延年益寿有“良方”——钢管拱桥综合改造加固关键技术研究

日期:2024-02-14 来源:沥青卷材系列

  拱桥因其造型优美且受力均匀合理,被大范围的应用和推广。随着交通运输业的加快速度进行发展,桥梁的跨越能力、结构轻盈、施工方便和建筑艺术效果也成为了一个新的趋势。与传统的圬工拱桥、钢筋混凝土拱桥相比,钢管混凝土拱桥具有省工省料、架设轻便、施工快速等施工性能优势。同时也具备强度高、重量轻、延性好、耐疲劳、耐冲击等优越的力学性能。因此,在过去几十年中,钢管混凝土拱桥已成为中国公路桥梁和城市桥梁中发展最为迅猛的桥型之一。然而,根据目前我国钢管混凝土拱桥的整体状况来看,许多拱桥的使用的时间已达到了15年甚至20多年。其中,有的拱桥由于当时设计的承载力偏低,结构材料老化以及各类荷载作用导致的损伤发展,承载力年年在下降,不足以满足现代交通需求。因此,本文旨在针对钢管混凝土拱桥的加固工作展开研究,并根据不同的拱桥病害机理,制定全面、系统、有明确的目的性的加固工艺体系,以提高拱桥的承载力和安全性。

  钢管混凝土拱桥常见的典型病害最重要的包含拱肋典型病害、吊杆典型病害和桥面系病害。拱肋作为钢管混凝土拱桥的重要构件之一,通常会出现多种病害形式,如开裂、锈蚀以及混凝土不密实等问题。其中,开裂主要出现在受力较大的区域,如截面内力最大的位置或截面受弯曲作用较大的区域。开裂的机理主要与拱肋内部混凝土受到拉应力或剪应力作用有关,当荷载超过混凝土承载能力时,混凝土就会产生裂缝。这种问题在结构上主要体现为拱肋焊缝开裂和拱座拱脚结构裂缝等。另外,锈蚀也是常见的拱肋病害之一,主要是由于钢管表面遭到氧化、水分和氯离子等腐蚀介质的侵蚀而引起。这种病害会破坏钢管的防护层,并使混凝土容易受到侵蚀。此外,拱肋混凝土不密实也是一个要关注的问题,其根本原因包括钢管内的微膨胀混凝土无法持续供水以充分的发挥膨胀性能、混凝土配合比不当、混凝土压浆位置和压浆方向不当、钢管与混凝土两种材料的线线胀系数不同等。如果不及时解决,这些病害会最后导致拱肋内力不足以及拱轴线偏位等问题,从而对桥梁的长期运营带来潜在的安全风险隐患。因此,针对钢管混凝土拱桥的典型病害,特别是拱肋病害,需要制定全面、系统、有明确的目的性的加固工艺体系,以提高拱桥的承载力和安全性。

  吊杆是钢管混凝土拱桥中承载桥面荷载的重要结构部件之一,其作用是将荷载传递至拱肋和桥墩上。在使用的过程中,吊杆有极大几率会出现多种典型病害形式。其中,最常见的是疲劳断裂,其表现为吊杆截面明显的裂纹或索体PE开裂破损。这种病害形式的机理主要与桥梁频繁荷载作用有关,导致吊杆截面产生疲劳裂纹,并随着荷载的不断作用,逐渐扩展形成断裂破坏。另外,锈蚀也是吊杆常见的病害形式之一。吊杆锚头、墩头钢丝、索体钢丝等多个部位的锈蚀变形是其主要表现形式。这种病害形式的机理主要是由于吊杆表面遭到氧化、水分和氯离子等腐蚀介质的侵蚀,导致表面产生锈蚀。跟着时间的推移,锈蚀程度逐渐加重,最后导致吊杆的承载能力严重下降。及早检测和处理吊杆的病害形式,对于确保拱桥的安全运行至关重要。

  钢管混凝土拱桥的桥面是重要的组成部分,承载着行车荷载。桥面常见的病害包括柔性系杆锚头锈蚀、索导管处系杆破损、钢系梁局部变形、焊缝锈蚀、钢横梁根部开裂、桥面板网状裂缝等。这样一些问题的根本原因是车辆荷载的长期作用和自然环境下的腐蚀。若这些病害得不到及时处置,轻则影响交通安全,重则导致桥梁坍塌事故。

