趙兆方
摘要:伴隨著國民經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展,人們的生活品質(zhì)逐漸上升,對交通運(yùn)營的需求也會有提高。許多之前修建的橋梁早已不符合當(dāng)今交通運(yùn)營的要求。橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生失效的現(xiàn)象而無法正常工作,務(wù)必要加固補(bǔ)強(qiáng)。
關(guān)鍵詞:連續(xù)剛構(gòu)橋;有限元分析;粘貼鋼板加固;優(yōu)化加固方法
1.1 研究背景及意義
當(dāng)代時期各地建設(shè)橋梁的高峰期即將過去,人們的目光漸漸轉(zhuǎn)到加固和維修橋梁上。由于修建年代的變遷,橋梁病害問題日益突出,橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)也在不斷提高,橋梁結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足結(jié)構(gòu)安全或正常使用需要,嚴(yán)重影響日常交通。特別是最近20年以來,因?yàn)橥蠏爝\(yùn)輸方式和集裝箱運(yùn)輸方式的大量使用,橋梁負(fù)載日趨加重,結(jié)構(gòu)出現(xiàn)疲勞損傷的現(xiàn)象,問題非常嚴(yán)重。對原橋進(jìn)行加固維修能在保證經(jīng)濟(jì)性的前提下使橋梁重新滿足正常使用的需求,使橋梁滿足正常工作的要求。因此對舊橋進(jìn)行加固維修是當(dāng)今橋梁建設(shè)工作中亟待解決的問題。
1.2 研究現(xiàn)狀
由于國外橋梁建設(shè)工業(yè)發(fā)展比我國早,橋梁的加固工作也相對起步的早些,針對橋梁維修加固的問題國外已經(jīng)做了大量的實(shí)驗(yàn)、嘗試和思考,并取得了突破性的成果,形成了一套相對比較完整的加固體系以及施工工藝。十九世紀(jì)八十年代初分別在英國、美國和徳國開展了橋梁加固理論問題的研究會議;1986年“國際經(jīng)濟(jì)合作組織”(OECD)舉行了“道橋管理與維修”的專題討論會議,主要包括以下幾方面內(nèi)容:
(1)準(zhǔn)確評估舊橋的承載力;
(2)及早發(fā)現(xiàn)舊橋的破損現(xiàn)象;
(3)舊橋的維修加固;
(4)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與維修管理之間的關(guān)系;
(5)橋梁維修加固的發(fā)展情況。
前蘇聯(lián)、英國和美國等許多國家都對舊橋結(jié)構(gòu)檢測和維修加固管理做了許多的研討。二十世紀(jì)八十年代初召開的“國際橋梁與結(jié)構(gòu)安全會議”和“第十七屆國際道路會議”上,針對舊橋的安全指標(biāo)評估、加固維修管理等方面都開展了大量專題講座。
我國的橋梁加固管理開展得相對晚些,現(xiàn)在還不是特別成熟。自1960年以后,相關(guān)部門先后進(jìn)行了大量舊橋維修加固研究技術(shù)的試驗(yàn)和實(shí)際工程嘗試來滿足我們國家舊橋加固維修管理技術(shù)發(fā)展的要求。近三十年以來,大量橋梁加固維修工程在國內(nèi)涌現(xiàn)。我國在舊橋加固維修管理上積攢了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)。自1992年以來,“體外預(yù)應(yīng)力加固法”,“舊橋經(jīng)加固后承載能力的研究”及“錨固區(qū)的應(yīng)力研究”等多項(xiàng)試驗(yàn)在我國陸續(xù)展開,取得了非常有實(shí)際意義的研究成果。參考我國橋梁的實(shí)際運(yùn)營情況,總結(jié)出了一套切實(shí)可行的體外預(yù)應(yīng)力混凝土梁的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。
粘貼鋼板加固法由于經(jīng)過加固的構(gòu)件的耐久性不過關(guān),使得此法推廣應(yīng)用遭受限制。直到70年代以后陸續(xù)出現(xiàn)了各方面性能都較好的粘結(jié)劑,粘貼鋼板加固法才得到廣泛應(yīng)用。
各國研究人員圍繞粘貼鋼板加固法進(jìn)行了多次的試驗(yàn)和分析,取得了一系列對工程實(shí)踐有指導(dǎo)意義的結(jié)論。
1968年,日本道路公團(tuán)研究所用該法對東京高架橋進(jìn)行維修加固[10]。美國加州理工大學(xué)對一座多跨橋?qū)嵭辛苏迟N鋼板加固維修,并在此基礎(chǔ)上根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行試驗(yàn),分別研究了抗剪、抗彎和抗彎剪等多種情況下的粘貼鋼板加固的效果,最后還應(yīng)用大型有限元軟件對結(jié)果進(jìn)行了數(shù)值分析[11]。
