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摘 要：随着国民经济的不断发展,对于路桥等基础设施建设的需求不断增加,并对现阶段的桥梁的承载力提出了新的要求.随着时间的推移,所建成的桥梁会受到一定程度的磨损,这就需要对原有的桥梁进行加固.本文根据笔者多年的工作经验,对现阶段路桥施工过程中的加固技术及其设计方案进行了分析与探讨.
关 键 词：桥梁；上部结构；加固技术；承载力
上个世纪七八十年代建造的桥梁使用至今已然出现混凝土老化或破损以及因设计标准改变而不再符合要求等问题,因此为了满足现今城市呈指数增长的交通运输需求,亟需研究提升桥梁上部结构承载力的对策,对城市中旧桥、危桥进行一定的加固维修.
一、加固技术途径及设计原则
桥梁的加固是指以提升或复原原有桥梁承载能力为目的,改善桥梁结构性能以及对桥梁构件采取补强措施,从而使得原有桥梁满足现代化交通运输的需求,并延长桥梁寿命.该改造方法的技术途径有以下几种：其一,对构件进行改造,包括加强薄弱构件和添加辅助构件；其二,改变桥梁结构体系,减轻桥梁恒载并加固墩台和基础.现行的桥梁设计规范是旧桥加固设计的主要依据,因为其理论基础是历经不断改进的桥梁理论.桥梁的加固设计应当根据下面四条原则进行：第一,应严格依据现有设计规范,保证在使用载荷作用下,桥梁各部分结构强度、刚度以及裂缝符合设计要求；第二,若加固要求仅限于提升活载能力,因桥梁原有结构将承担原有恒载以及在改造之后的新增恒载,而活载是由原有结构以及新增构件或者加大后的截面同时承担,所以在改造工作可在原有结构维持恒载应力的状态下进行；第三,若在检测计算之后发现原有结构工作应力靠近规定值甚至超过该值,则应当采用减小旧桥恒载应力和卸载等措施；第四,若是通过增大桥梁截面进行加固改造的桥梁,必须注意桥梁结构的整体性.主要是因为桥梁新旧结构材料的性质不同以及混凝土的收缩率不同,其结合面极易出现较大的拉应力从而产生裂缝.
二、加固采用的主要技术
1.桥面补强层加固法
在对桥面进行补强层加固措施时,要求先将桥面原有铺装除尽或凿毛,其后铺装具有一定厚度的补强层.该措施不但能加大桥梁主梁的有效高度,还能提高桥梁荷载的横向分布能力,故而提升桥梁整体和单根梁柱结构的承载能力.但是由于该方法只能通过人工作业凿除桥面铺装且工作量大,从而导致工期长,又由于人工控制精度问题,所以容易对桥梁原有结构产生伤害.
2.加大截面加固法
加大截面加固法是指采取增大混凝土结构或构筑物的截面面积,一般情况下是以加厚桥面板或是增大主梁梁肋宽度为主,从而提高其承重力和满足正常使用的一种加固方法,通常也可称作外包混凝土加固法.该种方法要求桥梁下部结构可以承受更高的自重和承载能力.
3.增大截面与配筋加固法
增大截面与配筋加固法的主要方法是扩大构件截面面积,加大构件配筋率,主要目的是为了使得钢筋混凝土梁的强度和刚度以及稳定性.具体而言是为了加大主梁截面的有效高度,通常加大梁的侧面或者底面的尺寸,以及增加主筋配置,最终提升桥梁承载能力.若工程施工质量完美,该加固效果一般不再需要进行后期的保养工作.但是,因为该方法几乎都是在梁底进行施工作业,所以施工难度较大,以至于工程质量也不一定保证完全达标.
4.外部粘钢加固法
外部粘钢加固法是用粘结剂将钢板粘贴到构件需要加固的部位上,使构件能够同时受力,以提高结构承载力和刚度的一种加固方法.
