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橋梁在荷載的長期反復作用下開裂,或因用鋼量不足而造成超規范的裂縫,是橋梁建設中常見的一種病害,如果不及時采取措施進行加固維修,位于裂縫處的鋼筋將逐漸銹蝕剝落,鋼筋截面積將減小,鋼筋與混凝土間的結合性能將降低,給結構使用造成安全隱患,因此橋梁加固維修成為一個日益迫切的需求,但由于在國內尚缺乏此方面的技術規范,所以橋梁加固維修技術實踐經驗的總結和理論的進一步完善已迫在眉睫。
加固原因
1)舊橋梁原有的設計標準低,不能滿足現在發展了的車輛通行要求。隨著橋梁設計規范的不斷發展,公路橋梁的設計荷載已由汽)6級、汽)8級、汽)13級發展到汽)15級、汽)20級及汽)超20級,并且仍有繼續增大的趨勢。據調查分析,全國的國道、省道和縣級公路的永久大、中型橋梁中,設計荷載達到汽)20級、掛)100級標準的僅占大、中型橋梁總數的6.53%,汽)10級、履帶50級及以下荷載標準的橋梁占9.17%,其余84.3%的橋梁基本上是汽)13級和汽)15級荷載標準。2)由于設計及施工的缺陷以及各種不利作用(如碳化、氯離子侵入、酸侵蝕、堿集料反應、凍融、鹽害等),使得橋梁結構的混凝土及鋼筋腐蝕嚴重。3)橋梁的使用年限長,接近其使用壽命。我國在20世紀60年代~70年代修建的橋梁,大部分仍在服役,由于年久失修、失養,已不適應交通量日益增長的需要。4)外界不利荷載的影響使得橋梁結構安全性下降。在我國,造成此種情況的最大原因是在公路上行駛的貨車大多數超載、超限行駛,致使20%以上的橋梁出現安全隱患。5)新建橋梁由于勘察、設計及施工的問題而無法滿足使用要求以及新橋的使用功能發生改變,也是橋梁需要加固的重要原因。6)相對于其它的降低橋梁裂縫的方法較為經濟耐用。
常用加固方法
2.1體外預應力加固法
體外預應力結構與體內預應力結構本質的區別在于體外預應力結構的預應力筋布置主體結構之外,因體外預應力索通常為由多根鋼絞線組合成的集中鋼索,故稱為體外預應力索。體外預應力加固通常是在梁底或梁側下部增設預應力加勁鋼絲索或預應力粗鋼筋補強并分別錨固在梁的兩端,通過設置一定的聯結構件使預應力拉桿與梁體構成一個析架體系,成為一次超靜定結構,施加體外預應力,抵消部分恒載應力,起到卸載的作用,從而較大提高橋梁結構的承載能力。
2.2加大截面加固法
加大截面加固法是在原結構基礎上再澆筑一定厚度的鋼筋混凝土,這是對鋼筋混凝土橋加固的一種常用的改造技術。加大截面加固法一般采用兩種方式:1)加厚橋面板;2)加大主梁梁肋的高度和寬度。該法施工工藝簡單、適應性強,并具有成熟的設計和施工經驗,適用于較小跨徑的T梁橋或板橋的加固。采用此法加固后橋梁剛度明顯提高,承載能力也能取得較好的效果。但現場施工的濕作業時間長,對生產和生活有一定的影響,且加固后的建筑物凈空有一定的減小。
2.3粘貼碳纖維布加固法
碳纖維增強復合材料是一種性能優良的混凝土結構加固材料,它具有強度高、密度小、耐腐蝕、抗疲勞等優點其加固法是利用樹脂類材料把碳纖維布材或板材粘貼于混凝土結構或構件表面,形成復合材料體,通過碳纖維布與結構的協同工作,達到對結構補強加固及改善受力性能的目的。
2.4粘貼鋼板加固法
粘貼鋼板加固法是以樹脂粘結鋼板與混凝土的結構加固法,其施工快速、現場無濕作業或僅有抹灰等少量濕作業,對生產和生活影響小,且加固后對原結構外觀和原有凈空無顯著影響。但加固效果在很大程度上取決于膠粘工藝與操作水平,適用于承受靜力作用且處于正常濕度環境中的受彎或受拉構件的加固。
堅固耐用;2)施工快速;3)簡捷輕巧;4)靈活多樣;5)經濟合理。
2.5增加橫向聯系加固法
通過增設橋梁橫向聯系,改善上部結構的荷載橫向分布規律,從而達到提高結構整體承載能力的加固方法。一般用于無內橫梁或少內橫梁的T形截面及工字形截面梁式橋,工程上常在相鄰主梁間增設現澆混凝土橫梁或鋼橫梁來提高橫向抗彎剛度。
2.6錨噴混凝土加固法
從隧道施工中轉化而來的加固方法,主要用于因支點截面尺寸偏小而導致的抗剪強度不足的混凝土梁的加固維修。