1978年,Mac Donald對粘貼鋼板加固法進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)研究,對結(jié)果進(jìn)行研究分析并歸納出以下幾點(diǎn):粘貼鋼板加固法能提高梁的強(qiáng)度和剛度,提高粘貼鋼板的厚度會加強(qiáng)梁的加固效果,并作出了荷載-變形曲線。
1981年,中科院大連化物所開發(fā)出JGN-I和JGN-II粘結(jié)劑,推動了粘貼鋼板加固法在國內(nèi)橋梁加固領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
Frcnch和Thorp通過對損傷梁利用不同的粘結(jié)劑進(jìn)行粘貼鋼板加固進(jìn)行了大量的對比試驗(yàn),并最終發(fā)現(xiàn)環(huán)氧樹脂作為粘結(jié)劑使得加固效果最優(yōu),有良好的耐久性[14]。
1982年,英國R.Joens分別對超筋梁和少筋梁進(jìn)行粘貼鋼板加固,發(fā)現(xiàn)在裂縫開始于梁兩端的情況下,會沿著受拉鋼筋的方向向跨中進(jìn)一步擴(kuò)大[15]。
1987年,O.Yilnay針對經(jīng)過粘貼鋼板加固后的鋼筋混凝土梁進(jìn)行分析,主要研究加固鋼板和原構(gòu)件表面之間的作用關(guān)系,并總結(jié)出彈性理論公式;與此同時,R.Joens對利用此法的加固鋼板的錨固效果進(jìn)行了分析,圍繞粘結(jié)劑與原構(gòu)件混凝土表面和鋼板之間的作用力做了大量研究[15]。T.M.Roberts利用彈性力學(xué)和斷裂力學(xué)的理論通過編程語言對經(jīng)過粘貼鋼板加固后的構(gòu)件進(jìn)行理論分析,并對當(dāng)時現(xiàn)有的加固方法進(jìn)行了補(bǔ)充。
1989年,上海建筑科研院對已經(jīng)受損的粘貼鋼板加固梁進(jìn)行了大量試驗(yàn)和分析,得出如下結(jié)論:經(jīng)過加固后的構(gòu)件的損傷形式與加固方法有關(guān),粘貼鋼板厚度的提高會對原構(gòu)件的承載力有很大改善,并能有效制止裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大。
1995年,我國出版了《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)》,深入分析了混凝土加固構(gòu)件的病害原因和破壞形式,總結(jié)了加固構(gòu)件與普通構(gòu)件的根本差異,提出了不同破壞形式應(yīng)當(dāng)采用不同的粘貼鋼板加固方案的思想。
1996年,混凝土和鋼筋的本構(gòu)關(guān)系的研究有了更進(jìn)一步的發(fā)展,這也推動了鋼筋混凝土有限元分析的廣泛應(yīng)用。同時,在地震作用下的鋼混結(jié)構(gòu)有限元分析方面,我國的研究成果在國際上產(chǎn)生了很大的影響。朱茂法等通過四組經(jīng)過粘貼鋼板加固后的鋼筋混凝土梁的施加靜力載荷試驗(yàn)得出了受拉鋼筋應(yīng)變與撓度關(guān)系圖。蔡光汀對粘貼鋼板加固法的粘結(jié)劑的特性進(jìn)行了系統(tǒng)分析,提出不適宜用普通粘結(jié)劑對長期處于潮濕環(huán)境中的損傷構(gòu)件進(jìn)行加固的觀點(diǎn)[18]。
孫曉燕等人認(rèn)為影響粘貼鋼板加固法加固效果的因素主要包括配筋率、預(yù)加荷載幅值、粘貼鋼板的加固方式;在粘貼鋼板層數(shù)為1層時,荷載-變形曲線沒有明顯的變化,在適筋梁的條件下,隨著配筋率的提高,經(jīng)過粘貼鋼板加固后構(gòu)件的承載力提高率反而降低。
科研人員對橋梁加固技術(shù)和優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究做了許多系統(tǒng)的試驗(yàn)和分析工作,各種不同的維修加固技術(shù)有各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用方面,涉及到某個具體的加固工程,不會只使用單一的加固方法,實(shí)際工程中需要多種方式混合使用。未來隨著科學(xué)的進(jìn)一步研究和社會的快速發(fā)展,還會出現(xiàn)更多橋梁維修加固的新材料和新工藝,完善橋梁加固技術(shù)使之繼續(xù)成熟。
參考文獻(xiàn)
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