摘要:文章对桥梁在运营过程中梁体出现病害问题进行了分析,对加固的方法寄措施进行了介绍,并主要针对后期加固效果的试验评定进行了探讨。
关键词:桥梁加固,试验,论文刊发,评定
随着我国社会经济和交通运输事业的快速发展,过去年代修建于各地城镇和各级公路上的桥梁,负担着十分沉重的交通荷载及繁重的交通量。由于历史的种种原因,如建桥当时的资金紧缺,设计荷载及泄洪标准偏低,技术力量的缺乏,设计、施工管理的粗放,设计、施工技术水平较低和设备、手段、材料的落后,以致在设计上或多或少存在考虑不周的缺点,施工也留下大小不同的缺陷。有病害、甚至病害严重的危桥,如果有正确的检查分析与诊断,以新技术、新材料给予加强、加固(配合必要的桥梁试验验证)一般是能够继续安全运营的,并且能使其原有载重等级得到提高。
1危(险)桥原因分析及加固方法
1.1 桥梁加固原因分析
在国民经济飞速发展的今天,对公路基础设施的服务水平有了更高的要求,不仅危(险)桥需要加固处理,一些不适应现代化交通发展需要的桥梁从技术安全、经济的角度也有加固的必要。决定桥梁加固主要有以下六个方面的因素:
(1)自然环境侵蚀
包括:风一使桥振动;水—使钢材锈蚀加快、冲刷桥基;冰冻一使结构退化、老化;大气污染—使结构腐化;雨、霜冻、海水等。
(2)结构缺陷
先天方面有:规划设计一桥位选择不当、构件截面不合理、配筋不足、结构不适、计算方法不妥等。施工缺陷—施工工艺不当、程序不当、质量隐患等。后天方面有:管理缺陷一养护维修不当、年久失修(养路不养桥)、意外事故等。
(3)超载
重型车辆增多,超载车辆过桥,桥面损伤使得车辆振动冲击力加强。
(4)自然灾害
地震产生损伤(坏)、结构构件失效、部分功能失效(如伸缩缝、滑动支座、铰缝等);撞击导致功能失效;洪灾引起基础脱空、倾斜等。
(5)结构退化
随时间推移,在大自然和车辆荷载长期作用下,结构老化、退化,从而导致结构疲劳陛破坏。
(6)特殊情况要求
特种(重)车辆过桥(这种隋况多为临时性加固)。
1.2 危(险)桥梁的界定与评价
1.2.1 危(险)桥梁的界定
危(险)桥梁是指桥梁已发生结构性损伤(如同病人发生器质性病变一样),主要承重构件——梁、板、肋、锚、索、拉(系)杆或桥梁基础(墩、台、桩、柱、支座等)在使用中由于各种原因造成损伤(坏),已不能保证正常安全运营。
1.2.2 旧、危桥检测
旧、危桥检测主要包括两方面内容:即桥梁检查及荷载试验评定技术。前者是宏观的定性分析,通过对桥梁技术状况、缺陷和损伤情况进行全面、细致的现场检查、检测、观测等,查明损伤的性质、所在部位、损伤程度及发展趋势,情况严重的要设置限载限速标志或及时封闭交通。
通过实桥荷载试验的方法对旧桥进行定量分析,判定其承载能力和安全危险度,并以此确定是新建还是加固改造。在检查、检测基础上,对旧危桥现状承载能力进行评估是旧、危桥加固改造的重要环节之一。
1.2.3 旧、危桥评价
旧、危桥评价一般包括使用功能、承载和利用价值等三个方面:
1)使用功能评价:在桥梁有效使用期内,对旧、危桥的评价首先是功能评价。①可否具备满足运营要求的功能;②造成影响桥梁整体使用功能的因素。
2)承载能力评价:通过实际静、动载分析,对桥梁结构承载能力做定量分析,做出科学的评价。
3)使用价值的评价:在使用功能、承载能力评价基础上,从技术可行、经济合理角度出发进行造价分析,当分析结果认为对旧、危桥加固改造的效益大于建一座新桥,则应考虑实施加固改造技术方案,否则应坚持拆除重建。
1.3 常用的危(险)桥加固改造方法
1.3.1上部
1)桥面补强加固法;2)增大截面和配筋加固法;3)锚喷混凝土加固法;4)粘贴钢板(筋)加固法;5)改变结构受力体系加固法;6)体外预应力加固法;7)增设纵梁加固法;8)拱圈增设套箍加固法。
1.3.2 下部
1)扩大基础加固法;2)增设桩基加固法;3)钢筋混凝土套箍或护套(穿裤子)加固法;4)桥台新建挡土墙加固法;5)墩台拓宽加固法。
