中小跨径桥梁常用加固方法工学论文
【简介】感谢网友“WJC手机招聘”参与投稿，以下是小编整理的中小跨径桥梁常用加固方法工学论文（共3篇），欢迎阅读与收藏。
篇1：中小跨径桥梁常用加固方法工学论文
中小跨径桥梁常用加固方法工学论文
摘要:文章介绍了中小跨径桥梁常用加固方法的原理、适宜的条件和施工程序。
关键词:中小跨径桥梁;加固方法
一、概述
桥梁的生命周期都要经历建造、营运和老化三个阶段,虽然桥梁建设初期充分考虑了近、远期经济发展和社会的诸多需求,采用了当时最先进的技术和材料,但仍然难以摆脱历史的局限。随着科技的进步,车辆载重逐渐增大,车速相继提高,人们对行车的安全性和舒适性也提出了更高的要求。但早期建设的桥梁,荷载标准低,施工水平差,经过多年运营桥梁病害相继出现,因此旧桥维修和加固便成为一个急需解决的问题。
目前,世界上发达国家都投入了不小的人力和物力进行旧桥加固技术研究,在兴建新桥的同时,仍然十分重视旧桥的利用价值。我国现时期正在大力发展基础设施,资金需求量大,而要在短时间内重建等级公路上的危桥,不仅需要大量资金,同时也有悖于桥梁建设的`可持续发展。下面笔者就根据近几年来在公路路网改造过程中,针对中小跨径桥梁经常采用的一些维修加固方法做一些介绍。
二、锚喷混凝土加固法
锚喷混凝土是指先将锚杆锚入补强部位结构内,挂设补强钢筋网,然后再喷射一定厚度的混凝土,使其与原结构共同承受外力的组合结构。
此种加固法在浆砌片石板拱桥加固中运用较多,目前低等级公路上的石板拱桥由于早期施工时未按强度和规格要求严格选料,砌筑片石时砂浆不饱满,砂浆配合比控制不严,再加上超重车辆长期作用,普遍存在主拱圈片石风化、石料大小不一、片石被挤压碎裂、石料强度不均匀等现象,砌筑砂浆松动脱落并存在较多空洞,有的拱圈已发现纵向裂缝。针对此种情况采用锚喷混凝土加固既不中断交通,又能很好地解决这些病害。
锚喷混凝土施工工序:
①将拱圈底面人工打毛,并将污染的砂浆完全凿除,然后用高压水冲洗拱底表面;
②在拱圈底面用电钻打锚筋孔,孔深不得小于10cm,锚筋直径不得小于12mm,孔内灰尘要吹洗干净,然后用M12号砂浆或环氧树脂注入孔内,再插入锚筋,使之粘结牢固;
③将钢筋网点焊在锚筋上,焊点不能太少,以免喷射混凝土时钢筋移动;
④喷射混凝土前先将拱圈底面用水冲洗湿润,然后在表面先喷一层M12号砂浆,厚度约1cm,再喷射混凝土,使新老混凝土粘结良好并能填塞片石间孔洞,喷射混凝土后要注意及时养生。
三、外包混凝土加固法
外包混凝土加固法又称增大截面加固法,是指增大构件的截面和配筋,以提高构件的强度和刚度的一种加固方法。此种加固法在增加桥梁横向联系方面应用较多,早期修建的桥梁横系梁或横隔板尺寸都较小,强度和刚度也较弱,在当前较大外荷载作用下, 产生了较大变形,导致横系梁开裂、脱落,无法有效地横向分布荷载。此时采用外包混凝土加固法适当增大横系梁尺寸,随着横向联系的加强,主梁的横向整体受力性能提高,从而增加了桥梁的承载能力,提高了桥梁的刚度和稳定性。
外包混凝土加固施工工序:
①为了加强新、旧混凝土的结合,应对原构件混凝土的缺陷进行清理,并将构件表面凿毛;
② 当采用三面或四面外包加固时,应将构件的棱角敲掉,同时除去浮碴和灰尘;
③用高压水冲洗原混凝土表面,在浇筑混凝土前,在原混凝土表面刷一层水泥浆以加强新、旧混凝土的结合。
四、粘贴碳纤维布加固法
