橋梁加固原因
1、隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,交通量增大,載重等級發(fā)生變化。
2、早年設(shè)計的指導(dǎo)思想注重于材料的節(jié)省,安全度低,一般來說造成斷面單薄、安全儲備低,其中最典型的是雙拱橋。
3、橋梁耐久性差和年久老化,如磚拱橋。
4、修建的橋梁,因設(shè)計失當(dāng)或施工質(zhì)量差,也存在加固的問題。
規(guī)范加固設(shè)計計算基本假定
直接加筋類加固構(gòu)件特點是后加補(bǔ)強(qiáng)材料只承擔(dān)車輛荷載及后加荷載產(chǎn)生的內(nèi)力,與原結(jié)構(gòu)鋼筋相比,其應(yīng)變(應(yīng)力)相對滯后,一般情況下在極限狀態(tài)時,其應(yīng)力達(dá)不到抗拉強(qiáng)度設(shè)計值。
加固設(shè)計程序
特大橋、大橋或技術(shù)復(fù)雜橋梁應(yīng)根據(jù)橋梁技術(shù)狀況及承載能力評定結(jié)論,綜合考慮各種因素編制加固工可,按本條程序進(jìn)行加固設(shè)計;一般性橋梁可不做工可,但在初設(shè)中對橋梁主要承重部分的加固應(yīng)有不少于兩個方案比較,擇優(yōu)選推薦方案進(jìn)行施工圖設(shè)計。
橋梁加固常用方法
規(guī)范中相應(yīng)的構(gòu)件加固法
(一)主要加固結(jié)構(gòu)型式
在橋梁構(gòu)件采用增大截面法加固工程上,主要的結(jié)構(gòu)型式有:
1)受彎構(gòu)件
2)受壓構(gòu)件(軸壓、偏心受壓)
設(shè)計規(guī)范針對上述構(gòu)件的增大截面加固法制訂了條文,主要提出的要求為:
(1)加固計算的基本公式;
(2)相應(yīng)的新舊混凝土截面構(gòu)造要求等。
(二)混凝土受彎構(gòu)件加固設(shè)計計算
1)增大截面法加固混凝土受彎構(gòu)件分在截面受壓區(qū)和截面受拉區(qū)加固型式。
受彎構(gòu)件截面受壓區(qū)加固是以增加截面混凝土高度為主,但必須按要求配置構(gòu)造鋼筋;
受彎構(gòu)件受拉區(qū)加固是以增加補(bǔ)充受拉鋼筋為主,但必須增設(shè)混凝土厚,達(dá)到鋼筋混凝土保護(hù)層厚度的要求。
規(guī)范要求按JTG D62規(guī)范第8.1條組合式受彎構(gòu)件要求進(jìn)行設(shè)計計算。計算是按二階段受力計算。
*對加固前原梁和加固后組合式受彎構(gòu)件分別進(jìn)行正截面承載力、斜截面承載力計算;
*結(jié)合面抗剪計算;
*使用階段計算。
受彎構(gòu)件的抗彎承載力計算
正截面受彎承載力應(yīng)按下列公式計算
混凝土受壓區(qū)高度應(yīng)按下式確定
混凝土受壓區(qū)高度尚應(yīng)符合下列條件
新增縱向普通鋼筋拉應(yīng)變
截面應(yīng)變圖
斜截面抗剪承載力計算
新老混凝土結(jié)合計算
在受壓區(qū)增設(shè)現(xiàn)澆混凝土加厚層的梁,當(dāng)符合本規(guī)范第5.5.1條、第5.5.3條和第5.5.5條構(gòu)造要求時,原構(gòu)件與新增混凝土現(xiàn)澆層之間結(jié)合面的抗剪承載力按下式計算:
在受壓區(qū)增設(shè)現(xiàn)澆混凝土加厚層的板,當(dāng)在新老混凝土的結(jié)合面上不配置抗剪鋼筋且符合本規(guī)范第5.5.5條的構(gòu)造時,其結(jié)合面抗剪承載力應(yīng)符合下列要求:
當(dāng)結(jié)合面符合本規(guī)范第5.5.3條的構(gòu)造要求,且同一豎向截面配置不少于 (以 計)的豎向結(jié)合鋼筋時,新老混凝土結(jié)合面抗剪承載力應(yīng)符合下列要求:
