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鋼架用于橋梁加固的探索與研究

文檔作者：張利偉張慧文檔來源：河南大學土木建筑學院		點擊數：	更新時間： 2021年06月03日
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·818·
建 筑 技 術
Architecture Technology
第41卷第9期2010年9月
Vo1．41 No．9 Sept．2010
鋼架用于橋梁加固的探索與研究
張利偉，張慧
(河南大學土木建筑學院，河南大學鋼與空間結構研究所，475004，河南開封)
摘要：以三等跨簡支平臺橋梁加固為例，提出鋼結構拱形桁架的橋梁加固改造方法。通過有限元結構分析
軟件，分析鋼結構在各種工況組合下結構的受力性能，保證了結構的安全可靠，滿足了拱形鋼架的強度、剛度和
整體穩(wěn)定要求，合理控制了鋼架變形，滿足了工程實際需要。
關鍵詞：橋梁加固；鋼架結構；加固技術 -
中圖分類號：TU 746．3 文獻標識碼：B 文章編號：1000-4726(2010)09—0818—03
EXPLoRATIoN AND RESEARCH oN APPLICA．】[’IoN oF STEEL FR ME
FoR BRⅢ GE STRENGTHEN G
ZHANG Li—weI．ZHANG Hui
(Department of Civil Engineering and Architecture，Steel and Space Structure Research Institute，
He"nan university， 475004，Kaifeng，He'nan ，China)
Abstract： Strengthening of trisected simply-supported platform bridge is taken as an example to give out
the strengthening and rebuilding methods for bridge with steel structure arch truss．Finite element structural
analysis software is used to an alyze the force bearing perform ance of steel structure under various service
conditions， SO as to guarantee the safety and reliability of steel structure， to satisfy the requirements for
strength，rigidity and integral stability of arch steel frame，to reasonably control the deform ation of steel frame
and to meet the practical engineering requirements．
Key words：bridge strengthening；steel fram e structure；strengthening technique
20世紀80年代以前建造的部分橋梁，設計荷載普
遍較低，服務年限已超過30年，隨著公路運輸快速發(fā)
展，重載車輛日趨普遍，許多干線橋梁因通行寬度不
足、承載能力低，成為影響交通的瓶頸。其次，由于歷史
原因，早期建造的橋梁，鋼筋混凝土材料強度偏低，且
鋼筋含量普遍偏少，以致安全儲備低，經多年超負荷使
用，病害尤為嚴重。如何對橋梁進行加固改造，以保障
交通基礎設施可持續(xù)發(fā)展十分重要。本文通過工程改
造實例探討一種采用鋼結構拱形桁架的橋梁加固改造
方法，該法具有經濟、美觀、施工周期短等優(yōu)點。
圖1 橋梁立面不意
該橋梁年久失修，橋面損壞嚴重，由于影響了橋梁
正常使用等各種功能，迫切需要加固改造，以提高結構
整體承載力，增大橋面通行寬度，合理利用原橋梁結構
基礎、橋墩和橋臺等主要完好承重部件，在原承重結構
基礎上進行結構加固與改造，使新結構與原結構有效
配合，共同作用。
1 工程概況 2 加固改造方案選擇
某橋梁原結構設計方案屬常見的梁式橋中的簡支
