基于檢測評估結果的大連疏港東橋加固方案研究

畢琛

大連市市政設計研究院有限責任公司 遼寧大連 116000

1 舊橋基本參數

支線20+20+21+20m 箱梁為鋼筋混凝土連續箱梁， 梁高1.20m。箱梁跨中位置中腹板厚0.30m，邊腹板厚0.40m，支點位置中腹板厚0.30m，邊腹板加厚至0.60m，箱梁頂板厚0.20m，底板厚0.15m。箱梁采用一次落架施工方法。

根據前文所述的檢測結果，大連疏港東橋普遍出現了損壞、承載能力下降的情況，因此有必要加強對現有橋梁結構承載能力提升方面的研究，有計劃地將現有的橋梁進行維修加固，從而延長橋梁使用壽命。

對于大連疏港東橋中通常采用的簡支箱梁、連續箱梁，一般可以采用外部粘鋼加固法、增大截面積加固法、粘貼碳纖維布加固法三種方法進行加固[1]。

2 粘貼碳纖維布法

自從上個世紀末期外部粘鋼加固法在橋梁結構加固領域廣泛運用以后，研究人員開始用碳纖維布等纖維增強復合材料來代替鋼材。

粘貼碳纖維布加固橋梁的方法，是利用特制的混凝土結構膠把碳纖維布粘貼到混凝土表面（在鋼筋混凝土橋梁中通常是下表面受拉區），這樣就可以充分發揮碳纖維布的高彈性模量和高抗拉強度，實現對舊橋承載能力提升的目的。

2.1 優缺點分析

由于包括碳纖維布在內的纖維復合材料可以取代鋼板的效果，橋梁加固技術因此有了很大的變化。碳纖維的性能和特性既可以保持各種原材料組分的特點，又有組合以后的新的材料特性，其中微細碳纖維成分起到加勁增強的作用，而其中的樹脂成分可以粘合碳纖維。該材料強度高（碳纖維抗拉強度高達3000MPa，遠高于鋼筋）、質量輕（僅為鋼材1/4-1/5）、耐腐蝕，疲勞性能好，且通過計算分析將使用量控制在一定范圍內時造價相對較低，目前已成熟地運用在橋梁工程加固的領域中。

但是該材料也存在不足，主要表現為：

①抗剪強度較低；

②耐火性能不足；

③在實際工程應用中，還需要注意防止碳纖維布的剝落破壞。

作為幾種加固方法中相對較新的方法，有研究者對其進行了一些試驗研究與實體有限元模擬，均取得了很好的效果[2]。

2.2 分析與討論

從有限元分析結果來看，粘貼碳纖維布加固法對主梁承載能力和剛度的提升具有顯著效果。

對于主梁的使用階段裂縫寬度這一主要分析指標，當在箱梁底面粘貼1 層6mm 厚的碳纖維布時，出現在邊跨跨中主梁位置的最大裂縫寬度從加固前的0.60mm 減小至0.22mm，減小64.00%；當用來加固的碳纖維布增加到2 層時，出現在邊跨跨中主梁位置的最大裂縫寬度從加固前的0.60mm 減小至0.17mm，減小71.20%；當粘貼碳纖維布層數為3 層時，出現在邊跨跨中主梁位置的最大裂縫寬度從加固前的0.60mm 減小至0.12mm，減小80.8%。

從撓度角度來看，當加載程度達到1500kN 時，主梁跨中最大下撓量從原橋的3.45mm依次下降到2.70mm（粘貼1層碳纖維布），2.47mm（粘貼2 層碳纖維布）和2.30（粘貼3 層碳纖維布）。

從應力方面來看，主梁截面下緣最大拉應力從加固前的2.01MPa 分 別 下 降 到 粘 貼1 層 時 的1.52MPa， 粘 貼2 層 時 的1.25MPa，粘貼3 層時的1.06MPa。

綜上，從使用階段裂縫寬度和最大撓度值兩方面來看，粘貼碳纖維布加固措施不僅可能夠提升橋梁的使用性能，也可以改善連續梁的抵抗變形能力。粘貼多層碳纖維布的加固效果好于僅粘貼1 層碳纖維布，但性能的提升與碳纖維布層數不呈線性關系，在實際應用時并不是粘貼層數越多越好，而需要根據實際工程計算確定。根據計算結果，對于本橋這樣的結構承載能力下降不大的舊橋來說，粘貼1 層6mm 的碳纖維布就足以滿足加固要求。

縱觀前文詳細分析的混凝土梁加固方法，并查找了相關研究中的其他梁橋加固方法。

（1）施加體外預應力簡支變連續法和增大截面法都適用于抗彎能力明顯不足或主梁撓度過大的橋梁。

（2）外部粘鋼法適用于主梁斜截面抗剪性能不足的橋梁。

（3）粘貼纖維材料方法適用于小幅度提高橋梁承載能力，提高結構剛度的橋梁。

（4）更換主梁法加固法適用于單個主梁（板）出現嚴重病害，但其他主梁良好的橋梁結構。

（5）增強橫梁、增設橫向預應力、加強橋面橫向聯系適用于梁（板）橫向聯系不足的橋梁。

（6）耐久性加固法適用于預制預應力混凝土箱梁（板）自底面沿縱向預應力鋼束位置開裂的橋梁。

本文關注的大連疏港東橋全部為鋼筋混凝土梁橋，根據前文的橋梁狀況結果與分析結論，大連疏港東橋全線基本滿足承載能力要求，但主梁結構出現了裂縫。

其中本章算例中的支II 線20+20+21+20m 連續梁結構整體剛度基本滿足要求，承載能力滿足汽- 超20 級荷載標準。該連續梁承載能力檢算系數為0.98，接近于1；混凝土結構截面折減系數為0.97；鋼筋截面折減系數為1。從這方面看與原結構相比并無很大程度的惡化，但是考慮到其技術狀況評定結果為5 類，且上部結構出現了大量裂縫，說明橋梁當前的實際運營情況仍然不夠理想，急需采取切實有效的措施來實現提載加固[3]。

目前使用狀態并不好，耐久性方面表現較差，需要盡快對大橋進行提載加固。

根據各種加固方法的對比，梁橋在需要小幅度提高橋梁承載能力，提高結構剛度時選用粘貼纖維材料法加固更加具有優勢。粘貼纖維材料法加固對于改善上部結構裂縫也具有顯著的作用。

3 結語

綜合使用效果分析結果，并結合大連疏港東橋的上部結構主要病害為構件破損、截面削弱導致承載能力稍有下降并影響外觀這一實際狀況與現實需求，本文中的大連疏港東橋可選用粘貼碳纖維布法進行加固。