  在分析了钢管混凝土拱桥的典型病害及机理后,为了确认和保证这样一些问题得到及时解决,有必要进行相应的综合改造加固设计。这样做才能够有效地提高钢管混凝土拱桥的承载能力和安全性,保障行车的畅通。因此,在设计过程中需要充分考虑桥梁的实际使用情况和现有病害,制定相应的改造方案和施工计划,确保施工过程中不影响行车安全和桥梁的结构稳定性。同时,需要在设计中充分考虑钢管混凝土拱桥的特点,包括桥面的承载能力、拱肋的强度、墩台的稳定性等,制定相应的改造措施,以提高桥梁的整体性能。通过这些综合措施,可以轻松又有效地延长钢管混凝土拱桥的使用寿命,提高其经济效益和社会效益。

  为了解决拱肋病害问题,一般采用敲击法和超声波法诊断钢管内混凝土脱粘部位,并采用负压辅助注浆的方法进行加固处理。加固处理一般从拱脚到拱顶的顺序逐步进行,确保拱肋缺陷部位具有足够的密实度。拱肋增大截面法是一种有效的加固方法,其主要原理是通过加固材料对现有拱肋进行加固,提高其承载能力和抗震性能。因此,在进行综合改造加固设计时,需要先对拱肋进行结构评估,确定其承载能力和现状,并设计加固方案,包括加固材料的种类、数量、施工工艺和实施方法。最后,在加固工程的现场施工和监测过程中,需要确保加固效果的实现和施工安全。

  桥面中央分隔带新增钢纵梁加固是一种有效的桥面加固方法,其主要原理是在桥面中央分隔带上增加钢纵梁,从而提高桥面的承载能力和抗震性能。该加固方法具有操作简单、施工方便、加固效果明显等优点。桥面中央分隔带新增钢纵梁加固设计包括以下步骤:首先对桥面中央分隔带进行结构评估,确定其承载能力和现状;其次设计新增钢纵梁的截面形式、材料种类和数量,以确保新增钢纵梁具有足够的承载能力和抗震性能;接着确定新增钢纵梁的支撑和连接方式,确保其与原有结构的协同工作;最后进行加固工程的现场施工和监测,确保加固效果的实现和施工安全。通过桥面中央分隔带新增钢纵梁加固方法,可以有效增强钢管混凝土拱桥的整体承载能力和抗震性能,延长桥梁的使用寿命。

  对于桥面板的病害问题,可以采用桥面板UHPC铺装改造设计。UHPC(超高性能混凝土)是一种新型的混凝土材料,具有高强度、高韧性、高耐久性和高抗震性能等优良性能。

  总之,针对钢管混凝土拱桥的病害问题,可以采用多种不同的加固技术进行处理,具体选择哪种技术需要综合考虑桥梁的结构特点、受力情况、病害类型和施工条件等因素,以达到最优的加固效果。

  新增拱肋外包钢管混凝土是一种常见的拱肋增大截面方法,其主要原理是在现有拱肋外包上加固钢管混凝土,以提高拱肋的承载能力和抗震性能。新增拱肋外包钢管混凝土施工首先需要现场技术人员进行原桥结构测量及复核,包括原拱肋直径、主拱肋间距、拱轴线、各吊杆长度、吊杆横梁长宽高等数据。拱肋断面测量,4个倒角每隔1米实测出断面尺寸,提供现场真实数据反馈至厂家。通过测量确定原拱肋尺寸,按照原拱肋外轮廓加工成C形或者U形,外包钢与原拱肋间的净距根据受力计算确定且不小于10cm,在工厂内将调节装置的调节牛腿焊接在拱肋外包钢两侧,在拱肋外包钢上侧、下侧、左侧、右侧及调节牛腿预留的顶推螺栓孔内侧焊接螺母,对加工好的构件进行工厂预拼装,拼装完成后运输至施工现场。现场通过吊机将内侧拱肋外包钢和外侧拱肋外包钢吊装至原拱肋待安装位置,将带螺杆头的收紧螺栓螺杆穿过外包钢上的调节牛腿,再将收紧螺母旋转安装在收紧螺杆上,将顶推螺杆通过顶推螺母拧入外包钢上的调节牛腿。此时检验外包钢轮廓尺寸,当尺寸大于设计值时旋转收紧螺母;当尺寸小于设计值时旋转顶推螺杆,使外包钢轮廓尺寸满足设计要求。而后焊接连接内侧肋外包钢和外侧外包钢,拆除调节牛腿并收紧螺栓、顶推螺栓。在外包钢上下左右预留螺栓孔位置拧入螺栓直至与原拱肋接触,用钢尺测量外包钢与原拱肋间距,当上方间距小于设计值时顺时针拧动外包钢上侧顶推螺杆头部、逆时针时拧动外包钢下侧顶推螺杆头部,当上方间距大于设计值时逆时针拧动外包钢上侧顶推螺杆头部、顺时针时拧动外包钢下侧顶推螺杆头部,直至外包钢竖向空间位置精调满足设计要求。同理精调外包钢横向空间位置。

