关于桥梁加固技术的讨论
2015-05-29
引言
桥梁加固是随着日益增长的交通运输业而产生并随其发展的新课题，它很好地处理了新工程与旧工程的衔接，是实现可持续发展的物质保障，因此，桥梁加固技术的发展意义相当重大。下面笔者探讨了桥梁加固技术。
1. 桥梁加固的基本原则
旧桥加固是一种借加大或修复桥梁构件来提高局部或整座桥梁承载能力的措施。因此桥梁加固工作一般以不更改原建筑形式为原则，只有在复杂的情况下，才更改其结构。如仅加固仍不足以适应交通运输的需要，必须重建桥梁的部分或全部时，则重建桥梁也必须考虑到将来的发展，并按现行桥梁设计及施工规范进行设计与施工。此外，不管采用何种加固方法，都应考虑投资少、工效快、不中断交通、技术上可行、有较好的耐久性等方面的要求。
对有损伤的桥梁进行的加固较新建结构更为复杂，它不仅要受到已有结构的种种限制，还由于结构损伤和缺陷的存在以及约束条件的变化等，使得结构的处理更为困难，而且桥梁设计的各种参数（如材料强度、荷载状况等）的取值取决于现场的调查等。因此，在确定桥梁的加固方案时，应周密考虑，严格遵循有关的工作程序和原则，选用的方法不仅要安全可靠，而且还要经济合理。进行桥梁加固的基本原则是：
1、一般应以不更改结构形式为原则，避免不必要的构件拆除和更换。
2、应考虑投资少，功效快，不影响交通，技术上可行，有较好的耐久性等方面的要求。
3、应对结构现有材料性能进行检测，通过实测评定材料的实际强度等级。
4、需考虑加固所处空间、结构损伤程度、修补后的耐久年限等。
5、应考虑恢复后建筑物的总体效应和重新分布的受力状态。
2. 桥梁加固常用的方法
1、粘贴钢板法
粘贴钢板法是采用环氧树脂或建筑结构胶，将钢板直接粘贴在被加固的钢筋混凝土结构物的受拉区或抗剪薄弱部位，使之与被加固结构物形成整体共同受力，以提高结构的刚度，改善其受力状态，限制裂缝的开展，提高结构的承载力。其特点及适用条件是，主梁承载力不足，或纵向主筋出现严重的锈蚀，或梁板桥的主梁出现严重横裂缝，可用粘结剂及锚栓将钢板粘贴锚固在混凝土结构的受拉缘或薄弱部位，使其与结构形成整体，提高桥梁的承载能力。适用于受弯、受剪和受拉构件。该法具有施工简便，粘钢所占空间小，不减小桥梁净空，加固施工周期短，消耗材料少，粘钢加固部位、范围和强度可视设计构造需要灵活设置，并可在不影响或少影响交通的情况下施工。但极限状态下后加补强钢板的应力发挥取决于原梁的配筋率，对于原梁高度较小、配筋率较大的情况，后加补强钢板很难充分发挥作用。在梁底粘贴钢板可以显著提高结构的抗弯刚度，对以控制结构变形为主要目的的使用功能加固是十分有效的。后加钢板与被加固混凝土梁体之间的可靠粘结是两者共同工作的基础，是粘贴钢板加固法的关键技术。
2、粘贴高强纤维片材法
粘贴高强复合纤维加固法是采用环氧脂胶（或其它建筑结构胶）将高强度复合纤维布（或板、片）直接粘贴在被加固混凝土结构的薄弱部分，与被加固结构形成整体，共同受力，以限制裂缝的发展，提高结构的承载力。粘贴高强纤维片材加固法是近些年新兴的结构加固技术。加固桥梁构件时，按构件的不同受力特点用粘结材料将碳纤维材料有序地缠绕粘贴于构件表面，实现对构件变形的约束并因此提高构件的极限强度和承载能力。在桥梁加固运用中，可粘贴在混凝土梁的顶面或底板上，以提高混凝土梁的截面强度和刚度；也可粘贴在梁的腹板上，以提高其抗剪强度；还可将碳纤维缠绕在节点部位以满足抗震设计和加固的要求。碳纤维虽然具有很高的强度，但其却是脆性材料，不像钢筋具有屈服特性，在设计时应避免使用到其破坏强度。