體外預應力加固簡介與計算方法
3.1體外預應力加固簡介
體外預應力是指對布置于承載結構本體之外的鋼束張拉而產生的預應力。體外預應力技術是后張預應力體系的分支,是無粘結預應力結構技術的一種。體外預應力經過20余年的發展和工程應用,目前已形成有粘結體外預應力和無粘結體外預應力兩種應用體系,有粘結體系的管道的鋪面質量及其水密性容易檢查和控制,預應力摩阻損失小;無粘結體系的單根無粘結筋的摩阻損失極小,可采用單根張拉工藝,張拉設備體積小,容易操作,預應力筋有多層防護。因此,其耐腐蝕性和防護性安全可靠;另外,在使用期間可重調預應力值,更換預應力筋。
體外預應力結構的優點:(1)能夠調校和控制體外索的應力,便于檢查腐蝕情況保證在必要時能夠替換鋼絞線束;(2)在箱梁的壁內不存在預應力管道,使得混凝土容易澆筑,不會因為預留孔的存在而減低承壓能力,因此能盡可能地減小箱梁壁厚,減輕結構自重;(3)對于某類型的結構,如預制箱梁結構,使用體外索可以簡化及加速橋梁的建設速度,降低建造成本;(4)簡化了曲線預應力筋,減少了摩阻損失。
3.2體外預應力計算方法
3.2.1體外預應力加固體系的力學分析
用力法求解體外預應力加固體系內力時,以活載引起的水平鋼筋拉力增量為變量,切斷水平筋而得到基本結構,計算得到水平鋼筋承擔的力之后,可進行體外索的配置,由水平鋼筋的張力估算出預應力筋的用量,最后校核計算結果。
3.2.2加固體系正常使用階段驗算
(1)鋼筋應力驗算:根據應力控制條件來判斷是否滿足要求。(2)裂縫驗算:采用直接控制裂縫寬度的方式計算,求最大裂縫寬度。(3)撓度驗算:根據《公路橋涵設計通用規范》(JT-GD60-2004),控制的活載撓度為:fk=fa+fxp≤L/600。
3.2.3求解加固體系的預應力損失
預應力損失的計算主要包括摩阻力引起的預應力損失;錨具變形引起的預應力損失;溫差引起的預應力;分批張拉由于混凝土彈性收縮引起的預應力損失;鋼筋松弛引起的預應力損失;混凝土收縮與徐變引起的預應力損失。
結術語
各種橋梁加固實例表明,體外預應力加固體系是最常用的橋梁加固方法,其優點是:①受力明確、施工簡單、不影響正常交通;②維護修補方便,可以隨時更換預應力筋;③能夠大幅度提高舊橋的承載能力;④對原橋的結構損傷很小,可以做到不影響橋下凈空,且不增加路面標高。
參考文獻
1 孫曉燕.服役期及加固后的鋼筋混凝土橋梁可靠性研究[D].大連理工大學,2004.3
2 徐棟,項海帆.體外預應力橋梁的力學性能及其影響因素分析〔J〕.橋梁建設, 1999, (3): 1-4, 7.
【關鍵詞】橋梁病害;橋梁加固;加固技術
0.前言
隨著我國基礎設施建設的飛速發展,交通基礎設施建設無論從規模上還是建設標準上都有了一個大跨度的提高。橋梁作為道路交通的一部分,隨著經濟的發展和公路交通量的增大,橋梁荷載呈現以下特點:交通量不斷增大;重型車輛和超載現象嚴重;超限運輸的增加等。由于橋梁的承載能力有限,造成了許多橋梁不同程度的損傷,存在安全隱患。 因此,對橋梁的加固與維修非常重要。
1.橋梁加固的內容
橋梁加固是一種借加大或修復橋梁構件來提高局部或整座橋梁承載能力或通行能力的措施。橋梁加固與改建工作的主要內容包括:對服役橋上部構件進行加固;對服役橋下部構進行加固;拓寬橋梁的行車道或人行道;升高橋梁部構造的高度;更換橋梁行車道路面或引橋路面結構。橋梁的加固與改建工作應充分利用原有部件,凡能加固的,則不宜改建。橋梁加固的工作程序一般為:檢查橋梁現狀及損壞情況;調查橋梁歷史技術資料及現有交通狀況;提出維修加固或改建方案并進行分析比較;確定方案并付諸實施,即進行維修加固或施工。
2.橋梁加固的具體工作
2.1橋梁病害的成因
(1)以前我國修建的橋梁因為受到當時設計、材料、施工等方面的影響和局限,存在一定的先天不足,安全不足。一般會有斷面單薄、安全儲備低、雙曲拱等,這就需要橋梁加固,對原本存在的缺陷進行修補。
(2)橋梁的耐久性差或年久失修、老化等問題。很多早年修造的磚拱橋就存在這樣的問題。
