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30万—100万—300万
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1 桥梁加固改造的技术途径及设计原则1. 1 主要技术途径桥梁加固一般是通过对构件的补强和结构性能的改善来恢复或提高现有桥梁的承载能力,以延长其使用年限 ,适应现代交通运输的要求
其改造的主要技术途径有:加强薄弱构件、增加辅助构件、改变结构体系、减轻恒载、加固墩台及基础等
1. 2 加固方案确定原则一般认为满足以下条件 ,加固方案才基本可行:比重建新桥可以节约大量的投资和材料 ,具有明显的经济效益;桥梁经加固改造之后 ,无论结构性能、承载力还是耐久性方面都能达到使用要求; 桥梁的下部结构具有足够的潜力【1】
2 桥梁加固的几种常见方法2. 1 加大截面加固法加大截面法 ,也称为外包混凝土加固法 ,是用增大混凝土结构物的截面面积和配筋进行加固的一种方法
这种加固方法要求被加固的桥梁下部结构能够承受更多的自重 ,能够提供更高的承载力
通常情况下 ,以加厚桥面板或加大主梁的梁肋宽度为主
2. 2 预应力加固法预应力加固法是采用外加预应力的钢拉杆对结构进行加固的方法 ,适用于要求提高承载力、刚度和抗裂性及加固后所占用空间小的桥梁
可分为预应力拉杆加固和预应力撑杆加固 ,其中预应力拉杆加固主要用于受弯构件 ,以梁身为锚固体 , 通过预应力张拉对梁的受拉区域施加外力 ,以抵消结构本身的自重 ,减少车辆荷载作用下的应力 , 能够减少梁体出现过多的裂缝 ,以及减小裂缝宽度
预应力撑杆加固主要用于桥梁下部结构的轴心受压墩柱 ,但在实践中桥梁墩柱加固也很少采用这种方法
2. 3 外部粘钢加固法外部粘钢加固法是一种采用化学粘结剂将钢板直接粘贴在混凝土构件表面 ,使之与构件形成受力整体 ,以提高承载力、增大延性、刚度和满足正常使用要求的加固方法
2. 4 粘贴 FRP 加固法粘贴 FRP 加固法【2】是采用高强度或高弹性模量的纤维复合材料 ,用专门配置的粘贴树脂或浸渍树脂粘贴在桥梁混凝土构件表面 ,使之与原构件形成整体共同受力的加固方法
目前 ,结构工程中常用的 FRP 材料有玻璃纤维(GFRP) 、碳纤维(CFRP)和芳纶纤维(AFRP) 3 种,其中以碳纤维增强复合材料 (CFRP) 应用更多
本文着重概述采用 CFRP 的加固方法及实际工程应用
碳纤维布纤维方向分为单向和双向2 种 ,其中以单向布应用为主
碳纤维布具有高的强度重量比和刚度重量比率、良好的抗疲劳性及高的耐久性、耐腐蚀、热膨胀系数低等特点
当被加固的桥梁结构处于特殊环境时 ,应根据具体情况选用其他防护材料
目前 ,粘贴碳纤维布加固方法往往辅以裂缝灌浆、封闭等方法
与其他加固方法相比 ,碳纤维布加固技术的优势主要体现在:高强高效 ,可设计性强;基本不改变原结构外观 ,不会对原结构造成损害;运输储存、施工更方便、快捷 ,容易保证施工质量而且后期维护费用低;其化学结构稳定 ,在耐候性、腐蚀性以及抗疲劳性能等方面更加突出
但应用此法对桥梁进行加固时 ,应充分考虑纤维的方向布置 ,合理的材料连接方式、连接尺寸、连接位置粘结材料的性能指标
尤其是施工过程的质量控制 ,一定要按正常的施工程序进行 ,否则会影响桥梁加固效果
