卸載程度對鉚接鋼桁梁橋加固效果的影響

趙學峰，梁 杰

（山西省交通建設工程質量檢測中心（有限公司），山西 太原 030032）

0 引言

在鉚接鋼桁梁橋檢測時發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過多年的使用，大多數(shù)鉚接鋼桁梁橋都出現(xiàn)原鉚接鋼桁梁橋支座位移、縱向及橫向剛度存在耐久性不足的問題。鉚接鋼桁梁橋一般采用強固鉚接的方式，這種鉚接要求能承受足夠的壓力和抗剪力，但對鉚接處的密封性能要求較差。考慮到新建鉚接鋼桁梁橋造價成本高、工期時間長，因此在對鉚接鋼桁梁橋進行安全等級檢測后，破損程度小的鉚接鋼桁梁橋可以采用經(jīng)濟、有效的方式進行加固改造。加固改造的主要手段包括銑刨橋面鋪裝、吊拆梁板、墩柱破除，對原樁基進行檢測處理合格后，再依次進行墩柱、臺帽、梁板等的檢測。而卸載程度是對鉚接鋼桁梁橋加固效果影響最直接的因素，針對卸載程度對鉚接鋼桁梁橋加固效果的影響進行研究，不僅能加快鉚接鋼桁梁橋加固改造建設進度，還能保持原有鉚接鋼桁梁橋不受影響，以及減少樁基施工對環(huán)境造成的污染。

1 卸載程度對鉚接鋼桁梁橋加固效果的影響研究

卸載程度是對鉚接鋼桁梁橋加固效果產(chǎn)生影響的關鍵因素，因此針對卸載程度對鉚接鋼桁梁橋加固效果影響的研究是必不可少的。本文通過以下4個方面展開卸載程度對鉚接鋼桁梁橋加固效果的影響研究，即卸載程度對鉚接鋼桁梁橋結構的影響、卸載程度對鉚接鋼桁梁橋支座布置的影響、卸載程度對鉚接鋼桁梁橋縱向剛度的影響及卸載程度對鉚接鋼桁梁橋橫向剛度的影響[1]。

1.1 卸載程度對鉚接鋼桁梁橋結構的影響

在研究卸載程度對鉚接鋼桁梁橋結構的影響中，本文重點對鉚接鋼桁梁橋結構加固進行分析。鉚接鋼桁梁橋結構一般屬于比較復雜的受力結構，在長時間經(jīng)受外部作業(yè)對自身的影響時，往往會改變鉚接鋼桁梁橋結構的受力狀態(tài)[2]。可能會直接導致鉚接鋼桁梁橋結構因承受壓力過大引發(fā)耐久性不足的問題，誘發(fā)鉚接鋼桁梁橋停止使用。針對卸載程度下鉚接鋼桁梁橋結構對加固效果的影響作出定性分析，根據(jù)支持向量回歸算法，求得卸載程度與鉚接鋼桁梁橋結構之間某些復雜的關系，確定自變量卸載程度和因變量鉚接鋼桁梁橋結構之間的函數(shù)關系f(x)進行回歸，則線性可回歸如式（1）所示：

式中：x為卸載程度的輸入函數(shù)；n為鉚接鋼桁梁橋結構維數(shù)，在一般情況下，n>l；y為卸載程度的輸出函數(shù)，鉚接鋼桁梁橋結構維數(shù)為1。

設卸載程度對鉚接鋼桁梁橋結構影響的回歸函數(shù)關系為：

式中：w、b為卸載程度的回歸函數(shù)；f(x)為卸載程度對鉚接鋼桁梁橋結構影響的未知參數(shù)，且w、b均為實數(shù)；(wx)為卸載程度輸出向量和卸載程度輸入向量在x的點積。

研究卸載程度對鉚接鋼桁梁橋結構影響的最終目標是確定回歸函數(shù)f(x)變量的具體關系，使所有的數(shù)據(jù)都在卸載程度對鉚接鋼桁梁橋結構影響的回歸函數(shù)f(x)附近，允許少量數(shù)據(jù)偏離卸載程度對鉚接鋼桁梁橋結構影響的回歸函數(shù)f(x)，設一定偏離距離為e。在二維空間中，卸載程度對鉚接鋼桁梁橋結構影響的回歸線性關系示意圖，如圖1所示。

圖1 卸載程度對鉚接鋼桁梁橋結構影響示意圖

根據(jù)圖2可知，所有的偏離距離e都在y-(wx)-b-e=0和y-(wx)-b+e=0兩條正增長平行線的區(qū)域內。因此，可知卸載程度對鉚接鋼桁梁橋結構的影響成正相關關系[3]。

