结合工程实例桥梁的加固设计

结合工程实例浅析桥梁的加固设计摘要随着经济的发展，交通量增大，载重等级发生变化，早年设计注重于材料的节省，安全度低，一般来说造成断面单薄、安全储备低，桥梁耐久性差和年久老化，因设计失当或施工质量差等各种问题都显示出桥梁加固的重要性。文章通过对路桥梁的桥梁裂缝强度的复核和加固设计，对桥主梁采取了粘钢处理。关键词病害分析桥梁加固粘钢1工程概况某高速公路桥梁建筑物级别为4级；设计荷载为：人群荷载为3kN/m,车辆荷载等级为汽车-lO级，不计加重；桥面结构型式为现浇钢筋混凝土3片T型简支梁，桥面净宽4.5m，梁高1.0m，跨径l3.5m，设计要求主梁及铺装层采用C25混凝土，主梁钢筋用Ⅱ级钢筋，主梁跨中挠度≤L/600，裂缝开展宽度≤O.2mm。高速公路由于交通量大，超载情况比较严重，沿线部分桥梁结构出现了不同程度的损坏，急需加固维修。2桥梁病害和加固原则部分盖梁存在竖向裂缝，主要分布在柱顶(盖梁上部)和盖梁跨中位置(盖梁下部)，裂缝宽度达O.3mm左右。原因分析：①现有车辆载荷和交通量大于设计值，盖梁设计安全储备不足。②上部结构横向联系减弱，支座脱空等导致单板受力，致使盖梁局部受力增大。危害性分析：盖梁的裂缝区域均为受力关键位置，如果对有发展趋势的裂缝不及时处理，势必影响桥梁的安全性和耐久性。加固设计以结构验算和检测报告为依据，通过加固方案比选，力求以较小的工程量，合理的造价，方便快捷的加固工艺，来达到提高结构安全度的目的，同时注意减少对桥梁外观的影响，减少施工过程中对原结构的扰动及对现有交通流的干扰。加固中应用到的材料必须满足要求。3加固措施选择针对上述问题，本次考虑了两种加固设汁方案①主梁下部采用粘贴钢板；②主梁采用凿除两边翼板后，再在外侧增加两片梁。经反复比较，认为增加两片梁，要使桥真正运行良好，需新梁与旧梁共同受力，反之，效果不明显，而且施工难度大，很难保证设计要求。如将新梁放在中间，新建与加固工程量相差不大。而粘贴钢板加固措施可以使梁的中性轴明显下移，减少受拉区混凝土中的拉应力，这对于提高梁的抗裂度和刚度十分有利，而且施工方便，同时能够满足设计要求。因此，设汁决定采用粘钢处理。4加固设计钢筋混凝土构件粘钢加固技术，是利用高强建筑结构胶，将钢板与混凝土粘接起来使它们构成整体联合工作，达到提高承载能力的目的。本次对桥梁进行加固处理，主要是对已有裂缝的主梁采用粘钢加固，使梁的受拉区强度提高，同时改善裂缝处的应力集中，使裂缝趋于闭合之势，使得裂缝尖端以上的应力由受拉变为受压。粘钢前裂缝截面的拉应力全部由钢筋承担，粘钢加固后裂缝截面的拉应力大部分由钢板承担，从而使整个截面钢筋的拉应力减小。由此可见，受拉区已有裂缝的梁，经粘钢加固后，可以改善梁的受力性能，并约束混凝土的变形，阻止裂缝进一步开展，使裂缝截面的钢筋应力减小，从而推迟受拉钢筋达到屈服极限强度，提高梁的承载能力。因此，对于已开裂的钢筋混凝土梁，通过在受拉区采取粘钢加固措施可达到补强目的。根据《混凝土结构加固技术规范》，构件外部粘钢加固法适用于承受静力作用的一般受弯及受拉构件，但对于大跨度构件或可能经受反复荷载的结构，锚固区宜增设U箍板或螺栓附加锚固。考虑到本加固机耕桥的荷载特点后，即采用了增设U箍板和螺栓附加锚固措施。4.1钢板粘胶材料粘钢是一种新型结构加固方法，这种结构加固技术的关键材料是粘结剂，粘结剂的各种力学性质直接影响结构粘钢加固效果。其各项强度指标如表1。