3 应用实例某桥于上世纪 70 年代初建成:上部构造为4 孔跨径 L = 16. 8 m 的少筋微弯板工字梁组合的装配式钢筋混凝土梁结构 ,无横梁 ,桥面净空为净 - 7 m + 2 ×0. 25 m ,下部构造为钢筋混凝土双柱式灌注桩墩及重力式桥台
原桥上部构造采用 1966 年 1 月出版的《少筋微弯板与工型梁组合的装配式钢筋混凝土上部构造试用图纸》,设计荷载为汽-13 ,拖-60
3. 1 加固前病害调查在确定加固方案前 ,对旧桥现状进行了全面调查 ,全桥主梁 4 ×5 片
根据实际损坏情况 ,对2~4 孔的 15 片主梁、微弯板、支座、桥墩 (台) 及附属结构进行了细致的检查
3. 1. 1 主梁施工质量较差 ,各部位尺寸沿跨径不一致
单根主梁最多发现裂缝 51 条 ,裂缝宽度最宽为4mm
有竖直裂缝 ,也有斜裂缝、水平裂缝 ,斜裂缝与水平方向夹角为 40~80°
竖向裂缝主要分布在主梁腹板下部(主要在跨中8. 5m 范围内) 且下宽上窄;斜裂缝主要分布在端部 4 m 范围 内;水平裂缝主要分布在梁端
主梁局部钢筋外露 ,产生锈蚀
3. 1. 2 其他微弯板施工质量较差 ,底部非常粗糙,局部有细微裂纹
支座为钢板支座 ,钢板锈蚀严重 ,有大块蚀块脱落
支座附近主梁砼有压碎现象
1 号桥台锥坡破损 ,3 号桥墩发现一处空洞现象
部分栏杆倾斜 ,泻水孔堵塞 ,桥面上梁间隙较大,车辆通过时振动大、噪声大
3. 2 加固设计根据调查情况 ,笔者主要针对主梁进行加固设计
主梁采用 CYMAXL3002C 碳纤维片材进行加固 ,主要性能指标有:设计厚度0.167 mm ;抗拉强度标准偏差 40 MPa ; 抗拉强度标准值 4108 MPa ;抗拉强度平均值4233 MPa ;弹性模量236 GPa
计算中 ,考虑到碳纤维片材与主梁砼之间的密合性 ,对材料的抗拉强度设计值取用折减系数 0. 8
经计算 ,主梁跨中底部碳纤维材料厚度需 0. 25 mm ,故采用 2 层
加固设计见图1 所示
3. 3 加固要点 (1) 支座更换 采用 5 个液压千斤顶将整孔梁一端整体同步顶起 ,更换支座
将梁体顶升后,取出原锈蚀支座 ,将墩台支承垫石处|考试|大|和梁底面清洗干净 ,去除油垢用环氧树脂抹平
支座垫石建议采用树脂砼 ,以迅速增长强度 ,加快施工进度
新支座安装前应进行全面检查和力学性能检验, 安装过程中不能碰撞新支座
新支座重心对准梁的计算支点 ,使支座受力均匀
(2) 裂缝处治 裂缝宽度 < 0. 2 mm 时采用表面涂抹修复,裂缝宽度 > 0. 2 mm 时采用化学灌浆修复
(3) 碳纤维材料粘贴 施工时应从梁底至梁肋顶部方向进行
先对混凝土表面作清洗处理 ,配置并涂刷底层树脂、配置找平材料并对构件表面进行清平处理、配置并涂刷浸渍树脂或粘结树脂
粘贴时碳纤维布应与砼表面完全密合 ,粘贴完毕再对其表面进行防护处理
3. 4 评定 对原有桥梁进行汽220 荷载的静|考试|大|载试验 ,测定加固后桥梁控制截面的应力(应变) 、挠度等技术参数 ,鉴定其承载能力【3】
由所测数据分析看出 ,碳纤维加固少筋微弯板工型组合梁的方法切实有效 ,经加固后的主梁具有一定承载潜力
4 结语 本文介绍了当前旧桥加固的几种主要方法, 着重探讨了碳纤维材料在旧桥加固中的应用
通过具体的加固实例 ,说明经过碳纤维布加固的桥梁构件能大幅度提高梁板的抗弯、抗剪性能 ,并能提高桥梁构件刚度和延性 ,起到抑制开裂和降低挠度的作用