在受拉區(qū)采用增大截面加固的受彎梁,原構(gòu)件與新增混凝土現(xiàn)澆層之間結(jié)合面的抗剪承載力可按式(5.4.1)計算。
構(gòu)造要求
(1)新澆混凝土要求
強(qiáng)度:宜比原結(jié)構(gòu)提高一級且不低于C25;
厚度:板不小于100mm;梁和受壓構(gòu)件不小于150mm。
(2)新增鋼筋及布置
受力鋼筋不小于12mm,不宜大于25mm;
構(gòu)造筋不小于10mm。
(3)界面處理及植筋
原構(gòu)件表面應(yīng)鑿成凹凸差不小于6mm的粗糙面;
種植相應(yīng)的鋼筋。
(一)粘貼鋼板加固法設(shè)計計算
通過對構(gòu)件采用結(jié)構(gòu)膠結(jié)劑粘貼鋼板一提高構(gòu)件承載力的方法。
這種方法從作用原理上屬于被動加固方法,因此,根據(jù)橋梁帶載加固的分階段受力,規(guī)范提供了受彎構(gòu)件、偏心受壓構(gòu)件、偏心受拉構(gòu)件加固計算公式,其計算原理與增大截面法相近。
(二)構(gòu)造技術(shù)要求
1)采用直接涂膠粘貼的鋼板厚度不應(yīng)大于5mm;鋼板厚度大于5mm時,應(yīng)采用壓力注膠粘結(jié)。
2)對鋼筋混凝土受彎構(gòu)件進(jìn)行正截面加固時,鋼板宜采用條帶粘貼,鋼板的寬厚比不應(yīng)大于50。
3)當(dāng)粘貼的鋼板延伸至支座邊緣仍不滿足本規(guī)范第6.2.5條延伸長度的要求時,應(yīng)采取下列錨固措施:
★ 對梁,應(yīng)在延伸長度范圍內(nèi)均勻設(shè)置U形箍,且應(yīng)在延伸長度的端部設(shè)置一道加強(qiáng)箍。
★ 對板,應(yīng)在延伸長度范圍內(nèi)通長設(shè)置垂直于受力鋼板方向的壓條。壓條應(yīng)在延伸長度范圍內(nèi)均勻布置,且應(yīng)在延伸長度的端部設(shè)置一道。
(一)加固設(shè)計計算
根據(jù)我國橋梁加固工程實踐與工程研究資料,規(guī)范強(qiáng)調(diào)了這種加固方法主要用于橋梁的受壓構(gòu)件加固。
雖然也適用于梁、板加固。但在設(shè)計計算方法上有不同處理。
1)對受壓構(gòu)件,全長無間隔環(huán)向連續(xù)粘貼纖維復(fù)合材料提出了正截面承載力計算方法及延性加固計算方法。
2)對受彎構(gòu)件,仍認(rèn)為是屬于橋梁帶載加固的被動加固方法。因此,與粘貼鋼板法類似給出了考慮分階段受力的加固計算方法。
(二)構(gòu)造技術(shù)要求
1) 一般規(guī)定
(1)纖維復(fù)合材料宜粘貼成條帶狀,非圍束時板材不宜超過2層,布材不宜超過3層。
(2)對鋼筋混凝土柱進(jìn)行粘貼纖維復(fù)合材料加固時,條帶應(yīng)粘貼成環(huán)形箍,且纖維方向應(yīng)與柱的縱軸線垂直。
加固大偏心受壓構(gòu)件,可將纖維復(fù)合材料粘貼于構(gòu)件受拉區(qū)邊緣混凝土表面,纖維方向應(yīng)與柱的縱軸線方向一致。
加固受拉構(gòu)件,纖維方向應(yīng)與構(gòu)件受拉方向一致。
2)梁、和板加固
對梁、板進(jìn)行抗彎加固時,可在纖維復(fù)合材料兩端設(shè)置U型箍或橫向壓條。其切斷位置距其充分利用截面的距離不應(yīng)小于按下式計算得出的粘結(jié)長度
纖維復(fù)合材料的粘貼延伸長度
當(dāng)纖維復(fù)合材料延伸至支座邊緣仍不滿足粘結(jié)長度 的規(guī)定時,應(yīng)采取以下錨固措施:
一般規(guī)定(要求)
體外預(yù)應(yīng)力索應(yīng)具有防腐能力,且可更換
轉(zhuǎn)向裝置與梁體連接可靠,應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度驗算
