桥梁加固技术分析
2015-06-05
引言：现有桥梁中有一部分因修建年代久远、质量低、病害严重的老桥，或因设计、施工、材料以及使用上的种种原因存在不同损伤的桥梁，承载能力偏低，已不能维持正常使用，因而需采取限重、限速通行措施，甚至不得不关闭旧危桥梁进行加固处理。所以有必要采取有效的加固改造措施，恢复和提高这些桥梁的承载能力。
一、桥梁加固的意义
桥梁是确保公路畅通的咽喉，其承载能力和通行能力又是贯通全线的关键。为了避免承载能力与通行能力不能满足现有路况需求的桥梁而给全线公路交通带来不利影响，应当加强对现有桥梁进行调查研究，严格做好检测评定桥梁承载能力工作，根据破损情况分析其破损原因，采取相应的维修加固措施。加固桥梁后，可以延长桥梁的使用寿命，用少量的资金投入，使桥梁能满足交通量的需求，还可以缓和桥梁投资的集中性，以充分发挥经济效益与社会效益，确保公路交通正常运营，这是我国公路建设发展中具有战略意义和深远影响的迫切任务。
二、桥梁结构加固原理
桥梁加固就是通过一些有效的措施，使受损桥梁结构恢复其原有的技术功能，或通过改变结构的传力途径而减少构件的荷载效应，或在已有结构的基础上提高结构的承载能力，以满足新的承载条件和使用功能的要求。 在荷载作用下，梁式桥梁结构是一种纯弯结构，只承受荷载对结构产生的弯矩。因此，梁式桥梁的主梁受力状况有三个要数决定：荷载作用产生的内力、主梁截面的面积决定的截面几何特性及主梁材料的自身强度决定。当外界条件改变，如车辆荷载增加、超限、超重等，对桥梁引起的内力增大，超过主梁结构和自身强度的允许范围时，势必造成主梁受拉部位开裂、破损、承载力下降，成为危桥。桥梁加固的方法和技术种类很多，但基本原理都是遵循力学的基本原理，从桥梁结构的外界因素和内在状况改变的角度进行加固补强，提高承载力。 1、从外因角度通过结构性能改变，提高主梁承载力。
第一，增大主梁截面面积：采用增加主筋、喷射混凝土、现浇混凝土来增大截面尺寸，以及加厚桥面、增加辅助构件等加固方法。采用这种加固方法的目的，是增加主梁截面的惯性矩或几何抗弯模量，当荷载产生的内力（弯矩）不变，或荷载等级提高时，通过改变截面面积的途径，减少主梁截面承受的拉力，使其不超过主梁材料性能承受范围，从而达到加固主梁，提高承载能力的目的。
第二，增大主梁的强度：对主梁采用环氧砂浆粘贴钢板（钢筋）、环氧玻璃钢、碳纤维布、芳纶纤维布等高强材料，增加了主梁的强度。在不改变主梁截面的前提下，在荷载等级不变或增加时，使荷载对主梁产生的拉应力小于补强材料的强度，从而达到加固主梁，提高承载能力的目的。
第三，从内因角度通过调整内力提高主梁的承载力。改变原桥结构体系，采取将简支梁体系变换为连续梁体系、加八字支撑改变桥梁跨径、通过外加预应力（体外预应力）将主梁结构由纯弯结构变为弯压结构，减少原桥主梁承受的承载能力（拉应力），从而达到加固主梁，提高承载能力的目的。
三、桥梁补强加固方法 常规的桥梁维修加固方法有如下几种：
1、改变结构体系加固法
通过改变结构的受力体系，改善结构的受力，提高桥梁的承载能力。主要有以下几种方法：(1)八字撑架加固法：在简支桥孔设置钢制或钢筋混凝土制八字撑架，为原桥上部结构增设两个支承，使原一跨简支梁变为三跨连续梁。
(2)连续体系加固法：将原多跨简支梁的梁端翼缘连接起来，使受力体系由原来的简支转变为连续，从而改善结构的受力性能。
3)改桥为涵加固法：对于跨径较小的桥梁，在不影响通航和排洪能力的情况下，可用改桥为涵的方法加固。
