高承载能力的目的。常使用的方法：（1）简支转连续法；（2）增加辅 助墩法；（3）八字支撑法；（4）将梁式桥转换为梁 拱组合体系；（5）改桥为涵洞加固；（6）钢 索斜拉 加固。其中（2）（6）加固方案形式各异有不同的 要求，但加固实质相同，均是为所加固的桥梁加入 新的支撑点，缩短梁的计算跨径。加固时往往需要在桥下操作，设置永久设施，影响桥下净空，所以必须考虑对通航及排洪能力的影响；加固时改变了受力体系，使原本只承受正弯矩的简支梁在部分位置出现负弯矩，所以要注 意加强梁上缘配筋。9 结语旧桥加固改造有其内在的规律性，某座桥梁的 具体加固设计应根据桥梁的技术状况、各部位缺 陷、经济效果等多方面进行全面细致的分析，选 择合适的一种或多种加固方法。旧桥加固技术是 一门新兴的学科，正 处于不断发展、补充和完善 中。随着桥型的改变，新材料、新工艺、新技术的 出现，必然会出现更多、更好、更新的加固方法。参考文献1谌润水,胡钊芳,帅长斌. 公路旧桥加固技术与实例M. 北京：人民交通出版社，2002.2刘真岩,周建斌. 旧桥维修加固施工方法与实例M.北京：人民交通出版社，2002.3GB 503672005，混凝土结构加固设计规范S.composite pavement.Keywords: composite pavement, mixture ratio, construction technology, quality inspection testSummarization of Several Bridge Reinforcing Methods ! 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The article more completely considers the pile- soil interaction and putsforward thecautionsfor the simulating analysis according to theexperience.Finally, the comparisonwith themeasureddata validates the truth and reliability of thesimulatingresult, and the relativereinforcingmeasuresare put forward for the substructure of the bridge according to the analysis result.Keywords: bowstring arch, stroke, computer simulating analysis, reinforcement, calculation analysisElementary Analysis on Technological Gist of Pre- stressed Hollow Plate Beam ! 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