1.2 卸載程度對鉚接鋼桁梁橋支座布置的影響

鉚接鋼桁梁橋的支座布置就是在伸縮縫底下安裝滑動支座，在沒有伸縮縫的鉚接鋼桁梁橋面連續(xù)或負彎矩現(xiàn)澆段底下安裝固定支座。鉚接鋼桁梁橋的支座布置經(jīng)過長時間的發(fā)展積累，已形成多種成熟的施工體系供人們選擇[4-6]。其中比較典型的例如增大截面加固、碳纖維加固、粘鋼加固等，均能有效提高結構壽命。

在鉚接鋼桁梁橋加固前需要進行卸載，是由于常規(guī)的加固方法，包括碳纖維加固、粘鋼加固、增大截面加固法等，都屬于被動受力的被動加固，而被動加固中，則需要考慮二次受力對結構產(chǎn)生的影響。采用碳纖維對梁底受拉區(qū)進行鉚接鋼桁梁橋加固時，若不對原鉚接鋼桁梁橋支座布置進行卸載，在鉚接鋼桁梁橋加固前，梁底就處于承受較大拉應力的狀態(tài)。在粘貼碳纖維布后，只有當鉚接鋼桁梁橋受到更大的荷載作用，碳纖維布才能受力。原鉚接鋼桁梁橋支座布置承受荷載，要一直高于碳纖維布承受荷載，這樣就會導致加固效果大打折扣。因此，卸載程度越大對鉚接鋼桁梁橋支座布置的加固效果越好。

1.3 卸載程度對鉚接鋼桁梁橋縱向剛度的影響

在卸載程度對鉚接鋼桁梁橋縱向剛度的影響分析中，根據(jù)鉚接鋼桁梁橋縱向樁基的卸載程度，得出鉚接鋼桁梁橋縱向樁基質量的橢圓度，從而判斷鉚接鋼桁梁橋縱向的剛度。研究卸載程度對鉚接鋼桁梁橋縱向剛度的影響，推行鉚接鋼桁梁橋縱向樁基再利用方案，不僅實現(xiàn)了資源再利用，還有效提升了工程進度[6-8]。鉚接鋼桁梁橋縱向剛度由于樁基結構構件構造不當，孔洞、缺口或截面改變急劇或布置不當?shù)仁箲袊乐亍T接鋼桁梁橋縱向所受應力值精確在2～5之間，得出卸載程度對鉚接鋼桁梁橋縱向剛度的具體影響結果，如表1所示。

表1 卸載程度對鉚接鋼桁梁橋縱向剛度的影響結果

根據(jù)表1所示，鉚接鋼桁梁橋的卸載程度越大，鉚接鋼桁梁橋縱向樁基質量的橢圓度越低，鉚接鋼桁梁橋縱向剛度強度越大。

1.4 卸載程度對鉚接鋼桁梁橋橫向剛度的影響

在卸載程度對鉚接鋼桁梁橋橫向剛度的影響分析中，與卸載程度對鉚接鋼桁梁橋縱向剛度的影響最大的不同點在于鉚接鋼桁梁橋縱向剛度所產(chǎn)生的縱向變形是被動變形，而鉚接鋼桁梁橋橫向剛度的變形是主動變形。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)值試驗結果表明，采用不同卸載程度的鋼板襯加固橫向變形鉚接鋼桁梁橋橫向剛度的效果是明顯的。為了更好地對鉚接鋼桁梁橋橫向剛度鋼板襯加固效果進行分析，將鉚接鋼桁梁橋橫向所受應力值精確在2～5之間，得出卸載程度對鉚接鋼桁梁橋橫向剛度的具體影響結果，如表2所示。

表2 卸載程度對鉚接鋼桁梁橋橫向剛度的影響結果

根據(jù)表2所示，鉚接鋼桁梁橋的卸載程度越大，鉚接鋼桁梁橋的橫向變形度越低，鉚接鋼桁梁橋橫向剛度強度越大。

2 結語

隨著鉚接鋼桁梁橋卸載程度的加大，不僅實現(xiàn)了卸載資源再利用，還有效提升了鉚接鋼桁梁橋的加固效果。在鉚接鋼桁梁橋施工或改造的過程中，卸載程度無論對濕法作業(yè)、施工復雜的增大截面加固法，還是施工便捷、空間影響小的碳纖維與粘鋼加固，均有一定的影響。需要在施工前對原鉚接鋼桁梁橋支座布置進行卸載操作，以達到最佳的加固效果。卸載程度能有效增強結構承載能力，提高安全儲備，如今正受到越來越多的關注。