常見橋梁加固方式的分析比較

【摘要】根據(jù)多年橋梁養(yǎng)護(hù)工程師的經(jīng)驗(yàn)及橋梁加固實(shí)踐，闡述橋梁加固的背景與重要意義，分析橋梁病害的主要成因，并對(duì)增大梁截面法、橋面補(bǔ)強(qiáng)法、改變結(jié)構(gòu)體系法、貼鋼法、貼碳纖維布法等常見加固方法的適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較分析。

【關(guān)鍵詞】橋梁；加固方式；應(yīng)用研究

1、橋梁加固的背景與意義

國內(nèi)大量既有橋梁由于設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)低、設(shè)計(jì)不完善、施工不規(guī)范、養(yǎng)護(hù)管理不到位等因素的影響，致使橋梁結(jié)構(gòu)及構(gòu)件承載力不足，嚴(yán)重影響了交通安全及交通發(fā)展。利用舊有橋梁，對(duì)它們進(jìn)行維修和加固，恢復(fù)橋梁使用功能、提高承載能力、結(jié)構(gòu)安全性及耐久性，使其繼續(xù)為現(xiàn)代交通運(yùn)輸服務(wù)，可節(jié)省大量的資金，有著巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2、橋梁病害的主要成因分析

橋梁病害的多少及程度因橋梁結(jié)構(gòu)形式的不同而異，與橋梁的設(shè)計(jì)施工、荷載標(biāo)準(zhǔn)、服役年限、交通運(yùn)輸環(huán)境等多方面有關(guān)，全面分析起來可以歸納為以下幾個(gè)方面。

（1）橋梁的設(shè)計(jì)荷載等級(jí)低。部分20世紀(jì)六七十年代建設(shè)的橋梁，其設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)甚至達(dá)不到汽車-15級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)，不能滿足現(xiàn)行車輛通行的要求。

（2）橋梁的使用時(shí)間較長(zhǎng)。在國省干線上的橋梁有的已使用近50年，在自然環(huán)境的長(zhǎng)期侵蝕和荷載的反復(fù)作用下，構(gòu)件有效承載力不足，混凝土碳化、剝落、鋼筋銹蝕嚴(yán)重。

（3）橋梁設(shè)計(jì)不合理。如橋梁上部空心板結(jié)構(gòu)不合理，板厚偏薄，絞縫偏小，橫向連接較差，不能滿足相應(yīng)的技術(shù)要求；橋面鋪裝偏?。粯蛎驿摻钆浣畈蛔?，板與板之間的連接措施不理想等。

（4）施工質(zhì)量差。如T梁橫隔板鏈接質(zhì)量差；橋梁下部的樁柱中心線偏位，混凝土質(zhì)量差，強(qiáng)度及抗?jié)B性能達(dá)不到要求。

（5）維修養(yǎng)護(hù)不及時(shí)。對(duì)于鋼筋混凝土構(gòu)件的漏筋、裂縫不能及時(shí)處理、對(duì)河流的沖刷及水毀不能及時(shí)恢復(fù)、對(duì)伸縮縫的裝置清理不及時(shí)等。

（6）超載車輛的影響，是產(chǎn)生危橋最重要的一個(gè)原因，有時(shí)候一輛超重車輛通過可以使全線的橋梁受損破壞。

3、常見橋梁加固方式

3.1增大截面和配筋加固法

增大截面加固法包括在截面受壓區(qū)或受拉區(qū)增設(shè)現(xiàn)澆混凝土加厚層兩種方法。加大鋼筋混凝土截面和配筋，提高構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和抗裂性等。根據(jù)加固目的和要求的不同，可以是增大截面的加固，可以是增加配筋為主的加固，也可以是兩者同時(shí)采用的加固；常常采用對(duì)T形梁底面以及底部馬蹄形加大兩種加固形式，效果較為理想。但為了保證補(bǔ)加混凝土正常工作，使新舊混凝土良好的結(jié)合，需對(duì)橋梁進(jìn)行鑿毛，鑿除工作量大，亦須適當(dāng)配置構(gòu)造鋼筋與舊鋼筋焊接，造成加固區(qū)鋼筋較密集，混凝土不宜振搗密實(shí)。同時(shí)為了增強(qiáng)加固效果，往往還需要卸除原橋上的部分恒載及車輛活載。

