鋼板剪力墻在雙幅連續梁橋結構加固中的應用研究

李松

（廣西路橋工程集團有限公司，廣西 南寧 530200）

0 引言

隨著我國橋梁工程不斷建設和維護，越來越多的老舊橋梁需要進行加固和改造，以滿足日益增長的交通需求和安全要求。鋼板剪力墻作為一種新穎的結構加固方法，以其高強度、高剛度和適應性強的特點，為雙幅連續梁橋結構的加固提供了一種有效的技術途徑。研究表明，鋼板剪力墻具有緊湊的結構形式和較高的承載能力，可以在小幅度改變原有結構的情況下，顯著提升橋梁的整體性能。然而，現有研究多集中于單幅橋梁的加固，對雙幅連續梁橋結構中鋼板剪力墻的應用研究尚顯不足。因此，本文深入探討鋼板剪力墻在雙幅連續梁橋結構加固中的適用性和效果，針對其施工和設計等方面進行創新性的研究，以期為實際工程應用提供科學的依據和技術支持。

1 工程概況

某橋梁為雙幅連續梁橋結構，全長為800 m，平均跨度約40 m，跨度范圍為30～55 m，標準公路荷載（包括車輛荷載、行人荷載等）。該橋梁建造于20世紀80年代，經歷了數十年的使用和環境侵蝕，結構存在一定程度的老化和劣化現象。近年來，該地區交通負荷不斷增加，車輛荷載和交通流量超過了橋梁最初設計的預期，導致結構承載存在較大的壓力。為確保行車安全和滿足人們的出行需求，需要對該橋梁進行加固。對橋梁進行加固施工，首先要進行現場調查和結構評估，包括結構的強度、剛度、穩定性和變形情況等；其次要通過計算和模擬分析，評估橋梁的結構安全性和承載能力。

2 研究方法和模擬分析

2.1 加固前的建模和分析

2.1.1 建模

對雙幅連續梁橋的結構進行建模，包括橋面板、梁、支座等結構元素，并確定結構的材料和截面尺寸等參數。利用ANSYS 有限元軟件建立雙幅連續梁橋的三維有限元模型（如圖1所示）。

圖1 雙幅連續梁橋的三維有限元模型圖

2.1.2 靜力和動力特性分析

對雙幅連續梁橋的靜力特性進行分析，包括自重、荷載、支座反力等，并求解結構的內力和變形，具體數據見表1。同時，對雙幅連續梁橋的自然頻率和振型等動力特性進行分析，確定結構的動力響應［1］，具體數據見表2。

表1 雙幅連續梁橋加固前的主要參數和內力

表2 雙幅連續梁橋加固前的動力特性

根據分析結果，雙幅連續梁橋存在以下問題：①最大彎矩達到1 000 kN·m，說明橋梁結構在荷載作用下存在較大的彎曲變形。②最大剪力達到500 kN，說明橋梁結構在荷載作用下存在較大的剪切變形。③橋梁的自然頻率為10 Hz，與行駛其上的車輛頻率相近，引起共振的概率高，容易損壞橋梁［2］。④橋梁的動力響應為2 cm，說明橋梁在行駛車輛的作用下會產生較大的振動，可能會影響行駛車輛的穩定性和安全性。綜上所述，需要對雙幅連續梁橋進行加固和改造，提高橋梁的承載能力和抗震性能，減小橋梁的振動響應，確保車輛安全通行。加固和改造的具體措施可以根據橋梁的實際情況和需求進行設計和實施。

2.2 鋼板剪力墻的設計和加固方案

鋼板剪力墻是一種常用的建筑結構加固和改造方式，它能夠有效地提高建筑結構的抗震能力和承載能力。

2.2.1 設計

（1）材料選擇。鋼板剪力墻的主要材料為鋼板和焊接材料，需要選擇強度高、韌性好、耐腐蝕的材料，如碳素結構鋼、低合金高強度鋼等。

（2）墻體位置。鋼板剪力墻的位置需要根據建筑結構的受力情況和抗震要求確定，一般選擇在建筑的豎向和水平向受力較大的位置。同時，需要考慮墻體的布置和間距，以滿足建筑整體穩定性和均勻性的要求［3］。

（3）墻體尺寸。鋼板剪力墻的尺寸需要根據建筑結構的受力情況和抗震要求確定，一般選擇墻體厚度為100～300 mm，墻體高度為建筑高度的1/4～1/3，墻體長度為建筑長度的1/4～1/3。

2.2.2 加固方案

（1）加固墻體。鋼板剪力墻的墻體需要采用高強度鋼板進行加固，加固厚度一般為2～4 mm。同時，需要在墻體中設置水平支撐和豎向支撐，提高墻體的整體穩定性和抗震能力。

（2）加固連接。鋼板剪力墻的連接需要使用高強度螺栓或焊接連接，確保墻體和結構體系之間的連接牢固可靠，同時避免連接部位的損壞和失效。

圖2 和表3 為鋼板剪力墻加固前后建筑結構的抗震性能和承載能力的比較。從表3中的數據可以看出，鋼板剪力墻的加固和改造能有效地提高建筑結構的抗震能力和承載能力。同時，鋼板剪力墻的加固和改造也會對建筑結構的動力響應和振動響應產生影響。因此，在進行鋼板剪力墻的加固和改造時，需要綜合考慮建筑結構的抗震要求、承載要求和動力響應要求，并對加固和改造后的建筑結構進行監測和評估，確保其安全、可靠。

