古交市某在役桥梁加固方案的可行性分析

2010-08-15邢蓉

太原城市职业技术学院学报 2010年5期

关键词：桥墩可行性构件

邢蓉

（山西交通职业技术学院，山西太原 030031）

〔专题研究与新论〕

古交市某在役桥梁加固方案的可行性分析

邢蓉

（山西交通职业技术学院，山西太原 030031）

在古交市某在役桥梁的检测与鉴定结论的基础上，对该桥的承载力和正常使用两种极限状态进行复核，以及对拓宽1.5m方案的可行性理论分析，从而确定出该桥的最佳加固方案——桥板：采用粘贴纤维复合材加固法；桥墩：采用增大截面加固法，为下一步加固及拓宽设计提供了重要的依据。

桥梁加固；极限状态；可行性分析；拓宽设计

桥梁的使用寿命和它的检查次数与养护程度是有很大的关系的，我们要经常根据桥梁的实际使用情况对其进行必要的检查与鉴定，从而确定桥梁的破坏程度，以对其进行相应的小修保养、中修、大修和改善。这个过程不仅美化了原有的桥梁，而且增加了桥梁的承载能力，提高了桥梁的可靠度，但是，对桥梁进行保养、修补、加固、改建的具体方案要经过有条不紊的程序、严谨细致的工作过程、准确可靠的依据、完整齐全的操作来确定。现以古交市某在役桥梁的加固方案的可行性分析进行详细的说明。

一、工程概况及其对其进行维修加固的原因

1.该桥位于山西省古交市，该桥为板式结构，共五跨；桥墩为天然石砌块重力式桥墩，桥板为空心预制板。该建筑于1991年12月建成并投入使用，至今已使用近18年。该桥南北走向，桥长66.3m（实测），单跨13.26m（实测），桥面宽7.8m（实测），由五块长度13m的空心预制板组成。桥墩墩头半径约为0.46m（实测），桥墩直线段部分为7.8m（实测）。

2.该桥需要维修加固的原因有如下几点

⑴桥梁的桥面铺装已经陈旧不堪，已经使内部材料外露，两侧栏杆也已经损坏得很严重，不仅影响到桥梁的美观性，还会有过往车辆和行人掉入河流的危险性。⑵桥墩上出现轻微裂缝，有可能继续发展而影响到桥梁的安全性。

⑶梁跨的挠度能用肉眼看出，影响到桥梁的正常使用，引起使用者的不良视觉效果。

⑷桥梁的组成材料混凝土、砂浆、钢筋的性能也随着时间的延长会发生或多或少的减弱，从而影响到桥梁的适用性和耐久性。

⑸该桥为行车行人两用桥，需要在原先的宽度基础上加宽1.5米，从而增加其规模，提高其承载能力。

⑹桥梁的荷载等级要进行提高，由原来20t的通车能力提高到50t的通车能力。

⑺周围的建筑物对其影响不大，但该桥梁附近是村民住宅，若桥梁有损坏的话会直接影响到当地居民的正常生活。

二、检测与鉴定结论

（一）现场检测结论

经外观普查：护栏、桥面应进行更换和重新铺装，部分桥板下挠明显，其余各项指标基本满足相关规范要求。

（二）室内试验结论

1.桥墩墩帽

本次回弹2个桥墩墩帽，并对应回弹位置取混凝土芯样6个，试验结果表明：所取混凝土芯样强度符合原设计要求,墩台顶砼帽混凝土表面风化严重，混凝土表面回弹强度偏低。

2.桥板

本次回弹8块桥板，根据《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》（JGJ/T23-2001）的有关规定，对原始数据进行仰角修正和碳化深度修正，得到：

混凝土桥板强度推定值：＝16.25Mpa＜（C25:=25Mpa）

（三）拓宽及加固可行性理论分析结论

在检测鉴定结果的基础上，结合甲方所提供的原设计相关资料，采用桥梁博士等软件进行建筑物整体建模分析，重点对原有结构的承载力和正常使用两种极限状态进行复核，以及拓宽1.5m方案的可行性理论分析，从而为下一步加固及拓宽设计提供依据。

