两年来,科研单位和院校在这方面的研究和应用做了大量工作,生产出一系列的碳纤维复合材料,使工程降低了费用,同时也取得了较成熟的设计方法和施工经验,为广泛推广该技术创造了有利条件。
二、立交桥改建工程设计简介
健翔立交桥位于北京的北四环路与八达岭高速路相交处,于1998年建成。桥梁上部结构为6跨、L=18m预应力砼简支梁。中央设隔离带,两侧为双向机动车道,两外侧为非机动车道,全宽55m。随着城市交通量的增长,立交桥现有的宽度已不能满足交通量的需要,为确保四环路成为城市快速路,需将现况桥梁向南、北两侧拓宽至72m,将现两外侧的非机动车桥改建为辅路桥,并新建非机动车桥。现况桥上部结构主梁和中墩盖梁,对应机动车道部分的荷载均按汽车超20级、挂车120设计,而对应非机动车道的上部结构主梁和中墩盖梁荷载均按汽车15级、挂车80进行设计,并且改建为辅路桥后要求荷载均为汽车超20级、挂车120。现非机动车桥的主梁拆除更换,但各中墩盖梁的机动车和非机动车中间未断开,为三跨一联的变截面普通钢筋砼连续结构。
经反复核算比较,为尽量减小盖梁正负弯矩区的补强加固工作量,一方面采用了减轻桥梁自重措施,将砼桥面改为轻质容重为19KNm3砼桥面,另一方面加宽中墩盖梁下墩柱宽度,盖梁的正负弯矩及剪力均相应减小,这样对应机动车部分盖梁的现钢筋配置可满足设计要求,而对应辅路现非机动车桥部分盖梁按现配筋其应力与设计要求相差10~15。为节省工程投资,且根据现四环路交通不允许中断的情况,经有关部门批准,确定将全桥的5排中墩盖梁的20个正负弯矩区进行补强加固处理,全桥盖梁加固面积395m2,其具体加固位置见图。
三、加固方案和材料的选定
1加固方案的选定
各中墩盖梁原设计为隐形盖梁给加固工作带来较大的困难,最早提出采用喷射钢纤维砼和外包钢板的加固方案,因主梁梁端在跨间处距盖梁外侧面仅5cm,经计算比较与施工空间的限制上述两方案可行性较小,最后确定选用碳纤维复合材料进行补强加固。碳纤维布的极限抗拉强度高于普通钢筋的10倍以上,而弹性模量也与钢筋相近,较适合于钢筋砼结构的补强加固工程。另外施工简便,适用于要求施工周期短的加固工程。
f2材料的选定近二、三年来,我国引进了美国、日本生产的碳纤维复合材料,进行了一些工程的加固,并取得了较好效益,但费用高影响推广应用。近期由于国产化系列的碳纤维复合材料的出现,为该工程材料的选用奠定了基础。经比较采用北京铁r