桥梁加固原则及其设计方法探析
2015-06-11
作为交通干线的重要组成部分，桥梁的使用性能对整个交通的畅通性有直接影响作用，在经济迅速发展，公路交通的运输量大大增加的背景下，受材料、设计、施工等方面的影响，很多桥梁已满足不了现有荷载的受力要求，影响桥梁荷载的原因有：一、重型车辆的超载现象较为突出；二、交通运输量呈明显增长；三、建筑构件、材料等的老化；四、诸多地质灾害的影响等。桥梁的承载能力是有限的，部分桥梁不堪重负出现了沉陷、裂纹等破损现象，基于道路安全考虑，应对桥梁进行加固。
一、桥梁加固的原因和意义探析
在上个世纪末期，桥梁的设计标准较低，而随着我国经济的不断发展，交通运输量猛增，运输与桥梁间的矛盾也日益明显，据数据统计，截止2008年我国危桥已达6000多座，这些桥梁桥面宽度不够，纵断面、平面的现行设计标准较低，桥梁上通车的净空能力不足，通行能力无法达到要求。另外在进行桥梁的施工时由于勘测不到位，对施工中的基础深度、基底地质等情况无法掌握，若遇上洪水冲刷，桥墩基础冲空外露，产生不规则的沉降，拱圈、桥台会因为附加应力裂开，加之经济发展下重型车辆的增加以及较为突出的超载现象的影响，桥梁的安全受到了更加严重的挑战。
如果将这些桥梁推倒重建，会耗费大量的物资，以及较长的工期，同时也会影响桥梁的正常使用。反之，当前多数交通发达的国家已将新建桥梁放在了次要位置，而把桥梁建设的重心放在了对桥梁的改造加固之上，本着“经济简便、可靠牢固、适用耐用”的原则，加强对现有桥梁承载力的研究，有计划、有步骤将现有的桥梁进行改造加固，既可以延长桥梁的使用寿命，及时有效地为现代道路交通提供服务，又能够以少量的资金来改善交通情况，并给社会带来巨大的经济效益。
二、桥梁加固的原则探析
（一）不改变原建筑结构原则
所谓桥梁加固，即借助增加桥梁构件或者修复桥梁配件的途径来对整个桥梁的通行能力和承载能力进行提高的一种措施，所以，桥梁加固的首要原则为不改变原来桥梁建筑的即有形式，只在情况特别复杂和特殊的时候，才对桥梁的结构进行改动，例如：单纯的加固无法与必须的交通量相匹配，这时就必须对桥梁进行部分重建或者全部重建，在对桥梁进行重新建设时，应考虑到未来交通的发展需要，建设时应严格按照现有的桥梁的世纪规范和施工要求来进行设计和施工。
（二）灵活处理原则
在不同的条件下，桥梁加固的方式各有不同，所谓不同的条件是指桥梁的服役情况以及交通承载力的下降程度以及桥梁未来的主要任务等，经过总结，桥梁加固的类型一般分为以下几种：
1.改变原有的桥梁结构，用新的结构替代原有的承载能力有限的结构；
2.将原有结构的构件横截面积增加或者扩大，用以增加桥梁原结构的刚度和强度；
3.将原有的受力系统进行调整，减少原结构的受力大小；
4.加固时若用增加或扩大桥梁截面的方式，须注重新增加部分和原来的部分的结合，让二者能够组成一个整体发挥加固效能；
5.对原有的结构新增外应力，改变原有结构的受力层次，将提高桥梁的刚度和强度；
6.无论使用哪一种加固方法，在施工时都应考虑功效快、投资低、不影响交通、技术上具有可操作性、能够持久耐用的施工要求。
三 、桥梁加固设计方法探析
桥梁加固即是通过采取一定措施来提高桥梁构件或者整个桥梁结构的使用性能及承载能力，满足交通运输的要求，在具体的桥梁加固设计中，主要包括了以下几种方法：
1.体外预应力的加固法
这一加固方法的原理在于在桥梁下缘的受拉区域增设预应力材料，在张拉的作用下使桥梁产生预应力，在这一预应力的作用下，梁体会产生上拱效应，抵消了桥梁的部分自重应力，降低壳体结构变形速度以及裂缝的宽度，改变结构受力系统，由此很大程度上将桥梁结构的承载能力提高。
当对加固工程流程进行合理安排后，这一方法的最大优势在于能在最大程度上降低对桥面交通的影响，在条件允许时甚至可以在施工过程中有限地开放交通运行，所以这一方法是使用最广泛的加固方法之一，其缺点在于在加固工程完成后，体外预应力钢筋的防腐问题会相应增加桥梁的养护费用，通常不是公路部门的首先方法。
2.改变结构受力系统的加固法
这一方法主要是在改变桥梁结构受力系统的基础上实现提高桥梁的承载力。具体操作如将简支梁和简支梁进行纵向的连接，从而将简支梁变成连续梁，或者在桥梁的下方架设桥墩或者支架，又或者在梁下设置类似钢桁架的叠合梁及加劲梁来降低梁的外应力，增加桥梁的承载能力。改变桥梁的结构体系有很多的方式，不过都需要在桥下进行施工操作或者增设永久性设施。这一方法减少了桥下的空间，在施工中会对交通造成影响，如此，在施工设计时就必须综合考虑桥梁的通行能力和泄洪能力，另外，若使用了临时支架进行加固，会对原有的简支梁的受力结构造成影响，支点会发生弯矩，所以在施工时应进行受力的验算。
3.桥面补强层的加固法
即在梁的顶部铺设一层钢筋混凝土结构，施工时，通常先将旧桥面凿除，这样可以是主梁与加强层形成一个整体，以此来增加主梁的厚度，改变桥面的横截面负荷分布，加强主梁的抗压能力，从而提高桥梁的整体承载能力。
4.增加配筋及截面的加固法
当桥梁出现刚度、强度、抗震能力及稳定性能问题情况时，通常采用的加固方法为增加桥梁配筋、增加桥体的构建截面等，这种加固法主要是通过使桥体侧面和梁底的面积以及增加主筋的数量，用以提高梁的有效高度及抗弯能力，以此增加桥梁的承载力，这一方法被广泛应用于拱桥以及梁桥的加固设计。
5.碳纤维或钢板粘贴的加固法
碳纤维加固方法是新引进国内的一种技术，优点在于耐腐蚀、强度高，当前正在推广应用，钢板粘贴加固法主要是采用锚栓和粘结剂把钢板粘贴锚在混凝土受拉或者其他薄弱位置固定，将加固混凝土与钢板连成一个整体，最终提高桥梁的承载力，这一方法的优势在于不改变原有桥梁结构且施工简单，技术可靠，工艺较为成熟，近几年得到了广泛应用，如广州东圃大桥的加固工程等。
四、结语
如今桥梁加固已成为全世界关注的重点，现在主要的桥梁问题多集中在低级公路桥梁上，加固主要对象也是中小桥梁，面对我国桥梁技术的快速发展，进一步提高桥梁维护以及加固改造的水平有着深刻的现实意义。
