尚云

（十堰市路緯交通勘察設(shè)計(jì)有限公司，湖北 十堰 442000）

0 引言

大型橋梁修建工程中，為了確保后續(xù)使用的穩(wěn)定性與安全性，會(huì)安裝特殊的裝備或者修建對應(yīng)的防護(hù)結(jié)構(gòu)，來增強(qiáng)大橋底部的穩(wěn)定程度，保證其承載力滿足交通需求[1]。部分部位的施工也會(huì)采用分散壓力的方式來達(dá)到預(yù)期的目的[2]。基于此，本文結(jié)合實(shí)際的施工情況，配合高新科技的輔助與支持，研究更加靈活的加固處理方式[3]，即為增大截面法橋梁加固處理技術(shù)。

增大截面法主要通過擴(kuò)展延伸建筑的承載面積，以獲取相應(yīng)的平衡條件，起到穩(wěn)定、安全的作用。不僅如此，增大截面法對于橋梁的加固工作還具有更為深遠(yuǎn)的影響，一定程度上可以簡化相關(guān)的施工環(huán)節(jié)，對于加固的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定也是十分嚴(yán)格，在面對復(fù)雜的施工情況時(shí)，也可以最大程度地降低對橋體的損壞，均衡荷載力，保證橋梁的使用壽命[4]。因此，通過增大截面法的施工，進(jìn)一步提升了橋梁加固處理的實(shí)際效果，對于相關(guān)的技術(shù)水平也得到了提升，有利于推動(dòng)橋梁施工技術(shù)邁入新的發(fā)展臺階。

1 增大截面法的應(yīng)用探析

1.1 設(shè)定邊界加固條件

對橋梁進(jìn)行初始設(shè)定與勘察，為了避免兩側(cè)的橋臺出現(xiàn)位移的情況，組成兩主拱腳的獨(dú)立單元固結(jié)結(jié)構(gòu)，計(jì)算出繞橫橋向轉(zhuǎn)動(dòng)的變化自由度，具體如公式（1）所示：

式中：Y為變化自由度；i為限制單元覆蓋次數(shù)；λ為材料自身密度。

通過上述計(jì)算，最終可以完成對變化自由度的核定，隨后，在自由度的約束范圍之內(nèi)，結(jié)合增大截面法，確定橋梁承載截面的實(shí)際荷載程度。考慮到車輛的移動(dòng)荷載，在預(yù)設(shè)的規(guī)定范圍之內(nèi)，進(jìn)行獨(dú)立壓力的施加，并且，按照每個(gè)輪重來對局部均布荷載實(shí)現(xiàn)特定的取值。在所取得的數(shù)值范圍值之內(nèi)，進(jìn)行邊界加固條件的設(shè)定，在截面中進(jìn)行最大彎矩的位置布置，并根據(jù)橋面的寬度，對拱洞的軸力進(jìn)行更加規(guī)范地控制?？梢栽跇?biāo)準(zhǔn)的荷載范圍之內(nèi)布設(shè)不同的車道，將大截面中所設(shè)定的對應(yīng)壓力進(jìn)行劃分，均衡橋面的受力區(qū)域，確保后續(xù)邊界加固工作的穩(wěn)定性。

1.2 拱板拱肋加固

拱板與拱肋是橋梁支撐中最為重要的組成部分之一，通常情況下，拱板與拱肋之間存在反向作用的關(guān)系，同時(shí)與側(cè)向拱橋中混凝土的包含層程度也具有一定的影響[5]?？梢栽诠澳_的下方新增混凝土，確保厚度在35mm 以上，在拱腳的下方同樣設(shè)立拱肋截面，與原拱肋處于水平垂直的狀態(tài)，將原拱肋右側(cè)外部的鑿毛消除，將關(guān)聯(lián)的鋼筋與混凝土剝落，綁扎到拱肋的正后方，此時(shí)，橋梁的主要承載點(diǎn)在主梁位置，采用多根鋼筋立模，并在承載均勻的狀態(tài)之下，澆筑C30混凝土，進(jìn)一步擴(kuò)大承載范圍，從而起到加固的作用。

在上述基礎(chǔ)之上，在拱腳前方設(shè)定拱座植筋，組成植筋內(nèi)部承載結(jié)構(gòu)，但是需要注意的是，選用植筋的埋設(shè)深度應(yīng)不小于12cm，完成埋設(shè)之后，還需要對主梁新增截面的鋼筋進(jìn)行焊接，這樣可以進(jìn)一步確保整座橋梁的穩(wěn)定性，增加主梁的預(yù)設(shè)加固面積，將主梁的壓力最大程度地分散至拱腳處，形成更加穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。