碳纤维是一种新型材料,具有高强、轻质、耐腐蚀以及施工简便等优点而成为旧桥加固的理想材料。加固混凝土构件时,按构件的不同受力特点,用粘结材料将碳纤维布粘贴于构件表面,实现对构件变形的约束并由此提高构件的承载能力。
此种加固法在增强构件抗弯刚度、减少构件挠度和约束混凝土裂缝扩展方面应用较多。当补强结构外形较复杂,采用外包混凝土或者粘贴钢板加固法时,施工难度很大,且粘贴钢板可能会对原结构造成损伤,此时就可以发挥碳纤维布随结构外形变化任意施工,从而降低施工难度的优点。
粘贴碳纤维布施工工序:
①按加固设计要求,对需要表面处理和粘贴纤维布的部位进行放样定位;
②混凝土表面打磨平整,除去表层浮浆、油污等杂质,直至完全露出结构新面, 将混凝土表面清理干净,去除灰尘并保持干燥;
③用一次性软毛刷或特制滚筒将底胶均匀涂抹于混凝土表面,待胶表面指触干燥时即进行下一步工序施工;
④混凝土表面凹陷部位用找平胶填补平整,且不应有棱角,转角处应用找平胶修复为光滑的圆弧;
⑤按设计要求的尺寸裁剪纤维布,配制粘贴胶并均匀涂抹于所要粘贴的部位,用一次性软毛刷或特制滚筒沿纤维方向多次涂刷,挤除气泡,并使胶水充分浸透纤维布。多层粘贴重复上述步骤,待纤维布表面指触干燥时即进行下一层的粘贴。在最后一层的碳纤维布表面均匀涂抹粘贴胶。
粘贴注意事项:
①纤维布粘贴施工宜在5℃～35℃环境温度条件下进行,并应符合配套树脂的施工使用温度。当环境温度低于5℃时, 应采取加温措施;
②用碳纤维布加固混凝土构件宜采用薄布多层的粘贴方法,使其与粘接材料充分浸润,确保粘接效率。设计时根据各块件处的应力值大小决定碳纤维布的层数。
五、桥面补强层加固法
桥面补强层加固法是指先凿除原桥铺装层后,重新浇筑一层钢筋混凝土补强层,使其与原桥结构形成整体。利用梁体截面加高,改善桥梁横向应力分布能力,从而提高桥梁承载能力。
由于桥面铺装层直接承受车辆荷载作用, 应力集中明显,再加上中小跨径桥梁所受应力变化和冲击影响较大。因而它也是最易出现破坏的结构之一,常见病害有:磨耗、露筋、网裂、坑洞等。
原中小跨径桥梁横向大都通过铰缝进行连接,而桥梁设计老规范对铰缝未作明确要求,现经过多年运营,已有铰缝开始出现松动脱落,减弱或失去横向传力功能,这样就给主梁安全运营带来了隐患。
桥面补强层加固法针对此种病害具有施工简便、加固效果明显的特点,尤其适用于中小跨径的梁式桥。其常用方法是铺筑钢筋网与混凝土或钢筋网与钢纤维混凝土。铺筑的厚度和配筋视加固需要而定,一般补强层厚度不小于8cm,以不增加新的恒载为宜,并要注意确保新旧混凝土能成为一个受力整体。
结束语
以上为中、小跨径桥梁在常规加固中经常采用的一些方法。由于我国暂时经济能力有限,为保证桥梁安全运营,在一定时期内桥梁维修加固不可避免。
①由于老桥资料不全,实际受力情况与结构计算模型也存在一定的差异,所以桥梁加固在设计单位严格计算、施工单位按图精心施工后,建议仍要对加固后的桥梁进行检测,作好各项数据的详细观测和记录,与理论计算相比较,经分析得出安全可靠的结论后,方能通车。
②对桥梁病害处理要贯彻“建养并重”、“预防为主”的思想。桥梁要进行定期检查和周期性养护,对发现的一些小病害要及时维修,避免病害扩大,失去承载能力。
③现时期桥梁建设要走可持续发展的道路,新建桥梁应考虑其可检测性、可加强性和可更换性。
参考文献:
[1] 王灿, 朱新实.双曲拱桥病害原因分析及处治对策的研究[J]. 公路,(11).
