CN104389275B - 一种基于影响线原理的无铰拱桥预应力综合加固方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于影响线原理的结构预应力综合加固方法，包括以下步骤：利用结构力学中影响线原理进行分析，通过在影响线中的某个区域进行临时内力调整（加载或者减载）来改变拟加固截面内力状态或应力状态；再对拟加固截面进行加固；最后，在加固层达到强度且新旧材料有效结合后，通过对临时内力调整进行撤除来主动调整加固后组合截面的应力分布，使加固后新旧材料的“应力差”处于一合理水平，从而达到较理想的加固效果。本发明构思新颖，巧妙地利用影响线原理，在加固前对拟加固截面的内力进行临时调整，使得加固后新加固混凝土处于预压或者预拉（结构预应力），减小了新老混凝土的应力差，改善了加固组合截面的受力性能。

Description

一种基于影响线原理的无铰拱桥预应力综合加固方法
技术领域
本发明涉及土木工程技术加固领域，特别是适用于一种基于影响线原理的无铰拱桥预应力综合加固方法。
背景技术
增大截面加固法（含粘贴钢板或碳纤维）广泛用于各类桥梁及建筑结构等的加固。增大截面法属于被动加固法，构件原截面要承受加固前本身的自重及因截面增大而产生的自重作用，加固后的组合截面中，新增部分只承受加固后的活载作用，而原截面则要承受加固前、后的恒、活载作用。加固结构（截面）属于二次受力结构（截面），加固层材料存在一定程度的“应变（应力）滞后”，如附图1所示，图1中：1为加固前截面，2为新增加固截面，x 1为加固前原构件开裂换算截面的混凝土受压区高度，ɛc1为加固前恒载作用下原构件截面上边缘的混凝土压应变，ɛs1为加固前恒载作用下原构件截面上受拉区普通钢筋的拉应变，ɛcu为混凝土极限压应变，h 02为受拉区新增纵向普通钢筋合力点至截面受压区边缘距离，h 01为原构件截面有效高度。由于增大截面法是一种被动加固法，“应变滞后”的程度与加固时截面的内力状态有关，不同的“应变滞后”有可能会使得老（或新）材料达到强度极限时，新（或老）材料还原未达到其强度极限，从而会削弱其正常使用性能，尽管可能不会影响其极限承载力。例如，对于钢筋混凝土结构，如果新加固层的混凝土应变滞后严重，可能出现裂缝自新老交界面混凝土向外扩展的情况；也可能由于应变滞后不大（恒载比例较小），新加固层由于应变增长更快而出现，新加固层首先开裂的情况，这都会降低组合截面的正常使用性能。
基于此，亟需一种既能够主动调整组合截面应力分布，减小新增加固层应变滞后，提高组合截面开裂性能，又能有效提高其正常使用下的刚度和极限状态下的承载力的综合加固法。
发明内容
本发明的目的是要提供一种基于影响线原理的无铰拱桥预应力综合加固方法。
为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：
一种基于影响线原理的无铰拱桥预应力综合加固方法，包括以下步骤：
1）利用结构力学中影响线原理进行分析，通过在影响线中的某个区域进行临时内力调整（加载或者减载）来改变拟加固截面内力状态或应力状态，来改变拟加固截面内力状态或应力状态，使得加固后截面存在结构预压应力或者结构预拉应力；
2）对拟加固截面进行加固；
3）最后，在加固层达到强度且新旧材料有效结合后，通过对临时内力调整进行撤除来主动调整加固后组合截面的应力分布。
进一步的，所述步骤1）中的临时内力调整措施可以是在影响线的正或负值区域进行加载或者减载，具体根据拟加固截面需要临时调整的内力是增大还是减小来确定。
作为本发明的优选方案，所述的加固方法为增大拟加固截面的截面或在拟加固截面粘贴钢板或在拟加固截面粘贴碳纤维布。
作为本发明的优选方案，通过影响线对桥梁结构内力调整可以是轴力、弯矩、剪力中的一种或几种组合。
作为本发明的优选方案，所述的结构预压应力或者结构预拉应力是通过加固前临时内力调整，加固后释放内力调整措施来主动获取的加固后新老材料的某种应力分布状态，其预应力存在于加固后的截面中。