表3 鋼板剪力墻加固前后建筑結構的承載能力比較

2.3 加固后的雙幅連續梁橋結構質量控制措施

針對加固后的雙幅連續梁橋結構，可行的質量控制措施如下。

（1）設計控制。加固設計應嚴格按照相關規范和標準進行，確保設計方案合理、可行，并滿足結構的剛度、穩定性、抗震性能等要求。在設計過程中，應充分考慮原有結構和加固結構的相互作用，避免加固后的結構出現新的問題。設計方案應經過專業審核并進行模擬分析和實驗驗證，確保設計方案的有效性［4］。

（2）施工控制。加固施工應嚴格按照設計方案及施工規范和標準進行。在施工過程中，應注意施工質量和安全，對施工過程進行監控和檢查，及時發現和糾正施工中的問題。此外，要注意加固結構與原有結構的銜接和協調，確保加固后的結構滿足設計要求。

（3）檢測控制。應對加固后的梁橋結構進行定期檢測和評估，檢測內容包括結構的變形、應力、內力、位移等。檢測工作應由專業機構使用專業設備和技術，按照施工規范和標準進行檢測。根據檢測結果，及時分析和判斷結構的狀態，對問題進行處理和修復，保證結構的可靠性和穩定性。同時，應將檢測結果進行記錄和歸檔，作為今后工作的參考。

以上并非全部控制措施，具體控制措施應根據具體情況進行確定。同時，需要充分考慮工程造價和時間等因素，在保證質量和安全的前提下，盡可能地縮短工期、降低工程成本。

3 結果與討論

3.1 加固前后的結構響應和性能對比

表4 為梁橋加固前后的結構響應和各項性能的對比，從各項指標均能看到橋梁結構在加固后得到明顯的改善和提高。

3.2 鋼板剪力墻在加固中的作用和效果評估

鋼板剪力墻在加固中的作用主要包括提高結構的剛度、承載能力和穩定性，同時改善結構的抗震性能。表5為鋼板剪力墻加固前后的對比結果。

表5 評估鋼板剪力墻加固效果

從表5 中的數據可以看出，鋼板剪力墻加固后，結構的剛度系數、剪力承載力和屈曲荷載均得到提高，分別提高了60%、83%和100%。同時，在地震作用下，結構的峰值加速度降低40%，得到了明顯的改善。這些數據表明，鋼板剪力墻加固對結構的剛度、承載能力和穩定性有顯著的改善效果，并能提高結構的抗震性能。

4 加固方案的實際施工

4.1 施工前準備

在加固方案實際施工前，需要進行充分的準備工作。首先，對加固對象進行詳細的勘測和評估，確定加固方案和施工方案。其次，制訂施工計劃和安全措施，確保施工過程的安全性和施工質量。最后，需要準備好所有工具、材料和設備，確保施工順利進行。

4.2 施工過程

準備工作完成后，開始進行加固方案的實際施工，具體的施工過程包括以下幾個方面：①清理加固表面。將加固表面的灰塵、油污等雜物清理干凈，確保加固表面干凈、光滑。②焊接或用螺栓連接鋼板。根據加固方案，將鋼板焊接或用螺栓連接到剪力墻表面，連接必須牢固、穩定。③焊接或用螺栓連接角鋼。根據加固方案，在鋼板上焊接或用螺栓連接角鋼，增強鋼板的穩定性和承載能力。④加固板和角鋼的防腐處理。對加固板和角鋼進行防腐處理，延長加固結構的使用壽命。在加固方案施工完成后，需要進行檢查和測試，確保加固效果符合設計要求。

4.3 加固后的結構監測與評估

對于加固后的結構，需要進行長期監測和評估，具體的監測和評估內容包括以下幾個方面。

（1）結構變形監測。通過設置變形監測儀器，對加固后的結構進行變形監測，記錄結構的變形情況，判斷加固效果的穩定性和持久性。

（2）應力監測。通過設置應力監測儀器，對加固后的結構進行應力監測，記錄結構的應力變化情況，判斷結構的承載能力是否發生變化。

（3）振動監測。通過設置振動監測儀器，對加固后的結構進行振動監測，記錄地震或其他外力作用下結構的振動情況，判斷結構的抗震性能是否提高。

（4）破壞檢測。定期對加固后的結構進行破壞檢測，檢查結構表面是否出現裂縫、變形等破壞情況，以及加固材料的脫落、銹蝕等情況，以便及時發現和處理結構的破壞問題。

（5）數據分析和評估。對監測數據進行分析和評估，比較加固前后結構的變化情況，判斷加固效果的穩定性和持久性，總結加固方案的優點和缺點，為今后的加固工作提供經驗和參考。

加固后的結構監測和評估是一個長期的過程，需要定期進行，并根據實際情況進行調整和改進。在進行監測和評估工作的同時，需嚴格遵守相關的安全規定和操作規程，保障工作的安全性和質量。

5 結語

將鋼板剪力墻應用在雙幅連續梁橋結構加固中，可以有效地提高雙幅連續梁橋結構的承載能力和抗震性能，延長橋梁使用壽命，具有重要的應用價值。通過對鋼板剪力墻加固技術的研究和實踐，可以不斷優化加固方案和施工工藝，提高加固效果和施工質量。未來，鋼板剪力墻加固技術將在橋梁工程中得到更廣泛的應用，因此需要進一步深入研究其加固原理和加固效果，不斷提高加固技術和施工工藝，探索新的加固方案和材料，以滿足城市橋梁不斷發展和變化的需求。同時，需要加強加固后的結構監測和評估工作，保證加固效果的穩定性和持久性，為城市橋梁的安全運行提供堅實的保障。