[2] 杨文渊, 徐.桥梁施工工程师手册[M]. 北京: 人民交通出版社,.
[3] JTGD62-,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S]. 北京:人民交通出版社,2004.
篇2：中小跨径危旧桥梁改造工程设计论文
中小跨径危旧桥梁改造工程设计论文
0引言
青岛地区国省道干线公路桥梁共计1300多座，特大桥5座、大桥90多座、中桥350多座、小桥880多座，按上部结构的材料组成和结构类型大致可分为钢筋砼梁桥、预应力砼梁桥、圬工拱桥、钢筋砼拱桥和石梁桥等五种型式。近年来，随着经济高速发展，交通量快速增加，道路车辆超限、超载现象十分严重，桥梁的耐久性急剧下降。至今，多个公路危旧桥梁改造项目设计十践表明，特别是在中小跨径常规桥梁的改造项目中，呈现出虽然病害数量较多但病害类型和处置方法相对集中的现象，其中部分研究、设计和施工经验值得总结，供行业内有关技术人员参考。
1改造分类
项目实施过程中发现，设计规范中关于桥梁改造定性存在多种描述，如维修、加固、改建、改造、抢修等，各种规范之间没有统一定义。为便于描述和界定，根据国家现行规范将危旧桥梁改造划分为维修、加固和改建三种类别，明确了各类别所指代的工程规模和基本内容，方便了沟通并取得了良好使用效果。具体改造分类如下：
1.1维修工程
是对桥涵及其附属构造物的较大损坏进行周期性综合修理，以全面恢复到原设计标准的技术状况，或在原技术等级范围内进行局部改善和个别增建，以逐步提高其通行能力的工程项目。
1.2加固工程
是对桥梁的主要承重结构、构件及其相关部分采取增强、局部更换或调整其内力等措施，使其满足现行设计规范要求。
1.3改建工程
是对桥涵及其附属构造物因不适应交通量、荷载、泄洪要求而提高技术等级[1]，或因公路局部迁线改移需要重建，或为了显著提高通行能力而进行的较大型、大型工程项目。
2工作步骤、方法及内容
2.1工作步骤
研究过程按照评价、分析、确定改造方案三个步骤进行。
2.2工作方法
通过现场勘测、结构计算和数据分析，结合有关检测报告和养护资料等，对项目桥梁逐一分析论证，采用的方法主要包括：目测与仪器相结合、实地检测与内业资料相结合、结构检算与专家经验相结合、定性分析与定量分析相结合。
2.3工作内容
桥梁技术状况评价研究的内容主要有：结构承载能力评价、总体服务功能评价和外观病害评价。结构承载能力评价主要包括材料强度、变形，结构或局部构件的刚度、强度和稳定性等。结构承载能力评价不通过的，推荐采用加固或改建方案。总体服务功能评价主要包括荷载等级、路线线形、桥面宽度、过水断面等。对于结构承载能力评价不通过的，要提出改建方案，根据结构承载能力评价结论进行经济比选。外观病害评价，主要包括材料缺损、裂缝描述等。对所有检测出的.外观病害，提出相应维修方案。其中，病害调查简便、有效，是桥梁改造的关键环节，是桥梁技术状况评价和处置方案设计的基础。病害调查对技术人员的专业能力要求较高，除了基本的理论知识储备，还需要具备现场调查经验。
3改造方案
改建类项目一般与新设计桥梁类似，需要根据桥梁的地质、水文和路线等具体条件设计，本文暂不讨论。维修和加固类项目，根据历年危旧桥梁改造项目设计经验，特将使用次数较多、相对独立成体系的处置方案汇总如下：
3.1墩柱套箍
对墩柱环向裂缝和颈缩处采用现浇C30砼套箍处理[2]，厚度25cm。单独环向裂缝套箍高度为2m，施工时根据墩柱表层砼裂缝及缺陷情况可适当增加套箍高度。主要施工顺序为：围堰或排水、砼表层处理、植筋、安装钢筋网、现浇C30砼、养护。
3.2横隔板粘贴钢板
青岛地区尚有大量T梁桥通行使用，横隔板是T梁薄弱环节，破损现象较为普遍，常采用粘贴钢板进行维修处理。中隔板采用双面粘贴，终端隔板采用单面粘贴，钢板下缘距横隔板下缘50mm，施工前应现场检测原结构砼强度不应低于C20。其工艺为：
3.2.1砼表面处理首先对砼裂缝和表层缺陷进行修补，对松散浮渣、油污等采用钢刷除去，砼粘贴面凹凸不平的应采用磨光机整平，露出新鲜砼，并用压缩空气清除灰尘，使砼表面清洁。
