钢筋混凝土拱桥复合加固技术的研究与应用.pdf
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1、2 0 1 5 年 8 月第 8期 城 市道桥与 防洪 桥梁结构5 3 钢筋混凝土拱桥复合加固技术的研究与应用 王 维 国 ( 威 海市 乳山公 路管 理局 , 山东威 海 2 0 00 ) 摘要 : 随着交通事业的快速发展, 托挂车、 超重车及大型车辆逐年快速递增, 已对公路桥梁的安全造成了较大的影响。目 前 , 我 国地方公路桥梁多数运营 2 0 a以上 , 有些甚至高达 4 O 5 0 a , 其承载力相远远不足以承载现有车辆压力。为了满足现代化交通 运输的需要 , 同时够达到充分利用现有桥梁 , 降低工程造价, 节约资金的目的, 采用先进的加固技术和改造措施对旧桥进行改造 加 固将直接
2、促 进我 国交通事业 的发展 , 更 好服务 于 国民经济 的发展 。 关键词 : 钢筋混 凝土拱 桥 ; 复合 加固技 术 ; 应用 中图分 类号 :u 4 4 5 7 + 2 文献标 志码 :B 文章编 号 : 1 009 7 7 1 6 ( 2 0 1 5 ) 0 8 0 0 5 3 0 2 0 引言 为了满足 国民经济 的发展 的需要 ,我 国在交 通事业特别是公路桥梁体系的投入大幅度提升但 依然不能完全满足实际需求。同时, 越来越多的重 型运输车辆不断 出现 ,这对于公路桥梁 的结构性 能和使用强度等都提出了更 为严 格的要求 。当钢 筋混凝土桥梁破损后采用科学的加 固技术进行加 固
3、或者对原有的桥梁部件进行修复将能提高局部 或整座桥梁承载能力或通过能力 。桥梁加 固工作 大多数情况下保留原有的建造结构, 施工方便 , 工 期短 , 造价低 , 有效保障公路桥梁的安全畅通 。 1 钢筋混凝土拱桥主要病害形式 拱 桥 结构 的上 部 病 害损 伤 主 要 分布 在 主拱 圈 、 附拱 圈 、 盖梁 、 主梁 、 拱上立 柱 、 支座及 桥 面系 等部位 。 1 1 拱桥径 向裂缝 拱桥径 向裂缝 在主拱圈的拱脚及拱顶最 常发 生 。拱脚 附近的裂痕下 面窄上面宽 , 从拱轴线 中间 从上往下裂开 , 通常垂直于拱轴线, 这种裂缝是于 负弯矩 的问题产生的。拱 圈背部设置有钢筋
4、时 , 数 条 近乎平行 的裂痕会从拱 圈脚部 的截 面上方 同时 出现, 其中拱脚处的裂缝最宽, 并向 1 4跨的方 向趋于减少 。裂缝宽度要控制在 0 2 5 mm以下 , 一 旦 超过这个标 准就要及 时进行加 固或构件更 新处 理 。当拱 圈背部没有设置钢筋 时 , 裂缝一旦产生 , 其虽然数量少但 宽度会 比较大 ,产生 的影 响也 比 较严重 。拱顶 附近的径 向裂缝是 由于正弯矩 而引 收稿 日期 : 2 0 1 5 0 4 一 l 8 作 者简 介 : 王 维 国( 1 9 6 9 一 ) , 男 , 山东荣 成人 , 高级 工程 师 , 从 事 公路工 程建设 管理工作 。
5、起 的 , 这 种裂缝 自下而上 , 下 面 比上 面宽 , 严重 时 会造成整个拱顶坍塌。为了减少这种裂缝 的产生 , 在建造之初就应当根据具体情况采取预防措施 , 准保工程质量。在已经建成并投入使用的拱桥中, 一 旦出现径向裂缝 , 就要进行科学评估, 以确保是 否能够继续使用。拱顶和拱脚的裂缝达到截面的 中性轴 ,该桥就已经失去使用价值 ,需要重新建 造 ; 否则只需进行科学检测分析并予 以加固。径 向 裂缝 的主要形成原 因: ( 1 ) 截面整体性差 在具体施工过程中,拱桥常采用预制装配和 化整为零 的施 工方法 ,并没有 依据设计 时依据整 体的组合截面来计算拱圈的方法,这降低了拱
