現(xiàn)代斜拉橋加固技術(shù)
2018-04-02
0.引言
在我國，斜拉橋的發(fā)展較為迅速，例如1975年修建的四川云陽橋開辟了我國修建斜拉橋的歷史，1991年竣工的423米跨徑的南浦大橋，1993建成的上海楊浦大橋都具有里程碑式的意義，這些斜拉橋的修建為我國修建斜拉橋提供了重要的實踐經(jīng)驗與資料，之后斜拉橋在國內(nèi)突飛猛進，陸續(xù)修建了數(shù)十座大跨度斜拉橋。綜觀國內(nèi)斜拉橋發(fā)展的歷史過程，時間相對較短。但斜拉橋在成橋之后的檢測、維護工作沒有得到應(yīng)有的重視，加之斜拉橋在長期運營過程中，因其設(shè)計、施工以及所使用材料的質(zhì)量，所處位置的自然環(huán)境等等因素的影響，不可避免地會出現(xiàn)各類問題，如橋跨結(jié)構(gòu)的線型，混凝土構(gòu)件開裂，斜拉索及其錨具銹蝕，伸縮縫、排水系統(tǒng)不能正常工作等問題。據(jù)不完全統(tǒng)計，20世紀70至90年代初，我國修建的30余座斜拉橋中，已經(jīng)加固修復的橋占65%，有4座斜拉橋已經(jīng)拆除或改用了其他橋型，有35%的斜拉橋已經(jīng)全部或者部分更換了斜拉索，最近二年尚有10余座90年代后修建的斜拉橋需要不同程度的加固維修。目前，公路橋梁的養(yǎng)護工作資金投入過少，形成“養(yǎng)路不養(yǎng)橋”的不正?，F(xiàn)象。斜拉橋的維修加固工作相對滯后，廣州海印大橋在運營中，突然發(fā)現(xiàn)一根斜拉索脫落，才引起重視。總體來說，斜拉橋的檢測、維護工作遠遠未能達到實際要求。國內(nèi)斜拉橋發(fā)展過快，經(jīng)驗與教訓不能得到總結(jié)，再加上成橋后運營期間的管理不善，又得不到有效的養(yǎng)護、維修，有不少斜拉橋出現(xiàn)了各種各樣的問題，其中最為嚴重的便是混凝土主梁多處開裂，斜拉索、鋼主梁及其錨具的銹蝕程度深，出現(xiàn)這些情況就必須采取大規(guī)模的整治措施，為此本文針對斜拉橋的加固進行了研究。[1-3]
1.斜拉橋加固的技術(shù)要求
斜拉橋的加固不同于一般橋梁的加固，通常需要滿足一下幾個原則：①技術(shù)加固方案及實施應(yīng)盡量減少對原有結(jié)構(gòu)的損傷，并充分利用原有的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，且應(yīng)保證原有結(jié)構(gòu)保留部分的安全性與耐久性。對于的確無利用價值的構(gòu)件則予以報廢、拆除，但其材料盡量回收。②技術(shù)加固應(yīng)做到可靠、安全、耐久，滿足使用要求，這實際上是對橋梁進行技術(shù)加固改造的基本要求與目的。③技術(shù)加固工程在施工過程中應(yīng)盡的不中斷或減少交通。④技術(shù)加固工程的施工應(yīng)是技術(shù)上簡便可行，施工上方便，所要求的機具設(shè)備盡的簡單。⑤對于某些由于因下部結(jié)構(gòu)或基礎(chǔ)的不均勻沉降等原因而導致的上部結(jié)構(gòu)的損傷，或由于其它偶然因素(如地震等)所引起的結(jié)構(gòu)損傷，在進行補強加固時應(yīng)同時考慮采取消除、減小或抵御這些不利因素的措施，以免在加固后結(jié)構(gòu)物繼續(xù)受這些因素的影響。[4-6]
2.鋼主梁加固