(3)近年修建的橋梁,因施工期短、設計不當、施工質量差等原因,很多的橋梁都出現了多種問題,這也是亟待加固的一部分橋梁。
(4)隨著經濟的發展,交通量再增大,橋梁的載重又面臨新的挑戰,這就需要對橋梁進行加固,提前預防事故發生。
(5)還有部分橋沒有自身的先天問題,但是隨著使用年份的增加,由于雨水沖刷、風化等自然原因致使存在一些病害,就需要進行修補,以延長橋梁使用年限。
2.2橋梁加固實施的原則和難度
2.2.1橋梁加固的難度
(1)橋梁建成后,基本都已使用通車,那么加固要在保證交通暢順的同時進行,這就為加固工程帶來的一定的難度。
(2)很多需要加固的舊橋多是危橋,結構已經很脆弱,這些舊橋因為時間長,很多原有的設計資料和施工記錄都不完整了,造成對結構內部不能完全解析,因此存在很多不確定因素,所以這就給舊橋加固帶來了很大難度。
(3)有很多過渡時期的舊橋,結構設計時參雜了新老結構體系,還有的橋包括了新老橋體,這就為加固橋梁工作增加了施工難度和工序。
(4)橋梁都有自身的結構,所有的加固都要在原結構基礎上進行,這對加固工作帶來了局限性。
2.2.2橋梁加固的原則和安全評估
橋梁加固原則就是在遵循先加固,加固不能滿足需要的就進行改造,完全失去交通行車能力的就重建。舊橋加固實際上是一項經常性的橋梁施工工程,橋梁的加固是以加大和修復橋梁構件來提高局部或整體橋梁的承載力的施工。橋梁加固一般遵循不改變橋梁原結構的原則;若是橋梁加固不能滿足和適應實際的交通需要,那么就要對橋梁進行改造。一般舊橋改造是對舊橋的部分構件進行更換或者改變原橋梁的結構體系,再者就是拆除部分構造重建;對于已經完全不能通車的橋梁只能將舊橋進行拆除,重新設計、建造新橋。
橋梁加固后,對上部結構要進行靜載和動載實驗,將試驗結果與加固前進行比較,再與所要達到的標準進行比較,看加固是否成功。對下部結構,要運用適當的器械進行頻率變化的測評,以此確定橋墩加固效果是否合格。
橋梁的加固應在施工完成后對工程進行加固效果的評價,評價通過后橋梁加固才算完成。橋梁加固維修技術發展時間并不長,為了指導橋梁加固工作,應該有一套完整的實用性橋梁檢測、評定加固的技術規范,以保證橋梁加固工作科學合理安全。
3.橋梁加固常用技術
橋梁加固技術主要有:增大原結構構件截面,提高原結構的強度和剛度;建立新結構保證橋梁的抗力;改變原結構的受力體系,減少原結構受力;對原結構施加預應力,改善原結構的受力能力。
3.1增大構件截面的方法
①增加主梁截面。適用于主筋截面不足、橋下凈空有限、不允許增加梁高的橋梁。這種加固方式可以不受橋下凈空的限制,只需截斷并接長箍筋,但這種方法對結構的損傷較大,施工工藝較復雜。②增大梁肋混凝土截面。適用橋下凈空較高,允許增加主梁高度的橋梁,這種方法會減小橋下凈空,對于橋梁的外觀影響較大,城市橋梁多不適用這種方法。③加厚橋面板,增加橋面截面。適用于可中斷交通的小跨徑橋梁,這種加固法增加了自身結構重量增加產生的彎矩,結構承載力提高不明顯。
3.2提高橋梁抗力的方法
①粘貼鋼板。這種方法中,粘貼鋼板加工成形比較困難,需要支護設備,而且在長期使用中維修保養工作量大。②粘貼玻璃鋼。適用于通行重型車和大型設備的橋梁進行臨時加固。這種方法中玻璃鋼的彈性模量較混凝土低,容易發生變形,所以只在臨時加固中適用。③粘貼鋼筋。這種方法對鋼筋進行了防護處理,可以增加梁的抗彎能力。
3.3增加輔助構件,減少原結構受力的方法
①增加主梁。適用于主體結構較為完好但承載力不足的橋梁。這種方法施工時需要中斷交通,且工藝復雜、工程量大,對橋梁原結構損傷也比較大。②增加橫隔梁。適用因橫向聯系不足而降低承載力的橋梁的上部結構。這種方法是在橋梁上增設橫隔梁,主要是固定主梁上貫通全橋寬的鋼筋。
3.4改變結構的加固法
①八字撐架加固。適用于不通航河道之上的橋梁的上部結構。這種方法對橋下凈空影響較大,不常用于城市橋梁的加固。②連續體系加固。適用于抗彎能力不足的橋梁。這種方法對交通有影響。
③還有增設大邊梁的方法和截面轉換方法。
3.5預應力技術
