中交路橋科技是從事工程檢測(cè)監(jiān)測(cè)、城市安全監(jiān)測(cè)預(yù)警與評(píng)價(jià)、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復(fù)合型高新技術(shù)集團(tuán)企業(yè)。
近年來(lái)，對(duì)橋梁的加固以及如何提高其承載力問(wèn)題的研究試驗(yàn)與推廣，已經(jīng)引起世界性的關(guān)注。那么，橋梁加固有哪些常用方法和計(jì)算理論？
▋ 改變受力體系加固法
1.改變受力體系加固計(jì)算
改變受力體系加固法的一般計(jì)算步驟如下：
1)計(jì)算并繪制加固時(shí)原構(gòu)件在剩余的那部分荷載作用下的內(nèi)力圖；
2)若施加預(yù)頂力，根據(jù)所設(shè)時(shí)的加固后的內(nèi)力圖，確定預(yù)頂力的大小，按原結(jié)構(gòu)的計(jì)算繪制在支點(diǎn)預(yù)頂力作用下梁的內(nèi)力圖；
3)按加固后的計(jì)算簡(jiǎn)圖，計(jì)算并繪制在新增荷載及加固時(shí)卸除荷載作用下的內(nèi)力圖；
4)將上述三項(xiàng)內(nèi)力迭加，繪制梁各截面的內(nèi)力包絡(luò)圖；
5)計(jì)算梁各截面的實(shí)際承載力，并繪制梁的材料圖；
6)調(diào)節(jié)預(yù)頂力值，使梁的內(nèi)力圖小于梁的材料圖；
7)根據(jù)支點(diǎn)的最大支承反力，設(shè)計(jì)支撐構(gòu)件，其多為軸心受力構(gòu)件，可按鋼筋混凝土規(guī)范與鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)；
8)計(jì)算預(yù)應(yīng)力撐桿的頂撐控制量。
當(dāng)用縱向壓縮法對(duì)預(yù)應(yīng)力撐桿系統(tǒng)施加預(yù)升力時(shí)，其預(yù)升量
ΔL=Lε+a(2-1)
式中,L—撐桿長(zhǎng)度；
εa—撐桿端部與被加固構(gòu)件混凝土間的壓縮量,可取2～4mm?！獡螚U在預(yù)應(yīng)力作用下引起的應(yīng)變；
▋ 增大截面加固法
1.增大截面加固計(jì)算
采用增大截面加固橋梁,其承載力計(jì)算受到原構(gòu)件應(yīng)力應(yīng)變的影響,不能簡(jiǎn)單地作為整體截面用有關(guān)公式計(jì)算。在加固計(jì)算中,首先應(yīng)確定加固前構(gòu)件的實(shí)際應(yīng)力應(yīng)變水平,并考慮新混凝土與原結(jié)構(gòu)協(xié)同工作的程度,然后進(jìn)行合理的計(jì)算。
（1）受彎構(gòu)件加固計(jì)算要點(diǎn)
受彎構(gòu)件外包混凝土加固設(shè)計(jì),應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況,分別采用受壓區(qū)或受拉區(qū)兩種不同的加固形式。
1）受壓區(qū)外包混凝土加固
一般用剛架拱、桁架拱等拱橋的斜腿、斜撐或弦桿的加固。采用受壓區(qū)加固的受彎構(gòu)件,其承載力、抗裂度、鋼筋應(yīng)力、裂縫寬度及變形計(jì)算和演算可按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ10-89)中關(guān)于疊合構(gòu)件的規(guī)定進(jìn)行。
實(shí)驗(yàn)研究表明,在相同彎矩作用下,二次受力疊合梁的受拉筋應(yīng)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(yīng)值大得多。其次,二次受力疊合梁在第一次受力時(shí)是由疊合前的原混凝土承受壓力。
而在二次受力時(shí),主要由后澆混凝土承受壓力。這使后澆混凝土受壓應(yīng)變比相應(yīng)整澆梁小,因此,加固計(jì)算必須考慮疊合梁二次受力的特點(diǎn)進(jìn)行較復(fù)雜的計(jì)算。
2)受拉區(qū)外包混凝土加固
受拉區(qū)外包混凝土加固方法,一般用于梁式橋跨中部位、拱式橋的拱頂?shù)酌婧凸澳_頂面等受拉區(qū)。
對(duì)于在受拉區(qū)采用外包混凝土,增加鋼筋加固的受彎構(gòu)件,其截面受力可按規(guī)范中一般受彎構(gòu)件的規(guī)定計(jì)算。但應(yīng)考慮以下不同點(diǎn):
①新加部分承載力應(yīng)乘以共同工作系數(shù)ψ進(jìn)行折減,對(duì)于正彎矩截面受彎構(gòu)件ψ=0.9;對(duì)于斜截面受剪構(gòu)件ψ=0.7～0.9；
②加固結(jié)構(gòu)截面受壓區(qū)高度與一般受彎構(gòu)件是不同的；
③當(dāng)新加鋼筋與原鋼筋相距較遠(yuǎn)時(shí),受拉區(qū)混凝土可能會(huì)出現(xiàn)較大裂縫,應(yīng)采取適當(dāng)措施,滿足使用要求。
（2）偏心受壓構(gòu)件加固計(jì)算要點(diǎn)