6、圈 截面的整体性。即使是在整体性较好的拱桥中, 拱 顶 、 拱脚 出现径 向裂缝也是 常见现象 , 而截面整体 性较差的桥梁就更容易产生 裂缝 。 由于施 工 的误 差而建造的截面整体性较差的桥梁在投入实际使 用 的过程 中, 通 行车辆反 复的超 负荷 的运载 , 使得 桥梁拱圈截面的整体性更差,加速了径向裂缝的 产生。 ( 2 ) 受混凝土收缩 、 温度变化和墩 台变位 的影响 实 际施工 过程 中有多方面 的因素和设计 时存 在一定差距 ,如混凝土收缩 、温度变化和墩 台变 位。在设计施工过程中应足够重视上述因素的影 响, 取值要合理, 在低温时以最快速度合拢, 并严 格依据正确 的施工
7、程序进行施工 。考虑如果不 充 分, 将可能造成拱顶下沉, 拱脚负弯矩和拱顶正弯 矩加大。拱桥产生裂缝 、 拱顶下沉又一个重要 原因 是桥台水平位移,它可能致使桥梁生成多种极具 破坏性的病害。所以在建造 无铰拱桥时建成一个 牢 固的桥 台是极其重要的 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 4 桥梁结构 城 市道桥 与防洪 2 0 1 5 年8 月第 8 期 1 2 拱桥的纵向裂缝 拱桥 的纵 向裂缝容易出现在拱圈宽度超过 8 m 的拱桥上。这种裂缝通常顺着桥面 中线附近顺 跨 经方 向延伸 , 病 害严重时可能会贯通整座桥梁 , 将 桥在拱圈位置折断 。拱 圈
8、第二条纵 向裂缝通常会 出现在拱圈宽度超过 2 0 m的拱桥上。拱桥的纵 向 裂缝产生 的主要原因 : ( 1 ) 拱圈截面设计的形式不合理, 没有充分考 虑桥梁热胀冷缩 的需要 ; ( 2 ) 横截面荷载力分布不均匀 ; ( 3 ) 拱 圈的砌筑质量差 。 1 3 与拱波结合面上的环向裂缝 只有双 曲拱桥 中会产生拱波与拱肋结合面上 的环 向裂缝 。环 向裂缝 的最大宽度往往产生在拱 脚 和拱顶处 ,从拱脚 和拱顶 向两 1 4跨 裂缝逐渐 减小直至消失。不同的原因会产生不同部位的环 向裂缝 。肋 、 波之间的抗剪能力很弱 、 拱脚剪力较 大会引起拱脚附近的环向裂缝 ,由于拱肋受拉时 产生了
9、径 向拉力,而肋 波间抗 拉能很小会引起拱 顶附近 的环 向裂缝 。 矩形拱肋 的双 曲拱 桥 , 在技术 不成熟时, 肋、 波、 板的结合不够密切, 加上工人在 行走施工过程中破坏拱肋顶面的清洁,截面上实 际抗拉和抗剪的能力都较小,所以这个结合面上 非常容易产 生环向裂缝 。桥梁的承载能力在拱肋 与拱波可能全部脱开 时极大 的降低 ,加剧 了环 向 裂缝的产生。为了达到减少环向裂缝在产生的 目 的 ,后期采用了倒 T形拱 肋的双 曲拱桥 ,提高 胃 肋、 波、 板的结合度, 注重桥台稳固, 努力提高施工 质量 。 2 钢筋混凝土桥梁复合加固技术分析及应用 2 1 钢筋混凝 土桥梁复合加固技术
10、分析 采取何种 维护加 固方 法取决 于桥梁 在病害特 点及其严重程度 以及病害产生在部位 。常见的 加 固方法有 : ( 1 ) 粘贴钢板法。粘贴钢板加固钢筋混凝土结 构 的方 法始于 2 0世纪 6 0年 代初 的瑞士 和德 国, 是在 L H e r mi t e和 B r e s s o n工作 的基础 上加 以桥 体主要构件的抗 、 发展起来的。在钢筋混凝土受弯 构件表面粘贴环氧树脂或建筑结构胶把钢板 , 使 桥体和粘贴的材料形成整体 ,使构件的抗弯能力 和抗剪能力得到提高, 减少裂缝扩展。 这种方法具 有 易于施工 , 粘钢所 占空间小 , 可保证桥梁净 空面 积不减少 , 施工周
11、期 短 , 耗材少 , 设 置灵活等 显著 特点 ,还能在不影 响或尽量少影响交通的情况下 完成施工 。梁式桥或梁、 板构件 的补强加 固的施工 过程中常用到此法。 ( 2 ) 粘贴高强纤维片材法。 碳纤维( C F R P ) 、 玻璃 纤维( G F R P ) 、 芳纶纤维( A F R P ) 这三种纤维是目前用 于加 固混凝 土结构 的纤维材料 。碳纤维材料因为 有质轻 , 高强 、 耐腐蚀 、 耐疲劳等优 异的物理力 学 特点 , 加上现场施工方便 , 越来越普遍地被应 用于 桥梁工程补强加 固中。为 了实现对变形构件的制 约并提高构件的承载能力和极限强度 ,在加 固受 损桥体构件
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