現代橋梁逐漸向輕型、大跨度等方向發展,所以在今后的橋梁加固中,現有的加固技術就受到一定限制,所以預應力技術會被普及。預應力技術主要通過體外預應力來實現,體外預應力的預應力鋼束設于混凝土構件的外側,鋼束穿過設在構建端部的擋塊和中部適當位置的轉向塊進行張拉,從而使砼構件獲得預壓應力。預應力技術包括:下撐式預應力拉桿法、預應力鋼絲束法。
3.6對于橋梁出現裂縫等,不需進行大型技術工程的,可進行局部的修補
①表面抹灰補縫。在混凝土表面用水泥漿、水泥砂漿、環氧基液、環氧砂漿等材料在裂縫處涂抹。②表面噴漿補縫。根據裂縫的部位、性質,可分別采用無鋼筋素噴漿或掛網噴漿等方法修補裂縫。噴漿修補一般先對裂縫表面進行毛處理,之后噴射一層有一定密度的高強度水泥砂漿封閉裂縫。③壓力灌漿補縫。施加一定壓力,將漿液灌進裂縫內部,提高結構強度、耐久性和抗滲性。壓力灌漿的漿液也有多種,水泥灌漿、瀝青灌漿、化學灌漿,可根據橋梁裂縫的實際情況進行選擇。
關鍵詞:工程 抗震 加固技術
1、常見的加固技術
《規程》規定:對房屋抗震承載力不足時,宜采用的加固方法有:拆卸或墻設抗震墻,對已開裂房屋進行修補和灌漿,面層或板墻加固,外加柱加固,包角或鑲邊加固,支撐或支架加固;當房屋整體性不滿足要求時,應采用的加固方法有增加墻段,設鋼拉桿,增設托梁,增加現澆層等;對于易倒塌的部位,宜采用的加固方法有:增強連接,減少懸挑長度等。工程上用得較多的方法有如下幾種:
1.1外包型鋼加固法
所謂外包鋼加固法,是指在混凝土結構外部利用型鋼進行包裹,促使建筑結構的抗震能力有所提升。這種加固法有兩種類型,即干式與濕式兩種。這種加固方法大多使用于混凝土截面尺寸無法增加,但在實際使用過程中又需要更高的抗震能力的建筑結構。在使用這種加固方法的過程中,一般利用化學灌漿進行加固,此時需注意型鋼表層溫度應不超過六十攝氏度。此外,若是環境中具有腐蝕性能的物質,應及時采取可靠的預防措施。
1.2預應力加固法
這種加固方法主要利用外部的預應力的鋼拉桿等對建筑結構進行加固。這種方法主要適用于對承受能力要求高,但所占空間又比較小的建筑物。但這種方法的適用范圍比較有限,不適用于溫度較高的環境中的建筑,也無法用于建筑結構收縮逐漸變大的建筑結構。
1.3增大截面法、高強鋼絞線網+高強聚合物砂漿面層加固法
增大建筑物的承重結構的受力面積來提高其承載能力。優點是技術簡單、適應性強;缺點是需要受力構件表面上一定要平整、加固周期長、濕法作業、現場環境差。
1.4 FRP(纖維復合材料)加固法
在構件表面上涂環氧樹脂并粘貼FRP材料來增強構件的結構性能。優點:不增加結構自重;缺點是使用局限性(只針對受拉受彎構件),費用較高。
2、新型抗震加固技術概要
新型加固技術由于其能夠大大降低甚至消除抗震加固施工對建筑功能的中斷和影響,在不破壞建筑物使用功能的前提下,實現對建筑物抗震性能的提升。目前這類技術在地震多發國日本廣泛被運用,是未來新型加固技術發展的趨勢。
2.1“不入戶”附加子結構加固
附加子結構加固方法是將附加子結構與既有建筑通過特殊構造結合起來,形成一個新的受力體系。此方法通過增加側向剛度以實現整體結構抗震能力的提升和改善既有結構的受力狀態,形成更加合理的受力體系,從而有效降低結構的層間位移和總位移,更充分的利用結構的抗震性能,達到抗震加固的目的。這里套用吳良鏞先生提出的“有機更新模式”可以很好的詮釋這一抗震加固方法。其特點有:大部分施工作業都在室外完成;結構布置靈活;施工周期短;建筑的功能和使用影響較小。此類型加固方式主要有:外附鋼支撐、外附鋼框架和外附鋼支撐框架等。
附加鋼支撐加固,不占用室外空地,適用于建筑物周圍空間較小的情況。附加鋼框架加固適用于中、低層建筑(如:小區住宅、學校教學樓、辦公大樓等),前提是建筑物四周必須有一定的可使用空間,用來設置外附框架,但同時如果對外附框架增加的建筑面積加以合理利用,可使建筑面積轉化為可使用面積。附加鋼支撐框架加固,結合鋼支撐和鋼框架很好的結構性能,形成共同受力結構體制,主要適用于抗震設防要求較高的地區。
