馬 威

(1.甘肅省交通科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730000;2.甘肅新翔橋隧加固維護(hù)工程有限公司，甘肅 蘭州 730000)

1 加固原理

由于橋梁結(jié)構(gòu)的特殊性，在加固前在橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件或者部件不能卸除自身重力，必須在承受一期恒載的基礎(chǔ)上進(jìn)行加固，待加固補(bǔ)強(qiáng)材料與原橋結(jié)構(gòu)構(gòu)件或部件粘結(jié)成為整體且達(dá)到受力強(qiáng)度后承受一期恒載、二期恒載以及活載。因此一期恒載以及一些無法在加固前拆除的二期恒載由原結(jié)構(gòu)承擔(dān)，活載及后加二期恒載由加固補(bǔ)強(qiáng)后的組合材料截面承擔(dān)，所以結(jié)構(gòu)受力分析時(shí)應(yīng)考慮材料分階段受力的特點(diǎn)。

假設(shè)一梁橋原結(jié)構(gòu)中的受拉主筋在一期恒載以及一些無法在加固前拆除的二期恒載作用下已經(jīng)產(chǎn)生了60%鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的初始拉應(yīng)力，待加固后組合材料截面形成強(qiáng)度可以承受外荷載時(shí)，此時(shí)后加固材料的初始應(yīng)力為0，它與已經(jīng)產(chǎn)生了60%鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的初始拉應(yīng)力的原結(jié)構(gòu)材料開始共同承受加固后橋梁的二期荷載以及活載，所以在相同的應(yīng)力增量下，原結(jié)構(gòu)材料應(yīng)力往往率先達(dá)到材料的極限強(qiáng)度，而后加固補(bǔ)強(qiáng)材料才能發(fā)揮出其應(yīng)有的作用，這種材料受力起點(diǎn)不同而導(dǎo)致的應(yīng)力遲滯現(xiàn)象類似剪力滯現(xiàn)象，降低了原結(jié)構(gòu)材料的強(qiáng)度儲(chǔ)備，它將對(duì)結(jié)構(gòu)破壞狀態(tài)和承載力產(chǎn)生影響，通過分析不難發(fā)現(xiàn)其影響程度與原結(jié)構(gòu)應(yīng)力占所能承受的總應(yīng)力的百分比直接相關(guān)，所占比例越大，新舊材料的應(yīng)力遲滯現(xiàn)象越明顯，對(duì)結(jié)構(gòu)破壞狀態(tài)和承載力產(chǎn)生影響亦越大，因此分階段進(jìn)行受力分析對(duì)結(jié)構(gòu)破壞狀態(tài)和承載力的影響是不可忽略的，舊橋加固設(shè)計(jì)必須嚴(yán)格分階段考慮結(jié)構(gòu)受力狀況。這一點(diǎn)在《公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范》中就有如下規(guī)定：增大截面加固橋梁構(gòu)件的作用(或荷載)效應(yīng)，按下列兩個(gè)階段進(jìn)行計(jì)算。

第一階段：新澆混凝土層達(dá)到強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值之前，結(jié)構(gòu)構(gòu)件按原結(jié)構(gòu)截面計(jì)算，荷載應(yīng)考慮加固時(shí)包括原構(gòu)件自重在內(nèi)的恒載、現(xiàn)澆混凝土層自重及施工荷載。

第二階段：新澆混凝土層達(dá)到強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值后，按構(gòu)件加固后整體截面計(jì)算，作用(或荷載)應(yīng)包括加固后構(gòu)件自重在內(nèi)的恒載、二期作用的恒載及使用階段的可變作用。

2 案例分析

2.1 橋梁現(xiàn)狀

某國道上的一座35 m的剛架拱橋，橋面寬度8.5 m，矢跨比1/8，由3片拱肋組成。該橋修建于1995年，至今已服役十幾年，通行重載掛車及拉砂雙橋車較多，車流量大。調(diào)查發(fā)現(xiàn)該橋3片拱肋1/4L～3/4L范圍肋底均存在存在不同程度的U 型裂縫(間距20 cm，延伸至拱肋1/3高，最大寬度0.3 mm)；且外側(cè)兩邊拱肋大節(jié)點(diǎn)存在U 型裂縫(部分延伸至微彎板底)；極個(gè)別橫系梁根部環(huán)向裂縫、拱肋交界處豎向裂縫；橋面鋪裝存在裂縫、坑槽；微彎板破損、開裂；泄水管銹蝕嚴(yán)重等病害。當(dāng)汽車過橋時(shí)拱背處有明顯的振感，橋梁總體技術(shù)狀況評(píng)定等級(jí)均為4類。

