卸载程度对铆接钢桁梁桥加固效果的影响

赵学峰，梁 杰

（山西省交通建设工程质量检测中心（有限公司），山西 太原 030032）

0 引言

在铆接钢桁梁桥检测时发现，经过多年的使用，大多数铆接钢桁梁桥都出现原铆接钢桁梁桥支座位移、纵向及横向刚度存在耐久性不足的问题。铆接钢桁梁桥一般采用强固铆接的方式，这种铆接要求能承受足够的压力和抗剪力，但对铆接处的密封性能要求较差。考虑到新建铆接钢桁梁桥造价成本高、工期时间长，因此在对铆接钢桁梁桥进行安全等级检测后，破损程度小的铆接钢桁梁桥可以采用经济、有效的方式进行加固改造。加固改造的主要手段包括铣刨桥面铺装、吊拆梁板、墩柱破除，对原桩基进行检测处理合格后，再依次进行墩柱、台帽、梁板等的检测。而卸载程度是对铆接钢桁梁桥加固效果影响最直接的因素，针对卸载程度对铆接钢桁梁桥加固效果的影响进行研究，不仅能加快铆接钢桁梁桥加固改造建设进度，还能保持原有铆接钢桁梁桥不受影响，以及减少桩基施工对环境造成的污染。

1 卸载程度对铆接钢桁梁桥加固效果的影响研究

卸载程度是对铆接钢桁梁桥加固效果产生影响的关键因素，因此针对卸载程度对铆接钢桁梁桥加固效果影响的研究是必不可少的。本文通过以下4个方面展开卸载程度对铆接钢桁梁桥加固效果的影响研究，即卸载程度对铆接钢桁梁桥结构的影响、卸载程度对铆接钢桁梁桥支座布置的影响、卸载程度对铆接钢桁梁桥纵向刚度的影响及卸载程度对铆接钢桁梁桥横向刚度的影响[1]。

1.1 卸载程度对铆接钢桁梁桥结构的影响

在研究卸载程度对铆接钢桁梁桥结构的影响中，本文重点对铆接钢桁梁桥结构加固进行分析。铆接钢桁梁桥结构一般属于比较复杂的受力结构，在长时间经受外部作业对自身的影响时，往往会改变铆接钢桁梁桥结构的受力状态[2]。可能会直接导致铆接钢桁梁桥结构因承受压力过大引发耐久性不足的问题，诱发铆接钢桁梁桥停止使用。针对卸载程度下铆接钢桁梁桥结构对加固效果的影响作出定性分析，根据支持向量回归算法，求得卸载程度与铆接钢桁梁桥结构之间某些复杂的关系，确定自变量卸载程度和因变量铆接钢桁梁桥结构之间的函数关系f(x)进行回归，则线性可回归如式（1）所示：

式中：x为卸载程度的输入函数；n为铆接钢桁梁桥结构维数，在一般情况下，n>l；y为卸载程度的输出函数，铆接钢桁梁桥结构维数为1。

设卸载程度对铆接钢桁梁桥结构影响的回归函数关系为：

式中：w、b为卸载程度的回归函数；f(x)为卸载程度对铆接钢桁梁桥结构影响的未知参数，且w、b均为实数；(wx)为卸载程度输出向量和卸载程度输入向量在x的点积。

研究卸载程度对铆接钢桁梁桥结构影响的最终目标是确定回归函数f(x)变量的具体关系，使所有的数据都在卸载程度对铆接钢桁梁桥结构影响的回归函数f(x)附近，允许少量数据偏离卸载程度对铆接钢桁梁桥结构影响的回归函数f(x)，设一定偏离距离为e。在二维空间中，卸载程度对铆接钢桁梁桥结构影响的回归线性关系示意图，如图1所示。

图1 卸载程度对铆接钢桁梁桥结构影响示意图

根据图2可知，所有的偏离距离e都在y-(wx)-b-e=0和y-(wx)-b+e=0两条正增长平行线的区域内。因此，可知卸载程度对铆接钢桁梁桥结构的影响成正相关关系[3]。

