黑大线北三家桥采用体系转换法加固施工的研究

发布时间：2016-08-23 07:11

第 1 章   绪论 

1.1   前言 
今天的中国迎来了经济迅猛发展的时期。高速发展的经济要求有与之相匹配的交通运输能力。作为交通基础设施的桥梁工程就显得尤为重要。我国是世界的桥梁大国，但不是强国。目前，我国桥梁的设计使用年限为 100 年。伴随着时间长河的流淌，所有的新桥都将变成旧桥。改革开放三十年以来，中国迎来了经济发展最快的时代，汽车保有量迅猛增长，繁重的交通运力和自然因素等使得桥梁或多或少地发生病害，加之早些年桥梁设计注重的是节省材料，结构轻便，这就使得桥梁的安全度较低，病害问题更是屡见不鲜。多数大中桥的病害都表现在承重构件功能尚好，单处病害范围不大，但是全桥范围内普遍存在，如果任由这种状况继续发展就会威胁桥梁的承重功能和安全运营。就目前的国情来看，不论从经济还是社会等诸多方面考虑，大规模地重新建设都是不可能实现的，即便是部分改建也是存在很大局限性的，所以，桥梁加固技术作为新时代的研究课题，被国内外重多专家学者高度重视起来。 桥梁加固，就是通过采取一系列措施、手段、工艺或是使用新型材料、新结构来提高构件或整个结构的承载能力完善其使用性能，满足桥梁结构新时代的承载和安全运营要求。换言之，即当桥梁发生不能满足继续使用的状况时所采取的相应处理措施。桥梁年久老化和耐久性差、设计失当或施工质量缺陷等都是桥梁加固的原因。加固的方法有很多种，大致上可分为结构性加固和非结构性加固。 通过桥梁加固，从而使原桥恢复或提高承载能力和通行能力。可以做到在设计使用年限内，延长桥梁安全运营寿命满足当下交通运输要求。可以通过投入少量的维修资金使桥梁满足安全通行的要求，从而缓解由于集中改建而带来的巨大资金需求压力，节约大量的建桥资金，改善社会经济效益。更重要的是虽然桥梁加固不能作为地方工作业绩，但可以有效地预防和避免因桥梁坍塌造成人员伤亡和财产损失，同时也避免不必要社会灾难的发生。因此，根据实际情况对老旧桥梁因地制宜地采取加固维修工作，确保道路的安全、畅通，对于国家和人民都具有积极的意义。 
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1.2   钢筋混凝土桥梁加固技术应用现状 
桥梁加固就是为了满足新的荷载要求，通过对原有结构施加一系列手段和措施,使构件或是整个结构的性能得以改善或是提高。这里面包括直接针对整体结构的，，也有针对部分构件的。目前桥梁上部结构加固常用的的方法：桥面铺装补强层加固、锚喷混凝土加固、增大截面与配筋加固、增设纵梁加固、体外预应力加固、粘贴钢板、改变结构受力体系、增加横向联系以及近些年刚刚兴起的粘贴碳纤维布加固法[1-5]。桥面铺装补强层加固法，即在原有桥面铺装层上增加一定厚度的混凝土，使其与原有铺装层形成一个整体，通过增加主梁有效高度进而达到提高横向分布能力。当原主梁配筋率满足要求且整体结构工作性能良好时才可采用此方法。使用时为了尽可能地减轻桥梁自重，常常部分或是全部凿除原桥桥面铺装层。为了减小桥面铺装层在凿除或凿毛时给主梁带来的损害，铺装凿除只能采用人工结合小型机具的方法，所以要消耗大量的人工，施工时间较长，或多或少的会对主梁造成损伤。
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第 2 章   北三家桥病害状况及维修方案 

2.1   北三家桥基本情况 
北三家桥位于辽宁省抚顺市清原县北三家乡国道黑大线上，是跨越浑河的桥梁之一。建成通车于 1996 年，桥梁全长 180 米，桥宽组合净宽 11.0 米，两侧各设 0.5 米防撞墙。全桥共十一孔，单孔跨径 16 米。上部结构为正交上翼缘钢筋混凝土简支空心梁（板），每孔 8 片，下部结构为双柱式桥墩台,钻孔灌注桩基础；桥面铺装为沥青混凝土铺装。原桥设计荷载：汽-20 级、挂-100。 近几年，受红河谷漂流旅游产业开发和老工业基地经济振兴政策的影响，黑大线交通量骤增。特别要说明的是,在抚顺这样的资源型城市里，重型汽车增长的数量占汽车增长量的近一半比重。这些重型汽车日夜不断地通过此公路，加速了北三家桥损坏的程度。根据辽宁省公路养护部门 2009 年 1～3 月对该段公路交通量的统计数据为日平均交通量 5223 台次。 目前，该桥在桥头两侧均设限载、限速标志。本桥曾在 2001 年进行了桩柱外包混凝土维修，桥面混凝土铺装层增厚，破损铰缝与端系梁维修。
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2.2   北三家桥的病害状况 

