改擴(kuò)建中舊橋受力及加固方法分析

文/新疆維吾爾自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院 賀國峰

隨著我國機(jī)動(dòng)車保有量不斷增加，造成現(xiàn)在的橋梁在設(shè)計(jì)之初對(duì)交通量的預(yù)期遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于實(shí)際交通流量，橋梁寬度限制了車流的通行，車流量過多時(shí)，容易形成堵塞，因此有必要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)現(xiàn)有橋梁加寬，以滿足人們的出行需要。同時(shí)，舊橋加寬改造需考慮新、舊部分的受力性及差異性，保證橋梁的整體性能，特別是良好的安全使用性能。

工程背景

本文依托連霍高速公路新疆境內(nèi)段改擴(kuò)建工程實(shí)際情況進(jìn)行分析。該段高速公路作為新疆交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)“東聯(lián)西出”的主動(dòng)脈和天山北坡經(jīng)濟(jì)帶的“黃金大通道”，于1998年正式開工建設(shè)，已投入運(yùn)營十多年，隨著沿線社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，交通量增長迅速，服務(wù)水平和通行能力已明顯不足，急需改擴(kuò)建。為了保證工程質(zhì)量，并符合已有橋涵的實(shí)際現(xiàn)狀，需分析現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)及受力。

現(xiàn)有橋梁受力分析

改建路段有大小橋梁近百座，包含箱梁、空心板、組合梁等不同跨徑、不同類型，為了了解橋梁的現(xiàn)狀，需對(duì)沿線不同跨徑的橋梁進(jìn)行受力分析，選定的橋梁跨徑有6m、8m、10m、16m、20m、25m共六種，驗(yàn)算正常使用極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)下，抗彎和抗剪截面的強(qiáng)度，根據(jù)規(guī)范中的內(nèi)容，正常使用極限狀態(tài)下的抗彎和抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算，遵循原設(shè)計(jì)時(shí)的規(guī)范要求計(jì)算，承載能力極限狀態(tài)下的抗彎和抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算需要按照現(xiàn)行的最新規(guī)范計(jì)算。

正常使用極限狀態(tài)下的抗彎和抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算

按照原設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)：汽車-超20級(jí)，掛車-120對(duì)橋梁進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)下的抗彎抗剪能力計(jì)算，分別計(jì)算了6m、8m、10m、16m、20m、25m共6種跨徑的邊板和中板的跨中部分的抗彎和抗剪力，并與相對(duì)應(yīng)的荷載效應(yīng)進(jìn)行比較(如圖1、圖2所示)。

圖1 抗彎承載力與荷載效應(yīng)比值

圖2 抗剪承載力與荷載效應(yīng)比值

從圖1和圖2可以看出其抗彎和抗剪承載力均滿足要求，抗彎、抗剪承載力與荷載效應(yīng)比值均＞1，其中抗彎承載力/荷載效應(yīng)比值的結(jié)果中，13m跨徑中的邊板比值最小為1.03，8m跨徑中的中板比值最小為1.08。而抗剪承載力/荷載效應(yīng)比值中，10m、8m跨徑的邊板比值較小為1.17，8m跨徑中板的比值最小為1.14。由此可知，在這些跨徑的正常使用承載能力均滿足要求的前提下，8m跨徑的橋梁相對(duì)來說承載力較差，需要多加注意，相對(duì)來說在未來使用中較易損壞。

承載能力極限狀態(tài)橋梁截面強(qiáng)度驗(yàn)算

按照現(xiàn)行規(guī)范，對(duì)橋梁加寬利用部分進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)驗(yàn)算，選取邊板和中板跨中，最不利位置實(shí)際產(chǎn)生的彎矩和設(shè)計(jì)抗力比值，以及邊、中板最不利于建設(shè)位置的剪力及抗剪比值形成(如圖3、圖4所示)。

圖3 彎矩與抗力比值

圖4 抗剪力與剪力比值

從圖3、圖4中可以看出，采用現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行抗彎極限承載力驗(yàn)算，除了25m跨徑的組合梁其余跨徑的橋梁均無法滿足要求，其中跨徑為16m、20m、25m橋梁的中板滿足要求，邊板僅25m跨徑的橋梁滿足要求。而抗剪強(qiáng)度6m、8m、10m 、16m、20m、25m跨徑的橋梁，通過計(jì)算并選取抗剪力與剪力比值最小處形成的情況(如圖2所示)，可以得出，其斜截面抗剪強(qiáng)度在承載能力極限狀態(tài)下滿足要求，所以在進(jìn)行橋加寬利用時(shí)，要對(duì)現(xiàn)有橋梁的利用部分進(jìn)行加固，使其滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)條件下，承載力極限狀態(tài)的抗彎強(qiáng)度要求。