自由長度超過10m時應(yīng)設(shè)置定位裝置
結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度低于C25時不宜采用體外預(yù)應(yīng)加固。
(一)主要加固構(gòu)造型式
連續(xù)梁的體外預(yù)應(yīng)力加固
簡支梁的體外預(yù)應(yīng)力加固
這種方法在目前是對鋼筋混凝土和梁使用較多,因此規(guī)范針對體外預(yù)應(yīng)力加固梁提出設(shè)計計算方法和技術(shù)要求。
(二)加固體系結(jié)構(gòu)特點
增設(shè)的預(yù)應(yīng)力鋼束與梁體混凝土之間無粘,同一截面內(nèi)的體外預(yù)應(yīng)力鋼束與混凝土之間變形不協(xié)調(diào)。
一般情況下加固梁達(dá)到承載力極限狀態(tài)時,體外預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力達(dá)不到其強(qiáng)度設(shè)計值。
(三)體外預(yù)應(yīng)力加固梁的設(shè)計計算
轉(zhuǎn)向裝置宜采用鋼部件、現(xiàn)澆混凝土塊體或附加鋼錨箱結(jié)構(gòu)。
規(guī)范根據(jù)結(jié)國內(nèi)外相關(guān)試驗研究資料,對轉(zhuǎn)向裝置的局部計算提出了相應(yīng)計算公式。
(一)加固原理
1)采用一定的技術(shù)措施改變原結(jié)構(gòu)受力體系,調(diào)整結(jié)構(gòu)內(nèi)力,降低控制截面內(nèi)力,進(jìn)而間接提高原結(jié)構(gòu)整體承載力的方法。
本質(zhì)上是通過改變原結(jié)構(gòu)受力體系,使控制截面的荷載作用效應(yīng)減小。
2)改變橋梁原結(jié)構(gòu)受力體系,一般是原橋上部結(jié)構(gòu)為靜定結(jié)構(gòu)變?yōu)槌o定結(jié)構(gòu);超靜定次數(shù)少變化為超靜定次數(shù)多的結(jié)構(gòu)。
改變橋梁原結(jié)構(gòu)受力體系會使某些控制截面內(nèi)力降下來,但也會使某些截面內(nèi)力增大,或者支承反力發(fā)生變化,因而規(guī)范要求:
(1)對需要采用改變體系法加固的橋梁,須進(jìn)行深入、細(xì)致的方案論證;
(2)采用改變結(jié)構(gòu)受力體系加固法,應(yīng)對新、舊整體結(jié)構(gòu)的各受力階段進(jìn)行驗算;
(3)必要時綜合使用其他加固法做為加固補(bǔ)充;
(4)施工中應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)定的施工方法。
(二)多跨簡支梁改變?yōu)檫B續(xù)梁
(1)降低車輛活載、人群以及二期恒載在原梁跨中截面的彎矩;但在原相鄰跨梁端出現(xiàn)負(fù)彎矩,同時支座反力發(fā)生變化;
(2)在墩頂梁段要增設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼筋和普通鋼筋以抵抗負(fù)彎矩;
(3)墩頂梁段設(shè)置橫隔梁;
(4)關(guān)于單支座與雙支座。
簡支梁連續(xù)梁標(biāo)準(zhǔn)圖式是將原墩頂兩排支座更換為單排支座,但是對某些情況下更換支座困難時,可保持原結(jié)構(gòu)支座形成雙支座。
但因簡支梁在墩頂上的兩排支座間矩a比較小,故在受力體系由簡支梁改為連續(xù)梁后,在自重作用可能會出現(xiàn)其中一排支座脫空,故應(yīng)對橋墩進(jìn)行驗算。
來源:路橋工程設(shè)計
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