1.3 對拱圈承載強(qiáng)度及偏心距的計(jì)算

在完成對增大截面法下拱板拱肋的加固后，接下來，需要結(jié)合增大截面法對拱圈承載強(qiáng)度及偏心距進(jìn)行計(jì)算。首先，測定橋體的實(shí)際縱向承受力，并對受壓構(gòu)件的情況進(jìn)行觀察[6]。隨著偏心節(jié)點(diǎn)的變化，橋面的承載截面所具備的預(yù)應(yīng)力也會(huì)發(fā)生對應(yīng)的變化。所以，需要對縱向力對應(yīng)的偏心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行張拉，并計(jì)算出對應(yīng)的偏心距，具體如公式（2）所示：

式中：H為偏心距；κ為縱向偏移距離；?為張拉距離；Y為砌體通縫值。

通過上述計(jì)算，最終可以完成對偏心距的測定，根據(jù)偏心距，設(shè)定對應(yīng)的加固偏心范圍，隨著預(yù)應(yīng)力的變化，形成張拉區(qū)域，一旦橋體的截面出現(xiàn)水平裂縫，也可以通過開裂部分對截面進(jìn)行修補(bǔ)與加固，保持橋身的穩(wěn)定。在預(yù)應(yīng)力的變化范圍之內(nèi)，進(jìn)行拱圈承載強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的設(shè)定，具體如公式3所示：

式中：V為拱圈承載強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；ρ為應(yīng)變距離；μ為承載極限值。

通過上述計(jì)算，最終可以得出實(shí)際的拱圈承載強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。在標(biāo)準(zhǔn)值的范圍之內(nèi)，對橋梁的拱圈承載情況進(jìn)行調(diào)整，下移偏心距，增加截面的作用距離[7]。

1.4 有限元跨中撓度比較

在完成增大截面法對拱圈承載強(qiáng)度及偏心距的計(jì)算之后，采用有限元分析法對跨中撓度進(jìn)行比較，并完成橋梁加固處理。在橋體上選取兩個(gè)區(qū)域進(jìn)行承載力的檢測，將跨中的撓度誤差合理值設(shè)定為4.47%，在相同的環(huán)境之下，結(jié)合有限元對加固處理模式進(jìn)行分析，具體如圖1所示：

圖1 有限元跨中撓度測定流程圖

根據(jù)圖1，利用有限元對跨中撓度進(jìn)行測定。隨后，可以采用比對的方式，對不同區(qū)域中的承載能力進(jìn)行對比，如果承載力均等，且誤差在4.47%以下，表明其加固結(jié)果合理，反之如果誤差在4.47%以上，則需要重新加固[8]。

2 應(yīng)用實(shí)例分析

對實(shí)例橋梁的加固處理工程進(jìn)行探究與分析。為了確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，設(shè)定對應(yīng)的加固標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施加固，并完成分析驗(yàn)證。

2.1 實(shí)例橋梁加固工程現(xiàn)狀簡述

該橋梁是一座高速公路橋梁，位于我國阜新市清河門區(qū)，全橋總長度設(shè)定為350.56m，為13 孔凈跨徑20m 的雙向通車拱橋，橋面設(shè)置為7m 的雙向公路，近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人們生活水平的提高，車輛通行量逐漸增加，日常的通行給橋梁帶來了極大壓力，由于該橋是分離式結(jié)構(gòu)，上層結(jié)構(gòu)設(shè)定為等截面的立體懸鏈線石拱，主拱的矢跨比約為1/5，內(nèi)部的拱圈厚度均達(dá)到55cm。而下部則是由4.5m 的承載截面所構(gòu)成，增加整個(gè)橋梁的穩(wěn)定性。該橋梁的綜合荷載能力較強(qiáng)，可以同時(shí)承受大型貨車以及重型掛車通行。雖然承載能力較好，但是在超載運(yùn)輸以及外部因素的影響下，橋體仍然出現(xiàn)了較多裂隙，再加之線路交通量的不斷增大，橋梁超載問題變得更加嚴(yán)重，促使橋體損傷程度加大，不僅給正常的運(yùn)輸出行埋下了安全隱患，也加快了K橋梁的斷裂速度，縮短正常的使用壽命，使其不具備應(yīng)有的利用價(jià)值，因此，面對上述的現(xiàn)狀，需要采用有效的方法，對橋梁進(jìn)行對應(yīng)的加固處理。

2.2 增大截面法在橋梁加固中的應(yīng)用驗(yàn)證

經(jīng)過上述對實(shí)例橋梁加固工程現(xiàn)狀的簡述與分析，結(jié)合增大截面法以及實(shí)際施工加固的需求，進(jìn)行具體的應(yīng)用驗(yàn)證。在進(jìn)行應(yīng)用前，可以先根據(jù)加固的標(biāo)準(zhǔn)以及需求，設(shè)立相關(guān)的有限元處理模型，并對加固前后的效果進(jìn)行預(yù)設(shè)：