3.2橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固法

橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固法常為鑿除原橋的瀝青混凝土和普通混凝土，重新澆筑一層鋼筋混凝土補(bǔ)強(qiáng)層，同時(shí)可垂直打孔植入鋼筋，利用植筋膠的強(qiáng)粘結(jié)作用使植入鋼筋增強(qiáng)鋪裝層與主梁的結(jié)合，使鋪裝層與原有主梁形成整體，達(dá)到增加主梁高度，增大梁的抗壓截面和提高梁的抗彎剛度，改善荷載的橫向分布，提高橋梁的承載能力的目的。橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固法施工簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)有效，對(duì)于中小跨徑的梁式橋和拱式橋效果尤為顯著。橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固法將鋪裝作為構(gòu)造層來考慮，與主梁結(jié)構(gòu)連接成整體，有利于實(shí)現(xiàn)荷載的橫向分布，避免出現(xiàn)“單板受力”狀態(tài)。

3.3體外預(yù)應(yīng)力加固法

體外預(yù)應(yīng)力加固法是以梁為錨固體，外加預(yù)應(yīng)力鋼拉桿或型鋼撐桿對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件或整體進(jìn)行加固的方法。其特點(diǎn)是通過預(yù)應(yīng)力手段強(qiáng)迫加固構(gòu)件（拉桿或撐桿）受力，克服了一般加固結(jié)構(gòu)中應(yīng)變滯后現(xiàn)象，加固構(gòu)件與原結(jié)構(gòu)能較好地共同工作，結(jié)構(gòu)的整體承載力可顯著提高，對(duì)結(jié)構(gòu)自重的影響較小，同時(shí)由于錨固區(qū)與轉(zhuǎn)向節(jié)點(diǎn)的連接構(gòu)造，可以大幅度提高預(yù)應(yīng)力筋的矢高，更適合大跨徑的結(jié)構(gòu)。體外預(yù)應(yīng)力筋暴露在結(jié)構(gòu)的外部，可以定期的檢查和更換，如果沒有達(dá)到設(shè)計(jì)的張拉應(yīng)力，還可以補(bǔ)張，以達(dá)到預(yù)期的效果。

體外預(yù)應(yīng)力是一種主動(dòng)加固技術(shù)，可以充分發(fā)揮預(yù)應(yīng)力筋的性能，在提高原橋梁承載力的同時(shí)，還可以提高原橋梁的抗剪能力。加固后的承載力與原梁的配筋率有關(guān)，承載力一般可以提高20%～30%。同時(shí)，原來的裂縫也可以在預(yù)應(yīng)力的作用下部分閉合或是全部閉合，可以提高原梁的抗裂性能，保證結(jié)構(gòu)的耐久性。另外，體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)所需的設(shè)備簡(jiǎn)單，加固的施工周期短，加固效果明顯。

3.4改變結(jié)構(gòu)體系加固法

改變結(jié)構(gòu)體系加固法是指通過改變橋梁的結(jié)構(gòu)體系來達(dá)到加固的目的，包括：（1）簡(jiǎn)支變連續(xù)，在墩頂部位結(jié)構(gòu)上緣加設(shè)普通鋼筋或增設(shè)預(yù)應(yīng)力束并現(xiàn)澆混凝土或是在簡(jiǎn)支梁下增設(shè)支架或橋墩形成連續(xù)體系，需在墩頂連續(xù)構(gòu)造處設(shè)置一定數(shù)量的防裂鋼筋網(wǎng)、新設(shè)單支座，新老混凝土結(jié)合面需植入抗剪鋼筋，支點(diǎn)處T梁應(yīng)新增橫系梁。（2）將連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)改變?yōu)榘崩瓨?。結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)變后，對(duì)原結(jié)構(gòu)擾動(dòng)較大，甚至加固后出現(xiàn)結(jié)構(gòu)內(nèi)力反力的情況。因此，應(yīng)對(duì)加固后的結(jié)構(gòu)及相關(guān)構(gòu)件進(jìn)行全面驗(yàn)算。

