桥梁维修加固常用技术应用
2015-08-26
前言：
近年来，我国桥梁建设取得了举世公认的成绩。但是，随着桥梁病害问题的日益突出，我国的桥梁建设已经进入新建和改造维修并重的过渡期，桥梁维修加固任务日益繁重。我国的桥梁建设在高速发展的同时，出现了管理和养护技术滞后的问题，桥梁维修养护目前是一个技术瓶颈。系统的研究、开发桥梁的养护维修技术，成为我国路桥管理部门的重要课题。
1．桥梁加固维修现状
我国虽已成为世界桥梁大国，但在桥梁的养护管理方面还有很多不足和亟待解决的技术和管理问题。随着国民经济的持续发展，这些问题会不断的暴露和显现出来，并成为制约公路交通事业持续健康发展的关键因素，也将成为我国走向世界桥梁强国过程中必须突破的一个关键环节。
2．桥梁加固维修现状
（1）桥梁维修加固必须本着“牢固可靠，简便耐用，经济适用”的原则。（2）根据不同桥梁的结构和材料特点，在成本可控的前提下，采用不同的加固维修方法，更换或修复损坏的桥梁构件，使桥梁整体恢复到原有的设计承载能力，保证桥梁的设计使用寿命。（3）对一些通过加固维修不能恢复原有设计承载能力但又必须继续使用的桥梁，要确定好加固后桥梁的实际荷载等级和桥梁的剩余使用寿命。（4）用于桥梁加固维修的材料必须通过国家权威检测机构检测认证、各项性能指标满足现行规范和设计要求。
3．桥梁加固维修的常用技术
桥梁加固技术从工作原理上可分为主动加固和被动加固两大类。通过施加预应力或改变结构体系加固属于主动加固范畴，后加预应力筋主动受力，依靠施加预应力或改变结构体系，改善原梁应力状态，达到加固补强目的；在受拉区直接粘贴高强纤维复合材料、或钢板加固，属于被动加固范畴，后加补强材料被动受力，只承担活载和后加恒载引起的内力。
3.1 主动加固技术
通过施加预应力、改变结构体系等方式，改变结构原有的受力行为。改善桥梁恒载的内力分配，增加全桥刚度，闭合裂缝，并调整变形。
3.1.1 施加体外预应力加固
施加体外预应力加固可以较好的提高梁体的抗弯截面模量，减小梁体绕度，减小受拉区梁体裂缝，从而调整原结构的受力状况，提高刚度及抗裂性。由于自重增加小，减小了对墩台及基础受力状况的影响，可节省对墩台及基础的加固量。可在不限制通行的条件下进行加固施工，既可作为桥梁通过重车的临时加固手段，也可作为永久提高承载能力的措施。在实际使用过程中应注意新旧混凝土结合问题、预应力索或预应力筋及钢构件的防腐问题。施工工艺流程见图1所示
3.1.2 增加横隔板加固
增加横隔板加固可以明显改善T 型梁桥铰缝开裂病害，防止病害扩展。不影响桥下净空，对原桥景观基本无改变。适用于因横向联系较差而降低承载力的桥梁上部结构。增加横隔板加固只是将相对集中的荷载进行了分散，对桥梁整体承载能力并无实质性的提高。加固效果并不明显，需配合其他方法同时进行。对混凝土梁桥，增加混凝土横隔板的效果好于增加钢横隔板。
3.1.3 加大桥面铺装钢筋加固
采用加大桥面铺装钢筋直径的方法对绞缝开裂病害进行修补，是基于原桥面铺装钢筋网设计直径过小或网格过大，或由于施工质量原因造成的绞缝开裂病害而进行的维修方法，该方法全部在桥面施工，要求中断至少半幅交通，适用于允许中断交通的小跨径T 梁或板梁桥。施工时桥上交通受阻，不允许中断交通的桥梁不宜采用，将增加结构自重产生的弯矩，结构的承载力提高不显著。
3.1.4 增大截面与配筋加固
增大截面与配筋加固法一般采用在梁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。适用于桥下净空较高，允许增加主梁高度的情况。加固效果比较明显，但施工工艺复杂，技术要求较高。对桥下净空限制的桥梁不适用。实际使用时应注意：新旧混凝土结合问题、新增钢筋与原钢筋的结合问题、混凝土浇筑工艺。
3.2 被动加固技术
主要是裂缝修补、粘贴碳纤维、钢板、补强普通钢筋等。被动加固技术不改变结构的恒载内力状况，方法灵活，可根据裂缝的位置方向随意设置。可控制裂缝进一步开展，提高桥梁承载能力。多适用于在恒载作用下承载力满足要求但活载作用下承载力不满足的情况，在中小桥和大桥进行加固时常采用。对已存在的裂缝需进行裂缝修补后再进行被动加固问题。
3.2.1 粘帖纤维复合材料加固
粘贴纤维复合材料加固方法是是采用环氧树脂或建筑结构胶将符合现行国家标准的《定向纤维增强塑料拉伸性能试验方法》（GB/T3354）中各项力学性能指标的纤维片材（或布）直接粘贴在被加固混凝土结构薄弱部位，与被加固结构形成整体，共同受力，以限制裂缝的开展，提高结构的抗裂能力、抗腐蚀和碳化能力，对结构的刚度提高不大。对以延长结构使用年限为主要目的耐久性加固，粘贴纤维复合材料加固方法还是有一定效果的。
3.2.2 粘贴钢板加固
粘贴钢板加固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，以提高结构的高度，改善其受力状态，限制裂缝的开展，提高结构的承载力。粘贴钢板施工需待混凝土缺陷修补、裂缝修补完成后进行。粘贴钢板加固可以显著提高结构抗弯刚度，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。
3.2.3关于部分常用加固方法的探讨
在受拉区直接粘贴抗拉补强材料存在应力滞后的问题，使用时必须考虑桥梁带载加固，分阶段受力特点。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和应变。所以，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。受原梁变形限制，在极限状态下纤维复合材料的高强抗拉性能不一定能充分发挥，若不考虑分阶段受力特点，过高地估计了后加补强材料的作用，是不安全的。采用预应力加固从根本上解决了后加补强材料的应力滞后问题，可以充分发挥后加补强材料的力学性能，提高了材料的利用率。桥梁维修加固应注意各种技术的综合利用，通过调整结构内力，尽量减轻原梁的负担，将加固补强工作量压缩到最小。
4.结语
我国的桥梁建设正由大规模兴建为主的时期进入到建设和养护维修同时进行的时期。提高桥梁管理水平，保证桥梁的正常运营和延长桥梁使用寿命是桥梁管理维修工作者的重要任务。开展养护维修技术的开发研究，是桥梁养护维修工作者面临的重要课题。桥梁维修加固施工技术发展很快，新材料、新工艺不断发展，交流、学习、引进、开发、总结桥梁的养护、加固、维修技术尤其是关键技术的工法，需要大家共同努力。