當(dāng)用外包混凝土法加固鋼筋混凝土偏心受壓構(gòu)件時(shí),應(yīng)按整體截面以現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)公式進(jìn)行其正截面承載力計(jì)算。其中,新增混凝土和縱向鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值應(yīng)按下列規(guī)定予以折減。
①受壓區(qū)新增混凝土和縱向鋼筋的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘以0.9的系數(shù)；
②受拉區(qū)新增縱向鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘以0.9的系數(shù)。
▋ 碳纖維布加固法
（1）碳纖維布加固計(jì)算要點(diǎn)
1）采用碳纖維布加固橋梁，目前一般的計(jì)算方法是將碳纖維布按照一定的標(biāo)準(zhǔn)(例如強(qiáng)度或容許應(yīng)力)近似換算成一定用量的鋼筋，然后按照傳統(tǒng)的鋼筋混凝土受力分析模型進(jìn)行理論分析。雖然是近似計(jì)算方法，但理論分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)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(shè)計(jì)強(qiáng)度；
Rcf——碳纖維布抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)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(zhǎng)度和搭接長(zhǎng)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(jì)算理論
（1）受彎構(gòu)件的計(jì)算
受彎構(gòu)件截面強(qiáng)度不足時(shí)在受拉區(qū)加固，可采取在受拉區(qū)表面粘貼鋼板的方法。此時(shí)，按截面受彎承載力計(jì)算，可按照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定進(jìn)行，其受壓區(qū)高度和截面受彎承載力。
式中，fy0—原結(jié)構(gòu)縱向鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；
As0—原結(jié)構(gòu)縱向受拉鋼筋截面面積；
fay—加固鋼板抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；
Aa—加固鋼板截面面積；
—原結(jié)構(gòu)縱向受壓鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；
A’so—原結(jié)構(gòu)縱向受壓鋼筋截面面積；
fcm0—原結(jié)構(gòu)混凝土彎曲抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；
X—混凝土受壓區(qū)高度；
b0—原構(gòu)件的寬度；
h0—原構(gòu)件的有效高度；
—原構(gòu)件的受壓區(qū)保護(hù)層厚度；
0.9—考慮加固鋼板的應(yīng)力滯后、以及撕脫力影響等強(qiáng)度折減系數(shù)。
(2)鋼板錨固長(zhǎng)度計(jì)算
1)受拉鋼板在其加固點(diǎn)外的錨固粘結(jié)長(zhǎng)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(qiáng)度設(shè)計(jì)值。
公式中數(shù)值2為錨固區(qū)剪應(yīng)力分布不均勻系數(shù),近似按三角形考慮。
2)若鋼板粘結(jié)長(zhǎng)度無(wú)法滿足上述要求,可在鋼板的端部錨固區(qū)粘結(jié)U型箍板，此時(shí)，錨固區(qū)的長(zhǎng)度應(yīng)滿足下列規(guī)定：
當(dāng)fvb1≤2fcvLu時(shí)
f≤0.5f(2-7)cvb1L1+0.7nfvbbb1ayAa
當(dāng)fvb1>2fcvLu時(shí)
fayAa≤(0.5b1L1+nbuLu)fcv(2-8)
式中，n—每端箍板數(shù)量;bu—箍板寬度;Lu—箍板單肢的梁側(cè)混凝土的粘結(jié)長(zhǎng)度;fv—鋼與鋼粘結(jié)抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。
(3)斜截面粘結(jié)鋼板加固計(jì)算
當(dāng)構(gòu)件斜截面受剪承載力不足時(shí),按下圖所示方法粘結(jié)并聯(lián)U型箍板進(jìn)行加固。此時(shí)斜截面受剪承載力
V≤Vo+2fayAalLu/S(2-9)
同時(shí)，必須滿足以下條件：
L≥(2-10)1.5u/S
式中，V—斜截面剪力設(shè)計(jì)值;V0—原構(gòu)件斜截面受剪承載力設(shè)計(jì)值;Aal—單肢箍板截面面積;S—箍板軸線間距。