3.5貼鋼法加固

貼鋼法加固橋梁一般采用環(huán)氧樹脂或建筑結(jié)構(gòu)膠將鋼板、鋼筋等抗拉強(qiáng)度高的材料粘貼在鋼筋混凝土受彎構(gòu)件表面，使之與結(jié)構(gòu)物形成整體共同受力，改善原結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土受力狀態(tài)，限制裂縫的進(jìn)一步發(fā)展，從而取得抗彎、抗剪能力，提高橋梁的承載能力與耐久性。

粘貼鋼板加固法，具有施工簡(jiǎn)便，極小破壞原結(jié)構(gòu)，粘鋼所占空間小，施工周期短，消耗材料少，加固部位可以靈活布置等特點(diǎn)，是常用的舊橋加固技術(shù)。如在梁底粘貼鋼板加固，可提高主梁的抗彎能力；在箱梁、T梁（或工字梁）梁腹粘貼斜向鋼板可使鋼板與混凝土整體受力，提高主梁的整體剛度與抗剪強(qiáng)度；在懸臂梁牛腿處或掛梁端部粘貼鋼板可增強(qiáng)構(gòu)建的抗剪強(qiáng)度等。但是外露鋼板的防腐防銹處理和粘結(jié)劑的質(zhì)量及耐久性是影響加固效果的關(guān)鍵因素，應(yīng)當(dāng)充分重視，同時(shí)應(yīng)變滯后限制了其對(duì)承載能力提高的幅度。

3.6貼碳纖維布加固法

碳纖維布，是由碳纖維長(zhǎng)絲經(jīng)編制而成的柔軟片材，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)到3400MPa，是碳素鋼的3倍以上，彈性模量為2.35×105Mpa，厚度在0.11～0.43mm，幅寬在15～100cm，卷材長(zhǎng)度在50～100m。碳纖維布的應(yīng)力應(yīng)變量完全線彈性，具有高強(qiáng)、輕質(zhì)、耐腐蝕，耐疲勞等優(yōu)異的物理力學(xué)性能。

粘貼碳纖維布加固法是利用粘結(jié)劑將碳纖維布粘貼在混凝土構(gòu)件表面，當(dāng)結(jié)構(gòu)荷載增加時(shí)，碳纖維布因與混凝土協(xié)調(diào)變形而共同受力，從而提高了混凝土構(gòu)件的承載力與剛度。主要應(yīng)用于混凝土橋梁的基本構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的加固補(bǔ)強(qiáng)中，以提高構(gòu)件的抗彎能力、抗剪承載力以及受壓構(gòu)件的軸向抗壓承載力等。同時(shí)，沿橋梁的主拉應(yīng)力方向（或與裂縫正交方向）粘貼碳纖維布，兩端設(shè)置錨固端，可以限制裂縫的開裂開裂與擴(kuò)展，改善梁體的受力狀態(tài)。

碳纖維布加固法幾乎不增加結(jié)構(gòu)自重和截面尺寸，不改變橋下的凈空高度，而且可以在一個(gè)部位重疊粘貼，充分滿足補(bǔ)強(qiáng)的要求，這一點(diǎn)比傳統(tǒng)加固方式更加優(yōu)越。

4、結(jié)語

各種加固法都有其適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)，而實(shí)際工程應(yīng)用中，單純的一種加固法常常不能滿足加固的要求，而兩種或者三種加固方法相結(jié)合的復(fù)合加固法比較合理。