铁路桥梁加固的主要方法及技术

铁路桥梁加固的主要方法及技术 

收稿日期: 2008-11-17 作者简介: 冯庆元( 1974- ) , 男, 工程师, 中铁三局海外工程分公司, 山西太原 030001 冯庆元 摘 要: 通过对桥梁加固的分析, 提出了桥梁加固的主要方法, 从而利用经济、简单、适用的措施以达到提高既有桥梁承 载能力、抗弯能力、抗剪能力、荷载等级等的效果, 促进日益发展的铁路桥梁建设。

 关键词: 桥梁加固, 桥梁结构, 主要方法 

中图分类号: U445. 72 文献标识码: A 桥梁工程在铁路建设中占有非常重要的地位, 而随着设计 理念的改变、施工工艺的提高、材料性能的改进等, 目前桥梁在铁 路设计中所占的比重越来越大, 如京沪高速铁路全长约1 318 km, 而桥梁的长度就达1 061 km, 占全线长度的80. 5%。但是由于在 桥梁设计和施工中不可避免地存在这样那样的问题, 使得桥梁检 测和桥梁加固成为必要, 所以对旧桥加固的研究也显得非常迫切。

 1 桥梁加固的局限性和必要性 

1. 1 桥梁加固的局限性 1) 业主通常更愿意废弃旧桥另修新桥; 2) 由于旧桥加固的设计工作量大、风险性大, 而且相关规范 较少、设计费用低等, 所以设计单位往往不愿意承担旧桥加固的 设计任务; 3) 设计前, 需要对旧桥进行系统的检测、分析和研究, 相关人 员需具备良好的桥梁理论水平和力学基础知识; 根据检测资料, 计算分析其结构状态和内力稳定, 确定旧桥的安危程度, 同时还 需实施现场试验和实验室力学试验进行结构分析; 4) 旧桥加固一般是利用既有桥梁结构进行, 可以改变或增加 的结构有限; 5) 部分旧桥缺乏原有的设计资料和详细的施工记录, 结构内 部情况不详; 6) 加固施工存在一定的复杂性和难度, 大部分加固不能中断 交通, 这就需要有较高施工经验的专业队伍和足够的现场监控体 系作为保障。

 1. 2 桥梁加固的必要性 1) 改革开放以来, 随着经济的快速发展, 交通量及载重量发 生了巨大变化; 2) 桥梁结构自然老化, 耐久性差等; 3) 逐渐增大的运量, 对桥梁结构产生一定破坏; 4) 由于受各方面原因限制, 部分老旧桥梁设计断面单薄、安 全储备低; 5) 部分桥梁存在设计不当或施工质量差等先天不足的缺陷; 6) 通过桥梁加固和研究, 为后续桥梁的加固提供参考和依 据。 

1. 3 桥梁加固的政治和经济意义 

1) 桥梁加固后, 可以延长桥梁的使用寿命, 用少量的资金投 入, 使桥梁能满足交通量的需求, 并可以缓和桥梁投资的集中性; 2) 桥梁加固可以有效预防和避免桥梁的坍塌等造成重大的 人身伤亡和财产损失, 避免灾难发生。

 2 桥梁加固 

桥梁加固的基本原则不同于桥梁养护, 桥梁养护是通过日常 的维修和保养使其处于正常、安全的运营状态, 起到预防灾害发 生的作用, 而桥梁加固则要求从桥梁承载和受力的角度出发, 通 过加固桥梁来达到加大桥梁承载能力或延长其使用年限的目的, 具体有以下几种类型: 

1) 桥梁本身不能承受原设计荷载要求, 要求通过加固恢复其 原有的承载能力; 2) 桥梁原设计的荷载标准不能满足当前运营的要求, 需要提 高到一个新的轴重级别; 3) 根据特殊需要, 某桥梁要通过一次性的超设计荷载, 要求 采用临时性加固, 使其满足特重荷载要求, 而原结构不受到破坏, 待荷载通过后恢复正常; 4) 桥梁受到意外撞击等, 需要进行加固。 根据目前国内外的常见设计类型和施工实践, 桥梁加固常常 使用减少内应力、增大断面面积, 或者采用新型材料进行加固等 一些方法。在铁路混凝土桥梁方面, 加固方法主要有: 1) 结构性 加固, 可以采用体外预应力加固法、增设纵梁法或在结构的受拉 区通过粘贴钢板或增设钢结构支撑, 以增大结构受力面积和加强 截面的稳定性; 2) 非结构性加固, 有压力灌浆法、喷射砂浆法等; 3) 采用自重轻、强度高的新型碳纤维复合材料( CFRP) 取代钢板, 通 过增强梁部截面等, 改变结构体系, 达到桥梁加固的目的。

 3 桥梁加固中对碳纤维复合材料( CFRP) 的使用 碳纤维复合材料是一种新型的建筑材料, 目前主要用在清洁 能源车辆、土木建筑工程、近海油田勘探和生产、风力发电机的大 型叶片和高尔夫球杆五大市场。日本最初使用在桥梁加固领域, 并发展起来, 我国于1998 开始逐渐应用于桥梁加固工程实践中, 通过近10 年的使用和总结, 已经成为比较成熟的桥梁加固产品。 目前在桥梁加固中使用较为常见的有碳素纤维、高分子聚合纤维 和玻璃纤维三种碳纤维复合材料。之所以取代钢板而被广泛应 用于桥梁的加固工程中, 主要基于以下优点: 1) 碳纤维复合材料采用纺织用的丙烯酸原丝和开发工业级碳 纤维等制成, 具有低成本、低价格、重量轻、耐磨耗、强度高等特点; 2) 可以保持既有恒载及断面尺寸, 满足桥下净空要求; 3) 易于制 成各种形状的构件, 满足各种不同桥梁的要求, 施工方便; 4) 利用 环氧树脂粘结, 不需要锚固螺栓, 对原结构无任何的损伤。

 4 桥梁加固的实施 桥梁加固需要有一定经验的熟练工人和施工队伍来完成, 对 于工艺上也有比较高的要求。加固前需按照设计图纸对桥梁进 行全面的调查研究, 与设计图纸进行对比。严格按照设计图纸进 行施工, 对大型桥梁设置相应的应变监控系统。新材料安装前应 进行全面检查和进行力学性能检验; 施工过程中严格按照设计施工

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