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刍议道路桥梁结构病害和加固的措施

作者: 来源: 日期:2014-09-25 22:10人气:

  摘要:桥梁投入使用一定时间后,由于设计的局限、施工的欠缺、交通繁重、超负荷运行等原因,导致各种结构病害的出现。本文针对桥梁在处于超负荷运行状态时成为交通运输的“瓶颈”这一难题,剖析桥梁缺陷成因,存在问题的部位和主要解决的问题,提出必要的技术方法和相关的新材料。

  关键词:道路桥梁;结构病害;加固

  一、道路桥梁存在的常见病害

  1. 主拱圈裂缝病害:①主拱圈中波纵向裂缝,检查时常发现各孔中波波顶均存在纵向裂缝;②肋、波连接处裂缝。各孔拱波与拱肋连接处大部分均发生裂缝;③拱肋裂缝。各孔拱肋均有横向裂缝,有不少是U形裂缝,这些裂缝多发生在拱顶前后10m左右范围内;④横系梁裂缝。

  2. 钢筋锈蚀病害。钢筋发生锈蚀时,锈蚀部分的体积可膨胀至原来体积的10倍以上,从而对周围混凝土形成挤压,造成混凝土开裂、剥蚀、使截面有效尺寸减小,导致结构承载能力下降。锈蚀的直接后果是钢筋断面面积减小,对于以钢筋作为抗弯能力,钢筋锈蚀还会降低混凝土对钢筋的握裹力,锈蚀物外流,在结构表面形成锈迹,影响结构美观。

  3.墩台基础病害。桥梁墩台基础在常年使用过程中,除了承受上部构造荷载外,还将承受土压力、风力、流水压力、冰压力等各种力的作用。另外过桥车辆的日益重型化,墩台基础经常受到过重荷载,桥墩台将会出现不同程度的损坏。

  4. 主梁裂缝及主梁变形病害。主梁裂缝多发生在锚跨中部(正弯矩区)梁的下缘及悬臂梁根部(负弯矩区)上缘,后者大都贯穿整个车行道翼板。此类裂缝显然是由于大量重车通过使梁的受拉区开裂。由于负变矩区裂缝在上面,雨水易从裂缝渗入梁内,引起钢筋锈蚀及砼强度降低。

  二、桥梁病害的成因

  由于作用荷载的随机性、材料强度的离散性、制造与施工质量的分散性、计算假定的近似性,致使在长期使用过程中桥梁结构产生病害,其具体原因如下: ①原设计荷载偏低,交通发展后车辆荷载增大,桥梁因承载能力不足而产生病害;②结构设计中存在缺陷,如采用桥型结构不当、设计假定不尽合理;③桥梁施工质量差,未按设计要求和施工规程实施;④不重视桥梁后期养护工作,没有及时消除己产生的病害;⑤洪水等自然灾害使桥梁产生损坏;⑥地质条件差,如滑坡、软基等导致桥梁产生病害。

  三、现状分析

  1.加固桥梁工程由于受原有结构的影响,施工设施、作业环境、作业空间均受到限制,如梁体内所有的施工物资设备均需人工搬进搬出,机械设备基本无法使用,安全状态更加不宜控制。

  2.加固部分与原有结构共同作用,因此不仅要保证加固部分的施工质量,还要同时保证原有结构不被破坏。

  3.腹板加固为加固工程的关键施工工序,腹板加固采用在原来箱梁内侧加浇20cm厚的混凝土,并在加固腹板内施加竖向预应力。竖向预应力采用直径为25mm的冷拉级Ⅳ钢筋,标准强度Rby=750Mpa,张拉控制力331KN,采用无粘结方式、轧丝锚体系。

  四、道路桥梁加固的一般流程

  在桥梁结构发生病害后,需要采取措施进行加固维修或者更换。桥梁加固工程一般应遵循以下工作程序:

  结构可靠性鉴定—加固方案确定—加固设计—施丁组织设计—施工—验收。

  结构可靠性鉴定,主要是对病害结构的病情诊断。加固方案好比处方,加固设计是现行规范及有关标准对加固方案的深化过程。加固施工是对被加固结构按加固设计进行加固的施工过程,对于大型结构加固,为确保质量和安全,施工前应编制施工组织设计。

  五、加固的方法

  (一)直接加固的一般方法有:

