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桥梁加固设计,当考虑结构受力特点
- 2017-08-30 -

  加深对桥梁加固分阶段受力特点的认识是树立正确设计思想的前提。

  桥梁加固设计是比新建桥梁设计更为复杂的系统工程,应充分考虑在役桥梁结构的实际情况和加固受力特点。桥梁结构自重和恒载大,一般均采用带载加固,即在不卸除结构自重和恒载的情况下对结构进行加固补强,待后加补强材料与原结构粘结为整体后,开放交通允许车辆通行。

  桥梁加固薄弱构件的承载力计算,必须考虑分阶段受力特点。构件自重和不拆除的恒载由原梁承担,车辆荷载及后加恒载由加固后的组合截面承担。与原梁钢筋相比,后加补强材料应变相对滞后,一般情况下,在极限状态时其应力是达不到抗拉强度设计值。

  计算结果表明,考虑分阶段受力的影响,加固构件以原梁钢筋的拉应力控制设计,后加补强材料拉应力较小,不能充分发挥作用。特别是采用的直接粘贴高强碳纤维布(板片)的被动加固方案,后加补强材料的高抗拉性能是很难发挥作用,“大马拉小车”是一种极大的浪费。

  桥梁加固构件的设计与计算,应考虑带载加固分阶受力特点,这是桥梁加固设计与新建桥梁设计的最大区别,与一般房屋结构加固设计相比,桥梁加固构件受分阶段受力的影响程度更为突出。

  预应力加固的根本目的是解决后加补强材料应变滞后

  桥梁带载加固后加补强材料应变滞后是影响加固构件工作性能、制约后加补强材料利用效率和控制加固工程成本的瓶颈。解决后加补强材料应变滞后的根本途径是变被动加固为主动加固,对后加补强材料施加预应力,做成预应力加固体系,正截面抗弯加固要加预应力,斜截面抗剪加固更要加预应力。

  靠预应力的主动受力,从根本上解决后加补强材料的应变滞后,提高后加补强材料的利用效益,以最少的成本创造最佳的加固效果。由于预加力的作用改善了原梁的应力状态,可以提高原梁的承载力和抗裂性能。

  预应力技术是20世纪最具革命性的结构构思,已广泛用于土木和建筑工程。针对桥梁带载加固后加补强材料应变滞后的先天不足,预应力加固技术在桥梁加固中的应用具有更为特殊的意义。

  用于桥梁结构加固的预应力体系

  1.体外预应力加固体系

  体外预应力加固是把具有防腐保护的预应力筋布置在梁体的外部(或箱内),对梁体施加预加力,靠后增设的转向装置调整体外预应力筋的方向,以适应内力沿梁长方向的变化,以预加力产生的反弯矩抵消部分外荷载产生的内力,达到提高承载力的目的。

  体外预应力加固是目前桥梁加固采用较多的方法之一。特别适用于大跨径预应力混凝土连续箱梁和连续T构箱梁桥的加固。其关键技术是体外预应力筋的锚固、转向和防腐保护问题。

  2.无粘结预应力加固体系

  无粘结预应力技术是将具有防腐保护的预应力筋布置在梁体的内部,待混凝土硬化后张拉预应力筋,对梁体施加预加力。将无粘结预应力技术推广用于桥梁加固,其核心问题是解决为锚固无粘结预应力筋而增设的混凝土支承保护层与被加固梁体的可靠粘结问题。无粘结预应力加固,特别适用于中、小跨径钢筋混凝土T形梁的加固,构造简单,施工方便。

  3.高强复合纤维预应力加固体系

  采用锚固、粘贴在梁体外部(或箱内)的高强复合纤维布条(或板条)对梁体施加预加力。这种加固体系目前尚处于试验研究阶段,其关键技术是解决适应于桥梁加固现场施工的预应力纤维布(板)的张拉、锚固和张拉后纤维布条(或板条)与被加固梁体的可靠粘结问题。

  4.有粘结预应力加固体系

  有粘结预应力加固体系是采用锚固于被加固梁体上的2~3股钢绞线、小直径精轧螺纹钢或普通热轧钢筋,对梁体施加预加力,然后喷注具有较高抗拉强度的复合砂浆,将预应力筋与被加固梁体粘结为一体,构成有粘结预应力加固体系。

  有粘结预应力加固体系特别适用于中、小跨径的钢筋混凝土T形梁和空心板梁的加固,尤其是对高速公路和城市立交工程中大量采用的中等跨径的钢筋混凝土及预应力混凝土连续箱梁桥,采用在箱梁底部增设预应力筋,然后喷注高性能复合砂浆的有粘结预应力加固体系是理想的加固方案之一。

   结束语

  1.坚持桥梁带载加固必须考虑分阶段受力特点的基本观点,从解决后加补强材应变滞后,提高材料利用效率的根本目的出发,积极倡导预应力主动加固技术的推广应用是我反复宣传的基本观点。

  2.有粘结预应力加固体系加固设计思想先进,以其加固效果显著、结构耐久性高、预应力锚固简单和施工方便的综合技术优势,受到国内外土木工程界的重视。但是,就全国范围而言,有粘结预应力加固推广应用进展缓慢,后喷注的高性复合砂桨(或聚合物砂桨)的价格贵,加固成本高,限制了该项先进技术的推广应用.

  3.横向张拉环氧涂层钢筋有粘结预应力加固技术是粘结预应力加固的新突破,将以加固工作原理先进、加固效果显著、加固施工方便、材料利用效率高和加固成本低的综合技术经济优势,成为桥梁加固最具有竞争力的方案之一。