相信这种新材料、新工艺经过更多的工程实践检验和完善,会有更大的应用前景
参考文献: 1 蒙云. 桥梁加固与改造. 重庆 : 重庆大学出版社 , 1989. 3~8 2 中国工程建设标准化协会标准. 碳纤维片材加固混凝土结构技术规程.北京:中国技术出版社 ,2003. 2~3 3 交通部第二公路勘察设计院. 公路旧桥承载力鉴定方法.北京:人民交通出版社 ,1988. 30~39 但是社会的发展与进步并没有停止脚步,而这就在两者之间形成了一个不可调和的矛盾
为了保证历史车轮不断向前滚动,世界各国在积极开发新能源的同时还极力提倡“绿色环保”的理念
如今这一全新的理念已经注入到建筑行业中,并对建筑业未来的发展创造了一片新的天地
关键词: 绿色建筑;可再生能源利用;自然通风;节能环保 1 引言 由于新技术以及新材料的运用,现在的暖通空调不仅仅在能耗方面取得了不小的进步,同时在使用安全性上也有着很大的提升
然而如何让暖通空调在建筑中的使用真正体现出“绿色环保”呢?其实,光是从技术层次上而言是远远不够的,除了不断完善现在的暖通空调技术以外,还需要从建筑物本身着手,例如可以从围护结构、规划设计等多个方面进行配合,从而为暖通空调的使用提供一个一个良好的环境
2 暖通空调技术概述 (1)坚持节能环保设计理念,要求在设计暖通空调系统时不仅要节约能源,以及整个暖通空调系统内部结构所需的设备材料和运输成本,确保暖通空调系统与建筑物室内照明设备等之间运行的协调性,另外还应该提高暖通空调系统内部结构的环保效果,采用对环境影响小的材料和设备,从而提高人们的生活质量
(2)坚持回收循环再利用设计原则,由于暖通空调系统中的各个零件和材料具有一定时期的使用寿命,且具有可拆卸的功能,因而,一旦在暖通空调系统运行过程中某一零部件出现故障现象,则应该将整个系统内部结构中相互独立的各个材料、设备拆卸下来,对暖通空调系统内部结构设备进行保养和维修工作,确保暖通空调系统的正常运行,而对于暖通空调系统设备材料出现报废问题,应该进行分类回收,已经确定报废的材料可以采用专门的处理技术实现循环再利用,这样既实现节能环保、高效目的,又利于减少暖通空调系统设计的成本,节约能源和建筑资源,因而在具体的暖通空调系统设计时应该减少资源浪费,提高设计材料的利用效率,降低能源消耗,提升建筑室内的空气质量
3 暖通空调技术在绿色建筑中的应用 3.1 蓄冷技术的应用 在夏季高温伴随着用电高峰的到来,对于部分地区用电量激增的现象,不少省区拉闸限电,给生活带来不便,直到20世纪90年代,蓄冷技术的开发利用,逐渐走入市场
蓄冷技术作为能源危机下的一种全新的能源配置方式,通过夜间用电高峰之后的低谷期,将低温以水的形态、或冰的形态储存起来,再当用电高峰来临时,将事先储存的冷量转换载体重新释放出来,供给空调等设备,移峰填谷,使得用电量趋于较平稳的水平线上
在以化石能源煤炭的火力发电为主的今天,发电量的输出是不可控的,当发电量溢出,往往只能让其消散,白白浪费掉,然而蓄冷技术从新的角度降低了能源的浪费,提高能源利用率,缓解了人们对电力资源的依赖
蓄冷技术的发展普及离不开国家相关政策的鼓励与扶持,就目前普及力度来看,电力企业的技术更新势头不足,蓄冷技术的推广受到限制