2.2 加固對(duì)策

鑒于上述原理及橋梁現(xiàn)有病害，為了充分發(fā)揮加固補(bǔ)強(qiáng)材料的采取如下加固對(duì)策。

(1)首先封閉交通，拆除原橋面瀝青鋪裝。

(2)然后對(duì)剛架拱實(shí)腹段(主梁段)等主要承重構(gòu)件外包鋼筋混凝土加固。為了保證混凝土澆筑質(zhì)量及提高施工便利性，改進(jìn)傳統(tǒng)增大截面的方法，采用外包U型鋼板，澆筑自密實(shí)混凝土的方法。

(3)最后養(yǎng)護(hù)至外包混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度90%后，重新澆筑橋面整體化層混凝土，施工橋面瀝青鋪裝，開放交通。

這樣不僅有助于減輕舊橋原有結(jié)構(gòu)自重，降低原有結(jié)構(gòu)的承受的初始內(nèi)力，使其應(yīng)力和應(yīng)變處在一個(gè)較低的水平，減少加固后新結(jié)構(gòu)和舊橋原有結(jié)構(gòu)承受外荷載產(chǎn)生的所分擔(dān)的應(yīng)力差值，從而使原有結(jié)構(gòu)材料的強(qiáng)度過度消耗，又能充分發(fā)揮加固層的材料強(qiáng)度。

而且對(duì)傳統(tǒng)的增大截面構(gòu)造進(jìn)行了改進(jìn)，以外包U型鋼板作為澆筑增大截面混凝土的模板，不僅能保證混凝土澆筑質(zhì)量提高施工便利性，也提高了結(jié)構(gòu)耐久性。

2.2 施工措施

(1)首先拆除橋面鋪裝層，減少橋梁恒載，降低原有結(jié)構(gòu)初始內(nèi)力；

(2)搭設(shè)落地施工支架，拱肋新增外包混凝土過程中采用支架支撐，避免了在新增混凝土受力前給原結(jié)構(gòu)增加初始內(nèi)力；

(3)對(duì)原結(jié)構(gòu)混凝土表面進(jìn)行鑿毛，對(duì)拱肋種植鋼筋，保證了為使新舊混凝土良好結(jié)合，能夠協(xié)同受力；

(4)鉆孔前應(yīng)先對(duì)原結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋和鋼束進(jìn)行探測(cè)定位，在必要時(shí)對(duì)孔道坐標(biāo)位置進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以避開原結(jié)構(gòu)鋼筋位置。避免在種植錨固螺栓、鋼筋的過程中對(duì)原結(jié)構(gòu)鋼筋造成破壞。

(5)在主拱肋加固施工完畢后，進(jìn)行橋面整體化層混凝土澆筑及鋪裝層施工。

3 總 結(jié)

(1)剛架拱橋的加固屬帶載加固，在加固設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)需考慮結(jié)構(gòu)的分階段受力特點(diǎn)。

(2)在制定剛架拱橋的加固對(duì)策時(shí)應(yīng)采用不傷害或者少傷害原有結(jié)構(gòu)方案，在此基礎(chǔ)上，盡可能降低原有結(jié)構(gòu)的承受的初始內(nèi)力，使初始應(yīng)力和應(yīng)變處在較低的水平，減少原有結(jié)構(gòu)材料的強(qiáng)度過度消耗，充分發(fā)揮加固層的材料強(qiáng)度。

(3)施工中應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)施工順序進(jìn)行。

(4)制定加固對(duì)策及施工措施都應(yīng)按照結(jié)構(gòu)分階段受力的特點(diǎn)進(jìn)行考慮，確保在能發(fā)揮新結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度的同時(shí)，原結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度有一定強(qiáng)度儲(chǔ)備，不至于使被加固結(jié)構(gòu)從加固前的不利狀態(tài)轉(zhuǎn)換為加固后的不利狀態(tài)，從而降低了預(yù)期的加固效果，使被加固后橋梁的使用安全性也得不到充分保障。