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钢桥及钢-混组合结构桥梁加固

发布日期:2017-02-20 09:08:58 浏览量:1966

1  一般规定

 

1.2  考虑到钢梁结构长期积灰、油漆、安装荷载、焊接作用及其它桥上附属物的重量变化等影响难以实际测得,因此乘以永久作用放大系数1.05。当原桥缺少图纸时,须采用现场勘测的方式获得桥梁各构件的实际尺寸,并作为永久作用计算的依据。对于钢—混凝土组合梁由于其自重相对较大,因此不计入1.05的放大系数。

 

1.3  目前正处于新、旧钢桥设计规范的交替阶段,因此若按正常使用极限状态的容许应力法计算钢桥应力、变形和疲劳时,应取用各种荷载作用的标准值进行组合,即不考虑各种荷载作用的分项安全系数,其计算方法和控制指标仍须参照《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ 025-86)。如加固材料的弹性模量与原桥钢材的弹性模量相近,在弹性内力和应力分析时,可不作截面换算,但须考虑加固材料的对截面几何性质的影响。

若按承载能力极限状态计算钢桥截面承载力时,应取用各种作用效应的设计值进行组合,即考虑各种荷载作用的分项安全系数,须采用尚在编制中的《公路桥梁钢结构设计规范》中的计算方法和控制条件。

 

1.6  钢筋混凝土桥面板的裂缝宽度计算时,其钢筋应力可采用按换算截面弹性应力分析得到的混凝土桥面板中的上层纵向钢筋中的应力,亦可近似取为支点混凝土截面上两层纵向钢筋的平均应力。考虑到负弯矩区混凝土桥面板开裂将会引起钢梁锈蚀,故将其容许裂缝的限值定为0.15mm。必要时需增设体外预应力或粘贴碳纤维片材或钢板以减小或消除混凝土桥面板开裂的不利影响。

 

1.7  钢—混凝土组合梁桥中的混凝土桥面板本身应属钢筋混凝土或预应力混凝土结构。尽管桥面板在钢—混凝土组合梁桥中的作用极其重要,但由于其结构特点的相对独立性,仍可将其作为局部构件考虑,即按钢筋混凝土或预应力混凝土结构进行加固计算。

 

1.8  在钢桥加固中,对于旧牌号的钢材或非国标钢材应按本规范第4章中的方法确定的屈服强度除以钢材分项安全系数 。在确定钢材强度设计值时取用的钢材分项安全系数时,考虑到旧桥已存在疲劳损伤和桥梁荷载的动载特性,材料分项安全系数的取值宜比建筑《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)中取值1.111再大一些,故取用 。表1-1中的钢材容许应力值出自《公路桥涵钢结构继母结构设计规范》(JTJ 025-86)。

 

1.9  表1.9中钢材强度腐蚀环境降低系数参考《钢结构加固技术规范》(CECS 77:96),并结合《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)的表1.0.7中的环境分类确定。其目的是从结构耐久性角度考虑桥梁周边环境对钢材的不利影响,并对钢材的强度指标进行合理的折减。

 

2 加固方法

 

2.2  由于钢桥通常是带载加固,对于主体结构的主要受力构件,应尽量采用高强螺栓连接或粘结;对于非主体结构或次要构件可以采用焊接加固。这一规定的主要目的是尽量减小由于焊接工艺对原钢桥结构的损伤。目前铆接工艺已被淘汰,因此原桥结构中的铆钉失效应以高强螺栓替换。

 

2.4  采用体外预应力加固钢桥或混凝土组合梁桥时,对于减小负弯矩区的应力、减小或闭合其裂缝宽度及提高截面承载能力是有明显意义的。但其对桥梁刚度的贡献不大,也就是说对减小活载作用下的变形意义不大。对于永久荷载作用下变形较大的桥梁,采用体外预应力方法可以有效地减小结构的长期变形,改善其使用性能。

 

2.6  疲劳是钢桥加固中必须面对的问题,必须予以足够的重视。当发现钢板出现应力集中、疲劳、损伤特征时,必须采取止缝、局部切割换板、局部敷设钢板或碳纤维复合材料以及更换个别构件等技术措施。

 

3  钢桥加固计算

 

3.1  按容许应力法计算加固钢桥的截面强度时,若采用粘贴碳纤维复合材料或钢板作为加固材料,应将其按弹性模量的比例换算为同一材料后再按容许应力法计算。由于钢桥自重较轻,在弹性计算时可不考虑加固材料的应力滞后问题。当加固用的钢板和碳纤维复合材料的强度不小于原钢桥材料的强度,可不必验算加固材料的应力(强度)。

表3.1考虑了现行《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)与原(JTJ 021-89)在荷载组合上的差异。在此,第一行的标准值组合是指现行(JTG D60-2004)第4.1.8条中只含自重、恒载、汽车荷载、冲击和人群作用的标准值组合,相当于原规范组合Ⅰ;第二行的标准值组合相当于现行规范中在上述自重、恒载和汽车(含冲击)与人群作用基础上,考虑制动力、温度等其它可变作用,相当于原规范(JTJ 021-89)中的组合Ⅲ和组合Ⅳ。现行(JTG D60-2004)中的偶然组合与原规范(JTJ 021-89)基本一致,仅增加了一项汽车撞击作用。原规范(JTJ 021-89)中的组合Ⅱ是针对挂车荷载的组合,现已取消。

 

3.2  以压为主的构件,还应验算构件的整体稳定性。稳定验算中须考虑加固材料的影响。

 

