改擴建中舊橋受力及加固方法分析

文/新疆維吾爾自治區交通規劃勘察設計研究院 賀國峰

隨著我國機動車保有量不斷增加，造成現在的橋梁在設計之初對交通量的預期遠遠小于實際交通流量，橋梁寬度限制了車流的通行，車流量過多時，容易形成堵塞，因此有必要根據實際情況對現有橋梁加寬，以滿足人們的出行需要。同時，舊橋加寬改造需考慮新、舊部分的受力性及差異性，保證橋梁的整體性能，特別是良好的安全使用性能。

工程背景

本文依托連霍高速公路新疆境內段改擴建工程實際情況進行分析。該段高速公路作為新疆交通運輸網絡“東聯西出”的主動脈和天山北坡經濟帶的“黃金大通道”，于1998年正式開工建設，已投入運營十多年，隨著沿線社會經濟的不斷發展，交通量增長迅速，服務水平和通行能力已明顯不足，急需改擴建。為了保證工程質量，并符合已有橋涵的實際現狀，需分析現場檢測及受力。

現有橋梁受力分析

改建路段有大小橋梁近百座，包含箱梁、空心板、組合梁等不同跨徑、不同類型，為了了解橋梁的現狀，需對沿線不同跨徑的橋梁進行受力分析，選定的橋梁跨徑有6m、8m、10m、16m、20m、25m共六種，驗算正常使用極限狀態和承載能力極限狀態下，抗彎和抗剪截面的強度，根據規范中的內容，正常使用極限狀態下的抗彎和抗剪強度驗算，遵循原設計時的規范要求計算，承載能力極限狀態下的抗彎和抗剪強度驗算需要按照現行的最新規范計算。

正常使用極限狀態下的抗彎和抗剪強度驗算

按照原設計荷載標準：汽車-超20級，掛車-120對橋梁進行正常使用極限狀態下的抗彎抗剪能力計算，分別計算了6m、8m、10m、16m、20m、25m共6種跨徑的邊板和中板的跨中部分的抗彎和抗剪力，并與相對應的荷載效應進行比較(如圖1、圖2所示)。

圖1 抗彎承載力與荷載效應比值

圖2 抗剪承載力與荷載效應比值

從圖1和圖2可以看出其抗彎和抗剪承載力均滿足要求，抗彎、抗剪承載力與荷載效應比值均＞1，其中抗彎承載力/荷載效應比值的結果中，13m跨徑中的邊板比值最小為1.03，8m跨徑中的中板比值最小為1.08。而抗剪承載力/荷載效應比值中，10m、8m跨徑的邊板比值較小為1.17，8m跨徑中板的比值最小為1.14。由此可知，在這些跨徑的正常使用承載能力均滿足要求的前提下，8m跨徑的橋梁相對來說承載力較差，需要多加注意，相對來說在未來使用中較易損壞。

承載能力極限狀態橋梁截面強度驗算

按照現行規范，對橋梁加寬利用部分進行承載能力極限狀態驗算，選取邊板和中板跨中，最不利位置實際產生的彎矩和設計抗力比值，以及邊、中板最不利于建設位置的剪力及抗剪比值形成(如圖3、圖4所示)。

圖3 彎矩與抗力比值

圖4 抗剪力與剪力比值

從圖3、圖4中可以看出，采用現行標準進行抗彎極限承載力驗算，除了25m跨徑的組合梁其余跨徑的橋梁均無法滿足要求，其中跨徑為16m、20m、25m橋梁的中板滿足要求，邊板僅25m跨徑的橋梁滿足要求。而抗剪強度6m、8m、10m 、16m、20m、25m跨徑的橋梁，通過計算并選取抗剪力與剪力比值最小處形成的情況(如圖2所示)，可以得出，其斜截面抗剪強度在承載能力極限狀態下滿足要求，所以在進行橋加寬利用時，要對現有橋梁的利用部分進行加固，使其滿足現行標準條件下，承載力極限狀態的抗彎強度要求。

橋梁加固方法分析

通過對已有橋梁進行正常使用極限狀態和承載能力極限狀態的截面強度分析，得知其無法完全滿足要求，故應對其進行加固。加固方法主要有加強薄弱構件，改變橋梁結構的受力情況、對橋梁構件進行換新或增加相應的構件等。在加固工程中，增加截面、粘貼鋼板、粘貼高強復合纖維、加強橫向聯系是比較常用的手段。

增大截面法

加大截面主要是使用與原結構等級相同或略高的材料，使結構的承載力和剛度得以提高。結構的承載力和剛度提高后，恒載增加較多，導致新舊材料受力不同步，存在一定的差異性。可以通過增加受力主筋、增大混凝土截面、加厚橋面鋪裝層和噴射混凝土加固等方式解決。

粘貼鋼板法

粘貼鋼板是通過使用環氧樹脂或建筑結構膠，將鋼板粘貼在被加固的混凝土結構物的相應部位，使之與相應的構物形成一個共同受力的整體，使結構物本身的裂縫發展得以限制，受力狀態較以前變好，承載能力有了進一步的提高。

粘貼高強復合纖維法

粘貼高強復合纖維是采用環氧樹脂膠（其他的結構膠也可以）將高強復合纖維布粘結在相應的結構的薄弱部位，與其形成共同受力體，從而限制結構物本身裂縫的發展，提高了相應結構本身的承載力。采用這種加固方法進行受彎構件正截面承載力和斜截面承載力加固補強時，纖維布的布置方案與粘貼鋼板法相同。高強復合纖維對限制裂縫發展提高梁的抗彎和抗剪承載力有不錯的效果。

加強橫向聯系法

此方法主要用于空心板鉸縫部分失效情況，通過在板底加焊橫向鋼板，變鉸接為剛接，提高空心板的橫向聯系。此方法使鉸縫具有較強的橫向抗彎能力，空心板間變為剛性連接，提高了橋梁整體工作性能，減小了荷載橫向分布系數，其效果相當于間接提高了橋梁正截面抗彎承載力。該項技術可增強橫向聯系，宜在梁（板）端部及其他控制截面進行。

根據各個加固方法的具體效果，針對沿線橋梁的實際情況，應選用合適的加固方案，如加大截面法，由于鋪橋面混凝土現澆層對既有橋梁結構撓度影響較大，采用梁底噴射5cm混凝土層和一層D12鋼筋網片進行加固。粘貼鋼板法則采用在單板底緣兩側各粘貼寬25cm、厚5cm的鋼板進行加固。

結論

根據不同跨徑橋梁受力情況分析得出，正常使用承載能力均滿足要求，但是8m跨徑的橋梁相對來說承載力較差，在未來使用中較易損壞。各跨徑橋梁的承載力極限狀態下，抗彎強度無法滿足要求，若此狀態仍繼續運營存在安全隱患，故需要根據實際需要進行加固，提高承載力，以滿足要求。