圖3 加固后結(jié)構(gòu)離散圖

根據(jù)圖2、3 所示，可以了解到在有限元模型的作用之下，加固后的效果。依據(jù)上述方案，相關(guān)的數(shù)值進(jìn)行測定，對加固截面進(jìn)行處理與設(shè)定，將主拱橫截面與側(cè)方拱洞作為組合承載截面，根據(jù)不同的橋體建設(shè)材料，對承載強(qiáng)度以及極限模量進(jìn)行計(jì)算，具體如公式（4）所示：

圖2 加固前結(jié)構(gòu)離散圖

式中：K為加固處理的承載強(qiáng)度；β為置換系數(shù)；g為極限承載值；?為存在最大誤差。

通過上述計(jì)算，最終可以得出實(shí)際的加固承載強(qiáng)度。結(jié)合得出的數(shù)值，繼續(xù)進(jìn)行橋梁固定極限模量的計(jì)算，具體如公式（5）所示：

式中：M為橋梁固定極限模量；? 為極限承載強(qiáng)度；φ為彈性變化比。

通過上述計(jì)算，最終可以得出實(shí)際的橋梁固定極限模量。根據(jù)得出的數(shù)值，結(jié)合增大截面法，對橋梁加固的承載面積作出處理。通常情況下，承載截面是與主拱所占的面積成正比，結(jié)合換算系數(shù)，調(diào)整對應(yīng)的彈性模量，選取相應(yīng)材質(zhì)的截面材料，將橋梁的砌體作為加固處理的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)層，利用混凝土壓桿將鋼筋固定在拱柱的外側(cè)，用混凝土包裹外側(cè)，形成外包層。結(jié)合橋體本身的應(yīng)力與撓度變化情況，繼續(xù)進(jìn)行相應(yīng)的測算與設(shè)定。在所設(shè)定的截面總面積中，加固前的截面主拱圈拱腳最大應(yīng)力范圍應(yīng)在5.27～7.59MPa之間，但在增大截面法加固處理之后，可以將截面的實(shí)際擴(kuò)展延伸至9.25～15.35MPa，一定程度上可以分散橋體自身的壓力，在加固后各截面的應(yīng)力也顯得更為均勻。隨后，在相同承載撓度的作用范圍之下，進(jìn)行加固強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)的具體設(shè)定，如表1所示：

表1 加固強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定表

根據(jù)表1 中的數(shù)據(jù)信息，最終可以完成對加固強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定?？梢钥闯?，在極限的狀態(tài)下，結(jié)合增大截面法，主拱圈的實(shí)際承載能力有了明顯地增強(qiáng)，同時(shí)，相對應(yīng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)抗力也發(fā)生了同樣的變化。

經(jīng)過上述的設(shè)定與計(jì)算，接下來，對該橋梁的外部軸力結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，與內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同，外部結(jié)構(gòu)通常也需要進(jìn)行對應(yīng)的物理加固，但是需要注意的是，由于內(nèi)部的承載截面發(fā)生了延伸與擴(kuò)展，所以，內(nèi)部的結(jié)構(gòu)要與其保持一致?？梢酝ㄟ^擴(kuò)大外部拱腳的截面與拱腳之間的空間，為加固工程構(gòu)建更加穩(wěn)定的處理環(huán)境。在這個(gè)范圍之內(nèi)，經(jīng)過測驗(yàn)，該橋梁外部結(jié)構(gòu)的損壞程度較深，所以，可以利用混凝土的石柱將外部的拱腳截面向上支撐0.55cm，使整個(gè)截面的高度發(fā)生變化，相對應(yīng)的最大正彎矩和最小負(fù)彎矩也明顯下降，使得橋體更加穩(wěn)固。完成以上的分析后，接下來，對此時(shí)橋梁的承載能力進(jìn)行測量與核定，在橋梁不同的位置進(jìn)行測試，具體如表2所示：

表2 測試結(jié)果分析驗(yàn)證表

根據(jù)表2 中的數(shù)據(jù)信息，最終可以完成對實(shí)例分析結(jié)果的驗(yàn)證：經(jīng)過測試，增大截面法下加固處理最終所得出的承載能力相對較高，表明其在實(shí)際應(yīng)用的過程中，誤差出現(xiàn)頻率較小，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié)語

以上是對增大截面法在橋梁加固處理中的應(yīng)用與研究。對比于傳統(tǒng)的加固處理方法，增大截面法在實(shí)際施工過程中存在的限制條件較少，并且加固效果明顯，后期檢測可以發(fā)現(xiàn)，加固后幾乎未出現(xiàn)裂痕，這在一定程度上也提升了橋梁的穩(wěn)定性與，滿足了施工的質(zhì)量需求，對橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性也有了一定的保證，值得推廣應(yīng)用。