  从拱脚至拱顶,依次对称安装所有拱肋外包装。纵桥向多段拱肋外包钢通过焊接连接。根据拱肋外包钢大小将其分为多个阶段,按照先两边后中间的顺序依次推进,拱桥两侧拱肋同时施工,按照先内侧后外侧依次连接。如图按照1-5顺序依次拼接。

  安装完成后,对原拱肋进行卸载,并通过拱肋外包钢拱脚处预留压注孔压入填筑材料,当填筑材料从拱肋外包钢顶部的出浆孔溢出时结束。填筑材料强度达到设计要求后卸除调节装置,对外包钢顶推螺栓孔进行封孔处理。

  中央分隔带新增钢纵梁顾名思义就是在中央分隔带增加一道钢桁架纵梁,通过螺栓和焊接将所有横梁联结接成整体,增加桥面系整体性,提高横梁纵向分配系数,改善桥面板变形。施工按如下步骤进行:1)在横梁中分带处打螺栓孔,通过测量确定横梁间距、横梁腹板净距,现场放样钢纵梁中纵杆与横梁连接螺栓孔位置。2)根据实测横梁间距、横梁腹板净距分段加工上弦梁和下弦梁,在两侧上纵杆之间均匀焊接横杆,在两侧下纵杆之间均匀焊接横杆。根据现场放样的螺栓孔位置预留好中纵杆螺栓孔位置。3)将下纵杆焊接在横梁指定位置,将劲板焊接在下纵杆两端上方,将斜杆焊接在下纵杆与中纵杆的劲板之间。4)现场将上弦梁连成整体,整体吊装;或者分段吊装,安装成整体,通过高强螺栓连接上弦梁和横梁。吊装宜从中间向两侧逐跨进行。打孔与安装应保证温度相差不大,避免因温差导致的安装误差。5)对部分受影响结构进行涂装恢复,至此增加钢纵梁结构施工完成。

  针对桥面板裂缝问题,UHPC铺装改造施工工艺是一种常见的桥面加固方法,其主要原理是在现有桥面板上铺设UHPC,以提高桥面的承载能力和抗震性能。同时,由于超薄沥青技术较为成熟,在同等铺装厚度的条件下采用超薄沥青可以增加UHPC铺装层的厚度。其主要施工工艺如下:铣刨原沥青铺装后,为防止裂缝进一步发展,阻止水汽进入现浇板,保证桥梁耐久性,对桥面板裂缝进行封闭后涂刷混凝土涂装。为增强桥梁整体受力能力,应在补强层中设置构造钢筋和受力钢筋,布设1~2层钢筋网。为加强与混凝土联结,也宜选用螺纹钢筋。而后在桥面板植入钢筋。植筋完成后,桥面浇筑高韧性混凝土,浇筑混凝土前应清洁表面并保持湿润,新浇筑混凝土应振捣密实并及时养护。最后在UHPC桥面板上完成SMA沥青铺装。

  钢管混凝土拱桥作为一种重要的桥梁结构形式,在使用过程中容易受到多种病害的影响,需要进行综合改造加固。本文对钢管混凝土拱桥的典型病害形式及机理进行了分析,提出了拱肋增大截面法加固设计、桥面中央分隔带新增钢纵梁加固设计和桥面板UHPC铺装改造设计三种综合改造加固方法,并对它们的施工工艺进行了详细阐述。通过这一些改造加固方法的应用,可以轻松又有效提高钢管混凝土拱桥的承载能力和抗震性能,延长其常规使用的寿命,促进桥梁养护的可持续发展。在进行养护工作时,需要针对具体病害采取相应的措施,同时也需要关注全桥结构的综合性能和耐久性。对于改造加固设计和施工工艺,需要根据实际情况考虑各种因素,保证改造加固效果和施工质量,做到对症下药。

  特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

  打爆卫冕冠军!字母哥30分钟19中14轰36+18+5+3断+2帽 完胜约基奇

  苹果和AliveCor纠纷判决公示:watchOS更新心率算法非反竞争行为

  尽量本地处理,苹果发Vision Pro头显支持文档:概览隐私保护措施

  财联社2月14日电,LG Display与三星签署协议,将向其供应OLED面板。

上一条 返回列表 下一条