橋梁加固技術分析
2015-06-05
引言：現(xiàn)有橋梁中有一部分因修建年代久遠、質(zhì)量低、病害嚴重的老橋，或因設計、施工、材料以及使用上的種種原因存在不同損傷的橋梁，承載能力偏低，已不能維持正常使用，因而需采取限重、限速通行措施，甚至不得不關閉舊危橋梁進行加固處理。所以有必要采取有效的加固改造措施，恢復和提高這些橋梁的承載能力。
一、橋梁加固的意義
橋梁是確保公路暢通的咽喉，其承載能力和通行能力又是貫通全線的關鍵。為了避免承載能力與通行能力不能滿足現(xiàn)有路況需求的橋梁而給全線公路交通帶來不利影響，應當加強對現(xiàn)有橋梁進行調(diào)查研究，嚴格做好檢測評定橋梁承載能力工作，根據(jù)破損情況分析其破損原因，采取相應的維修加固措施。加固橋梁后，可以延長橋梁的使用壽命，用少量的資金投入，使橋梁能滿足交通量的需求，還可以緩和橋梁投資的集中性，以充分發(fā)揮經(jīng)濟效益與社會效益，確保公路交通正常運營，這是我國公路建設發(fā)展中具有戰(zhàn)略意義和深遠影響的迫切任務。
二、橋梁結構加固原理
橋梁加固就是通過一些有效的措施，使受損橋梁結構恢復其原有的技術功能，或通過改變結構的傳力途徑而減少構件的荷載效應，或在已有結構的基礎上提高結構的承載能力，以滿足新的承載條件和使用功能的要求。 在荷載作用下，梁式橋梁結構是一種純彎結構，只承受荷載對結構產(chǎn)生的彎矩。因此，梁式橋梁的主梁受力狀況有三個要數(shù)決定：荷載作用產(chǎn)生的內(nèi)力、主梁截面的面積決定的截面幾何特性及主梁材料的自身強度決定。當外界條件改變，如車輛荷載增加、超限、超重等，對橋梁引起的內(nèi)力增大，超過主梁結構和自身強度的允許范圍時，勢必造成主梁受拉部位開裂、破損、承載力下降，成為危橋。橋梁加固的方法和技術種類很多，但基本原理都是遵循力學的基本原理，從橋梁結構的外界因素和內(nèi)在狀況改變的角度進行加固補強，提高承載力。 1、從外因角度通過結構性能改變，提高主梁承載力。
第一，增大主梁截面面積：采用增加主筋、噴射混凝土、現(xiàn)澆混凝土來增大截面尺寸，以及加厚橋面、增加輔助構件等加固方法。采用這種加固方法的目的，是增加主梁截面的慣性矩或幾何抗彎模量，當荷載產(chǎn)生的內(nèi)力（彎矩）不變，或荷載等級提高時，通過改變截面面積的途徑，減少主梁截面承受的拉力，使其不超過主梁材料性能承受范圍，從而達到加固主梁，提高承載能力的目的。
第二，增大主梁的強度：對主梁采用環(huán)氧砂漿粘貼鋼板（鋼筋）、環(huán)氧玻璃鋼、碳纖維布、芳綸纖維布等高強材料，增加了主梁的強度。在不改變主梁截面的前提下，在荷載等級不變或增加時，使荷載對主梁產(chǎn)生的拉應力小于補強材料的強度，從而達到加固主梁，提高承載能力的目的。
第三，從內(nèi)因角度通過調(diào)整內(nèi)力提高主梁的承載力。改變原橋結構體系，采取將簡支梁體系變換為連續(xù)梁體系、加八字支撐改變橋梁跨徑、通過外加預應力（體外預應力）將主梁結構由純彎結構變?yōu)閺潐航Y構，減少原橋主梁承受的承載能力（拉應力），從而達到加固主梁，提高承載能力的目的。
三、橋梁補強加固方法 常規(guī)的橋梁維修加固方法有如下幾種：
1、改變結構體系加固法
通過改變結構的受力體系，改善結構的受力，提高橋梁的承載能力。主要有以下幾種方法：(1)八字撐架加固法：在簡支橋孔設置鋼制或鋼筋混凝土制八字撐架，為原橋上部結構增設兩個支承，使原一跨簡支梁變?yōu)槿邕B續(xù)梁。
(2)連續(xù)體系加固法：將原多跨簡支梁的梁端翼緣連接起來，使受力體系由原來的簡支轉變?yōu)檫B續(xù)，從而改善結構的受力性能。
