桥梁加固技术以及耐久性的技术分析

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摘要：本文主要针对钢筋混凝土桥梁的缺陷，基于加固的原理基础上，分析了桥梁工程中加固技术必要性和可行性，介绍了几种常用的加固方法。

关键词：桥梁；加固； 耐久性

Abstract: this article mainly aims at the defects of reinforced concrete bridge, based on the principle of reinforcement, based on the analysis of the bridge engineering reinforcement technique necessity and feasibility, this paper introduces some common methods of reinforcement.

Keywords: bridge; Reinforcement; durability

中图分类号：TU71 文献标识码：A 文章编号

随着国民经济的发展，交通运输量大幅度增长，行车密度及车辆载重越来越大，重型车辆日益增多，承受的荷载增大，重型车辆增加及超载现象严重。随着各种重型车辆，尤其是工程用重型运输车的不断出现，公路桥梁负荷日趋加重。桥梁在多年的使用过程中多承受风、雨、水流等自然界的侵蚀，还可能遭受地震、洪水等自然灾害而受到严重破坏。桥梁结构自然老化, 耐久性差，老旧桥梁设计断面单薄、安全储备低，部分桥梁存在设计不当或施工质量差。因此对旧桥、危桥的加固维修, 以及如何提高其承载力的问题, 确保交通运输的安全是目前和今后面临的主要任务[1]。

近20年来，中国的道路建设蓬勃发展，新建桥梁逐渐减少，已建桥梁的维修、养护、加固已成为公路交通部门的工作重心。通过调查，2004年我国存在安全性与耐久性不足的桥梁约有1000多座。在国外，美国全国共有三分之一的桥梁处于非健康状态；日本和德国等国都发现很大一部分的桥梁的安全与耐久性都具有潜在的危机。所以，对这些危桥、旧桥的研究已成为现代交土人的重要课题，对那些年久失修、承载能力不能满足运营要求的桥梁全部拆除重建，不仅需要较大的投资，还不利于环保。因而我们要采取不同的手段对这些桥梁进行检测评定，运用新型的改造的手段来保障提高桥梁的工作能力。这样做既节约了大量的人力、物力、财力资源，又满足了桥梁的运作要求，符合我国可持续发展的要求。

1. 桥梁加固的概念及特点

提高整座桥梁通行能力的措施主要是通过技术改造加强或增加桥梁构件进行加固。可以视桥梁的荷载承受能力、结构类型及使用的技术要求而确定。加固的特点[2]主要包括：1）桥梁加固要比新建桥梁节省成本，新建桥梁施工费时、费力，且成本高，而加固所需费用节约相对来说要节约很多。2）桥梁的加固应使原有结构发挥最大的功效，首先应进行原桥的检测评定，合理利用原有结构，使原有桥梁的经济效益最大化。3）涌现出许多新的施工工艺，新技术的科学性、合理性、耐久性等必须经过大量的工程实践的检验来实现。4）改造的标准与原设计时所采用的标准不同，由于旧桥设计时采用的标准只能满足当时的需要，而不能满足现在以及未来的使用要求，所以加固时采用标准一般比原设计时采用的荷载标准要高一个等级以确保桥梁的安全性与耐久性。

2. 桥梁加固方法的研究

2.1 混凝土桥梁结构的缺陷[3]

混凝土桥梁结构缺陷产生的原因有很多，一般分为表层缺陷和内部缺陷两类。钢筋混凝土表层缺陷主要有：蜂窝、孔洞、剥落、老化、露筋、层隙、磨损、掉角、表面裂缝、表面腐蚀、构件变形、接缝不平等。混凝土表层缺陷，其原因是多方面的，如设计、施工、维修养护不善、交通事故、地震和结构老化等等。钢筋混凝土的内部缺陷主要有：设计方面，结构受力分析错误、结构不合理、计算上出现差错、稳定性能较差、刚度不足等。施工方面：施工质量不好，施工中所使用的材料的规格与性能不符合要求，操作违反规程等原因。

