钢梁加固和限界改善
钢梁加固和限界改善(strengtheningandclearanceimprovementofsteelbridge)根据桥梁检定的结果,对承载能力和限界不能保证列车安全的钢梁所采取的加固和改善措施。
加固原则经过检定,钢梁承载能力不能满足标准活载的要求时,应进行加固,特别是不能满足现行的活载要求时,要立即加固。加固方案应具有不影响或少影响行车、技术可靠、经济合理和施工简便等特点。在结构分析中应特别注意新旧构件或部件间的共同作用,在构造上应处理好新旧部件的连接,要考虑所采取的加固方案对全桥的影响,不能因加固不当而造成新的隐患。加固钢梁最好在消除被加固杆件中的恒载应力后进行。这样可使新旧钢料承受相同应力,使加固钢料充分发挥作用。若在结构不卸载时进行加固,则新旧钢料共同承担活载,原结构承担全部恒载。另外也要考虑实际荷载偏心、结构变形、局部损伤或缺陷对结构的不利影响。利用旧钢料加固钢梁,若被加固的结构及所用旧钢料的材料性能和强度无资料时,应通过实测、试验评定材料强度等级。
加固技术①增大截面。通过增大构件(及其连接)的截面积,以达到加固补强的目的。它既可以提高构件及其连接的承载能力,也可增加结构的刚度并适当改善桥梁的使用性能。②改善结构体系。当主梁结构基本完好,其承载能力不能满足要求或需要提高活载等级时,可采用增设辅助构件以改善结构静力体系。③外加预应力。通常是与改变结构体系结合起来使用的,通过预应力拉杆对钢实腹板梁下缘产生偏心预压力,或采用改变主桁体系、增设预应力拉杆加固钢桁梁,使结构内力进行重新分配,承载能力得以提高。
加固方案
局部加固仅对某些检定承载系数K<1,特别是K<Q(活载系数)的杆件和连接处进行加固。检定承载系数K及活载系数,参见桥梁检定。目的是使各杆件或连接的承载能力较为均衡,从而收到投资不大而能提高承载能力的效果。①钢梁局部杆件薄弱。可在这些杆件上增加部分新的钢料来加固。使用电焊加固桥梁,操作方便,但须注意:要确认钢的可焊性并使用适合的焊条和良好的焊接工艺及构造细节才可采用。否则造成焊接应力集中,使钢材变脆,产生裂纹。在旧梁中,对板梁和桥面系纵横梁的加固,常采用增加主梁上下翼缘的断面,增加其承受挠曲的能力;加固腹板,增加其承受剪切的能力。用加添上盖板进行加固纵梁时,必须在封锁线路拆除桥面后进行,所以对旧梁盖板的加固多采用增添角钢的方法来加大翼缘面积。加固旧桁梁的杆件时,应将新加钢料尽可能对称设置并靠近杆件的中心线。加固受压杆件时,还可以增加补充杆以减少斜杆或立柱的自由长度。②连接处或接点的加固。一般用补充拼接钢板,增加拼接铆钉(或高强度螺栓),将单剪受力铆钉改为双剪受力铆钉,或改用较大直径铆钉的方法。③稳定性加固。经过检算,受压翼缘或腹板稳定性等级不足,应进行加固。④铆钉加固。翼缘铆钉强度不足时,采用增加铆钉缩小钉距等方法加固,无法增大时,可改用大直径铆钉。
全面加固一般采用的方法有:①增加主梁数目。如将只有两片主梁的钢梁改为3片或4片主梁,以分担荷载提高桥梁承载能力。这种方法的优点是只需改装主梁间的联结系。②改变主梁结构形式。如增加第三弦使简单体系的梁改为联合系梁。③变简支梁为连续梁。一种是增设中间桥墩,变原简支梁为连续梁;另一种形式是将两孔或多孔简支梁改成连续梁。④预应力加固钢梁。可用高强度钢缆在张拉状态固定于主梁下翼缘上,使主梁结构产生与活载所引起的应力符号相反的应力。⑤改成钢筋混凝土桥面的结合梁。
对于连续梁还可以采取邻孔加载、调整支座上支承反力等办法来调整应力。
限界改善钢梁限界不足的改善,需根据钢梁结构形式和侵入限界的具体情况而定。
下承式板梁限界的改善①将主梁降低,相对地把桥面系抬高。这种方法主要是保持原来的桥面系不动,把侵入限界的主梁降低到规定限界以外。由于主梁降低,钢梁有关联结需要改造,墩台顶部应凿除一部分,并重新建造支承垫石。或钢梁侵入限界不严重,主梁降低不多时,则可用加厚桥枕和将桥头线路起道顺坡的办法来改善。若桥下净空不允许降低,仍欲使用此法则只有经过抬道抬桥后,再将主梁落到原墩台顶面。②将横梁接长以放宽主梁。横梁接长后,必须更换主梁的纵向联结系和制动联结系,必要时还要加宽墩台,重新建造支承垫石。横梁本身接长有两种方法,一种是在横梁端部接长,只变动横梁与主梁联结部分,另一种是横梁跨中接长(牵动桥面,不如端部接长简单)。总之,用接长横梁以改善限界的方法,施工较复杂,非不得已时不采用。
桁梁限界的改善(下承式桁梁限界的改善与下承式板梁限界的改善相似)穿式桁梁侵入限界在高度方面与宽度方面都有可能。由于宽度不足而需改善限界时,一般都是接长横梁,并相应地变动联结系各杆件,与上面所述类似。由于高度不足而改善限界的基本方法有五种:①将下承式桁梁改为半穿式桁梁。②将主桁架落低,桁梁由下承式改为半穿式,同时相应改变横向联结系。③升高主梁而保持桥面系的原来高程不变。④升高桥门架和横向联结系,接高立柱并做假上弦。⑤将桥门架和横向联结系改成拱形,让出允许的限界高度。