桥梁加固方法与技术措施
2015-07-20
桥梁使用一定年限之后，由于施工质量和桥梁设计等方面的原因，使得桥梁的检测和加固成为必要，更因为建国以来所修建的不少旧桥，由于受到当时的设计、材料、施工等方面的影响和局限，先天不足，加上不能适应目前交通量的迅猛增长，使得旧桥的检测和加固技术显得非常迫切。必须予以修补，使之恢复到原有设计的承载能力。
1桥梁病害分析
1.1桥梁设计、施工及运营对桥梁的影响。在桥梁的建造过程中，设计不合理，截面尺寸和钢筋位置不符合力学要求，施工达不到质量要求，原材料使用不当、品质不良，施工养护不及时等这些问题的出现，都会导致桥梁在使用过程中存在质量隐患。
1.2环境因素对桥梁病害产生的影响。严寒酷暑的的温度、气候、洪水的冲击等桥梁外部环境对桥梁会产生影响。其中边梁破坏严重，钢筋严重锈蚀，混凝土保护层脱落开裂。另外部分桥梁长期处于海水干湿作用，溶蚀严重。
1.3超载超限对桥梁的危害。车辆的超载超限对桥梁的损伤很大，会致使桥面板坑洼不平，梁板出现裂缝、断裂、受力钢筋外漏、锈蚀。车辆的超载超限已成为严重的公路桥梁的杀手。超限产生过大的弯矩和剪力使梁板产生过大弯曲变形和剪力破坏，产生弯曲裂缝，支座附近产生剪切裂缝。过大的荷载使装配式板桥的铰缝混凝土开裂，导致桥面横向分布削弱，桥板承受荷载增加;严重时铰缝混凝土破坏，形成单块板受力，使桥板断裂，产生险情，严重威胁桥梁和行车安全，如不及时采取措施，将形成事故。
1.4地震对混凝土桥梁的破坏。地震因其发生的突然性和巨大破坏力而被列为各种自然灾害之首。道路交通是国民经济大动脉也是抗震救灾生命线工程之一。从历次破坏地震中，调查得到的桥梁震害产生的主要原因有以下几类:1)支承连接件失效;2)下部结构失效;3)软弱地基失效等。
1.5梁式桥出问题，多半是上部结构和构造缺陷。而拱桥上部构造，施工阶段是风险最大的时期，拱桥建成时，安全度比较大，拱桥出问题多半是基础变形造成的。因为拱桥的结构合理性和内力的削减是推力起作用，而基础的变形，又必定是朝向推力减弱方向发生的。梁式桥加固时，结构改造的空间很小，拱桥加固是，结构改造的空间较大，可采用预应力增补；拱桥结构加固，采用预应力处理结构很困难。梁式桥加固中，减少静重的可能新极小，拱桥加固中可以寻求减轻静中的途径。
2桥梁加固方案
2.1加固的思路
2.1.1加固和维修养护所起的作用是不同的，维修养护是桥梁保持正常运营状态的保护性和预防性的工作，而加固却是从承载受力的角度来处理的。
2.1.2第一类加固需求，桥梁不能承受原设计荷重要求，应该通过加固恢复其原有的承载力。原设计的荷载标准不能满足现在的交通要求，要求提高到一个新的标准。
2.1.3桥梁要通过一次性的特重荷载，要求采用临时性措施通过特重荷载而不使原结构受到破坏，过后恢复正常。一般来说加固方案可以考虑减少内力或增大断面，也可以应用加固新材料。
2.2加固方案和方法
目前，关于混凝土桥梁加固方法主要有：1、结构性加固，如采用体外预应力、在结构的受拉区粘贴钢板或增设钢结构支撑；2、非结构性加固，如对裂缝进行封闭或压浆处理；3、最近几年国外采用碳纤维复合材料（CFRP）取代钢板，使加固技术发生了根本的变化。
2.3加固的材料和工艺
碳纤维复合材料是一种新型的材料，可以取代钢板应用在桥梁的加固工程中，因此受到人们的广泛重视。我国对这种新型的材料是在98年开始实际应用的，目前对它的应用和研究正在深化和发展。碳纤维复合材料（CFRP）的特点 1）不增加恒载及断面尺寸；2）不减少桥下净空；3）施工方便，成型方便，可适应不同构件形状。4）环氧树脂黏结，不需要锚固螺栓，对原结构无新的损伤。5）可根据受力需要粘贴若干层。碳纤维复合材料（CFRP）主要有三种，即碳素纤维、高分子聚合纤维、和玻璃纤维。