2某大桥加固措施
基于该桥病害情况,加固的主导思想是控制下挠、抑制开裂,采用了减载与施加体外预应力措施相结合的加固方式。具体如下:中跨采用LC40轻质混凝土铺装,铺装内设10 cm×10 cm的10 mm钢筋网加强,边跨采用C40钢纤维混凝土铺装,铺装内设15 cm×15 cm的12 mm钢筋网加强;主跨箱梁内采用两束12j15.24的底板曲线短束(跨中40 m范围)和两束12j15.24的直线长束(锚固于31#、32#墩顶对应位置),张拉控制力为1 209 MPa,单束张拉力2 028 kN。
3荷载试验
3.1试验原则本次试验的目的是检测加固后大桥的结构刚度、整体受力性能,评价加固效果。按照桥梁设计荷载加载,考虑到加载车按车队布载需较多车辆,本试验采用荷载效应等效的原则进行加载,选择适合的荷载标准及加载方法进行。为了减小温度变化对试验结果的影响,静载试验选在22:00至次日5:00进行。试验荷载效率η=Sstat/(Sδ)应满足0.8<η≤1.0的要求(其中,Sstat为静力试验荷载作用下,某一加载试验项目对应的加载控制截面内力或变位的最大计算效应值;S为控制荷载产生的同一加载控制截面内力或变位的最不利效应计算值;δ=1+μ,μ为按规范取用的冲击系数值)。试验加载采用分级加载的方式,共分4~5级加载,1级卸载,每次加载或卸载要求在前一荷载阶段内结构变位相对稳定后,才能进入下一个荷载阶段,卸载过程中,禁止多辆加载车同时启动。为了防止试验荷载对桥梁造成损伤,试验时发现控制测点应力值、变位值或裂缝宽度超过计算值或规范值时,应中途终止加载
3.2评估思路及试验内容
结合结构的加固方式及受力特点,通过测试结构控制截面的挠度影响线,获得结构加固后的实际刚度情况;通过测试控制截面应变分布,获得加固后结构的承载能力情况;通过测试原斜裂缝处的裂缝扩展,获得加固措施对斜裂缝扩展的抑制情况;通过自振频率的测试,获得加固后结构的动力特性。把上述实测结果与加固前测试结果进行对比,对结构的加固效果进行评价。依据这一评估工作思路,静载试验内容包括:①边跨四分点、中跨八分点挠度影响线;②边跨0.4L、中跨跨中截面的抗弯承载力测试;③斜截面裂缝开展测试。采用弦式应变传感器量测桥梁结构各控制截面在荷载作用下的应变。用精密水准仪观测挠度影响线及主要控制截面的挠度。
动载试验的测试内容:受试验条件限制,本次仅进行脉动试验,测试桥梁结构的振动特性,如自振频率、振型等。测试仪器为东华桥梁模态测试分析系统(DH5907)。
3.3测试截面及测点布置
静载试验主要测试截面选取受力最大的截面,同时兼顾病害的分布及加固前试验截面,方便加固前后测试数据的对比,以分析桥梁加固效果。全桥共选取6个测试截面,其中A、B、C、A′为弯矩控制截面,D、E为剪力控制截面。
3.4结果分析
按照加载程序共进行7种工况试验。对测试结果进行分析,有以下主要结论:影响线:各测试截面竖向位移影响线实测值与理论值走向一致,各对称截面影响线关于跨中截面对称性良好。与加固前实测值对比,加固后影响线竖标值有所减小,表明加固后结构整体刚度有一定程度的提高。
应力、挠度评定:可以看出,测试结果均小于计算值,加固后各测试截面应力、挠度(尤其挠度)均有改善,说明桥梁在施加体外预应力加固后,部分裂缝闭合,桥梁整体刚度有所提高。体外索应力评定:采用磁通量传感器测试最大级加载工况下新增体外索的索力变化情况,实测索力变化值较小,最大值为10.8 kN,与计算值接近。加固后桥梁竖向及横向自振频率均有所提高,这与中跨桥面在加固中改用轻质混凝土、结构自重减小、植筋后桥面参与结构整体受力有关。
参考文献:
[1]王茜茜,预应力连续梁桥加固效果试验评定研究[J].铁道建筑,2010.
[2]王哲,龙公路桥加固后效果评定与计算分析[J].交通标准化。2011.