1.2 卸载程度对铆接钢桁梁桥支座布置的影响

铆接钢桁梁桥的支座布置就是在伸缩缝底下安装滑动支座，在没有伸缩缝的铆接钢桁梁桥面连续或负弯矩现浇段底下安装固定支座。铆接钢桁梁桥的支座布置经过长时间的发展积累，已形成多种成熟的施工体系供人们选择[4-6]。其中比较典型的例如增大截面加固、碳纤维加固、粘钢加固等，均能有效提高结构寿命。

在铆接钢桁梁桥加固前需要进行卸载，是由于常规的加固方法，包括碳纤维加固、粘钢加固、增大截面加固法等，都属于被动受力的被动加固，而被动加固中，则需要考虑二次受力对结构产生的影响。采用碳纤维对梁底受拉区进行铆接钢桁梁桥加固时，若不对原铆接钢桁梁桥支座布置进行卸载，在铆接钢桁梁桥加固前，梁底就处于承受较大拉应力的状态。在粘贴碳纤维布后，只有当铆接钢桁梁桥受到更大的荷载作用，碳纤维布才能受力。原铆接钢桁梁桥支座布置承受荷载，要一直高于碳纤维布承受荷载，这样就会导致加固效果大打折扣。因此，卸载程度越大对铆接钢桁梁桥支座布置的加固效果越好。

1.3 卸载程度对铆接钢桁梁桥纵向刚度的影响

在卸载程度对铆接钢桁梁桥纵向刚度的影响分析中，根据铆接钢桁梁桥纵向桩基的卸载程度，得出铆接钢桁梁桥纵向桩基质量的椭圆度，从而判断铆接钢桁梁桥纵向的刚度。研究卸载程度对铆接钢桁梁桥纵向刚度的影响，推行铆接钢桁梁桥纵向桩基再利用方案，不仅实现了资源再利用，还有效提升了工程进度[6-8]。铆接钢桁梁桥纵向刚度由于桩基结构构件构造不当，孔洞、缺口或截面改变急剧或布置不当等使应力集中严重。将铆接钢桁梁桥纵向所受应力值精确在2～5之间，得出卸载程度对铆接钢桁梁桥纵向刚度的具体影响结果，如表1所示。

表1 卸载程度对铆接钢桁梁桥纵向刚度的影响结果

根据表1所示，铆接钢桁梁桥的卸载程度越大，铆接钢桁梁桥纵向桩基质量的椭圆度越低，铆接钢桁梁桥纵向刚度强度越大。

1.4 卸载程度对铆接钢桁梁桥横向刚度的影响

在卸载程度对铆接钢桁梁桥横向刚度的影响分析中，与卸载程度对铆接钢桁梁桥纵向刚度的影响最大的不同点在于铆接钢桁梁桥纵向刚度所产生的纵向变形是被动变形，而铆接钢桁梁桥横向刚度的变形是主动变形。根据统计数值试验结果表明，采用不同卸载程度的钢板衬加固横向变形铆接钢桁梁桥横向刚度的效果是明显的。为了更好地对铆接钢桁梁桥横向刚度钢板衬加固效果进行分析，将铆接钢桁梁桥横向所受应力值精确在2～5之间，得出卸载程度对铆接钢桁梁桥横向刚度的具体影响结果，如表2所示。

表2 卸载程度对铆接钢桁梁桥横向刚度的影响结果

根据表2所示，铆接钢桁梁桥的卸载程度越大，铆接钢桁梁桥的横向变形度越低，铆接钢桁梁桥横向刚度强度越大。

2 结语

随着铆接钢桁梁桥卸载程度的加大，不仅实现了卸载资源再利用，还有效提升了铆接钢桁梁桥的加固效果。在铆接钢桁梁桥施工或改造的过程中，卸载程度无论对湿法作业、施工复杂的增大截面加固法，还是施工便捷、空间影响小的碳纤维与粘钢加固，均有一定的影响。需要在施工前对原铆接钢桁梁桥支座布置进行卸载操作，以达到最佳的加固效果。卸载程度能有效增强结构承载能力，提高安全储备，如今正受到越来越多的关注。