桥梁加固技术浅析
2015-04-13
1 前言
对原有桥梁进行加固补强、改造翻新，最大程度利用现有资源，保证其使用安全，延长其使用寿命是当今国际工程界关注的重大课题之一。
2 桥梁加固常用的方法
桥梁加固常用的方法有以下八种：
2.1 桥面补强层加固法
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。
2.2 外包混凝土加固法
外包混凝土加固法又称增大截面加固法，它是通过增大构件的截面和配筋，以提高构件的强度、刚度、稳定性并减少裂缝宽度。对于梁桥、拱桥、刚架桥、墩台、基础等，在条件许可的情况下均可采用该方法加固。外包混凝土将使原结构增加一部分恒载重量，因而在拟定外包混凝土尺寸时，应同时考虑外包构件以下的结构承载能力是否足够，这是外包混凝土方案是否成立的前提。
2.3 钢板粘贴加固法
由于交通量的增加，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向裂缝，此时，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，以钢板代替增设的补强钢筋，提高桥梁的承载能力与耐久性。
2.4 喷锚混凝土加固法
首先是用植筋法将锚筋植入待补强部位的结构内，挂设补强钢筋网，然后再喷射一定厚度的混凝土，形成与原结构共同受力的组合结构。喷锚混凝土是借助喷射机械，利用压缩空气将新混凝土混合料，通过喷嘴高速喷射到已锚固好钢筋的受喷面上，凝结硬化后形成一种钢筋混凝土。
2.5 改变结构受力体系的加固法
这种加固、改造方法是通过改变桥梁结构受力体系，达到提高桥梁的承载能力的目的。它的基本原理是以减少控制截面的内力为目的进行加固。对于拱桥加固，可通过体系转换法将单纯拱的受力状态改变为拱梁组合体系受力状态，即将拱上建筑变为梁式结构，拱梁组合体系受力状态较单纯拱更为均匀。另外，对于拱式拱上建筑的旧桥，改拱式为梁式拱上建筑，所带来的恒载重量减少量是非常显著的。
2.6 体外预应力加固法
体外预应力加固法主要用于梁式桥（包括简支梁、悬臂梁、连续体系梁桥等）正常使用极限状态超限的结构，通过对旧桥施加体外预应力，能够达到减少或消除裂缝，减小梁体下挠，改善结构各截面应力状态的目的。其基本原理是通过在梁体外设钢质的拉杆或撑杆，并与被加固梁体锚固连接，然后施加预应力，强迫后加拉杆受力，从而改变原结构内力分布，并降低原结构应力水平，使结构承载力显著提高，且可减少结构变形，缩小裂缝宽度甚至闭合。
2.7 减轻拱上自重加固法
减轻拱上自重也是一种调整拱上恒载分布的手段，尽管它们的目的都是为了恢复和提高原桥的承载能力，但它们的出发点和适用场合却是不相同的。调整拱上恒载分布是针对主拱圈变形过大，通过调整拱上恒载的办法来调整拱轴线与压力线；采用减轻拱上建筑的自重，则主要是针对某些双曲拱桥的基础承载能力较低，通过这一措施降低对基础承载力的要求。
2.8 拱桥的拱圈和拱肋常用的几种加固方法
为了提高拱桥的承载能力，往往采用增加拱圈厚度和刚度，加大拱肋截面、增设新拱肋等方法，下面介绍不同情况下的不同加固方法。
（1） 砖石拱桥的拱圈内壁出现表层剥落、松散、老化等情况且不适应目前交通时，可采用在肋圈内壁挂钢丝网，并喷射水泥砂浆的加固法。
（2）钢筋混凝土拱圈内壁浇筑加固法。拱桥拱圈内壁损坏严重时可采用此法，具体做法与上述方法相似。
（3）原拱上增设钢筋混凝土拱圈加固法。此法是拱桥中较常用的加固法之一，它不仅加固了拱圈，且将原有开裂拱联结在一起，也利于桥面排水。
（4）拱桥钢板箍与螺栓锚固法。石拱桥可在拱圈的跨中和 1/4 处加设三道（或多道，视情况而定）钢板箍（钢板厚可用 6～8mm）或钢拉杆，用螺栓在拱底及拱侧钻孔锚固，并注意将锚固点设在拱圈厚度的 1/3 处，此法可提高拱桥的整体强度，达到较好的加固效果。
以上介绍的常用加固方法为传统的混凝土结构加固方法，虽然有效，但均受到一定条件的限制，存在以下缺点：对结构的外观及使用空间均有一定的影响；施工时的湿作业和大型设备对环境和生产有一定影响；在有的方法中新旧两部分的连接对原结构有一定的损伤；加固材料易腐蚀或脱落；增加结构物的荷重等。
3 桥梁加固的最新方法
碳纤维（Carbon Fiber）是纤维状的炭材料，具有高强度和高弹性模量的特点。
碳纤维聚合物（Carbon Fiber Reinforced Polymer，简称 CFRP）是以碳纤维为组分，以树脂为基体，通过一定的成型方法形成的单向排列的碳纤维的复合片材。它具有高轻质、抗腐蚀、耐老化、物理性能稳定等极其优越的品质。
目前，我国在桥梁加固方面主要是研究应用粘贴 CFRP 片材（碳布）加固技术。碳布根据纤维方向分为单向布和双向布两种，其中以应用单向布为主，其拉伸强度是等截面普通钢材的 10 倍或更高，弹性模量在（2.4～6.4）�05Mpa，是一种较理想的混凝土结构加固补强材料，而常用的碳纤维聚合物的片材每平方米只有几百克的重量。同时，根据自然和加速暴露试验表明，碳纤维聚合物的抗拉强度以及与混凝土粘结强度在相当于 50 年的时间内不发生改变，具有足够的耐候性，而且碳纤维聚合物的疲劳性能优于钢和混凝土材料。碳纤维加固是 20 世纪 80 年代以来美、日等发达国家研发的应用在土木工程中的新型加固补强技术，已在建筑物、桥梁、特种结构等各种土木工程中得到广泛而成功的应用。我国从 1997 年开始对碳纤维加固混凝土等结构进行研究，并已在一些工程中得到应用｛如：井岗山大桥旧桥（T 型刚构，孔径为48.13m+14�1m+48.13m）加固就是采用此种方法｝，但相关技术标准、应用规范及施工指南在国内尚属空白。
4、结论
桥梁加固可以采用的形式是多样的：如加大截面加固法、体外预应力加固法、外部粘钢加固法和粘贴碳纤维加固法等都能达到同一目的，只是加固途径、加固效果不同。如对裂缝的限制，体外预应力法是一种主动受力加固法，能将现有裂缝宽度缩小，并能将在运营状况下的裂缝宽度控制在规范以内；而外部粘钢或粘碳纤维加固是一种被动受力法，它能够约束裂缝扩展。这些方法都能达到加固目的，只是各有优缺点，在具体实施中应考虑到被加固桥梁的特点。
在旧桥加固改造工程中，尽管每座旧桥梁的情况各不相同，具有各自不同的特点，但也存在一定的共性。我们应遵循桥梁加固、改造工作的共性，既要借鉴《混凝土结构加固技术规范》（此规范为建筑行业规范，有的不适用于桥梁工程），又要结合具体桥梁的特殊性，在实践中发挥积极性和作出创造性，不断进取和探索，采用最先进技术和材料，在旧桥利用、加固、改造中，创造和总结出多种切实可行的方法，使旧桥继续发挥固有的使用功能，以保证公路交通畅通无阻。