3)改橋為涵加固法：對于跨徑較小的橋梁，在不影響通航和排洪能力的情況下，可用改橋為涵的方法加固。
2、承重構件增減
通過增設縱梁或者拓寬橋面等辦法分擔原構件的活載，達到提高承載力的目的。包括新增加主梁、增設縱梁、拓寬橋面等。拓寬的橋面不僅可以有效的減小單個主梁荷載通行的集度，同時新增縱梁和原主梁之間還可以通過增加輔助橫梁來改善荷載的橫向分布問題。
3、增大構件的截面
通常采用的增大構件截面的方法有以下幾種：
1)橋面補強層加固法，主要用于主梁剛度不夠，橋面板承載力不足，或鉸接梁、板的鉸縫不能有效傳力。在梁頂上加鋪一層鋼筋混凝土層，一般先鑿除舊橋面，使其與原有主梁形成整體，達到增大主梁有效高度和抗壓截面強度，改善橋梁荷載橫向分布能力，從而達到提高橋梁的承載能力的目的。該法用工量較大，工期較長，并有可能對原結構(如主梁等)造成一定的損傷。
2)增大截面與配筋加固法是通過增大構件截面面積或配筋率以提高鋼筋混凝土梁的強度、剛度、穩(wěn)定性的加固方法。該方法一般采用在粱底面或側面加大尺寸，增配主筋，以提高主梁截面的有效高度，從而達到提高橋梁承載能力的目的。但該方法會使上部結構恒載增加，在施工過程中全部的作業(yè)需在梁底進行，施工難度較大且施工質(zhì)量難以控制，需要現(xiàn)場作業(yè)。
3)錨噴混凝土加固法，較多用于加固砌體墩臺、護坡等砌體工程。錨噴混凝土加固法是從隧道施工中轉化而來的加固方法，但由于施工工藝要求較高且存在一個新舊混凝土的銜接問題，加上施工過程中需要封閉交通，施工過程對環(huán)境影響較大。
4、外加預應力體系
外加預應力體系是利用預應力所產(chǎn)生的反向預矩，能較大幅度地減小恒載下的構件變形
與應力水平，屬一種主動加固法。其優(yōu)點是在自重增加很小的情況下，能夠大幅度改善和調(diào)整原結構的受力狀況，提高承重結構的剛度、抗裂性能。由于承重結構自重增加小，故對墩臺及基礎受力狀況影響很小。可節(jié)省對墩臺及基礎的加固，對橋梁營運影響較小，可在不限制通行的條件下加固施工。缺點是會導致超靜定結構發(fā)生內(nèi)力重分布、轉向塊和錨固點存在著巨大的集中力、易受環(huán)境的影響，需要做防腐處理。
5、增補加勁材料
1）碳纖維布結構加固技術
粘貼碳纖維結構加固技術是指采用高性能粘結劑將碳纖維布粘貼在混凝土結構構件表面，使兩者共同工作，提高結構構件的(抗彎、抗剪)承載能力，由此而達到對建筑物進行加固、補強的目的。
2）粘貼鋼板加固法。
該法是以樹脂粘接鋼板與混凝土的結構加固法，其施工快速、現(xiàn)場無濕作業(yè)或僅有抹灰等少量濕作業(yè)，對生產(chǎn)和生活影響小，且加固后對原結構外觀和原有凈空無顯著影響。但加固效果在很大程度上取決于膠粘工藝與操作水平，適用于承受靜力作用且處于正常濕度環(huán)境中的受彎或受拉構件的加固。 它能夠與粘鋼加固相同的原理是用鋼板代替鋼筋，將鋼板固定到混凝土的表面，使鋼板和混凝土構件聯(lián)合受力，相當于增加了混凝土構件的配筋量，起到提高構件承載力的效果。同時，其還可以根據(jù)橋梁病害與缺陷所在部位，確定鋼板的規(guī)格和粘貼形式，將鋼板粘貼在被加固的橋梁結構受力部位的外邊緣，以便充分發(fā)揮粘貼鋼板的作用，同時密封粘貼部位的裂縫和缺陷，約束構件的變形，從而有效地提高了加固構件的剛度和抗裂性，有效的發(fā)揮粘鋼構件的抗彎，抗剪、抗壓性能。結束語：
橋梁的加固方法必將越來越先進，傳統(tǒng)的加固方法除了簡便易行，材料經(jīng)濟而繼續(xù)得到青睞外，新方法的運用，使得橋梁加固的對象更廣，施工更方便快捷，效果更明顯，選擇最佳加固形式做出最優(yōu)控制以實現(xiàn)橋梁的加固和耐久性的目的，保障人民的財產(chǎn)和生命的安全至關重要。