2.2消能減震技術
消能減震技術的原理是在結構抗側力構件中設置消能部件(一般為阻尼器),通過其局部變形提供附加阻尼,來耗散或吸收由地震輸入結構中的能量,減少主體地震反應,實現消能減震的目的。比較常用的有摩擦型阻尼器、粘滯性阻尼器和粘彈性阻尼器等。此方法m用于墻體較少的中、高層框架結構,通常在新建的高層建筑中采用較多,隨著建筑老齡化及國家抗震要求不斷提升,在既有建筑加固改造的工程中也越來越受到重視。
2.3阻尼器和“不入戶”附加子結構加固技術的結合使用
在地震多發區和一些有特殊要求的建筑,將外附子結構與阻尼器組合使用,充分利用各自的特點,提高附加子結構的耗能能力,進一步改善既有建筑的抗震性能,來抵抗更加強烈的地震作用或者大幅的降低建筑物的地震反應。比較典型方法的有外設減震支撐和外附柱型消能減震技術。
外設減震支撐方法與外附鋼支撐方法結構形式相類似,是指在建筑物的外側設置減震支撐,并在鋼管支撐的芯材處采用摩擦阻尼器的支撐,使其吸收地震時建筑物的地震能量來提高既有建筑物抗震性能的方法。其特點是建筑物的使用功能基本上不受施工的影響,而該加固技術也可以大幅度減少工時、降低造價,并且不會產生多余的建筑垃圾,符合當今流行的綠色建筑概念。
外附柱型消能減震技術與外附鋼框架法結構形式相類似,是指在外附鋼框架柱的中段設置鋼阻尼器,用阻尼器來對外附鋼框架進行減震加固,避免地震力對外附鋼框架造成不利的影響,增強了外附鋼框架抵抗地震的能力,進一步改善既有建筑的抗震性能。其特點是可以避免因加固斜撐對窗戶視野和采光的影響,具有建筑功能意義上的吸引力。
3、工程中的新型抗震加固技術
3.1新型抗震加固技術
在抗震加固新技術中,最為典型的是日本研發的高彈性材料加固工法。這種技術主要通過在建筑物加固過程中,在抗震帶涂上粘合劑并將其固定在支柱上的方式實現的,與其他加固方法相比,這種方法的操作相對簡單,且經費耗用也較少。另外,這種加固方法還能夠采用預應力的加固方法,即首先對FRP施加預應力,再將其外貼到結構上,達到對結構進行加固的目的。采取這樣的加固方式,能夠有效克服FRP材料本身的缺點,對結構進行剛度與強度的同時加固。除此之外,增設斜撐加固、框架加固等也是有效的新型加固方式,這些方式都是通過增設的部分實現地震力的分擔,進而提高建筑抗震能力。
3.2新型減震加固法
減震加固的主要原理是在結構抗側力構建中設置消能構建,大多采用阻尼器,借助局部變形提供附加阻尼,以吸收或分散地震力,進而達到對建筑抗震能力提升的目的。加固時能夠選擇的阻尼器種類較多,目前大多選擇摩擦型阻尼器、粘彈性阻尼器等。摩擦型阻尼器是利用摩擦耗能裝置,通過元件的互相滑動摩擦,以消耗掉原本需要結構承擔的部分地震力。目前研發的這類阻尼器主要分為普通摩擦型阻尼器、pall摩擦型阻尼器、摩擦剪切角阻尼器、多級摩擦型阻尼器等類型。摩擦型阻尼器通常在結構需要承受的地震力度較大時才會啟動,也就是說,針對強度較小的地震力或其他自然力的防御能力與減震能力都比較低。
3.3高性能鋼絲網復合砂漿薄層加固技術
所謂高性能鋼絲符合砂漿薄層加固技術,主要是對混凝土構件進行表層處理,將鋼筋網鋪設在其表面,再涂抹性能較高的砂漿,促使加固的部分能夠與混凝土部分實現對地震力的共同承擔,以達到提高結構抗震能力的目的。這種技術主要通過提升建筑結構本身承載力的方式,包括承受能力以及延性等,進而實現抗震能力的提高。另外,與其他方法相比,這種方法的操作原理與抗震工作原理也比較簡單,不需要過于專業的操作知識等。這種方法的施工程序比較簡單,需要的經濟投入較低,具有較大的發展空間。
結語
綜上所述,伴隨抗震技術的不斷發展,以及我國建筑技術的不斷進步,抗震加固方法也逐漸多樣化。并且,不同的抗震技術有著不同的優勢,不僅有效降低了地震災害對建筑物帶來的傷害,還為我國建筑事業的發展提供了重要的支持力量。
參考文獻
Abstract: With practical examples, fire beam reinforcement technology is analyzed.