3.2.2钻孔植筋根据螺栓安装位置在砼构件和钢板上钻孔，将螺栓植入砼结构中并清理砼表面。
3.2.3粘贴钢板在砼和钢板结合面分别涂刷一薄层环氧树脂胶液，然后在钢板上再涂刷一层厚1～3mm环氧树脂胶砂，中间厚、边缘薄，并将气泡挤出，对应钻孔位置将钢板贴在砼表面[3]。
3.2.4固定加压钢板粘贴后应立即旋紧螺帽进行加压，并用特制U型夹具加压，压力应保持在0.05～0.1MPa，使钢板边缝有少量胶液挤出为宜。3.2.5检验防护钢板粘贴加压后应保护24h以上，使胶体完全固化。检查并根据需要补救或重贴，保证钢板与砼之间结合密实，符合设计及规范要求后，对粘贴钢板的砼构件表面涂刷丙乳砂浆防护。
3.3上套拱加固
上套拱加固可从根本上改善旧拱桥的技术状况，特别是对一些有保留价值的多跨拱桥，在维持其外观造型的同时，能有效提高承载能力、增加耐久性。其施工顺序为：
3.3.1搭设拱架平整拱下场地并夯实，必要时可浇筑砼临时基础。确定主拱圈完好后，搭设拱架。拱架应采用拱盔等整体式支撑结构，如采用满堂支架类支撑，应作多组次多循环调节，避免局部杆件受力集中而破坏原主拱圈的整体稳定。
3.3.2墩台维修墩台裂缝采用压力注浆维修，以一定的压力将无收缩水泥基灌浆料注入墩台砌石裂缝腔内。
3.3.3拆除拱上结构桥面系采用小型机具从跨中向拱脚方向对称挖除；拱上侧墙采用人工拆除，从拱顶向拱脚方向、桥梁左右两侧同时进行；拱上填料采用人工从跨中向拱脚方向对称挖除，分层厚度不应超过50cm。拱上结构拆除时严禁使用强烈震动机具，及时清理废渣，同时应进行观测，如拱圈出现沉降、变形或者裂缝等现象，要及时停止施工并查明原因。
3.3.4拱圈维修用高压水枪将拱圈顶面和底面冲洗干净，拱圈顶面采用挤压式砂浆泵喷射环氧砂浆，拱圈底面进行聚合物水泥砂浆抹面。拱圈顶面应分段施工或间隔施工。每次喷射环氧砂浆厚度0.5～1cm为宜，分层间隔时间视施工季节而定，应保证前一层表面干燥时再进行下一层施工。3.3.5拱圈植筋植入筋在拱顶采用梅花型布置，纵横向间距为30cm。锚固部位拱圈砌石若有局部缺陷，应先进行修补或适当调整植筋位置。3.3.6套拱施工钢筋布置后，由两侧拱脚同时对称地向拱顶浇筑套拱砼[4]。保证整个浇筑过程对称、均衡。振捣砼过程要避免机具接触原石砌拱圈及侧向模板，保证原结构稳定性。3.3.7重做拱上结构待桥梁上部结构施工完成并达到设计要求后，需对拱架拆除。
3.4下套拱加固
使用下套拱工艺加固拱桥施工方便、适用性强，特别是施工期间对道路交通影响较小，因此应用范围较广。根据统计，青岛地区国省干线公路圬工拱桥约有260余座，占所有桥梁20%左右。除了个别五类危桥或改建类处置的旧桥，采用下套拱加固处理，能在有限资金约束的前提下有效改善旧拱桥的安全使用[5]。其施工顺序为：⑴在基础侧面2m范围内开挖，然后用高压水枪将拱圈表面和基础侧面冲洗干净。基底采用20cm厚碎石夯实，并用2cm厚水泥砂浆抹面。⑵采用高压喷注环氧砂浆修补拱圈裂缝。⑶拱圈植筋按梅花状分布，间距不大于30cm；基础植筋竖向均布三层，横桥向间距30cm。⑷加挂钢筋网，钢筋网间距15cm×15cm，并与植筋焊接固定。⑸采用支架法现浇C30砼。旧桥主拱圈底面浇筑C30砼30cm；基础安全高度处理，两侧顺桥向浇筑30cm。
4结语
总之，在公路危旧桥梁改造工作中，除了具备足够的理论知识储备，还需要重视业务经验积累。本文总结了青岛地区中小跨径桥梁改造成套处置方案，供行业内有关技术人员参考。
篇3：大跨径连续刚构桥施工控制方法工学论文
大跨径连续刚构桥施工控制方法工学论文
摘 要:论述连续刚构桥施工控制的必要性及主要内容,并对几种常用的施工控制方法进行了介绍。
关键词:连续刚构;施工控制;悬臂施工
Abstract:The elaboration continual rigid frame bridge construction control’s necessity and the main content, and introduction the several commonly used construction control method.