3、桥面补强层加固法
桥面补强加固法是通过在桥面板（主梁顶面）加铺一层钢筋混凝土层，使其与原有结构形成整体，从而达到增大桥面板或主梁有效高度和受压截面，增加桥面整体刚度，提高桥梁承载能力的一种常用且有效的加固方法。
主梁或桥面板承载力不足，刚度不够，或铰接梁、板的绞缝不能有效传力时，可采用桥面补强加固法进行加固。受桥面补强层厚度的限制，这种加固方法主要适用于中小跨径的桥梁。
采用桥面补强进行加固，桥面板或主梁恒载将有所增加，应通过计算判断桥面增厚后是否可以增高桥梁的有效承载能力。若恒载的增加影响较大，则应考虑采用其他加固方法或与其他方法综合运用。同时，加铺补强层后，桥面高程也将受到影响，连接路面或桥面纵坡应予调整。为减少补强层增加的恒载，往往必须先将原有的桥面铺装层凿除，并要求对伸缩缝进行改造。
4、改变结构受力体系加固法
改变结构体系加固旧桥通常是指增设附件和进行技术改造，使桥梁的受力体系和受力状况发生改变，有的是缩短了梁的计算跨径，从而起到减少承重构件的应力，改善桥梁性能，达到提高承载能力的目的。
常使用的方法有：简支转连续法；将多跨简支梁改造为桥面连续简支梁体系；增加辅助墩法；八字支撑法；将梁式转换为梁拱组合体系；改桥为涵洞加固；钢索斜拉加固。
改变结构体系加固时往往需要在桥下操作，设置永久设施，影响桥下净空，所以必须考虑对通航及排洪能力的影响。加固时改变了受力体系，存在使原本只承受正弯矩的简支梁在部分位置出现负弯矩，所以要注意加强梁上缘配筋。
5、增大截面加固法
该加固方法是在构件表面加大混凝土尺寸，增加受力钢筋，使其与原结构形成整体，从而增大构件有效高度和受力钢筋面积，增加构件的刚度，提高桥梁整体承载能力，广泛应用与梁（板）桥及拱桥拱肋的加固。当然加大构件截面时，会使上部结构恒载增加，对原结构及基础承载能力有一定影响。
采用该法加固时应优先选用早强砂浆和早强混凝土或膨胀混凝土。配制混凝土用的石子宜用坚硬耐久的卵石或碎石，其最大粒径不宜大于20mm。当采用钢筋补强时，纵向受力钢筋的直径不宜小于12mm；封闭式箍筋直径不宜小于8mm 。U形箍筋直径宜与原有箍筋直径相同。当采用型钢和钢板补强时，应将其和原结构的钢筋进行联结，或采用锚栓与原结构联系，切实保证力的有效传递和能够参与原结构共同受力
6、预应力加固法
预应力加固技术常见的就是实施体外预应力加固。体外预应力加固通常采用粗钢筋、钢绞线、高强钢丝等材料作为施力工具，在体外对桥梁上部结构施加预应力，以预应力产生的反弯矩部分抵消外荷载产生的内力，从而达到改善桥梁使用性能并提高承载能力的目的。对于钢筋混凝土梁桥，可考虑采用体外预应力进行加固。该法具有加固、卸荷、改变结构内力的三重功效。预应力加固技术在桥梁加固中的应用，对于适合采用具有一定的特殊意义，由于桥梁结构自重大，一般均应采用带载加固，后加补强材料只承担活载引起的内力，后加补强材料应力（应变）滞后，在极限状态下很难发挥作用。解决后加补强材料应力（应变）滞后，提高后加补强材料利用效率的根本途径是对后补强材料施加预应力，构成预应力加固体系。
3. 结语
总之，桥梁加固方案设计关系到桥梁加固工程质量的全局性问题。应该在对桥梁结构病害诊断分析和评估的基础上，根据技术条件、经济条件和使用要求，有针对性地选取合适的加固方法。特别是应注意各种加固方法的综合应用，比如：被动加固与主动加固相结合、利用某一方法的特长的综合加固法、发挥协同工作的优势的综合加固法等，但是，目前我国综合加固技术其应用和研究仍很不成熟，仍需要不断地走向深入。