關鍵詞: 火燒;梁體;加固
Key words: fire;beam;reinforcement
中圖分類號:TU7 文獻標識碼:A 文章編號:1006-4311(2012)25-0127-02
0 引言
隨著社會的發展,橋梁遭受火災的次數亦在逐漸增多。火災不僅造成很大的經濟損失,而且對橋梁結構本身造成不同結構的破壞,損壞嚴重時必須加固補強才可投入運營。本文結合陜西西銅高速公路耀縣高架橋火災工程實例,介紹火燒梁體的加固補強技術,以便對類似工程提供借鑒。
1 橋梁概況
耀縣高架橋上行線于1999年9月竣工通車,設計荷載等級為汽-超20、掛-120。
下行線于1992年12月竣工通車,設計荷載等級為汽-20級、掛-100,業主于2008年6月對下行線進行過維修加固改造。
火燒橋孔上行線所屬橋聯的上部結構為:4×29.6m預應力混凝土連續箱梁,梁高1.6m,下部結構為82~86號獨柱墩,樁基礎;下行線所屬橋聯的上部結構為:5×30m預應力混凝土連續箱梁,梁高1.4m,下部結構為79~84號獨柱墩,樁基礎。
2 火燒概況
一輛油罐車因雨天路滑,車輛側翻到高架橋護欄上,導致罐體裂縫,汽油大量外泄,部分汽油沿橋梁泄水孔流到橋下河道中。同時,側翻引發火災,火焰迅速躥高直接燒灼橋梁。火災持續時間約1小時,最終經消防中隊采用水淋方式撲滅。事后,高架橋上行線84~86孔,下行線81~83孔損壞嚴重。
3 病害梁體試驗檢測結果
3.1 上行線85孔1、2、3號箱梁、86孔1號箱梁,下行線82孔1號箱梁嚴重燒傷,過火溫度約為700-800度,梁體表面呈現淺黃色,伴有嚴重砼剝落、漏筋,混凝土強度不能滿足設計要求。
3.2 上行線85#墩左側和下行線82號墩右側中度燒傷,燒傷部位的混凝土強度不能滿足設計要求。
上述構件均評為狀態Ⅲ,中度燒灼尚未破壞,顯著影響結構材料或結構性能,明顯變形或開裂,對結構安全性或正常使用性產生不利影響,應采取加固或局部更換措施。
3.3 根據靜載試驗檢測結果,兩試驗孔均受到火災影響,強度和剛度明顯下降。其中,上行線85孔損傷較86孔更為嚴重。該兩孔承載力已不能滿足設計和正常運營要求。
3.4 動載檢測結果表明,上行線86孔動剛度與未過火的87孔相近,頻率比分別為1.235和1.228,85孔一階自振頻率比相對較低,為1.077。下行線82孔的頻率比為0.977~1.086,基本上與計算值相近。可見,火災對動剛度造成一定的損失。
檢測報告結論:該橋的承載能力和工作性能不能滿足設計要求,必須進行立即加固或改建。
4 橋梁加固方案設計原則
橋梁加固設計原則:遵照原設計荷載及標準,進行相關部位結構計算,在滿通部部頒有關規范及標準要求前提下,降低工程造價。
5 維修加固設計主要內容
5.1 對火燒上行線85~86孔、下行線82孔受損嚴重梁體梁體的修復方案進行比選:
方案一:對受損嚴重梁體采用組合截面結構(砼+鋼板)方法進行加固。
優點:直接加固梁體,施工技術要求低。
缺點:需定期涂刷防護漆,后期養護費用較高;工程造價較高;工期較長,對交通保暢不利。
方案二:對受損嚴重梁體采用粘貼鋼板方法進行加固。
優點:直接加固梁體,施工技術要求底;工期較短,對交通保暢有利;工程造價較低。
缺點:需定期涂刷防護漆,后期養護費用較高。
5.2 對于其它一般受損梁體梁體的修復方案進行比選:
方案三:對于其它一般受損梁體在梁底采用粘貼4片,每片15cm寬、8mm厚Q345扁鋼帶方法進行加固。
優點:施工技術要求底;工期較短,對交通保暢有利。
缺點:需定期涂刷防護漆,后期養護費用較高。
方案四:對于其它一般受損梁體在梁底采用鋼絞線網片-聚合物砂漿方法進行加固。
優點:常規養護,后期養護費用較低。
缺點:施工技術要求高;工期較長,對交通保暢不利。
5.3 梁體計算分析:
①剛度計算結果(表1)
②強度度計算結果(表2)
經預算分析,方案一總造價460萬元;方案二455萬元。