Key words:continual rigid frame;construction control;bracket construction
随着交通事业的不断发展,大跨径连续刚构桥的建设越来越多,据不完全统计,目前世界上已建或在建的主跨大于240 m的特大跨径连续刚构桥就有18座之多。然而连续刚构桥施工过程中的各种随机性因素(如材料的弹性模量、混凝土收缩徐变系数、结构自重、施工荷载、温度等),使得桥梁的实际状态偏离理想状态,为了确保大桥成桥后的状态满足设计要求,有必要对大跨径连续刚构桥进行施工监控。
1 桥梁施工控制的内容
桥梁施工控制就是在对桥梁结构进行施工仿真计算分析的基础上,通过现场测试,采集桥梁施工过程中各类数据信息。结合桥梁仿真分析计算,对采集的数据信息进行分析。尤其是对施工中各类结构响应数据(如变形、内力、应力)分析,运用现代控制理论对误差进行分析,并根据需要研究制定出精度控制和误差调整的具体措施,最后以施工控制指令的形式为桥梁的施工提供反馈信息。桥梁施工控制的主要内容有:①主梁线形控制;②箱梁控制断面应力监控;③稳定控制。
2 施工控制方法
在实际施工中,桥梁的.实际状态与理想状态总是存在着一定的误差,施工控制就是采用现代控制理论和方法去分析这些误差,并调整误差,使成桥线形和结构内力的最终状态符合设计要求,并且确保桥梁施工过程中的结构安全。大跨度桥梁施工控制采用的理论和方法主要有:参数识别与调整(最小二乘法)、Kalman滤波法和灰色理论法。
3.1 参数识别
参数识别就是分析结构的实际状态与理想状态的偏差,用误差分析理论来确定或识别引起这种偏差的主要设计参数的误差,经过设计参数误差的调整来控制桥梁结构的实际状态与理想状态之间的偏差,使结构的成桥状态与设计尽可能一致。参数识别在中国的桥梁施工控制中有着广泛的应用。其计算通常采用最小二乘法。相对于Kalman滤波法和灰色理论法,参数识别方法具有以下特点:
(1)参数识别方法将引起误差的因素完全归结于设计参数,认为引起结构状态偏差是由于设计参数的取值(如砼弹模、砼容重、预应力筋管道偏差系数、管道摩阻系数、砼收缩徐变系数等)与实际不符。忽略了施工定位误差、测量系统误差、温度影响误差等。由此可能导致所估计的参数并非实际值,而是包含了施工定位误差、测量系统误差、温度影响等的数值。
(2)参数识别一般采用最小二乘进行线形回归分析,其回归方程为:Y=θ+E。
式中:Y:误差向量;
:线性转化矩阵(即被估参数与挠度之间的线性关系矩阵);
θ:估计参数向量;
E:残差(包含量测误差、参数估计误差、系统误差)。
其中Y可由理论分析值与实际观测值相减求得,而矩阵m,n则需要根据结构力学计算求得,其物理意义为,单位θn变化m节点所产生的挠度Ym。在桥梁施工监控中,一般需要采集每一施工工况下各节段测点的挠度数据,从而使得矩阵m,n的计算显得尤为复杂,且随着数据的增加,矩阵m,n的规模也越大,采用常用桥梁分析软件根本无法计算,需要编制专用程序求得。
(3)最小二乘法的原理是求得一组参数θ,使得模型的输入输出数据之间关系拟合的最好,这就要求残差E最小,因而若数据被噪声污染的越厉害(如温度影响、施工误差等因素),参数估计的准确性也就越差。
