理论教育 桥梁承载能力不足的施工与加固改造技术

桥梁承载能力不足的施工与加固改造技术

时间:2023-09-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:但是随着我国交通事业的发展,相当一部分老桥面临着荷载等级偏低、承载能力不足的状况,导致病害日益严重,成为危桥。侧墙与拱圈脱离,竖向开裂,成为危桥,封闭了交通。施工原因导致的桥梁承载能力不足,主要表现在以下几个方面。桥梁作为一种结构物,经常会因遇到各种各样的意外灾害而受到损坏,承载能力下降,如地震、火灾、冲撞事故等。

桥梁承载能力不足的施工与加固改造技术

造成桥梁承载能力不足的原因多种多样,归纳起来有以下几个方面。

1.桥梁设计荷载偏低

(1)历史的局限性。

在我国交通事业的发展过程中,大量的桥梁是在当时的经济环境下建设的,它们已无法满足当今国民经济快速发展的需求。当年在修建的时候,对于仅作为人行桥或供马车使用的古代和近代的桥梁,未做任何改造就加以利用,尽管这些桥梁大都有一定的潜力可挖,能够适应当时荷载等级要求不高、行车密度较小的交通状况。但是随着我国交通事业的发展,相当一部分老桥面临着荷载等级偏低、承载能力不足的状况,导致病害日益严重,成为危桥。

到目前为止,在我国各地的一些交通干道上,过去按照“古为今用”方针建设的桥梁,尚有一定的数量,还有一些桥梁是按1972年前颁布的标准设计的。目前,随着国民经济发展,车辆荷载等级不断提高,重车、超重车不断增多,旧桥显然已力不从心。这是国内外交通发展所面临的一个亟待解决的问题。

(2)设计规范不完善。

过去桥梁结构设计,一般采用容许应力法,容许应力[σ]的计算公式为

式(2-4)中,R为材料的强度值;K为设计安全系数

经计算、分析发现,设计安全系数为2时,对应的强度为50%,实际上是假象。因为当风荷载增加20%时,虽然材料的抗压强度能满足设计要求,但是抗拉强度却不能满足要求。这就是传统的设计中存在的问题,没有考虑材料性能、构件尺寸,被确定的几何量或物理量掩盖了。

(3)公路桥梁设计荷载的演变。

随着交通运输事业的发展,设计荷载等级逐渐增大。但是,按过去的荷载标准设计的桥梁,显然不能适应交通运输日益发展的需要,因此,难免发生这样那样的病害。

2.设计原因

设计上存在的问题,主要有结构不合理、计算错误、施工图不完善等。

(1)结构不合理。

桥梁设计方案的选择,是由当地的水文地质条件、施工技术和方法、经济指标和使用要求等诸多因素所决定的。桥梁设计方案中涉及采用的结构形式,如桥梁结构形式、构件的施工方式、桥梁截面形式,还有桥梁跨径的划分或墩高的处理等,如果这些结构选择或布局不合理,都会使桥梁在运营过程中出现这样那样的缺陷。

(2)计算错误。

在桥梁设计计算中,计算错误等可能给桥梁带来先天不足的问题。例如,在对预应力混凝土构件的二次应力、干燥收缩、徐变、拱桥卸载问题等进行计算时,设计人员的技术水平不高、经验不足、错误套用规范,或对特殊部位的处理不当,都会给桥梁日后运营埋下隐患。(www.daowen.com)

(3)施工图不完善。

施工图不完善,主要表现在一些结构的细致部位。例如,钢筋的接头、钢筋布置等细节标注得不清楚,使得在施工中出现把接头安置在弯矩最大处的不正确做法;支座钢筋预埋深度不足等,这些都会成为导致桥梁日后发生缺陷的因素。

3.施工原因

施工是设计的实现过程,设计正确与否、是否完善,在施工中都会得到检验。同时,施工的质量优劣,也将影响桥梁的整体性能。在桥梁建设中,尽管设计正确,但施工方法不当,施工质量控制不严,施工过程中遇到一些非预见性灾害(如洪水地震等)等,常常导致桥梁承载能力降低,不能达到设计的预期目的。

重庆市游渡河大桥,位于江津区蔡家镇与中山古镇交界处,是通往贵州干道的必经之处。该桥全长151 m,桥面净宽7m;左右两岸边孔为跨度9 m的圆弧线实腹式石板拱引桥,主跨为1孔跨度100 m的石砌拱桥,是拱轴线为悬链线、截面为变截面的空腹式双肋单波双曲拱;设计荷载为汽-15、挂-80。该桥于1972年7月动工修建,1973年12月建成通车。

在施工过程中,主拱圈最后两轮砌体尚未完成时,天降暴雨山洪突发,拱架被汹涌而来的洪水冲垮,拱圈受到剧烈振动,拱顶处骤降14 cm(因拱架构造上处理不当,引起变形过大,使拱顶下沉22 cm),从而导致两拱脚区段拱肋下缘产生了局部的纵向细小裂纹。待大桥完工后,拱顶的下沉值已达到56.9 cm,致使该桥受到一定程度的损伤。验收结论是:基本合格,初步验收,交付使用,继续观测。随着时间的推移,病害加重,拱脚区段拱肋下缘的裂纹不断增多、增宽、增深、增长,不得不于1977年起,限制通行车辆重量不得超过15 t。

广东的三多七桥,为4孔跨度25.85 m的无筋双曲拱桥,设计荷载为汽-13、拖-60,由于对施工质量控制不严,施工时拱肋的拱顶部位就出现裂缝,因而通车后在活荷载作用下,裂缝不断扩展,缝宽由原来的0.5 mm发展到2~5 mm,深度几乎贯通整个拱圈厚度。侧墙与拱圈脱离,竖向开裂,成为危桥,封闭了交通。

施工原因导致的桥梁承载能力不足,主要表现在以下几个方面。

(1)材料质量问题。在施工中所使用的混凝土、钢筋、预应力筋和砂砾等材料,质量达不到规范要求,是导致桥梁结构产生各种质量缺陷的内在因素。

(2)施工质量问题。在公路桥梁施工过程中,由于工种多、工序多,加之现场施工时每位施工人员往往要承担多个职位的工作,如钢筋工、起重工、架子工和混凝土工等,稍有疏忽,就会出错,导致结构出现缺陷。

(3)施工中的质量事故。施工方法不当、施工质量控制不严,或者在施工过程中遇到非预见性的灾害等,常常影响到工程质量,导致桥梁的承载能力下降,达不到设计的预期目标。

4.外界因素

车流量加大、重车增多,交通碰撞事故,地震、洪水的破坏,环境恶劣,化学腐蚀,周边出现不均匀沉降等,都会使桥梁发生损坏。

桥梁作为一种结构物,经常会因遇到各种各样的意外灾害而受到损坏,承载能力下降,如地震、火灾、冲撞事故等。例如,南渡桥是单孔净跨40 m的飞鸟式双曲拱桥,原桥为净-7+2×0.8 m,拱圈由8个整体浇筑的飞鸟式拱波组成。拱轴系数m=2.814,矢跨比f/L=1/8。该桥1970年建成后受到两次地震破坏,腹拱损坏严重,主拱、腹拱脚均有裂缝出现,横隔梁严重开裂,被确定为危桥。南渡桥原设计荷载为汽-13、拖-60,经计算未达到此标准,加之震害严重,两次地震后,通过荷载试验,确定该桥承载能力大大降低,荷载等级仅达到了汽-10标准。

随着国民经济的发展,交通量日益增加,不少之前建成的桥的承载能力已不能满足当今的交通需要,这是我国现有桥梁面临的主要问题之一。

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