火燒后梁體混凝土耐久性及強度均有不同程度的降低,由檢測報告結論來看,主要試驗工況撓度校驗系數大于1,應變校驗系數也較大,說明梁體剛度降低較嚴重,因此,本次加固設計針對受損嚴重程度的不同,采用不同的加固處理方式:對于嚴重受損梁體,采用鋼板-混凝土組合截面加固(方案1)和粘貼鋼板加固(方案2);對于一般受損梁體,采用粘貼鋼帶加固(方案3)和鋼絞線網片-聚合物砂漿(方案4)兩種加固方案進行比較,兩者在施工難易程度等方面各有優劣,造價相當,都可以有效的恢復提高梁體的各項性能指標。
經計算分析,從結構受力角度對兩種方案進行比較,根據檢測報告,對箱梁底板混凝土采用C15標號,模擬剛度的降低。對上行線進行計算分析,發現受損后梁體剛度只能達到原梁體的87%,而采用方案1、2加固后,兩者基本均可恢復到原梁體剛度,方案1效果略好,但差別不大。對承載能力極限狀態復核驗算發現,兩種方式增加的恒載效應均不大,在5%以內,但R抗力提高程度差別較大,方案1的R抗力比原設計提高24%,方案2則只有6%,顯然方案1加固效果要好于方案2,結合其他相關影響因素綜合分析得出如下結論:對于嚴重受損梁體推薦采用方案1進行加固,對一般受損梁體推薦采用方案3進行加固。
5.4 其它病害處理:
①對受損原橫隔板進行修復。
②對其它區域污染的梁體外表面及墩柱、蓋梁打磨,表面涂裝。
6 加固后的荷載試驗結果
6.1 梁體撓度校驗系數在0.63~0.91之間,應變校驗系數在0.30~0.82之間,且撓度與應變的平均校驗系數均小于1,說明該橋目前滿足設計要求。
6.2 主梁變形及裂縫觀測:在各工況試驗荷載作用下測試斷面未發現裂縫,主梁未發生異常變形,混凝土與鋼板無相對滑移。
6.3 動載試驗:實測的振動時域曲線符合預應力混凝土連續梁橋的振動規律,振動時域、頻域曲線及阻尼比合理。實測的一階頻率大于計算值,一階頻率的校驗系數為0.59,小于1,說明目前該橋的整體剛度大于理論剛度,滿足設計要求。
6.4 承載能力評估:本次加固設計根據受損梁體病害具體情況,有針對性的采取了組合斷面和粘貼鋼帶兩種不同的加固措施,通過加固前后結構承載能力檢算表明,組合斷面加固的主梁承載能力安全系數從1.15~2.00提高至1.33~2.33,粘貼鋼帶加固的主梁承載能力安全系數從1.16~1.99提高至1.26~2.26,未加固主梁的承載能力安全系數從1.15~1.16提高至1.19~1.24,加固后橋梁整體承載能力明顯提高。
7 結束語
本文介紹了某高架橋火燒橋孔加固技術,實踐證明,該橋加固后工作性能良好,達到設計指標,施工方便,對原結構不產生新的損傷,可作為同類工程的參考。
參考文獻:
[1]上海市:《火災后混凝土構件評定標準》(DBJ08-216-96).1996.
關鍵詞:橋梁加固;意義;方法
中圖分類號:U44 文獻標識碼:A
自改革開放以來,我國的交通設施建設進入了快速發展階段。橋梁作為交通干線的重要組成部分,是交通暢通的重要保證,所以,保證橋梁的使用性能是具有極其重要意義的。近年來,在經濟的快速發展下,我國的公路運輸量呈不斷增加的趨勢。隨著運輸量的不斷增加,很大一部分橋梁由于在建設之初在材料、設計、施工等多方面的影響下,已無法滿足不斷增加的負荷的要求,橋梁長時間的處于超負荷承力狀態,破損情況嚴重。導致橋梁破損的情況是多方面的,如止前車輛超載情況越來越嚴重;交通運輸量不斷的增加;橋梁各構件及材料在長時間的使用過程中出現老化;自然環境侵蝕及地質災害等都會不同程度的造成橋梁沉陷、裂縫等,嚴重影響交通運輸的安全,所以對這部分破損的橋梁進行加固是必然的趨勢。
1 橋梁加固概述
我國目前公路上存在的橋梁很大一部分都是處于上個世紀末期修建的,當時的設計、施工標準及材料的質量標準都處于較低的一個水平,在交通量少,運行的初期通常還不會有較大的問題出現。但經濟的發展帶動了運輸量的激增,這時橋梁的各方面功能就無法滿足當前交通運輸的需求。目前我國的橋梁中危橋占有一定的比例,這些橋梁較窄,無法滿足通車的凈空及通行能力的需求,由于在設計和施工時由于存在著不完善的地方,所以長年在自然環境的侵蝕及洪水的沖涮下沉降、拱起、開裂情況嚴重,再加之超載車輛的增多,使橋梁的安全性無法保證,近幾年來,橋梁坍塌所造成的群眾生命和財產受到損害的事故頻繁發生,使人們對橋梁的安全性提出了更高的要求。
