钢筋混凝土与预应力混凝土桥梁的加固

摘要：随着交通量的迅猛增长和车辆的重型化，原有桥梁承载力明显不足；各种病害影响发生强度、刚度降低；采取粘FRP的方法对钢筋混凝土和预应力混凝土桥梁进行加固取得较好的效果。

关键词：钢筋混凝土 预应力混凝土 加固

引言

钢筋混凝土结构是目前使用最为广泛的结构形式，尤其是在工业建筑中钢筋混凝土结构所占比重大，但是钢筋混凝土结构在超过使用年限后，会出现明显的损伤。这些建筑物有的由于使用超出建筑物本身的使用极限；有的由于建造质量差；在这种情况下，往往不会因此而拆除重建，结构均需要进行增强，补强，改造和维修。混凝土结构的加固可以分为直接加固与间接加固两个种类，在设计人员设计时可根据实际情况选择合适的方法和施工技术。直接加固的一般方法有:加大截面加固法、置换混凝土加固法、有粘结外包型钢加固法、粘贴钢板加固法、粘贴纤维增强塑料加固法、绕丝法、锚栓锚固法等。间接加固法包括预应力加固法、增设支点加固法等。

一、加大截面加固法

加大截面加固法。在钢筋混凝土受弯构件受压区加混凝土现浇层，增加截面有效高度，扩大截面面积，从而提高构件正截面抗弯，斜截面抗剪能力和截面刚度，起到加固补强的作用。加大截面加固法在设计构造方而必须解决好新加部分与原有部分的整体工作共同受力问题。试验研究表明，加固结构在受力过程中结合面会出现拉、压、弯、剪等各种复杂应力，其中关键是剪应力和拉应力。在弹性阶段，结合面的剪应力和法向拉应力主要是靠结合面两边新旧混凝土的粘结强度承担；开裂后及极限状态下，则主要是通过贯穿结合面的锚固钢筋或锚固螺栓所产生的被动剪切摩擦力传递。

二、预应力加固法

预应力加固法是采用外加预应力钢拉杆或型钢撑杆对结构或整体进行加固的方法，通过预应力的施加改变了原结构内力分布和应力水平，致使一般加固结构中所特有的应力应变滞后现象得以完全消除，因此后加部分和原结构能共同工作，结构的承载能力可显著提高，并可减少结构的变形、裂缝宽度。预应力水平拉杆加固的混凝土受弯构件，由于预应力和新增外部荷载的共同作用，拉杆内产生轴向拉力，该力通过杆端锚固偏心地传递到构件上，在构件中产生偏心受压作用，该作用克服了部分外荷载产生的弯矩，减少了外荷载效应，从而提高了构件的抗弯能力。同时，由于拉杆传给构件的压力作用，构件裂缝发展得以缓解、控制，斜截面抗剪承载力也随之提高。由于水平提杆的作用，原构件的截面应力特征由受弯变成了偏心受压，因此，加固后构件的承载力主要取决于压弯状态下原构件的承载力。

三、粘钢加固法

粘钢加固法是在混凝土构件表面用特制的建筑结构胶粘贴钢板，以提高承载力的一种加固法。混凝土结构加固用胶、强度高，粘结力强，耐老化，弹性模量高，线膨胀系数小，具有一定的弹性，胶本身强度及其粘结强度总是大于混凝土的强度。与其他加固方法相比，粘钢加固技术有其独特的优点，如不减小建筑净空、不影响建筑外立面，不影响上层楼盖结构或屋面防水构造，施工时对生产和冬小麦影响较小，无现场浇注混凝土的湿作业，施工设备简单，可有效的提高梁的抗弯刚度，粘钢加固后几乎不增加结构自重，因此不会引起基础等其它构件的连锁加固。采用构件外部粘钢加法，钢板厚4mm，材质A3，粘结剂采用冶金建筑研究院的YJS结构胶，对于这类梁的加固是在梁底面粘贴钢板，钢板固定起初设计是用的射钉，但是由于钢板较薄和混凝土强度低，所以射钉又无钢质垫圈，锚固不力，而导致钢板剥落，并且易造成钢板翘曲。后来采用了木架板加对头楔顶紧带钢，效果很好，既经济又安全可靠。 采用粘钢技术加固砼梁，技术可靠，工艺简单，不增加结构自重，不会引起基础等其他构件的连续加固，不影响建筑使用功能。施工灵活，不占独立工期，做到了对建筑质量缺陷的处理，不影响施工进度。具有明显的社会效益和经济效益。

该法施工快速、现场无湿作业或仅有抹灰等少量湿作业，对生产和生活影响小，且加固后对原结构外观和原有净空无显著影响，但加固效果在很大程度上取决于胶粘工艺与操作水平；适用于承受静力作用且处于正常湿度环境中的受弯或受拉构件的加固。

四、粘FRP板加固法

粘FRP板的施工工艺分以下几个步骤：首先用喷砂机打磨混表面，去掉1-2mm表面疏松层；然后用喷气机清除混凝土表面的混凝土碎裂屑；环氧树脂和固化剂按一定的比例混合，然后均匀地涂于FRP板的板面和混凝土梁的表面上，粘贴时要赶出气泡并压平；粘贴后对粘贴面施加压力，直到粘结剂养护完成。本文建议粘FRS板加固用的FRP板的厚度取为2―4m，且FRP板与加固的梁等长。从加固的效果出发，进行抗弯加固时，宜在梁的受拉面粘贴FRP板，进行抗剪加固时，宜在梁的底面和侧面粘贴的FRP板以形成U型加固方案，提高试件的延性。为了保证加固梁的FRP板与混凝土在使用过程中粘结完好，还可在FRP的端部采用锚固加强措施。

FRP板直到破坏均表现出线弹性特征，其力学性能与加固纤维的种类和纤维的排列方向有关，因而可通过改变纤维的排列方向得到某一特定方向上最大的材料强度。粘FRP板进行抗弯加固和抗剪加固的效果均与FRP板纤维的布置方向有关。

由粘FRP的抗弯加固和抗剪加固的试验研究可知：在对梁进行加固时，一般可同时提高梁的受弯承载力和受剪承载力，亦即抗弯加固和抗剪加固是相关联的。在进行结构加固时，应针对结构的具体情况，重点进行某一方面的加固。

结束语

由于FRP板应力应变曲线没有屈服平台，存在脆性性能，因而加固梁 的延性问题被提出来了，但只要设计合理，粘FRP板加固梁的延性可以得到满足。且粘FRP板加固对提高随重复荷载的构件（如吊车梁）的正截面和斜截面疲劳强度效果都较好，尤其是对斜截面疲劳强度的提高效果更大。粘FRP板不仅可用于梁的加固，而且可用于桩和砌体的加固；还可用于新结构的设计。通过改进FRP板的材料性能和粘结剂的性能可进一步提高粘FRP板的加固效果。粘FRP板技术是一种有效的结构加固形式。

作者简介：陈景仁，河北丰润人，高级工程师，硕士学历，研究方向：建筑工程。

参考文献：

1季直仓，卓昌志钢筋混凝土结构事故分析与加固 [M].北京：中国建 筑工业出版社，1997

2万墨林，韩继云混凝土结构加固技术[M].北京：中国建筑工业出版 社，1995