橋梁加固方法分析

通過對(duì)已有橋梁進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)的截面強(qiáng)度分析，得知其無法完全滿足要求，故應(yīng)對(duì)其進(jìn)行加固。加固方法主要有加強(qiáng)薄弱構(gòu)件，改變橋梁結(jié)構(gòu)的受力情況、對(duì)橋梁構(gòu)件進(jìn)行換新或增加相應(yīng)的構(gòu)件等。在加固工程中，增加截面、粘貼鋼板、粘貼高強(qiáng)復(fù)合纖維、加強(qiáng)橫向聯(lián)系是比較常用的手段。

增大截面法

加大截面主要是使用與原結(jié)構(gòu)等級(jí)相同或略高的材料，使結(jié)構(gòu)的承載力和剛度得以提高。結(jié)構(gòu)的承載力和剛度提高后，恒載增加較多，導(dǎo)致新舊材料受力不同步，存在一定的差異性?？梢酝ㄟ^增加受力主筋、增大混凝土截面、加厚橋面鋪裝層和噴射混凝土加固等方式解決。

粘貼鋼板法

粘貼鋼板是通過使用環(huán)氧樹脂或建筑結(jié)構(gòu)膠，將鋼板粘貼在被加固的混凝土結(jié)構(gòu)物的相應(yīng)部位，使之與相應(yīng)的構(gòu)物形成一個(gè)共同受力的整體，使結(jié)構(gòu)物本身的裂縫發(fā)展得以限制，受力狀態(tài)較以前變好，承載能力有了進(jìn)一步的提高。

粘貼高強(qiáng)復(fù)合纖維法

粘貼高強(qiáng)復(fù)合纖維是采用環(huán)氧樹脂膠（其他的結(jié)構(gòu)膠也可以）將高強(qiáng)復(fù)合纖維布粘結(jié)在相應(yīng)的結(jié)構(gòu)的薄弱部位，與其形成共同受力體，從而限制結(jié)構(gòu)物本身裂縫的發(fā)展，提高了相應(yīng)結(jié)構(gòu)本身的承載力。采用這種加固方法進(jìn)行受彎構(gòu)件正截面承載力和斜截面承載力加固補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，纖維布的布置方案與粘貼鋼板法相同。高強(qiáng)復(fù)合纖維對(duì)限制裂縫發(fā)展提高梁的抗彎和抗剪承載力有不錯(cuò)的效果。

加強(qiáng)橫向聯(lián)系法

此方法主要用于空心板鉸縫部分失效情況，通過在板底加焊橫向鋼板，變鉸接為剛接，提高空心板的橫向聯(lián)系。此方法使鉸縫具有較強(qiáng)的橫向抗彎能力，空心板間變?yōu)閯傂赃B接，提高了橋梁整體工作性能，減小了荷載橫向分布系數(shù)，其效果相當(dāng)于間接提高了橋梁正截面抗彎承載力。該項(xiàng)技術(shù)可增強(qiáng)橫向聯(lián)系，宜在梁（板）端部及其他控制截面進(jìn)行。

根據(jù)各個(gè)加固方法的具體效果，針對(duì)沿線橋梁的實(shí)際情況，應(yīng)選用合適的加固方案，如加大截面法，由于鋪橋面混凝土現(xiàn)澆層對(duì)既有橋梁結(jié)構(gòu)撓度影響較大，采用梁底噴射5cm混凝土層和一層D12鋼筋網(wǎng)片進(jìn)行加固。粘貼鋼板法則采用在單板底緣兩側(cè)各粘貼寬25cm、厚5cm的鋼板進(jìn)行加固。

結(jié)論

根據(jù)不同跨徑橋梁受力情況分析得出，正常使用承載能力均滿足要求，但是8m跨徑的橋梁相對(duì)來說承載力較差，在未來使用中較易損壞。各跨徑橋梁的承載力極限狀態(tài)下，抗彎強(qiáng)度無法滿足要求，若此狀態(tài)仍繼續(xù)運(yùn)營存在安全隱患，故需要根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行加固，提高承載力，以滿足要求。