近年來,對橋梁的加固以及如何提高其承載力問題的研究試驗與推廣,已經引起世界性的關注。那麼,橋梁加固有哪些常用方法和計算理論?
▋ 改變受力體系加固法
1.改變受力體系加固計算
改變受力體系加固法的一般計算步驟如下:
1)計算並繪製加固時原構件在剩餘的那部分荷載作用下的內力圖;
2)若施加預頂力,根據所設時的加固後的內力圖,確定預頂力的大小,按原結構的計算繪製在支點預頂力作用下梁的內力圖;
3)按加固後的計算簡圖,計算並繪製在新增荷載及加固時卸除荷載作用下的內力圖;
4)將上述三項內力迭加,繪製梁各截面的內力包絡圖;
5)計算梁各截面的實際承載力,並繪製梁的材料圖;
6)調節預頂力值,使梁的內力圖小於梁的材料圖;
7)根據支點的最大支承反力,設計支撐構件,其多為軸心受力構件,可按鋼筋混凝土規範與鋼結構規範進行設計;
8)計算預應力撐杆的頂撐控制量。
當用縱向壓縮法對預應力撐杆系統施加預升力時,其預升量
ΔL=Lε+a(2-1)
式中,L—撐杆長度;
εa—撐杆端部與被加固構件混凝土間的壓縮量,可取2~4mm。—撐杆在預應力作用下引起的應變;
▋ 增大截面加固法
1.增大截面加固計算
採用增大截面加固橋梁,其承載力計算受到原構件應力應變的影響,不能簡單地作為整體截面用有關公式計算。在加固計算中,首先應確定加固前構件的實際應力應變水平,並考慮新混凝土與原結構協同工作的程度,然後進行合理的計算。
(1)受彎構件加固計算要點
受彎構件外包混凝土加固設計,應根據現場結構的實際情況,分別採用受壓區或受拉區兩種不同的加固形式。
1)受壓區外包混凝土加固
一般用剛架拱、桁架拱等拱橋的斜腿、斜撐或弦杆的加固。採用受壓區加固的受彎構件,其承載力、抗裂度、鋼筋應力、裂縫寬度及變形計算和演算可按現行國家標準《混凝土結構設計規範》(GBJ10-89)中關於疊合構件的規定進行。
實驗研究表明,在相同彎矩作用下,二次受力疊合梁的受拉筋應力、撓度和曲率都比相同截面和配筋的一次受力整澆梁的相應值大得多。其次,二次受力疊合梁在第一次受力時是由疊合前的原混凝土承受壓力。
而在二次受力時,主要由後澆混凝土承受壓力。這使後澆混凝土受壓應變比相應整澆梁小,因此,加固計算必須考慮疊合梁二次受力的特點進行較複雜的計算。
2)受拉區外包混凝土加固
受拉區外包混凝土加固方法,一般用於梁式橋跨中部位、拱式橋的拱頂底面和拱腳頂面等受拉區。
對於在受拉區採用外包混凝土,增加鋼筋加固的受彎構件,其截面受力可按規範中一般受彎構件的規定計算。但應考慮以下不同點:
①新加部分承載力應乘以共同工作係數ψ進行折減,對於正彎矩截面受彎構件ψ=0.9;對於斜截面受剪構件ψ=0.7~0.9;
②加固結構截面受壓區高度與一般受彎構件是不同的;
③當新加鋼筋與原鋼筋相距較遠時,受拉區混凝土可能會出現較大裂縫,應採取適當措施,滿足使用要求。
(2)偏心受壓構件加固計算要點
當用外包混凝土法加固鋼筋混凝土偏心受壓構件時,應按整體截面以現行國家標準中有關公式進行其正截面承載力計算。其中,新增混凝土和縱向鋼筋的強度設計值應按下列規定予以折減。
①受壓區新增混凝土和縱向鋼筋的抗壓強度設計值乘以0.9的係數;
②受拉區新增縱向鋼筋的抗拉強度設計值乘以0.9的係數。
▋ 碳纖維布加固法
(1)碳纖維布加固計算要點
1)採用碳纖維布加固橋梁,目前一般的計算方法是將碳纖維布按照一定的標準(例如強度或容許應力)近似換算成一定用量的鋼筋,然後按照傳統的鋼筋混凝土受力分析模型進行理論分析。雖然是近似計算方法,但理論分析結果與實驗數據吻合得很好,因此在一般情況下是適用的。
2)碳纖維布加固用量,可按式(2-3)估算。
Acf=As(Ry/Rcf)(2-3)
式中,Acf——碳纖維布用量(面積);
As——為抵抗不足彎矩所需的鋼筋面積;
Ry——鋼筋的抗拉設計強度;
Rcf——碳纖維布抗拉設計強度。
3)除按上式估算的碳纖維布加固用量(面積)外,還必須考慮必要的錨固長度和搭接長度所需面積,以及必要的邊、角廢料等裁減損耗等。
▋ 粘貼鋼板加固法
1.粘貼鋼板法計算理論
(1)受彎構件的計算
受彎構件截面強度不足時在受拉區加固,可採取在受拉區表面粘貼鋼板的方法。此時,按截面受彎承載力計算,可按照現行國家標準《混凝土結構設計規範》規定進行,其受壓區高度和截面受彎承載力。
式中,fy0—原結構縱向鋼筋抗拉強度設計值;
As0—原結構縱向受拉鋼筋截面面積;
fay—加固鋼板抗拉強度設計值;
Aa—加固鋼板截面面積;
—原結構縱向受壓鋼筋抗拉強度設計值;
A’so—原結構縱向受壓鋼筋截面面積;
fcm0—原結構混凝土彎曲抗壓強度設計值;
X—混凝土受壓區高度;
b0—原構件的寬度;
h0—原構件的有效高度;
—原構件的受壓區保護層厚度;
0.9—考慮加固鋼板的應力滯後、以及撕脫力影響等強度折減係數。
(2)鋼板錨固長度計算
1)受拉鋼板在其加固點外的錨固粘結長度L1,按式(2-6)確定。
L1≥2fayta/fcv(2-6)
式中,Ta—受拉加固鋼板厚度;fcv—被粘混凝土抗剪強度設計值。
公式中數值2為錨固區剪應力分布不均勻係數,近似按三角形考慮。
2)若鋼板粘結長度無法滿足上述要求,可在鋼板的端部錨固區粘結U型箍板,此時,錨固區的長度應滿足下列規定:
當fvb1≤2fcvLu時
f≤0.5f(2-7)cvb1L1+0.7nfvbbb1ayAa
當fvb1>2fcvLu時
fayAa≤(0.5b1L1+nbuLu)fcv(2-8)
式中,n—每端箍板數量;bu—箍板寬度;Lu—箍板單肢的梁側混凝土的粘結長度;fv—鋼與鋼粘結抗剪強度設計值。
(3)斜截面粘結鋼板加固計算
當構件斜截面受剪承載力不足時,按下圖所示方法粘結並聯U型箍板進行加固。
此時斜截面受剪承載力
V≤Vo+2fayAalLu/S(2-9)
同時,必須滿足以下條件:
L≥(2-10)1.5u/S
式中,V—斜截面剪力設計值;V0—原構件斜截面受剪承載力設計值;Aal—單肢箍板截面面積;S—箍板軸線間距。
>>>(表格匯總)加固材料安全性基本性能鑑定標準