橋梁加固的主要方法
1. 加大截面加固法。加大截面法,人們又把其稱為外包混凝土加固法。其定義是指采取混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)筑物的截面面積,目的是用來提高其承重力和滿足正常使用一種有效的加固方法。當(dāng)鋼筋混凝土受到彎構(gòu)件受壓區(qū)加混凝土現(xiàn)澆層時(shí),可以增加截面有效高度,擴(kuò)大截面面積,終實(shí)現(xiàn)提高構(gòu)件的正截面抗彎,并且其斜截面也抗剪能力和截面剛度,起到加固補(bǔ)強(qiáng)的作用。這種加固的方法可以廣泛用于混凝土結(jié)構(gòu)的梁、板、柱等構(gòu)件,以及一般的構(gòu)筑物加固。一般條件下,主要是采取加厚橋面板或加大主梁的梁肋寬度為主要方式方法。
2. 體外預(yù)應(yīng)力加固法。體外預(yù)應(yīng)力加固法適用于高應(yīng)力狀態(tài)下的結(jié)構(gòu),尤其更加適用于大型結(jié)構(gòu)的加固等。并且能夠提高承載力、剛度和抗裂性,而且在加固后所占橋梁的空間小。體外預(yù)應(yīng)力法的加固原理是施工方在梁的下緣初的受拉區(qū)地點(diǎn)設(shè)置預(yù)應(yīng)力材料,并且通過張拉的方式對(duì)梁體產(chǎn)生偏心預(yù)應(yīng)力,使梁體發(fā)生上拱,抵消部分自重應(yīng)力,從而減小了結(jié)構(gòu)變形和裂縫寬度、改善了結(jié)構(gòu)受力,提高承載力、剛度和抗裂性及加固后所占用空間小的橋梁。但是這種方法的缺點(diǎn)是局部布索效果明顯,錨頭增多,節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜,施工作業(yè)面要求高等原因使加固鋼桁架整體經(jīng)濟(jì)效益不高。該方法主要適用情況是高應(yīng)力狀態(tài)下的結(jié)構(gòu),或者是大型結(jié)構(gòu)的加固等情況,也或者是用于控制梁體裂縫及鋼筋疲勞應(yīng)力幅等情況。
3. 體系轉(zhuǎn)換加固法。體系轉(zhuǎn)換法是改變橋梁結(jié)構(gòu)體系達(dá)到減少梁內(nèi)應(yīng)力,并且能夠提高承載能力的一種加固方法,這是一種平時(shí)所說的把被動(dòng)加固為主動(dòng)加固的一種有效方法。改變結(jié)構(gòu)體系加固法是指能夠增設(shè)附加構(gòu)件或能夠進(jìn)行技術(shù)改造,達(dá)到使橋梁的受力體系和受力狀況發(fā)生根本性的改變,并能夠起到減小其承重構(gòu)件的應(yīng)力作用,終達(dá)到提高承載能力的目的效果。目前常用的體系轉(zhuǎn)換方式有:梁橋轉(zhuǎn)換為梁拱組合體系法,增加墩法,多跨簡(jiǎn)支梁轉(zhuǎn)為先簡(jiǎn)支后橋面連續(xù)體系法等。
4. 粘貼鋼板加固法。粘貼鋼板加固法是以粘貼鋼板加固應(yīng)用。采用粘結(jié)劑和錨栓并且把鋼板粘貼錨固于混凝土結(jié)構(gòu)受拉面或其它的薄弱部位,達(dá)到使鋼板與加固混凝土結(jié)構(gòu)形成整體,終實(shí)現(xiàn)提高結(jié)構(gòu)承載能力的目的。但是該粘貼鋼板加固法有自身的一些缺點(diǎn),如在粘貼鋼板加固后還需進(jìn)行必要的表面防護(hù)工作,如環(huán)氧砂漿或水泥砂漿保護(hù)層,鋼板的銹蝕程度較難估計(jì),降低了加固構(gòu)件的可靠性,增加了加固橋梁的后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。但是該方法也經(jīng)常使用在橋梁的加固中,而這樣的方法還是表現(xiàn)出一些不錯(cuò)的優(yōu)點(diǎn)。如施工簡(jiǎn)單、技術(shù)可靠、短期加固效果較好且工藝成熟并且基本不改變?cè)Y(jié)構(gòu)的尺寸。

橋梁加固原則:根據(jù)橋梁的現(xiàn)有技術(shù)狀況、存在病害、車輛通行的需要以及將來交通發(fā)展的趨勢(shì),對(duì)加固的必要性和可行性作出分析判斷,然后對(duì)各種加固方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果進(jìn)行比較,選擇合理的加固方案。
擴(kuò)大或增加原結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面,以提高原結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度
該方法雖然能提高結(jié)構(gòu)承載力,但也會(huì)因而加大結(jié)構(gòu)自重。自重加大產(chǎn)生的內(nèi)力增量會(huì)消抵部分或全部結(jié)構(gòu)承載能力的提高。且新增結(jié)構(gòu)面積或體外施加的預(yù)應(yīng)力與原結(jié)構(gòu)體的界面能否良好結(jié)合也是問題。
此外,擴(kuò)大或增加原結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面,以提高原結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度;改變?cè)Y(jié)構(gòu)的受力體系,使其減小受力;以新的結(jié)構(gòu)代替舊的應(yīng)力不夠的結(jié)構(gòu),這三種方法均不能用于大跨徑連續(xù)鋼構(gòu)橋。
截面、粘貼鋼板(碳纖維)、體外預(yù)應(yīng)力等加固方法都屬于二次超靜定受力結(jié)構(gòu)。加固前原結(jié)構(gòu)已經(jīng)承受荷載(即靠前次受力),特別是當(dāng)承載能力不足時(shí),加固前原結(jié)構(gòu)的截面應(yīng)力、應(yīng)變水平一般都很高。新加固部分加固后并不立即承受荷載,而是在新荷載(即二次加載)下才開始受力。
從而導(dǎo)致整個(gè)加固結(jié)構(gòu)在其后的第二次受力過程中新加部分的應(yīng)力、應(yīng)變始終滯后于原結(jié)構(gòu)的累計(jì)應(yīng)力、應(yīng)變,這決定了此時(shí)混凝土結(jié)構(gòu)加固計(jì)算分析不能夠完全按普通結(jié)構(gòu)概念進(jìn)行。加固結(jié)構(gòu)的承載力與新舊兩部分的應(yīng)力差值或應(yīng)變差值直接相關(guān),與原結(jié)構(gòu)的極限變形值有關(guān),與兩部分材料的應(yīng)力、應(yīng)變關(guān)系有關(guān)。