板橋梁，路面鋪設在5根T形次梁上，T形梁通過主梁把
荷載傳給下部結構。主梁、次梁、橋墩和橋臺支撐形成
了一個完整的幾何不變且具有一定剛度的結構。該橋
縱向長度為39m，由3跨組成，橋面寬8．5m，結構立面圖
見圖1。
收稿日期：2010—05—08
基金項目：河南大學自然科學基金重點項目(04ZDZR003)
作者簡介：張利偉(1984一)，男，河南嵩縣人，碩士研究生，e—mail：zlw
126@163．coln．
2．1 改變結構體系法
通過變簡支梁為連續(xù)梁，變簡支梁為撐架、剛架
梁，變懸臂梁為連續(xù)梁等，降低控制彎矩；或采用體外
預應力，實現外力減荷；也可增強橫向聯(lián)系而改變橫向
分配系數，降低控制內力，實現內力調節(jié)。該法的不足
在于改造工作量較大，施工工期長，且不經濟。
2．2 增大構件橫截面法
該技術是在原結構基礎上再澆筑一定厚度的鋼筋
混凝土，用以提高抗彎剛度，是一種常用的技術。但此
方案會大大增加結構自重，且存在改造量大、施工周期
2010年9月 張利偉，等：鋼架用于橋梁加固的探索與研究 ·8l9·
長的缺點。
2．3 粘貼加固法
采用高分子粘合材料將鋼板(筋)或碳纖維布等高
強材料粘貼在需加固構件表面，通過新增的高強材料
承擔增加的通行活荷載。此法在當地技術、經濟條件下
難度較大．施工質量很難保證。
2．4 采用鋼結構拱形桁架加固法
該加固改造方案如下。
(1)在原結構兩側設置2榀鋼架，該鋼架與原有結
構的連接十分重要。為建立新結構與原結構之間的有效
連接，在新設鋼架中間部位與原有橋面相接處設置固定
約束。具體做法為在舊結構橫梁上植入5根錨筋，錨筋端
部焊接1塊鋼板。新結構角鋼焊接在錨筋端部鋼板上，形
成固定約束，從而約束鋼架整體位移。同時，在鋼架頂部
與新鋪橋面相接處設置橫向約束，以約束鋼架頂部橫向
位移(y向位移)，結構約束示意如圖2所示。
y(橫)向約束
．=jfyZ三向固足約柬
圖2 結構約束示意
(2)2榀鋼架下拱間采用拉桿連接，拱形鋼架兩端
分別于橋臺和橋墩處形成固定約束，可有效避免因鋼
架在水平風力作用下發(fā)生轉動而導致結構失穩(wěn)破壞；
同時確保下弦拉桿在風荷載作用下不因受壓而失去作
用，始終處于受拉狀態(tài)，也保證下弦結構在風荷載作用
下側向位移滿足剛度要求。
(3)鋼架材料主要采用Q235方鋼，此處拱形鋼架
不是承重結構，受力較小，鋼架平面內與平面外穩(wěn)定很
容易滿足．新設橋面所受主要荷載仍由原結構承重系
統(tǒng)承擔。
由于該工程是在原結構承重體系基礎上進行加固
與改造，新建結構與原有結構間的結合成為本工程的
關鍵環(huán)節(jié)。新結構受力最終是通過原結構的承重部件
傳給橋基。所以有效的連接是本工程設計安全的重要
保證。
由本方案能很好滿足強度和剛度等要求，克服加固
自重大、施工周期長等缺點，故最終決定采用本方案。
3 工程計算及分析結果
3．1 分析方法
采用有限元分析，單元類型為桿件單元，考慮到鋼
結構材料比較理想，故材料采用線彈性模型，荷載考慮
了以下4種工況組合：(1)1．OOx靜；(2)1．00x靜+1．40x
風；(3)1．35×靜+溫度(+30℃)；(4)1．35×靜+溫度(一
30℃)。
具體分析中采用了兩種結構有限元分析軟件(MST
和ANSYS)，分別對各種荷載工況組合作用下的結構進
行分析，以便對照，保證計算的可靠性并評估該結構的
安全性。鋼結構拱形加固桁架的三維圖如圖3所示。
圖3 鋼架結構三維圖示意
3．2 分析結果
3．2．1 僅考慮新結構作用時的計算結果
影響結構整體性能的主要因素是應力和位移，所
以本文主要計算分析應力及位移結果，若忽略原結構
剛度的影響，而僅依靠新結構剛度作用，計算結果顯示
的結構桿件最大應力值均／j＼=fZQ235鋼材的許用應力
(215 N／nun )。MST計算結果與ANSYS計算結果顯示的
應力值基本一致，桿件應力都在容許范圍之內。
結構的位移是控制該結構受力性能優(yōu)劣的重要指
標之一，結構剛度大，位移小，受力性能就好；反之，結
構較柔，位移大，就難以滿足正常使用要求。位移計算
結果顯示結構整體位移值均較小，最大位移僅為跨度
的1／1300，說明加固改造方案滿足剛度要求；且在各種
工況組合下最大位移均發(fā)生在下弦拱處。因整個鋼架
結構在最上部與新設橋面接觸部位和中部與原有路面
接觸部位均有良好的固定約束，所以該處位移均較?。?