2.2 桥梁加固机理研究分析

加固方法主要利用了两个相互挤压且做相对运动或者有相对运动趋势的物体的接触面之间会产生摩擦阻力这一力学原理。摩擦阻力的大小主要取决于两个物体之间的压力，由摩擦力的计算公式，可以看出，摩擦力F与压力N之间是正比例关系，当压力N越大时，摩擦力F也越大。如果当上部结构的重量G大于摩擦阻力的临界值 时，就会打破力的平衡，发生滑动；当G≤F0时，受到的摩擦力F=G，就保持力的平衡，就不可能向下滑动，从而起到支撑上部结构重物的作用[4]。

3. 桥梁的加固方法

3.1粘贴碳纤维加固法

碳纤维材料和黏结剂必须由供应商配套提供，并同时给出材料的各项性能指标。碳纤维质轻（1.7～1.9g/cm3），高强（3～4GPa），高弹模（220～440GPa），导电性良好（10-2～10-3Ω•cm），线膨胀系数为零，是一种性能极为优良的复合材料组分[5]。加固法是利用树脂类材料把碳纤维布材或板材粘贴于混凝土结构或构件表面，形成复合材料体。碳纤维加固旧桥具有以下优点：不增加恒载及断面尺寸；可适应不同构件形状，成型很方便；施工简便；采用碳纤维加固补强，对原结构不产生新的损伤；能有效地封闭混凝土的裂缝；碳纤维布(片)具有优良的耐化学腐蚀性；不影响结构的外观。

3.2 粘贴钢板加固法

粘贴钢板加固法是通过配置黏结剂把打磨好的钢板粘贴在混凝土结构的表面，用以提高混凝土结构的承载能力。具有独特的特点：1) 不会破坏被加固结构的外形。2) 施工工艺简单, 施工质量易于控制。3) 施工工期短, 经济性较好。4) 粘钢所占空间小, 不影响桥梁净空, 桥梁自重增加很小。5) 加固部位、范围与强度可视设计构造需要灵活设置。6) 可在不影响或少影响交通的情况下施工。

3.3 体外预应力加固法

体外预应力加固通常是在梁底或梁侧下部增加预应力加劲钢丝索或预应力粗钢筋补强并分别锚固在梁的两端，通过设置一定的联结构件使预应力拉杆与梁体构成一个体系，抵消部分恒载应力[6]。体外预应力法实际上改变了原结构，其计算方式与无粘结预应力混凝土结构相似。这种方法施工简便、对交通干扰较小，人力投入少的特点，体外预应力加固桥梁能很明显的提高或恢复桥梁原有的承载能力，满通的需求。

桥梁的加固方法必将越来越先进，传统的加固方法除了简便易行，材料经济而继续得到青睐外，新方法的运用，使得桥梁加固的对象更广，施工更方便快捷，效果更明显，选择最佳加固形式做出最优控制以实现桥梁的加固和耐久性的目的，保障人民的财产和生命的安全至关重要。为我们带来最大的经济效益与社会效益，这是我们工程人员一个前进的方向，是实现可持续发展的物质保障，立足现状，放眼长远，处理好桥梁设计与维修管理的关系，如何把维修加固中发现的问题，放到今后桥梁设计上加以考虑。

参考文献：

[1] 张开鹏，蒋玉龙，曾雪芳.桥梁加固的发展与展望.公路，2005，8: 300

[2] 陈开利，王邦楣，林亚超．桥梁工程鉴定与加固手册．人民交通出版社．2005.06

[3] 刘来军，赵小星．桥梁加固设计与施工技术．人民交通出版社．2004.03

[4] 孟云．桥梁加固与改造．重庆大学出版社．1989.01

[5] 廖卫东．桥梁结构碳纤维加固技术研究．长安大学硕士学位论文．2002.03

[6] 史迎青. 桥梁加固的研究与应用. 合肥工业大学硕士论文. 2010