2、承重构件增减
通过增设纵梁或者拓宽桥面等办法分担原构件的活载，达到提高承载力的目的。包括新增加主梁、增设纵梁、拓宽桥面等。拓宽的桥面不仅可以有效的减小单个主梁荷载通行的集度，同时新增纵梁和原主梁之间还可以通过增加辅助横梁来改善荷载的横向分布问题。
3、增大构件的截面
通常采用的增大构件截面的方法有以下几种：
1)桥面补强层加固法，主要用于主梁刚度不够，桥面板承载力不足，或铰接梁、板的铰缝不能有效传力。在梁顶上加铺一层钢筋混凝土层，一般先凿除旧桥面，使其与原有主梁形成整体，达到增大主梁有效高度和抗压截面强度，改善桥梁荷载横向分布能力，从而达到提高桥梁的承载能力的目的。该法用工量较大，工期较长，并有可能对原结构(如主梁等)造成一定的损伤。
2)增大截面与配筋加固法是通过增大构件截面面积或配筋率以提高钢筋混凝土梁的强度、刚度、稳定性的加固方法。该方法一般采用在粱底面或侧面加大尺寸，增配主筋，以提高主梁截面的有效高度，从而达到提高桥梁承载能力的目的。但该方法会使上部结构恒载增加，在施工过程中全部的作业需在梁底进行，施工难度较大且施工质量难以控制，需要现场作业。
3)锚喷混凝土加固法，较多用于加固砌体墩台、护坡等砌体工程。锚喷混凝土加固法是从隧道施工中转化而来的加固方法，但由于施工工艺要求较高且存在一个新旧混凝土的衔接问题，加上施工过程中需要封闭交通，施工过程对环境影响较大。
4、外加预应力体系
外加预应力体系是利用预应力所产生的反向预矩，能较大幅度地减小恒载下的构件变形
与应力水平，属一种主动加固法。其优点是在自重增加很小的情况下，能够大幅度改善和调整原结构的受力状况，提高承重结构的刚度、抗裂性能。由于承重结构自重增加小，故对墩台及基础受力状况影响很小。可节省对墩台及基础的加固，对桥梁营运影响较小，可在不限制通行的条件下加固施工。缺点是会导致超静定结构发生内力重分布、转向块和锚固点存在着巨大的集中力、易受环境的影响，需要做防腐处理。
5、增补加劲材料
1）碳纤维布结构加固技术
粘贴碳纤维结构加固技术是指采用高性能粘结剂将碳纤维布粘贴在混凝土结构构件表面，使两者共同工作，提高结构构件的(抗弯、抗剪)承载能力，由此而达到对建筑物进行加固、补强的目的。
2）粘贴钢板加固法。
该法是以树脂粘接钢板与混凝土的结构加固法，其施工快速、现场无湿作业或仅有抹灰等少量湿作业，对生产和生活影响小，且加固后对原结构外观和原有净空无显著影响。但加固效果在很大程度上取决于胶粘工艺与操作水平，适用于承受静力作用且处于正常湿度环境中的受弯或受拉构件的加固。 它能够与粘钢加固相同的原理是用钢板代替钢筋，将钢板固定到混凝土的表面，使钢板和混凝土构件联合受力，相当于增加了混凝土构件的配筋量，起到提高构件承载力的效果。同时，其还可以根据桥梁病害与缺陷所在部位，确定钢板的规格和粘贴形式，将钢板粘贴在被加固的桥梁结构受力部位的外边缘，以便充分发挥粘贴钢板的作用，同时密封粘贴部位的裂缝和缺陷，约束构件的变形，从而有效地提高了加固构件的刚度和抗裂性，有效的发挥粘钢构件的抗弯，抗剪、抗压性能。结束语：
桥梁的加固方法必将越来越先进，传统的加固方法除了简便易行，材料经济而继续得到青睐外，新方法的运用，使得桥梁加固的对象更广，施工更方便快捷，效果更明显，选择最佳加固形式做出最优控制以实现桥梁的加固和耐久性的目的，保障人民的财产和生命的安全至关重要。