1.荷载取值

汽车荷载——汽车Ⅰ级。

2.加固方案的可行性理论分析

本桥梁为5孔13米简支板桥，下部为重力式墩台。桥梁建于1991年。下部结构使用情况良好，经现场检测，各项指标基本满足规范要求。以下主要对上部结构进行验算。

3.极限状态验算

（1）正常使用极限状态验算

经计算，在正常使用阶段，跨中部位具有代表性的截面在作用短期效应组合并考虑长期作用效应影响下的上边缘和下边缘的裂缝宽度分别为 0.0mm、0.115mm，0.0mm、0.151mm，0.0mm、0.133mm， 0.0mm、0.116mm，0.0mm、0.134mm，0.0mm、0.152mm，均小于允许裂缝宽度0.2mm，满足要求。

（2）承载能力极限状态验算

经计算，在承载能力极限状态，跨中部位具有代表性的截面在作用基本组合效应下的抗弯承载力分别为：

989KN＞=939KN；

989KN＜=997KN;1110KN==1110KN

1110KN==1110KN；989KN＜=1110KN

989KN＜=1110KN；

可见，承载能力极限状态验算桥板在最不利组合下跨中的最大弯矩不能满足要求，需进行加固。

结论表明：在原有构件不更换的前提下，实现50t通行能力是可行的，但为保证结构整体安全，其中部分构件必须加固。

四、加固方案的比选

该桥的加固设计方案主要是围绕着满足提高板的抗弯承载能力要求，并兼顾施工与运营期间美观影响进行取舍，根据本桥的加固实际情况，对下列一些常用加固方案进行了比选：

（1）增大截面与配筋加固法——该方法能在桥下施工，不影响交通，加固工作量不大，而且加固的效果也较为显著；要求的现场湿作业工作量大，施工周期长，养护时间较长，对生产和生活有一定影响，而且构件的截面增大后对结构的外观和桥下净空也有一定影响；一般多用于板梁桥和拱桥拱肋的加固。

（2）外粘型钢加固法——该法施工快速，不减小建筑净空，不影响建筑外观，不影响桥面铺装层的防水构造，无现场浇筑混凝土的湿作业，施工设备简单，可有效提高梁的抗弯刚度，而且粘钢加固后几乎不增加结构自重；适用于在使用上不允许增大原构件截面尺寸，但又要求大幅度提高截面承载能力的混凝土结构，能提高受压为主构件（桥墩、拱肋、桁架杆等）的承载力、刚度及延性，适用的环境温度在-20℃～60℃范围内，相对湿度不大于70%及无化学腐蚀地区。

（3）外加预应力加固法——该方法施工工艺简单，干扰交通少，所需设备简单，人力投入少，工期短，经济效益明显，能较大幅度提高或恢复桥梁的承载能力，对原结构损伤小，可以做到不影响桥下净空、不增加路面标高；不宜用于处在高湿度环境下的混凝土结构或混凝土收缩徐变较大的混凝土结构的加固；适用于正截面受弯承载能力不足或正截面受拉区钢筋锈蚀的情况，适用于梁抗弯刚度不足导致的梁挠度超过规范或由于刚度太小导致梁的受拉区裂缝宽度超过规范规定的情况。

（4）改变结构传力途径加固法——该法加固效果较好，能大幅度地降低计算弯矩，提高结构构件的承载力，达到加强原结构的目的；由于需要在桥下进行操作，或者设置永久设施，因此会减小桥下净空，影响通航及桥梁排洪能力；适用于多跨简支梁（板）因配筋不足、截面尺寸偏小、桥跨中截面抗弯承载能力明显不足及下弯挠度过大的情况。

（5）粘贴钢板加固法——该法快速，不影响结构外形；钢板自重及刚度较大，施工操作较困难；适用于承受静力荷载、处于正常温度和湿度的构件加固。

（6）粘贴纤维复合材加固法——该法高强高效，施工简捷，施工周期短，施工机具少，操作简单，具有极佳的耐腐蚀性和耐久性，适用面广，施工质量容易保证，对结构的影响小；但弹性模量低，被加固构件的性能提高主要在强度方面，环氧树脂的耐火性与耐高温性能差，延性不足，对于需要较大变形或对抗震要求比较高的结构来说，这一点是十分不利的；适用于钢筋混凝土受弯、轴心受压、大偏心受压及受拉构件的加固，不适用于素混凝土构件，包括纵向受力钢筋配筋率低于现行国家标准《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2002）规定的最小配筋率的构件加固，该方法适用于混凝土梁桥、板桥的抗弯和抗剪加固，对于配筋率较低或钢筋锈蚀严重的旧桥，加固效果尤为显著；还适用于混凝土墩柱的抗剪、抗压补强、抗震延性补强以及地震破坏后的修复等。