关于公路桥梁加固新技术的探讨
2013-08-05 来源：筑龙网
前言
近年来，伴随我国经济和交通运输的飞速发展，交通运输量大幅度的不断增长．公路桥梁负荷越来越重。以往所修建的桥梁，到现在为止都发生了不同程度的病害，如桥面破损、伸缩缝损坏、桥头跳车、梁板或拱体裂缝、混凝土剥落、钢筋钢索锈蚀、钢结构裂纹锈烂、挡墙倾斜错位、锥坡下挫坍塌、墩台基底冲空、桥头路基冲塌、河床护底冲翻以及河道被冲刷严重变迁而危及桥头路基等。直接影响了桥梁的正常功能，也缩短了桥梁的使用寿命，甚至威胁着过往人车的安全。因此合理的对现有旧桥进行加固改造，提高承载力，不仅能满足新时期公路交通运输的需要， 而且还可以为国家带来巨大的经济效益和社会效益。
1、公路桥梁加固的重要性
在公路桥梁使用期间内，任何桥梁都会成为旧桥。由于桥梁是建在大地上的特殊产品，不仅受自然环境的影响（如大气腐蚀、温度、湿度变化等），而且还受到使用环境的影响，难以避免产生损坏现象。这使桥梁的维修、养护、加固、改造已成为必然。从经济上分析，桥梁加固可以节省大量投资，收到良好的社会经济效益。采用适当的加固技术和拓宽措施，不仅可以避免因拆除旧桥与重建新桥而增加工程费用，同时也恢复和提高了旧桥的承载能力及通行能力。延长桥梁的使用寿命，满足现代化交通运输的需求。同时桥梁的改造和加固，不仅可以提高公路桥梁的通行能力和服务水平，而且在更大程度上能够消除交通安全隐患。从发展中分析，旧的公路桥梁加固有利于促进桥梁建设的可持续发展。既满足现代人的需求以不损害后代人满足需求的能力，使经济、社会、资源和环境保护协调发展。
2、体外预应力加固技术
体外预应力加固技术的实质是以粗钢筋钢绞或高强钢丝等钢材作为施力工具，对桥梁上部结构施加体外预应力，以预加产生的反弯矩抵消部分外荷载产生的内力，从而达到改善旧桥使用性能并提高其极限承载能力的目的。
2．1技术原理
体外预应力加固原理是在梁的下缘受拉区设置预应力材料，通过张拉对梁体产生偏心预应力，在此偏心压力作用下，使梁体发生上拱．抵消部分自重应力，减小了结构变形和裂缝宽度、改善了结构受力，能够较大幅度地提高结构承载力。与通常的预应力混凝土结构相比，预应力筋与原结构只在锚固点与梁连接．类似于无粘结预应力结构。目前体外预应力加固是采用较多的加固方法之一．特别在大跨径预应力混凝土连续箱梁和连续T构箱梁桥的加固。体外预应力筋锚固在梁端或中间横隔梁上，跨间用转向块调整预应力筋的角度，以适应桥梁的受力要求。
2．2技术特点
体外预应力加固技术与普通预应力混凝土结构相比，其结构具有以下几个特点：
（1）设计方面体外预应力钢筋可以设计为不可更换的，也可以设计成可更换、可补拉的。可更换的体外力筋 便于维修、加固、养护。
（2）施工方面体外预应力加固旧桥构造简单，简化了施工：由于梁肋中不设管道，避免了截面削弱：体外配筋方式取消管道灌浆工序可实现全年施工，对处于寒冷地区具有十分重要的现实意义。
（3）使用方面降低了钢筋束的摩阻损失，预应力筋利用效率高，力筋应力变化幅值小，对抗疲劳有利。体外预应力加固混凝土桥梁在我国的推广应用，为解决工程上长期困扰的混凝土耐久性问题提供了可能，桥梁耐久性的提高，使用寿命的延长。例如301国道盘锦立交主线桥和盘锦立交WH匝道桥．采用的都是体外预应力法进行加固，改善了桥梁的整体使用性能，延长了桥梁的使用寿命。为桥梁养护管理及加固补强带来可观的直接经济效益，其间接和长期经济效益也相当显著。
体外预应力体系布置较为灵活，不仅可用来加固简支梁桥和连续梁桥，还可用来加固拱桥和刚构桥等；不仅可用来改善梁的抗弯性能，还可用来改善构件的抗剪性能；不仅可用来进行整体桥梁加固，而且可用于桥梁局部加固；不仅可用来加固桥梁的梁部结构，也能用于加固桥墩及索塔等部位，具有良好的加固效果及， 阔的应用前景。但由于对预应力筋张拉时会产生预应力损失，因此，在设计中需对预应力损失进行合理的估计和计算，并在施工时采取措施以减少预应力损失。