上述的一种基于影响线原理的卸载加固方法，具体工序如下：
1、通过结构病害调查，技术状况评定，承载力检算，恒载应力分析，综合确定需要达到的内力调整量；
2、对拟加固截面进行影响线分析，确定卸载的具体措施（在什么区域，加、减载多少），并验算结构其他部位的安全；
3、对拟加固截面进行凿毛、植筋、立模板等准备工作；
4、通过在内力调整区加、减载进行临时内力调整，保持内力调整状态并浇注加固层混凝土；
5、待新浇注混凝土达到设计强度以后，取消内力调整措施，完成加固；
与现有技术相比，本发明有益效果：
本发明构思新颖，巧妙地利用影响线原理进行分析，在加固前对拟加固截面的恒载内力进行临时调整，待加固后释放内力调整措施，使得新加固混凝土提前参与受力，减小了加固后截面新老材料的应力差。
附图说明
图1为传统增大截面加固法加固组合截面“应变滞后”示意图；
图2 为无铰拱桥病害示意图；
图3为该无铰拱桥左侧拱脚开裂时的弯矩影响线；
图4为该无铰拱桥拱顶开裂时的弯矩影响线；
图5为该无铰拱桥右侧拱脚开裂时的弯矩影响线。
具体实施方式
下面结合具体实施例（以无铰拱桥拱脚的卸载加固为例）对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
无铰拱桥在恒载及运营活载作用下，拱脚产生很大的负弯矩，过大的负弯矩极易导致拱脚处拱背的开裂及拱顶处拱腹的开裂，如图2所示，4为左侧拱脚，5为拱顶，6为右侧拱脚，41为左侧拱脚开裂，51为拱顶开裂，61为右侧拱脚开裂，图3为该无铰拱桥左侧拱脚的弯矩影响线，在影响线的正值区域进行加载（图3中“+”所指区域）桥面临时车辆7；图4为该无铰拱桥拱顶的弯矩影响线，在影响线的负值区域进行卸载（图4中“-”所指区域），即在负值区域临时放置桥面临时车辆7；图5为该无铰拱桥右侧拱脚的弯矩影响线，在影响线的负值区域进行减载（图5中“-”所指区域），在正值区域临时放置桥面临时车辆7。为进行结构预应力综合加固，需要进行以下工序：（1）对该桥的技术状况及恒载应力进行分析，以全桥结构安全为前提确定内力的临时调整量；（2）在确定内力调整量的基础上，通过影响线分析，确定具体的内力调整措施（加或减载位置及吨位）；（3）对待加固的拱脚截面进行凿毛、植筋及立模板等准备工作；（4）浇注加固层混凝土，保持内力调整措施直至新加固层混凝土达到强度要求且新旧材料有效结合后，取消内力调整措施后，加固完成。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于影响线原理的无铰拱桥预应力综合加固方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）利用结构力学中影响线原理进行分析，通过在影响线中的某个区域进行临时内力调整来改变拟加固截面内力状态或应力状态，使得加固后截面存在结构预压应力或者结构预拉应力，所述的临时内力调整指的是通过对拟加固截面的正弯矩影响线区域进行加载或者对其负弯矩影响线区域进行减载；
2）再对拟加固截面进行加固；
3）最后，在加固层达到强度且新旧材料有效结合后，通过对临时内力调整进行撤除来主动调整加固后组合截面的应力分布。
2.根据权利要求1所述的基于影响线原理的无铰拱桥预应力综合加固方法，其特征在于：所述的加固方法为增大拟加固截面的截面或在拟加固截面粘贴钢板或在拟加固截面粘贴碳纤维布。
3.根据权利要求1所述的基于影响线原理的无铰拱桥预应力综合加固方法，其特征在于：所述的结构预压应力或者结构预拉应力是通过加固前临时内力调整，加固后释放内力调整措施来主动获取的加固后新老材料的某种应力分布状态，其预应力存在于加固后的截面中。
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