斜拉橋大多采用鋼主梁或鋼混組合梁，因此，對于這類主梁可采用FRP（纖維增強復合材料）加固，其原理是：采用直接或間接預應(yīng)力，將部分恒載由原有結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到FRP上來，這種做法能很好地提高加固效果。應(yīng)用于橋梁加固工程中的FRP主要有3種：即玻璃鋼、碳纖維布和芳綸纖維布。目前，國內(nèi)外所采用的方法主要有兩種，即預應(yīng)力FRP法和梁反拱預應(yīng)力法。
預應(yīng)力FRP法是對FRP先進行張拉，然后將FRP粘接到鋼梁或鋼混組合梁上，待粘接膠固化后再松開張拉機具。采用這種方法雖然可以將部分恒載轉(zhuǎn)移到FRP上，但將在FRP端部產(chǎn)生很大的界面應(yīng)力，往往需要對FRP端部進行錨固。
梁反拱預應(yīng)力法是在加固前，把千斤頂安放在鋼梁底部，對梁進行反拱卸載，然后粘接FRP到鋼梁上，待粘接膠固化后再移開千斤頂。采用這種方法在FRP端部產(chǎn)生界面應(yīng)力相對較小，通常不需要為此在FRP端進行錨固，但施工難度大。
3.混凝土主梁加固
因設(shè)計、施工以及實際荷載等級提高等因素的影響，有些斜拉橋出現(xiàn)主梁承載能力不足的情況，因此要對此類主梁實施加固。混凝土主梁加固的方法主要有：增加截面面積，粘貼鋼板，增設(shè)構(gòu)件以增大主梁的承載能力。增加截面的方法是通過澆筑混凝土來增大主梁頂?shù)装宓暮穸葋硖岣叱休d能力，該法在實際工程中使用較少，一方面斜拉橋的跨度大不便于加固施工，其次是橋下凈空的要求受到影響，還影響到斜拉橋的美觀性。粘貼鋼板是在主梁的頂板或底板上用粘接劑粘貼一定厚度的鋼板來幫助承載，該法施工方便，加固效果好。增設(shè)構(gòu)件加固法是在主梁上增加諸如“小縱梁”等構(gòu)件與原主梁一起共同承擔荷載，新增構(gòu)件應(yīng)設(shè)計到恰當?shù)奈恢?，以保證有效承載。
4.斜拉索換索
當斜拉索銹蝕嚴重時，為了維持斜拉橋的安全與正常使用功能，避免更大的損失，必須實施換索工程。早期的斜拉橋?qū)π崩鞯木S修更換缺乏預見性，近期斜拉橋在設(shè)計中都考慮到換索的情況，即在保證橋上正常交通的情況下安全的更換斜拉索，這己經(jīng)被許多國家納入規(guī)范中。換索工程中一般要通過控制斜拉索的索力或控制主梁線型有時實施兩者同時控制―雙控來促使主梁的內(nèi)力和線型都接近設(shè)計狀態(tài)。換索工程中先要進行換索優(yōu)化設(shè)計，即對斜拉橋的結(jié)構(gòu)建立模型計算分析，選出合理的換索程序及其理論控制依據(jù)，換索過程中，通過索力和主梁線型加以控制，同時要對主梁和主塔受力加以監(jiān)測，以保證在換索工程中斜拉索、主梁、主塔的內(nèi)力變化都在容許的范圍內(nèi)。換索后有必要時要實施全橋統(tǒng)一調(diào)整索力，使斜拉索受力和主梁線型達到最優(yōu)狀態(tài)。
5.結(jié)論
隨著各種重型車輛，尤其是工程用重型運輸車的不斷出現(xiàn)，公路橋梁負荷日趨加重，加之舊橋部分老化、破損或受原設(shè)計標準的限制，已不能適應(yīng)現(xiàn)代交通運輸?shù)囊?。舊橋的加固以其巨大的經(jīng)濟效益和實用價值，越來越廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代橋梁建設(shè)中。通過本文以上的分析，我們可以得出以下結(jié)論：對于斜拉橋，其主要傳力、承重結(jié)構(gòu)是拉索、主纜和主塔。容易發(fā)生破壞的主要是拉索，對于拉索的破壞，可以更換新索。然而其主梁主要是通過粘貼高性能加固材料來加固，方法與梁橋大體相同。
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