  1、加大截面加固法

  在钢筋混凝土受弯构件受压区加混凝土现浇层,可增加截面有效高度,扩大截面面积,从而提高构件正截面抗弯,斜截面抗剪能力和截面刚度,起到加固补强的作用。

  加大截面加固法施工工艺简单、适应性强,并具有成熟的设计和施工经验;适用于梁、板、柱、墙和一般构造物的混凝土的加固。

  2、置换混凝土加固法

  该法的优点与加大截面法相近,且加固后不影响建筑物的净空,但同样存在施工的湿作业时间长的缺点;适用于受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的梁、柱等混凝土承重构件的加固。

  3、有粘结外包型钢加固法

  外包钢加固是把型钢或钢板包在被加固构件的外边,外包钢加固钢筋混凝土梁一般应采用湿式外包法,即采用环氧树脂化灌浆等方法把型钢与被加固构佣粘结成一整体,加固后的构件,由于受拉和受压钢截面面积大幅度提高,因此正截面承载力和截面刚度大幅度提高。

  该法受力可靠、施工简便、现场工作量较小,但用钢量较大,适用于使用上不允许显著增大原构件截面尺寸,但又要求大幅度提高其承载能力的混凝土结构加固。

  4、粘钢加固法

  钢筋混凝土受弯构件外部粘钢加固是在构件承载力不足区段(正截面受拉区、正截面受压区或斜截面)表面粘贴钢板,提高被加固构件的承载力,且施工方便。

  该法施工快速、现场无湿作业或仅有抹灰等少量湿作业,对生产和生活影响小,且加固后对原结构外观和原有净空无显著影响,适用于承受静力作用且处于正常湿度环境中的受弯或受拉构件的加固。

  5、粘贴纤维增强塑料加固法

  外贴纤维加固是用胶结材料把纤维增强复合材料贴于被加固构件的受拉区域,使它与被加固截面共同工作,达到提高构件承载能力的目的。除具有粘贴钢板相似的优点外,还具有耐腐浊、耐潮湿、几乎不增加结构自重、耐用、维护费用较低等优点,但需要专门的防火处理,适用于各种受力性质的混凝土结构构件和一般构筑物。

  6、绕丝法

  该法的优缺点与加大截面法相近;适用于混凝土结构构件斜截面承载力不足的加固,或需对受压构件施加横向约束力的场合。

  7、锚栓锚固法

  该法适用于混凝土强度等级为C20~C60的混凝土承重结构的改造、加固;不适用于已严重风化的上述结构及轻质结构。

  (二)间接加固的一般方法有:

  1、预应力加固法

  ①预应力水平拉杆固法

  预应力水平拉杆加固的混凝土受弯构件,由于预应力和新增外部荷载的共同作用,拉杆内产生轴向拉力,该力通过杆端锚固偏心地传递到构件上,在构件中产生偏心受压作用,该作用克服了部分外荷载产生的弯矩,减少了外荷载效应,从而提高了构件的抗弯能力。同时,由于拉杆传给构件的压力作用,构件裂缝发展得以缓解、控制、斜截面抗剪承载力也随之提高。

  ②预应力下撑拉杆加固法

  钢筋混凝土构件采用预应力下撑式拉杆加固定后,形成一个由被加固构件和下撑式拉杆组成的复合超静定结构体系,在外荷载和预应力共同作用下,拉杆中产生轴向力并通过与构件的结合点(下撑点和杆端锚固点)传递给被加固构件,抵消了部分外荷载,改变了原构件截面内力特征,从而提高了构件的承载能力。

  2、增加支承加固法

  增设支点加固法是通过减少受弯构件的计算跨度,达到减少作用在被加固构件上的载载效应,提高结构承载水平的目的。该法简单可靠,但易损害建筑物的原貌和使用功能,并可能减小使用空间;适用于具体条件许可的混凝土结构加固。

  3、其它加固法

  辅助结构加固法是采用另制的辅助构件,如型钢、钢桁架或钢筋混凝土梁,部分或全部分担被加固梁的荷载。 在支座附近加腋后,支座附近截面的有效高度提高了,因此,截面的抗弯和抗剪能力都得到提高。

  参考文献:

  [1]王铁梦.建筑物的裂缝控制[M].上海:上海科学技术出版社,1987.

  [2]蔡开明.施工阶段钢筋混凝土裂缝的控制[J].陕西建筑,2000,(3).

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