而結構下弦拱之間連接靠的是十字交叉拉桿，對結構
約束相對較弱，才表現出位移較大的特征，也證實了軟
件分析結果的正確性。
3．2．2 新舊結構協(xié)同作用時的計算結果
由于兩種有限元軟件分析結果一致，在新舊結構協(xié)
同作用時僅用ANSYS的分析結果。加固改造后鋼架與
原有橋梁結構共同作用時在各工況組合下的力學計算
值表明，結構Z向最大位移發(fā)生在工況三荷載組合下，
其值為14．9 mm是跨度13 m的1／867，滿足剛度要求，桿
件最大拉力300．1 kN在第四工況組合作用時產生，而
·820·
建 筑 技 術
Architecture Technology
第41卷第9期2010年9月
Vo1．41 No．9 Sept．2010
外粘型鋼加固柱技術在工業(yè)廠房中的應用
張志海
(寶維士聯(lián)盛建筑工程有限公司，200031，上海)
摘 要：外粘型鋼加固法就是對鋼筋混凝土梁、柱外包型鋼、扁鋼焊成構架并灌注結構膠粘劑，以達到整體
受力，共同約束原構件要求的加固方法。南京漢佰工業(yè)廠房預制柱采用外粘型鋼法進行加固，施工簡便，較大地
提高了預制柱的承載力，效果良好。
關鍵詞：預制柱；外粘型鋼；加固工程
中圖分類號：TU 746．3 文獻標識碼：B 文章編號：1000—4726{2010l09—0820—03
APPLlCATIoN oF COLUM N STRENGTHEN NG W ITH EXIIERNAI．LY BoNDED
STEEL FRAME TECHNIQUE IN 腫USTR L FACToRY
ZHANG Zhi-hai
(Bo~s Lend I．~AtSC Projects Co．，Ltd．。200031．Shanghai．China}
Abstract：Structure member strengthening with externally bonded steel frame technique means frame formed
by section steel and fiat steel encased strengthening concrete beam or column and injecting agglomerant later
SO that steel COnfined original structure member and all memb ers can bear load together．This technique is
adopted on Nanjing Hanes brands industrial factory．Good efect occurred that it is easy for construction and
improved more capacity also it is a good reference for similar issue on such structural style．
Key words： pre—cast column ； structure memb er strengthening with externally bonded steel frame；
strengthening engineering
南京漢佰工業(yè)廠房為單層鋼結構工業(yè)廠房，主廠
房全長610m，寬144m，檐高l2．5m，采用鋼筋混凝土預
制柱，混凝土強度等級C30，橫向柱距18m，縱向柱距1O
收稿日期：2010—04—12
作者簡介：張志海(1973一)，男，天津市人，高級工程師，e—mail
zzh0323@sohu．com．
m。由于施工質量原因，有3根預制柱混凝土強度不合
格，僅達到C20的水平，經業(yè)主與設計、施工、監(jiān)理、質
量監(jiān)督站協(xié)商，確定采取加固補強措施。
1 加固設計
本工程工期緊，根據生產工藝的要求，柱加固后
桿件最大壓力一314．5 kN~,lJ在第三工況組合時出現。
結構節(jié)點最大Z向位移值為14．9 mm,X向位移值
為一4．02mm，Y向位移值為9．72mm，整個結構在各種工
況下的位移值均較小，滿足規(guī)范對位移限制的要求。計
算顯示，加固改造后的結構能有效提高承載力，使橋梁
負荷與加固前相比有大幅上升。同時改造結構采用
Q235鋼材的桿件最大應力為148．5 MPa，均小于所用鋼
材容許應力，故整個改造結構安全可靠。
4 結語
(1)鋼架在橋梁加固改造中能有效提高結構承載
力，經濟適用，安全可靠，加固時間短，不會對交通造成
很大影響。同時又能取得良好的造型。
(2)根據原有結構和加固改造的實際情況，必須
加強新舊結構間的連接，使新舊結構有效發(fā)揮協(xié)同作
用。
(3)計算過程中，考慮原有結構的實際破損程度，
可采用由新結構單獨全部承擔荷載，或新舊結構協(xié)同
承擔荷載的計算方法。
(4)由于橋梁結構水平風載存在，應采用增強新
設鋼架與新鋪橋面間約束的方法，解決風載作用下結
構的側移問題。
參考文獻
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288-289．
【22 】劉永華，張耀春．鋼框架高等分析研究綜述咖．哈爾濱工業(yè)大學學
報，2005，37(9)：1283-1290．
【3】杜文風，張慧．空間結構【M】．北京：中國電力出版社，2008．
[4】蘇少卿，謝忠良，高博青．某體育場挑篷改建工程設計【J]．空間結構
學報，2006，12(2)：61—64．
[5] 潘陽，郝際平，薛強，等．某大學體育館鋼結構拱形框架結構設計
叨．鋼結構，2006，21(4)：43--45．

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