粘貼碳纖維法,碳纖維加固橋梁構(gòu)件的部位:用粘結(jié)材料將碳纖維材料有序地纏繞粘貼于構(gòu)件表面,實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)件變形的約束并因此提高構(gòu)件的極限強(qiáng)度和承載能力。在橋梁加固運(yùn)用中,可粘貼在混凝土梁的頂面或底板上,以提高混凝土梁的截面強(qiáng)度和剛度。也可粘貼在梁的腹板上,以提高其抗剪強(qiáng)度。
粘貼碳纖維法與鋼板粘貼加強(qiáng)法
粘貼碳纖維法與鋼板粘貼加強(qiáng)法基本原理是一致的,均是將其增強(qiáng)材料粘貼在混凝土結(jié)構(gòu)的受拉邊緣或薄弱部位,使之與結(jié)構(gòu)形成整體,代替需增設(shè)的補(bǔ)強(qiáng)鋼筋,提高梁的承載能力達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)的目的。
施工工藝:
1.處理結(jié)構(gòu)混凝土表面,涂敷基底樹脂并整平。
2.涂刮整平膠并對(duì)其表面作砂光處理。
3.滾刷粘結(jié)劑粘結(jié)碳纖維。
4.對(duì)已貼的碳纖維作壓面處理。
5.表面整飾(如抹砂漿等)。
缺點(diǎn):
1.碳纖維的抗剪強(qiáng)度低,延展性又不好,所以,其受力的不均勻性必須充分注意。
2.碳纖維用于橋梁加固,其老化問題不容忽視。
粘貼鋼板法缺點(diǎn):
1.對(duì)結(jié)構(gòu)抗彎和抗剪加固效果明顯,但對(duì)結(jié)構(gòu)靜剛度影響不大(靜剛度包括等直桿件扭轉(zhuǎn)剛度、受彎梁的彎曲強(qiáng)度、薄板受彎曲載荷作用、薄殼變形計(jì)算)。
2.在借用橋面鋪裝層參與受力時(shí),新老混凝土的可靠連接始終存在問題,如粘結(jié)劑的老化問題。
3.鋼板面積大,剛度大,適型性差,很難與原結(jié)構(gòu)緊密粘接

粘貼鋼板加固法
粘貼鋼板加固法將高強(qiáng)鋼板粘貼到構(gòu)件受力部位,是鋼板和構(gòu)件均勻的共同受力,以此提高構(gòu)件整體的承載力,限制混凝土變形,適合軸向受力的橋梁構(gòu)件。北京國貿(mào)橋由于周邊樓宇開發(fā)反復(fù)疏降水,導(dǎo)致異形板產(chǎn)生變形,采用1.5m和0.5m寬的條形鋼板對(duì)異形板周圍裂縫進(jìn)行加固維修[5]。在電廠重型設(shè)備途徑的橋涵中,采用粘貼鋼板加固的15座石橋安然無恙,也了粘貼鋼板法的安全經(jīng)濟(jì)[6]。
4、粘貼碳纖維復(fù)合材料加固法
碳纖維材料具有較高的強(qiáng)度和耐久性,其抗拉強(qiáng)度是同截面剛才的68倍,重量輕、強(qiáng)度高,同時(shí)可以用環(huán)氧樹脂粘貼,易施工的特點(diǎn)。常應(yīng)用于板橋的抗彎加固,除此之外還適用于橋梁的地震破壞修復(fù)。如325國道佛山大瀝段某橋就采用了碳纖維粘貼加固方法,從修復(fù)結(jié)果來看,修復(fù)后撓度由原先的22mm減小為9mm,取得了良好的效果[7]。
5、體外預(yù)應(yīng)力加固法
體外預(yù)應(yīng)力施加就是在原橋梁構(gòu)件外施加主動(dòng)預(yù)應(yīng)力鋼絞線,主要目的是調(diào)整結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布,以提高結(jié)構(gòu)承載力和抗裂性,可以在不中斷交通的情況進(jìn)行加固維修。如石咀橋的修復(fù)就是采用體外預(yù)應(yīng)力加固法,石咀橋?yàn)楹?jiǎn)支鋼筋混凝土橋,其橋面下降,鋪裝破壞,主梁破損有裂縫,主梁跨中抗彎承載力減低16.2%,加固后承載能力定結(jié)果滿足公路Ⅱ級(jí)荷載要求,取得了良好的效果[8]
6、改變結(jié)構(gòu)體系加固法
此法以增設(shè)附件或者調(diào)整自重的方式,改變橋梁受力狀況,減小承載結(jié)構(gòu)應(yīng)力。常用的手法有調(diào)整拱上自重,加入新的支承點(diǎn)縮短計(jì)算跨度,加水平系桿加固等方法。