5.FRP材料粘贴承载法
使用强度高的或者弹性模量大的复合型纤维材料的方法称为FRP法.其使用的材料通常为专门设计的侵润型或者粘贴树脂,通常实际应用的FRP材料三类：AFRP、CFRP、GFRP,而在工程中使用最多的当属CFRP（玻璃纤维）.这些材料的使用方法为将其附着在用桥梁混凝土填充的构件上,然后待结合成一体后再共同承担载荷.
6.预应力加固法
对于一些体积小的桥梁,由于用料少,本身的各项指标有可能达不到要求,这时就需要附加一些钢质杆来对其预设预紧力对桥梁进行加固,来提升桥梁的刚度、抗裂性还有承载能力.通常使用的杆分为两种类型：撑杆与拉杆.对于主要受载变弯的桥梁,主要采用拉杆对桥身添加预设拉力抵消一部分桥梁自重,降低通车时桥梁的承受载荷,提高抗裂性能,延长使用寿命.撑杆则作用于桥身的下端,撑住桥的轴心墩柱,这种方法在具体应用中并不多见.
7.体外预应力加固法
这种方法应当说是最为有效但是也是复杂性最大的一种加固法,它可以大大的提升桥身的承受载荷与桥梁主梁的抗弯能力且不需要另外增加桥身的重量,这样一来,桥墩的用料可以相对减少.由于这种办法本身对桥梁本体没有太大要求,直接在外部对其加固,所以在施工过程中也可以保持桥梁车辆的正常通行.不过这种办法也有一个比较大的弊端,施工后的体外预应力会在外界环境不良好的情况下,会出现较为明显的腐蚀.
8.改变结构受力体系加固法
对桥梁的受力体系进行分析然后针对预期受力来对其进行整改的办法称为修改结构受力体系法.这种办法应当属于一种主动出击式的办法.这种方案要求充足的现场调研与桥梁受力分析,然后对按照预期修改后的结构受力进行受力可靠性分析,确定加固后的桥梁结构的载荷承担性能是不是达到规定的交通荷载等级.这种方法要求大量的理论计算,主要计算桥梁各个结构截面上的应力大小然后对其实施控制,这也带来了一个难题,相邻的端梁上的负弯矩不好应对.
9.增设主梁加固法
由于该方案需要新添主梁,一方面费用较高,另一方面同原有主梁的衔接也是个难题.通常桥梁的长期通车后桥梁下方的铺设层里会有较为普遍的衔接面裂缝,而且不易剔除,往往需要对这些裂痕进行反复的治理,提高了桥梁日后的维护资费,对于桥梁通车的平稳性能也有一定的不良影响.
10.添设横向联结加固法
这种方法是近些年来兴起的,此法在桥身上架设横杆来增强桥梁上端的承载性能,改善载荷分布,进而增强桥身的整体载荷承担性能.通常该法运用在那些横向上受载分布不良的桥梁上,如内部横梁不多或者无横梁的桥梁以及截面为工字型的桥梁.在具体施工操作时,施工人员在桥梁的相邻主梁的空间里浇筑混凝土或者添加钢质横梁从而达到提升桥梁横向抗弯性能的目的.由于在桥梁内部进行施工操作,此法会在一定程度上对桥梁原有构建造成损坏,如果桥梁内部结构比较复杂,不建议使用此法.
三、在进行加固施工时要考虑的问题
第一,选择使用的加固方法要求有较高的操作性、可靠性与耐久性；第二,费用应当低于建立新桥梁的费用,而且应当尽可能经济实用；第三,因为在原有的桥梁之外进行施工操作,因而最好加固的设备不要太庞大复杂,要便于施工；第四,在进行施工时要尽可能保持桥梁的正常通车或者不要对交通形成太大的干扰；第五,要保证加固材料的使用性能耐用性,减少日后的维护工作；第六,尽可能降低对桥梁本身结构的破坏与损坏.
四、结束语
以上加固方法都有利有弊,应当根据施工的具体情况来挑选,要遵循因地制宜的原则.在挑选方案时主要考虑的因素有：为何要加固桥梁,桥梁的软肋在哪,桥梁所处的外部条件环境,加固的预期要求是什么.在权衡上述方案时,应当先考虑这些因素,然后对方法进行评估,最后挑选出最优的方案.