(4)为了能够使得参数识别更加准确,这就要求数据有较好的规律性,且需要较多数据,因此在梁段数比较少时所得到的回归曲线的精度难以保证。
3.2 卡尔曼滤波法
卡尔曼滤波法的实质是从被噪声污染的信号中提取真实的信号,采用由状态方程和观测方程组成的线形随机系统的状态空间来描述滤波器,并利用状态方程的递推性,按线性无偏最小均方误差估计准则,采用一套递推算法对滤波器的状态变量作最佳估计,从而求得滤掉噪声后有用信号的最佳估计,即估计出系统的真实状态,然后用估计出来的状态变量,按确定的控制规律对系统进行控制。卡尔曼滤波法具有以下特点:
(1)卡尔曼滤波法将概率论和数理统计理论用于解释滤波估计问题,提出了新的线性递推方法,不需要储存过去数据,只需根据新数据和前一时刻估计量,借助状态转移方程,按照递推公式计算新的估计量,从而节约计算时间。
(2)卡尔曼滤波法进行递推的关键在建立状态转移方程,通过状态转移方程,使得误差估计具有一定的收敛性,特别当数据污染严重的情况下,估计量仍有一定的信服力。
(3)卡尔曼滤波法进行递推计算时,需要输入系统状态初始值,而初始值对计算结果有很大影响,若初始值取值不当,会使结果失真。
3.3 灰色系统理论
灰色系统可以看作是在一定时间内变化的随机过程,环境干扰将使系统行为特征量过分离散,为此灰色系统用灰色数生成对原始数据进行处理得到随机性弱化、规律性强化了的序列,在此基础上以灰色动态GM模型作为预测模型,并及时对模型进行滚动优化和反馈校正。灰色预测控制具有以下特点:
(1)灰色预测控制建模是可利用少数据建模,是一种实时控制。在处理方法上,灰色过程是通过原始数据的整理来找数的规律,是一种就数找数的现实规律的途径,而数理统计方法是按先验规律来处理问题,要求数据越多越好,越具规律性越好。
(2)灰色预测控制是后果控制,不需要追究引起状态变化的原因,不必处置复杂的随机过程,这使得控制大为简化。
(3)灰色系统理论是“瞬态建模”,每新增数据便生成新的模型,因而数据的取舍对于灰色系统至为关键,数据太多将降低模型预报精度,数据太少,模型将找不出数据间的规律。
(4)当数据污染严重时,灰色系统预测结果也同样有较大的偏差,数据估计的收敛性较差。
4 工程应用
在祁临高速仁义河特大桥施工监控中,采用参数识别进行误差分析,结果在不同施工阶段,所估计参数也不一样,且随着悬臂的逐渐加长,识别的参数差异性也就越大。这说明,悬臂越长,数据越容易被污染,因而估计的准确性也就越差。
同样,在晋济高速公路桥梁施工监控中,分别采用灰色系统理论和卡尔曼滤波法进行误差分析,在悬臂施工初期,由于主梁变形不大,二者差别不大,但进入长悬臂施工后,相对而言,卡尔曼滤波法预测值较小,数据曲线较为光滑平顺。
5 结束语
(1)大跨径连续刚构桥采用参数识别进行误差分析,计算繁琐,要求数据有较好的规律性。在实际监控工作中,对于设计参数引起的误差,应尽可能采用实际试验结果,在出现明显系统误差情况下进行参数识别。
(2)施工控制应采取多种方法进行综合分析。目前进行施工控制分析的方法有多种,但各种方法计算原理及侧重点有所不同,而影响误差的因素却很多,因此在施工控制中应结合以经验,综合考虑各种因素影响,结合多种方法进行误差分析,保证预测精度。