3具体加固方法与技术措施
3.1体外预应力的加固另外的加强措施
3.1.1弯曲加强
采用体外预应力加固法可提高结构构件的受弯承载力,预应力筋布置应符合优化布置原则,即加固筋外形与外荷载产生的弯矩图形相似,因此,加固梁式结构时,体外预应力筋多采用折线形连续筋,以充分发挥加固筋的抗拉强度。体外筋的灵活布置,可以有效地补强加固不同受力情况的简支梁和连续梁。若连续梁中仅有个别跨需要加固,则可采取在这些跨上单独布置预应力筋进行局部加固;若连续梁普遍较差,则可用各跨布置给予整体加固,若连续梁普遍较弱,但个别跨更弱,则可采取通长布置与局部布置相结合的办法进行加固。
3.1.2剪切加强
梁的剪切强度可通过外部加设扁钢、钢板和钢箍等方法来提高，扁钢通常箍在构件上用后张法拉紧并已开发了一种后张不锈钢钢箍的方法，后张法能使新材料平分恒载及活载，这样就能更有效地利用新增材料。提高剪切强度的另外一种方法为采用后张的附加预应力钢筋。预应力钢筋可以加在垂直和倾斜方向上，而且既可安装在梁腹板内，又可安装在箱内，施加预应力时应当小心谨慎，避免结构某些部分出现超限应力。若构件中存在裂缝，一个好的实施方法是在施加预应力之前,先在裂纹上注射环氧树脂。
3.2扩大或增加原结构构件截面
扩大或增加原结构构件截面以提高原结构的强度和刚度;该方法虽然能提高结构承载力,但也会因而加大结构自重。自重加大产生的内力增量会消抵部分或全部结构承载能力的提高。且新增结构面积或体外施加的预应力与原结构体的界面能否良好结合。
增大截面、粘贴钢板(碳纤维)、体外预应力等加固方法都属于二次超静定受力结构。加固前原结构已经承受荷载(即第一次受力),特别是当承载能力不足时,加固前原结构的截面应力、应变水平一般都很高。新加固部分加固后并不立即承受荷载,而是在新荷载(即二次加载)下才开始受力。从而导致整个加固结构在其后的第二次受力过程中新加部分的应力、应变始终滞后于原结构的累计应力、应变,这决定了此时混凝土结构加固计算分析不能够完全按普通结构概念进行。加固结构的承载力与新旧两部分的应力差值或应变差值直接相关,与原结构的极限变形值有关,与两部分材料的应力—应变关系有关。
3.3粘贴法
粘贴碳纤维法与钢板粘贴加强法基本原理是一致的,均是将其增强材料粘贴在混凝土结构的受拉边缘或薄弱部位,使之与结构形成整体,代替需增设的补强钢筋,提高梁的承载能力达到补强的目的。
3.3.1粘贴碳纤维法
碳纤维加固桥梁构件的部位: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%考试大%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
3.3.2具体的施工工艺
1)处理结构混凝土表面,涂敷基底树脂并整平；2)涂刮整平胶并对其表面作砂光处理；3)滚刷粘结剂粘结碳纤维；4)对已贴的碳纤维作压面处理；5)表面整饰(如抹砂浆等)。
粘贴钢板(碳纤维)法：1)对结构抗弯和抗剪加固效果明显,但对结构静刚度影响不大(静刚度包括等直杆件扭转刚度、受弯梁的弯曲强度、薄板受弯曲载荷作用、薄壳变形计算)。2)在借用桥面铺装层参与受力时,新老混凝土的可靠连接,始终存在问题如粘结剂的老化问题。
此外粘贴钢板法存在以下自己特殊的缺点：1)钢板面积大,刚度大,适型性差,很难与原结构紧密粘接,此外,自重很大,加上锈迹等原因,底、侧粘贴很易脱落(钢板易受腐蚀或脱落)；2)对于大跨度梁来说,钢板的重量可能太重。
4结束语
桥梁的加固是一项综合繁杂的工程，要积极引进和开发路桥加固、改造的先进技术、材料和设备，合理确定加固、改造方案,让有限资金发挥更大的效益。