性能品名密度/g.cm施工温度/℃使用时间/miin钢粘接强度压缩强度MPaa加速老化时间//剪切h/MPPa弹性模量/MPPa冻融20次剪切/MPaa配合比拉伸/MPa剪切/MPa甲：乙AC1.35～3030～703020702000/199.87000204:1JGN1.310～3030～603018501600/188.745000204:1当结构粘结剂材料在受压破坏时具有较好的延性，但在受拉破坏时呈脆性；它的强度低于钢材强度，但高于混凝土材料；它的弹性模量约为混凝土弹性模量的1/3，远低于钢的弹性模量；在承受静态荷载时，动力胶表现出与静力胶完全相似的力学性质，只是动力胶的各种强度值都稍高于静力胶的相应值；粘结界面承受剪切力时，钢粘钢的界面都是胶体受剪而破坏；钢粘混凝土、混凝土粘混凝土的界面都是混凝土破坏。本次设计所用粘结剂为粘结强度高、耐久性好，具有一定弹性的AC胶和JGN建筑结构胶。AC胶是在JGN胶基础上研制的更高性能产品，可在低温0℃和潮湿界面的条件下固化粘接，耐热度提高30%。4.2钢板宽、厚度计算桥梁粘钢加固，国内外已有多处。在桥梁加固设计时，我们采用了对主梁进行U箍板或螺栓附加锚固处理措施，构件强度计算仅将主梁底部钢板加入计算。在设计中，采用多宽、多厚的钢板粘贴，才能做到既节约成本又可满足设计强度要求呢?运用等截面法计算钢板宽度，具体计算如下：桥梁跨中弯矩M=2173.3kN·m，混凝土主梁宽=l80mm；设钢板宽为l80mm，厚3mm；钢弹性模量E=2.1×l0N/mm；屈服极限=210N/mm。胶弹性模量E=7.12x10N/mm；抗拉强度=15.3N/mm。混凝土弹性模量E=2.55x10N/mm；抗拉强度=1.54N/mm。钢截面1、胶层截面2及混凝土截面3，其上的弯曲应力分别为：=；；式中——该截面对中性轴贯性矩；——各材料中正应力；y——在y-z坐标系内，等效截面形心的坐标；M——钢板破坏时的极限荷载。如果将钢材l构成的截面保持不变，而将胶层截面2、混凝土截面3沿Z轴方向的宽度扩大、倍，可将实际截面变成全部由材料1组成的截面，见图1。图1即：，胶层、混凝土变换后的宽度：，先后算出复合梁截面形心为y为213.01mm；截面对中性轴惯性距I为3.885x10，代入到弯曲应力公式，分别得出钢板、胶层、混凝土中最大正应力，而钢板中的最大正应力远大于胶层中和混凝土中的最大正应力，即一旦钢板发生塑性变形，则混凝土将导致丌裂或断裂。因此，采用钢板最大正应力作为钢的屈服应力，从钢板的最大正应力，可得出主梁极限荷载：=10600(kN﹒m)计算结果说明主梁加固后能承受的极限荷载远大于本次设计主梁跨中所承受的荷载，考虑到桥梁承受的是反复荷载，需增设U箍板或螺栓附加锚固措施。本次加固设计采用的钢板为3钢，厚度3mm，宽l80mm。同时进行强度复核，粘钢后挠度、裂缝宽度均能满足设计要求。5结论桥梁加固，就是通过一定的措施使构件乃至整个结构的承载能力及其使用性能得到提高，以满足新的要求，要针对桥梁所发生的不能满足继续使用的状况进行处理。要求我们根据桥梁的现有技术状况、存在病害，车辆通行的需要以及将来交通发展的趋势，对加固的必要性和可行性作出分析判断，然后对各种加固方案的技术经济效果进行比较，选择合理的设计和施工方案，还要考虑经济性和耐久性等综合因素。粘钢加固是一项新技术，非常适用于各种建筑结构、桥梁小型水工建筑物和建筑物抗震加固，在今后