基于检测评估结果的大连疏港东桥加固方案研究

毕琛

大连市市政设计研究院有限责任公司 辽宁大连 116000

1 旧桥基本参数

支线20+20+21+20m 箱梁为钢筋混凝土连续箱梁， 梁高1.20m。箱梁跨中位置中腹板厚0.30m，边腹板厚0.40m，支点位置中腹板厚0.30m，边腹板加厚至0.60m，箱梁顶板厚0.20m，底板厚0.15m。箱梁采用一次落架施工方法。

根据前文所述的检测结果，大连疏港东桥普遍出现了损坏、承载能力下降的情况，因此有必要加强对现有桥梁结构承载能力提升方面的研究，有计划地将现有的桥梁进行维修加固，从而延长桥梁使用寿命。

对于大连疏港东桥中通常采用的简支箱梁、连续箱梁，一般可以采用外部粘钢加固法、增大截面积加固法、粘贴碳纤维布加固法三种方法进行加固[1]。

2 粘贴碳纤维布法

自从上个世纪末期外部粘钢加固法在桥梁结构加固领域广泛运用以后，研究人员开始用碳纤维布等纤维增强复合材料来代替钢材。

粘贴碳纤维布加固桥梁的方法，是利用特制的混凝土结构胶把碳纤维布粘贴到混凝土表面（在钢筋混凝土桥梁中通常是下表面受拉区），这样就可以充分发挥碳纤维布的高弹性模量和高抗拉强度，实现对旧桥承载能力提升的目的。

2.1 优缺点分析

由于包括碳纤维布在内的纤维复合材料可以取代钢板的效果，桥梁加固技术因此有了很大的变化。碳纤维的性能和特性既可以保持各种原材料组分的特点，又有组合以后的新的材料特性，其中微细碳纤维成分起到加劲增强的作用，而其中的树脂成分可以粘合碳纤维。该材料强度高（碳纤维抗拉强度高达3000MPa，远高于钢筋）、质量轻（仅为钢材1/4-1/5）、耐腐蚀，疲劳性能好，且通过计算分析将使用量控制在一定范围内时造价相对较低，目前已成熟地运用在桥梁工程加固的领域中。

但是该材料也存在不足，主要表现为：

①抗剪强度较低；

②耐火性能不足；

③在实际工程应用中，还需要注意防止碳纤维布的剥落破坏。

作为几种加固方法中相对较新的方法，有研究者对其进行了一些试验研究与实体有限元模拟，均取得了很好的效果[2]。

2.2 分析与讨论

从有限元分析结果来看，粘贴碳纤维布加固法对主梁承载能力和刚度的提升具有显著效果。

对于主梁的使用阶段裂缝宽度这一主要分析指标，当在箱梁底面粘贴1 层6mm 厚的碳纤维布时，出现在边跨跨中主梁位置的最大裂缝宽度从加固前的0.60mm 减小至0.22mm，减小64.00%；当用来加固的碳纤维布增加到2 层时，出现在边跨跨中主梁位置的最大裂缝宽度从加固前的0.60mm 减小至0.17mm，减小71.20%；当粘贴碳纤维布层数为3 层时，出现在边跨跨中主梁位置的最大裂缝宽度从加固前的0.60mm 减小至0.12mm，减小80.8%。

从挠度角度来看，当加载程度达到1500kN 时，主梁跨中最大下挠量从原桥的3.45mm依次下降到2.70mm（粘贴1层碳纤维布），2.47mm（粘贴2 层碳纤维布）和2.30（粘贴3 层碳纤维布）。

从应力方面来看，主梁截面下缘最大拉应力从加固前的2.01MPa 分 别 下 降 到 粘 贴1 层 时 的1.52MPa， 粘 贴2 层 时 的1.25MPa，粘贴3 层时的1.06MPa。

综上，从使用阶段裂缝宽度和最大挠度值两方面来看，粘贴碳纤维布加固措施不仅可能够提升桥梁的使用性能，也可以改善连续梁的抵抗变形能力。粘贴多层碳纤维布的加固效果好于仅粘贴1 层碳纤维布，但性能的提升与碳纤维布层数不呈线性关系，在实际应用时并不是粘贴层数越多越好，而需要根据实际工程计算确定。根据计算结果，对于本桥这样的结构承载能力下降不大的旧桥来说，粘贴1 层6mm 的碳纤维布就足以满足加固要求。

纵观前文详细分析的混凝土梁加固方法，并查找了相关研究中的其他梁桥加固方法。

（1）施加体外预应力简支变连续法和增大截面法都适用于抗弯能力明显不足或主梁挠度过大的桥梁。

（2）外部粘钢法适用于主梁斜截面抗剪性能不足的桥梁。

（3）粘贴纤维材料方法适用于小幅度提高桥梁承载能力，提高结构刚度的桥梁。

（4）更换主梁法加固法适用于单个主梁（板）出现严重病害，但其他主梁良好的桥梁结构。

（5）增强横梁、增设横向预应力、加强桥面横向联系适用于梁（板）横向联系不足的桥梁。

（6）耐久性加固法适用于预制预应力混凝土箱梁（板）自底面沿纵向预应力钢束位置开裂的桥梁。

本文关注的大连疏港东桥全部为钢筋混凝土梁桥，根据前文的桥梁状况结果与分析结论，大连疏港东桥全线基本满足承载能力要求，但主梁结构出现了裂缝。

其中本章算例中的支II 线20+20+21+20m 连续梁结构整体刚度基本满足要求，承载能力满足汽- 超20 级荷载标准。该连续梁承载能力检算系数为0.98，接近于1；混凝土结构截面折减系数为0.97；钢筋截面折减系数为1。从这方面看与原结构相比并无很大程度的恶化，但是考虑到其技术状况评定结果为5 类，且上部结构出现了大量裂缝，说明桥梁当前的实际运营情况仍然不够理想，急需采取切实有效的措施来实现提载加固[3]。

目前使用状态并不好，耐久性方面表现较差，需要尽快对大桥进行提载加固。

根据各种加固方法的对比，梁桥在需要小幅度提高桥梁承载能力，提高结构刚度时选用粘贴纤维材料法加固更加具有优势。粘贴纤维材料法加固对于改善上部结构裂缝也具有显著的作用。

3 结语

综合使用效果分析结果，并结合大连疏港东桥的上部结构主要病害为构件破损、截面削弱导致承载能力稍有下降并影响外观这一实际状况与现实需求，本文中的大连疏港东桥可选用粘贴碳纤维布法进行加固。