3.3  疲劳强度验算时,可根据桥梁实际行车情况,选用实际经常发生的荷载组合中的车辆荷载(或疲劳车)进行计算。对只承受压力的构件和临时性结构物的构件,可不验算疲劳强度。在疲劳验算中采用的净截面几何性质Aj和Wj中应扣除原桥铆钉孔和螺栓孔的影响,同时可考虑加固材料对截面几何参数的有利影响。

 

3.4  高强螺栓的容许承载力与《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ 025-86)中的容许应力法相对应。各承载力公式中的系数0.6相当于容许应力法的安全系数1.7的倒数。1.25为承受剪力和拉力共同作用时对拉力 的附加安全系数。

 

3.5  目前对钢桥进行承载能力极限状态的计算上缺少成熟的方法。这一问题预计在新编《公路桥梁钢结构设计规范》中加以解决。在新规范出台之前可按塑性理论计算。

 

4  钢—混凝土组合梁桥加固计算

 

4.1、4.5 当采用体外索加固钢—混凝土组合梁时,在承载能力极限状态下,可将第8章中的计算图式和方法。计算中须考虑梁体材料的差异,可取体外预应力水平近的极限抗力为,其中 为体外预应力钢筋(束)的截面面积; 为体外预应力筋(束)的极限应力设计值,在无试验值的情况下可近似取为0.85倍的体外预应力筋(束)的强度设计值,即。

在正常使用极限状态下,截面应力和变形验算时采用全钢截面的几何性质,按弹性理论计算。无需考虑预应力损失计算中的弹性压缩问题。对于负弯矩区仍需验算混凝土桥面板的抗裂性。截面的应力可采用容许应力法控制。

 

4.2  当采用增设钢板或碳纤维复合材料对桥梁结构进行加固时,要求卸载的目的是为更好地发挥加固用碳纤维复合材料或加固钢板材料的强度。如果桥梁卸载确有困难,在加固截面的应力计算中须考虑分阶段受力问题。

 

4.3  密实型截面是钢结构按塑性理论计算的前提,对于不满足密实截面的钢结构,在构件达到塑性状态之前,将首先出现局部失稳破坏,进而可导致整体失稳的提前发生。

 

4.4、4.6  钢-混凝土组合梁桥的翼缘板计算宽度及连接件的计算方法及构造要求应参照公路桥梁钢结构设计规范的有关规定计算。

 

5  构造要求

 

5.1  加大截面法主要用于加固桁架体系的桥梁构件。采用型钢或板材对原钢桥的主要杆件进行加固,以增加原桥杆件的承载能力。图5.1-1~图5.1-5中的阴影部分或加重部分表示杆件截面新增加的面积。

选择加大截面法加固时,首先应判断被加固杆件的受力特点和截面的薄弱位置,最有效地发挥加固材料的最用,以增加截面的抗力。对于不同受力特点的杆件其加固材料的布置方式有所不同。对于受拉杆件,加固材料应尽量靠近截面中心集中布置;对于轴心受压构件,应将加固材料尽量对称于重心布置并放在截面的外侧,以增加截面惯性矩以减小构件的长细比,进而增加构件抵抗失稳的能力;对于偏心受力杆件,加固材料应在弯矩作用平面内尽量布置在原杆件的边缘,以增加截面的惯性矩,进而增加截面的抗弯和抗失稳能力。对于受弯杆件,加固材料应尽量布置在截面的受拉和受压边缘,以增加截面的惯性矩进而增加其抗弯能力。加固后的截面重心应与原截面重心尽量重合,若有较大的偏心存在,须在结构计算和截面验算时予以考虑。加固后的结构在正常情况下不应该改变原结构的传力途径。在特殊情况下也可以通过改变传力途径来增加结构的承载能力。

在钢结构带载进行加固补强中时,对于结构的主要受力杆件应尽量避免采用焊接工艺。如果必须采用焊接时,应尽可能减少焊接工作量及注意合理的焊接顺序,以降低焊接变形和焊接应力,并竭力避免仰焊,确保焊接质量。当采用粘结或高强螺栓连接时,对原结构的损伤将会明显减小。

采用焊接连接时,应尽量避免采用与原有构件应力方向垂直的焊缝。如做不到这点,应采取专门的技术措施和施焊工艺,以确保结构施工的安全

 

5.2

2  采用加劲杆、体外预应力拉杆、支撑杆等临时措施加固钢板梁时,对结构的承载力尤其是刚度的提高是有限的。在此情况下,应做好加固杆件与原钢板梁的连接(锚固)点构造。连接(锚固)点的位置应设在钢板梁受力较小且有利于加固作用的区域,可采用钢构件焊接或粘接的方式连接。

3  将下承式桥梁加固成钢—混凝土组合梁时,可大幅度提高原钢桥结构的刚度和承载能力,但将涉及桥面标高、桥面系和桥头引道等一系列问题,需综合考虑决定。加固中采用的混凝土桥面板机连接件的构造和设计方法与钢—混凝土组合梁一样,可参照选用。

 

5.3

1、2  当采用增加杆件截面、改变桁梁体系、施加体外预应力或改变结构静力图式等方法加固既有钢桁梁桥时,需根据加固后的实际结构重新进行内力分析。分析中可通过调整杆件的位置、刚度来调整结构体系的内力分布,以达到提高桥梁结构承载力的目的。

3  采用体外预应力加固钢桁梁桥时,可以充分利用原桥的结构材料,较明显地提高原桥承载力,但必须做好锚固构造。此时,结构的承载力仍由原桥的每根杆件的承载力决定,每杆件分担的内力则由于体外预应力而发生变化。

5、6  对于工字钢梁或钢箱梁实施加固时,若原桥的铆接连接已损坏,宜采用高强螺栓取代之。在用高强螺栓更换铆钉时,沿横桥及纵桥方向宜分批、次更换。



文章来源: 永年加固公司
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