由于很大一部分橋梁都有不同程度的破損情況,但橋梁的整體還較為完好,如果盲目的把所有破損的橋梁都推倒進行重建,不僅需要耗費大量的資金,同時也影響交通的正常運行。所以從經濟和保證交通運行的角度上對破損的橋梁進行加固改造,使其具有更高的承載力,延長其使用壽命,這對現代的交通運輸將起到極其重要的作用,同時又節約了大量的重建資金,所以橋梁加固所帶來的經濟效益將是十分顯著的。
2 橋梁加固的原則
2.1 不改變原建筑結構原則
橋梁加固是在原有的橋梁基礎上,對其構件及配件進行更換,從而增加橋梁的承載能力和通行能力。但也有特殊的情況下,需要對原有橋梁進行重建或是改建時則需要對橋梁的結構進行改動。這多數是由于原有橋梁進行加固后也無法適應當前交通需求時,則要進行重建,這時則需要充分考慮到中長期交通運輸的需要,在建設時也要按照現代橋梁的建設規范進行設計和施工。
2.2 靈活處理原則
(1)改變原有的橋梁結構,用新的結構替代原有的承載能力有限的結構;(2)將原有結構的構件橫截面積增加或者擴大,用以增加橋梁原結構的剛度和強度;(3)將原有的受力系統進行調整,減少原結構的受力大小;(4)加固時若用增加或擴大橋梁截面的方式,須注重新增加部分和原來的部分的結合,讓二者能夠組成一個整體發揮加固效能;(5)對原有的結構新增外應力,改變原有結構的受力層次,將提高橋梁的剛度和強度;(6)無論使用哪一種加固方法,在施工時都應考慮功效快、投資低、不影響交通、技術上具有可操作性、能夠持久耐用的施工要求。
3 橋梁加固設計方法
3.1 體外預應力的加固法
這一加固方法的原理在于在橋梁下緣的受拉區域增設預應力材料,在張拉的作用下使橋梁產生預應力,梁體會產生上拱效應,抵消了橋梁的部分自重應力,降低殼體結構變形速度以及裂縫的寬度,改變結構受力系統,很大程度上將橋梁結構的承載能力提高。所以這一方法是使用最廣泛的加固方法之一,其缺點在于體外預應力鋼筋的防腐問題會相應增加橋梁的養護費用,通常不是公路部門的首先方法。
3.2 改變結構受力系統的加固法
這一方法主要是在改變橋梁結構受力系統的基礎上實現提高橋梁的承載力。具體操作如將簡支梁和簡支梁進行縱向的連接,從而將簡支梁變成連續梁,或者在橋梁的下方架設橋墩或者支架,又或者在梁下設置類似鋼桁架的疊合梁及加勁梁來降低梁的外應力,增加橋梁的承載能力。改變橋梁的結構體系有很多的方式,不過都需要在橋下進行施工操作或者增設永久性設施。這一方法減少了橋下的空間,在施工中會對交通造成影響,如此,在施工設計時就必須綜合考慮橋梁的通行能力和泄洪能力,另外,若使用了臨時支架進行加固,會對原有的簡支梁的受力結構造成影響,支點會發生彎矩,所以在施工時應進行受力的驗算。
3.3 橋面補強層的加固法
即在梁的頂部鋪設一層鋼筋混凝土結構,施工時,通常先將舊橋面鑿除,這樣可以是主梁與加強層形成一個整體,以此來增加主梁的厚度,改變橋面的橫截面負荷分布,加強主梁的抗壓能力,從而提高橋梁的整體承載能力。
3.4 增加配筋及截面的加固法
當橋梁出現剛度、強度、抗震能力及穩定性能問題情況時,通常采用的加固方法為增加橋梁配筋、增加橋體的構建截面等,這種加固法主要是通過使橋體側面和梁底的面積以及增加主筋的數量,用以提高梁的有效高度及抗彎能力,以此增加橋梁的承載力,這一方法被廣泛應用于拱橋以及梁橋的加固設計。
3.5 碳纖維或鋼板粘貼的加固法
碳纖維加固方法是新引進國內的一種技術,優點在于耐腐蝕、強度高,當前正在推廣應用,鋼板粘貼加固法主要是采用錨栓和粘結劑把鋼板粘貼錨在混凝土受拉或者其他薄弱位置固定,將加固混凝土與鋼板連成一個整體,最終提高橋梁的承載力,這一方法的優勢在于不改變原有橋梁結構且施工簡單,技術可靠,工藝較為成熟,近幾年得到了廣泛應用。
結語
目前在發達國家已把新建橋梁放在了次要的位置,更著力于對橋梁加固的研究,橋梁加固問題已成為全世界共同關注的重要課題。在我國現有的橋梁中,出現破損情況的橋梁多集中在中小橋梁中,所以對中小橋梁進行加固改造已成為當前特別需要關注的重要問題,隨著我國橋梁技術的不斷發展和完善,不斷的加大對現有破損的橋梁進行加固改造研究力度,從而提高對橋梁維護和加固的水平對我國的交通運輸和經濟發展是具有極其重要意義的。