混凝土梁桥从结构受力体系角度可分为简支梁桥、连续梁桥、刚构梁桥;从截面应力控制角度可分为普通钢筋混凝土梁桥和预应力钢筋混凝土梁桥。无论哪种结构受力体系的梁桥都需要满足承载能力极限状态和正常使用极限状态的要求。当桥梁结构因为荷载过大、材料劣化、预应力损失等因素造成承载能力下降、应力超限、刚度下降等情况时,都需要进行结构性加固。
(一)常见病害
1.结构缺陷
结构缺陷与通行荷载超标、结构材料劣化、施工质量控制不严等因素相关,主要表现为表面起皮、剥落、掉块、崩裂、空洞、露筋等。
2.梁体开裂
梁体开裂多与桥梁抗弯、抗剪能力下降有关,主要表现为底板横向裂缝、腹板斜裂缝、腹板竖向裂缝、顶板纵向裂缝等。
3.刚度下降
梁体出现缺陷、开裂等病害会引发结构刚度的下降;空心板梁、T梁、预制小箱梁桥等由多片构件组合而成,当构件之间的连接发生病害时,桥梁结构的整体横向刚度也将下降。
4.材料劣化
桥梁长期处于露天环境,受到自然因素影响,当结构存在开裂、钢筋保护层厚度不足等缺陷时,梁体混凝土、钢筋就容易受到侵蚀,从而降低构件的受力性能。
(二)加固改造方法
1.增大截面加固法
增大截面加固法主要是通过增大构件截面、在混凝土表面增设钢筋并浇筑混凝土加大构件断面尺寸,以提高构件的承载能力和刚度。
该方法主要适用于钢筋混凝土和预应力混凝土受弯构件、钢筋混凝土受压构件的结构。
2.表面粘贴加固法
表面粘贴加固法主要是通过在结构构件表面粘贴钢板或粘贴纤维材料,以增强或补充构件的抵抗能力,提高构件受力性能。
粘贴钢板法主要适用于钢筋混凝土受弯、受拉和受压构件的加固,钢板与构件共同受力时,钢板主要承受轴向力;粘贴纤维材料法主要适用于钢筋混凝土受压柱、梁、板的加固,高性能复合纤维材料与构件牢固粘贴形成共同受力时,可以提高构件的延性和耐久性。
3.体外预应力加固法
体外预应力加固法主要是通过增设体外预应力钢绞线、高强钢丝、精轧螺纹钢筋等高强材料索,对原有的主体受力结构主动施加有利的外力,以此来改善原结构的受力状态。
体外预应力加固体系主要由预应力钢束、锚固系统、转向块、减振装置等组成。该方法适用于钢筋混凝土及预应力混凝土简支梁、连续梁、连续刚构桥的加固,也适用于钢板梁的加固。
4.改变结构体系加固法
改变结构体系加固法主要是通过增加支撑点来减小跨度,将简支结构变为连续结构,以改变桥梁的受力体系,提高结构的整体承载能力。
增设支点法适用于梁、板、桁架等结构的加固;简支变连续法适用于多跨简支梁的加固。
5.增强横向联结加固法
增强横向联结加固法主要是通过增设结构构件间的联结构造,加强多个协同受力组件的整体性,以提高受力组件的刚度,改善共同受力性能,提升组件的承载能力。(www.daowen.com)
该方法主要适用于多片组合的空心板梁、T梁以及多柱墩。
6.减轻恒载加固改造法
减轻恒载加固改造法主要是通过对桥梁非主要受力的结构部件(如栏杆、人行道、桥面铺装、填料等)的更换、改造,以减少二期恒载,降低桥梁结构自身的重量,减少结构自重产生的效应,提高结构承受桥面荷载效应的能力。
该方法可适用于各类桥梁。
(三)工程示例
1.空心板梁加固工程示例
某大桥引桥为跨度分别是20 m、30m的空心板梁,主要病害表现:相邻空心板梁之间变位不同步;桥面铺装出现和铰缝位置重合的纵向裂缝;空心板梁铰缝部位出现渗漏现象等。病害主要原因为空心板梁之间的横向联系较弱,铰缝抗剪承载能力下降,横向刚度不足。
针对该空心板梁病害,引桥主要采用了增强横向联结加固改造法。具体加固措施及内容:在空心板梁顶底增设横向联结钢板并对拉(图4-3-1),提升空心板梁刚度和整体性能,保证了荷载横向传递,从而减轻单板的负担。为配合主要加固措施的实施,同步进行了空心板梁铰缝、桥面铺装的凿除与重做。
■图4-3-1 空心板梁顶底增设横桥向联结钢板加固
2.简支T梁加固工程示例
某大桥为混凝土简支T梁桥,因修建年代早,随着社会发展,通行汽车荷载等级需提高。根据荷载等级提高的需求,主要采用了体外预应力加固法(图4-3-2)。
■图4-3-2 简支T梁体外预应力加固法
3.混凝土连续梁加固工程示例
某跨海大桥岛岸引桥为预应力混凝土连续梁桥,因桥下堆积物燃烧而受损,边跨箱梁底板、腹板、翼板均发生局部混凝土爆裂剥落、钢筋断裂,底板纵向预应力钢束、翼板横向预应力钢束外露。
针对火损,在进行全面检测评估的基础上,为补充箱梁受损导致的承载能力降低,主要采用了体外预应力加固法、表面粘贴加固法等多种措施进行修复加固。
具体措施和内容:如图4-3-3所示,对受损变形的梁体钢筋进行置换,对剥落部位进行修复,在梁底增设预应力碳纤维板进行主动补强加固,在腹板及翼板粘贴钢板进行补强,在翼板增设钢结构支撑作为被动受力补强措施,更换受损支座以保证梁体的正常伸缩,对箱梁表面实施涂装以保护桥梁外观。经过实施综合加固措施,梁体刚度得以恢复,箱梁的总体承载能力得到提升。
■图4-3-3 混凝土连续梁体外预应力加固法和表面粘贴加固法
■续图4-3-3
4.混凝土连续刚构箱梁加固工程示例
某长江大桥为预应力混凝土连续刚构箱梁桥,运营多年后,随着桥面通行交通量剧增、车辆荷载加大,出现了箱梁底面横桥向开裂、腹板大范围开裂、跨中下挠等现象及病害。
针对存在的主要病害,主要采用了体外预应力加固法、增大截面加固法和表面粘贴加固法。具体措施和内容:在腹板内外侧粘贴钢板,在箱梁内紧贴腹板增设钢桁结构劲性骨架,在箱梁内增设由体外预应力环氧涂层钢绞线、钢结构锚固块、钢桁转向架等组成的体外预应力体系,提高箱梁的总体承载能力,增加梁体刚度,抑制跨中下挠,改善结构受力状态。如图4-3-4所示。
■图4-3-4 混凝土连续刚构箱梁加固工程示例
■续图4-3-4
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