3、高强复合纤维预应力加固技术
高强复合纤维主要有芳伦纤维及碳纤维（FRP），碳纤维材料在桥梁加固工程中应用非常广泛，技术比较成熟。
3．1技术比较
在结构受拉区或抗剪薄弱区域，直接粘贴纤维加固方法采用的较多。就实际工程中大量遇到的承载力加固而言，采用在受拉区直接粘贴碳纤维布的被动加固方法。后加补强材料是不能充分发挥作用的。计算表明，对原梁高度较小、配筋率较大的情况，加固设计以混凝土压应变达到极限值控制设计，在极限状态下，后加补强材料的应力仅为700—800MPa，此值只相当碳纤维抗拉强度标准值的（21．2%一24．2%）；对原梁高度较大、配筋率较小的情况，加固设计以原梁钢筋应变达到极限值0．01控制设计，在极限状态下 后加补强材料的应力也只有2000MPa左右，此值相当碳纤维抗拉强度标准值的60%。由于受原梁变形限制，在极限状态下高强复合纤维的高抗拉性能根本无法充分发挥作用，造成一种极大的浪费。而且 不加分析的盲目增加后补强材料的用量。加固后构件可能发生超筋脆性破坏，设计是不安全的。
3．2技术原理
碳纤维加固技术是指采用高性能粘结剂将碳纤维布粘贴在建筑结构物表面，当结构荷载增加时，二者共同工作，提高构件承载力．从而达到加固补强的目的。碳纤维加固技术性能是否能够达到要求的关键是碳纤维材料与混凝土基材的粘结性能能否保证。为了提高碳纤维材料的利用效率及增强旧桥加固效果，对碳纤维材料施加预应力是一种有效的办法。碳纤维预应力加固的作用原理是利用锚固粘贴于被加固梁体上的碳纤维布条（或板条）对梁体施加预应力，改善加固梁的受力状态，其关键技术是解决适应于桥梁现场施工的预应力纤维布（或板1的张拉、锚固问题。
3．3技术特点
高强复合纤维预应力加固技术与其他预应力混凝土结构相比具有几个特点：
（1）施工方面
在加固修补混凝土结构中可以充分利用其高强度、高弹性模量的特点来提高混凝土结构构件的承载力和延性。改善其受力性能，达到高效加固修补的目的。其施工便捷、工效高、没有湿作业，不需大型施工机具，施工占地少，施工效率高。据有关资料统计，粘贴FR是粘贴钢板施工工效的4～8倍。FRP轻质柔软，易贴附，与粘贴钢板相比其施工质量更易保证。
（2）结构方面线膨胀系数与混凝土接近，保证了温度变化时，FRP与混凝土可以协同工作。不增加构件的自重和体积。FRP质量轻且厚度很薄，经加固修补后的构件，基本上不增加原结构的自重和尺寸．也就不会减少建筑物的使用空间。
（3）使用方面可广泛用于各种结构类型（如建筑物、构筑物、桥梁隧道、涵洞、烟囱等）、各种结构形状f如矩形、圆形、曲面结构等1、各种结构部位f如梁、板、节点、拱、壳、墩等）的加固修补，且不改变结构形状及不影响结构外观。
试验表明：碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维具有良好）的耐腐蚀性和耐久性，可以抵抗建筑物中经常遇到的酸、碱、盐等对结构的腐蚀。使用此材料加固后，不仅不需要对其进行定期维护，而且其本身更可以对内部混凝土结构起到保护作用。例如位于107国道f深圳段）的洋涌河大桥由于一辆超高集装箱货柜车撞击后在被撞区形成了多道裂缝，呈辐射状，甚至很多斜向裂缝延至梁肋顶部，并且有混凝土松散、脱落、钢筋被剪断等破坏情况。加固时采用在梁体底板和粱肋粘贴碳纤维布的方法后，使结构恢复了承载力，后经观察，达到加固补强的目的。
4、结束语
总之，加强既有桥梁的补强加固、保障公路桥梁的安全运营已成为交通管理部门关注的重点。预应力加固技术是现代公路桥梁施工领发展速度最快、用途最广的一门科学技术。然而，预应力加固施工工艺相对较复杂，要求预应力结构施工的专业性强，在实际施工中存在诸多质量问题。所以要切实抓好每道工序、每个环节的质量控制，确保公路交通畅通无阻。