3.2 太阳能技术的应用 太阳能作为自然最直接的能源,没有区域性的限制无论是在陆地还是海洋、高山还是丘陵、平原还是盆地,太阳能转化成其他形式的能源过程中不会造成环境的二次污染,属于清洁能源之一,也是地球上除化石能源、风能、水能、生物能源之外,资源最多的能源,全球太阳能辐射的接受量相当于百万亿吨级标准煤炭的总量,太阳的寿命还有百亿年之多,相比之下对于年轻的地球,太陽能是用之不竭的
太阳能技术主要发展与太阳能供暖的利用,早在上个世纪初,太阳能热水器的问世是人类进入太阳能新能源时代的标志,二战后经济复苏,生活品质的提升,热水器的需求越来越大,在70年代能源危机爆发后,西方国家另辟蹊径,抓住了太阳能技术发展的良好机遇,大规模生产使用
太阳能供暖技术主要通过太阳能的热能转化,太阳能集热器接收太阳能热量,在通过热量传导系统输送热量到热能利用中心系统,并通过换热水箱转化热水导入地板供暖,热水循环过程中还能提供生活用水所需,提高利用率
当云层密度过高或雨雪天气时可以通用供热系统的其他辅助功能进行加热如:电加热或锅炉加热,一定程度上新旧型能源的结合使得太阳能供热系统得以完善
3.3 地热能源的应用 地热能源是地底深处断层带热量外泄产生的热量宣泄,在建筑工程中,通常利用的是浅层地表的热量,提供暖通空调的系统的供热或制冷,夏季到来时,依据热量传递规律,将室内热量通过水介质吸收,利用热泵封闭管道,将热量传递出去,再循环进人室内;在冬季,通过电能等其他方式作用于地表水或者地下水,提高水中比热含量,提供高位温热能以此补充供暖系统热量
地源热泵技术,虽然在正确、合理的规划下符合绿色建筑的功能设计需求,但在不同场合,盲目去建设使用地热,就会背道而驰南辕北辙,取得反效果
地热能源将土壤作为蓄热体,通过水源、空气源的热泵技术储存和释放热能,如果项目规划过大,供能面积就需要庞大的地下空间来支持,一旦区域内达不到供应水准,就需要通过其他电力作业来补充不足的供能
消耗巨大,得不偿失,因此建设项目初期要综合比对能量供应转化的存储平衡性来确定可行性
4 暖通空调技术发展的必然趋势 在人类社会科技与经济飞速发展的今天,地球的生态环境日益遭到破坏,所幸随着人们科学知识水平与环保思想意识的逐步提高,越来越多的人们也意识到了维护生态平衡实现可持续发展的重要性与迫切性
于是,人们逐渐开始倡导绿色科技低碳经济等新的发展方式,绿色建筑这一概念也应运而生
所谓绿色建筑,是指在建筑的全寿命周期内,最大限度地节约资源能源(节能节水节材)和减少污染,为人们提供健康、适用和高效的居住、工作和活动的空间,最终实现与自然和谐的可持续发展
这也是暖通空调的专业人员为之努力的目标
按照这些要求,暖通空调的专业人员不仅要考虑系统的设计和运行,而且还需要建筑其它方面的配合
5 结语 暖通空调系统作为绿色建筑节能中重要部分,各种新型节能技术的运用已成为未来暖通空调设计的主流方向
本文对绿色建筑暖通空调设计过程中所遵循的原则进行论述,从可再生能源利用、资源节约、自然环境保护、建筑热工性能改善等方面对绿色建筑技术在暖通设计中的应用进行了概括性探讨,只希望设计师能在设计工作中进一步实现环境效率、社会效益、经济效益的统一,为全球的低碳经济做出贡献
; 参考文献: 【1】 黄翔,颜苏芊.绿色建筑与暖通空调设计【J】.制冷与空调,2013. 【2】 夏春海,刘鹏.绿色建筑技术在暖通设计中的应用研究【J】.暖通空调,2012(10). 【3】 王鹏,谭刚.生态建筑中的自然通风【J】.世界建筑,200
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