据辽宁省公路试验检测中心 2009 年 4 月《北三家桥检测报告》[24]显示，该桥病害状况如下：（1）全桥空心板跨中附近底板均有横向裂缝，支点附近腹板均存在斜向裂缝，裂缝宽度在限值范围内，个别空心板底板存在通跨纵向裂缝，最大宽度为0.3mm，严重降低空心板耐久性。（2）全桥 25%空心板底板和腹板存在渗水、白化现象，4 片空心板内有积水。（3）全桥 30%铰缝有渗水、白化、砂浆脱落病害，个别铰缝混凝土破损、局部漏空，全桥上部结构空心板横向连接薄弱。（4）全桥空心板混凝土回弹—取芯综合法测得混凝土强度为 30.0MP，满足空心板混凝土设计强度要求。（5）超声波平测数据分析表明：空心板混凝土的密实性、均匀性尚可。（6）全桥桥面铺装凹陷、拥包病害普遍，墩顶桥面连续处及桥台顶桥面横向裂缝普遍，跳车现象严重。 （7）全桥防撞墙混凝土酥松、脱落严重。 （8）除个别盖梁端头出现“酥皮”现象外，其状况尚完好，孔径满足泄洪要求。 

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第 3 章   北三家桥上部结构验算 .......... 15 
3.1   桥梁上部结构内力验算 ..... 15 
3.2   桥梁上部结构纵桥向验算 ......... 29
第 4 章   北三家桥加固施工中的方法及环节 ...... 37 
4.1   桥面系铺装层的拆除 ......... 37 
4.2   梁板顶升及更换支座 ......... 37
4.3   混凝土梁体裂缝修补 ......... 38
4.4   梁端粘贴 CFRP 纤维布 ...... 39 
4.5   植筋工艺 ..... 41 
4.6   墩顶现浇段及梁端维修段 ......... 41
4.7   桥面铺装 ..... 44
4.8   安装伸缩缝 ......... 45 
4.9   防撞墙内侧维修 ......... 45 
第 5 章   北三家桥承载能力检测 .......... 49 
5.1   检测的内容 ......... 49 
5.2   混凝土强度检测 ......... 49
5.3   静载试验 ..... 49
5.4   动载试验 ..... 58
5.5.   检测结果分析 .... 63
5.6   检测结论 ..... 66
5.7   本章小结 ..... 66 

第 5 章   北三家桥承载能力检测 

5.1   检测的内容 
1、本桥外观检测； 2、采用回弹法对本桥各部分混凝土构件强度进行检测； 3、对该桥进行静载试验，评估桥梁校验系数； 4、对该桥进行动载试验，测试固有频率、阻尼比、冲击系数等； 5、对该桥进行承载能力评估。依据北三家桥的实际情况，并结合其受力特点，选取第一孔和第二孔进行桥梁静载试验，分别是：0#台支点处最大剪力加载工况，第 2 孔 1#墩支点处最大剪力加载工况，第 1 孔、第 2 孔最大弯矩加载工况及第 2 孔 1#墩支点处最大负弯矩加载工况这 5 个试验工况。  北三家桥最初设计荷载等级为汽-20 级、挂-100。因此，选取 4 辆双后轴加载重车作为等代荷载，车辆轴距和轴重见图 5.1，试验荷载横向布置采用偏心布载，见图 5.2。试验工况顺序为：第 1 孔最大弯矩加载工况、第 2 孔最大弯矩加载工况、0#台支点最大剪力加载工况、第 2 孔 1#墩支点处最大负弯矩加载工况、第 2 孔 1#墩支点处最大剪力加载工况[57]。 
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结论

本文依托实际工程，查阅了相关资料，在体系转换的理论基础上，利用有限元分析软件桥梁博士对转换后的上部结构进行验算，详细论述了黑大线北三家桥实际维修加固过程中病害形成原因及分析，维修方案确定，有限元模型的建立，实际施工过程和桥梁加固后检测的全过程，所得到的结论如下：
（1）上翼缘板式桥梁以其自身具有的多种优点在上个世纪被广泛采用，是辽宁地区的一种主导结构。体系转换法可以从根本上解决上翼缘板式桥梁在运行近20 年后出现的多种问题。
（2）北三家桥采用的维修方案和维修项目经过桥梁博士的验算，证明可以恢复其原有荷载等级。粘贴碳纤维布可以有效地对支点处进行抗剪补强。铰接缝改湿接缝以及增设横隔梁可以大大地提高桥梁的横向连接能力。      
（3）实际加固施工过程表明，采用体系转换法对桥梁进行加固，可以在极短的时间内完成支座更换、裂缝封闭、斜截面抗剪补强，中横隔梁增设，桥面铺装层重建，防撞墙维修以及结构体系转换等七大项施工工作。不但节约了施工成本，同时也减少了由于封闭交通给人民出行生活带来的不便，具有良好的社会效益。      
（4）桥梁加固，可以使桥梁在设计使用年限内延长桥梁的使用寿命，利用少量的资金投入就可以确保桥梁继续使用过程中安全性的要求，同时避免了由于桥梁重建给社会带来的巨大资金压力。      
（5）本文所论述的桥梁，经相关部门进行承载能力检测之后，各项数值均满足规范要求。可以作为本地区此类桥梁加固维修的范本，在辽宁地区进行推广。  
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参考文献(略)

本文编号：100730