桥梁加固研究报告.docx

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桥梁加固研究报告

桥梁加固概述

近年来，我国交通建设发展迅速，到2010年底，我国已建成公路桥梁65万座、计210万延米，已经超过美国成为世界上公路桥梁最多的国家。

然而，我国现有公路桥梁有很多是根据20世纪70年代或80年代初期颁布的设计标准建造的，其设计荷载均较低。

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，加之旧桥部分老化、破损或受原设计标准的限制，以及由于设计与施工及使用过程中各种因素的影响，有相当数量的桥梁损坏严重，或处于超期运营状态，己不能适应现代交通运输的要求。

为确保人民生命财产安全，需要对这些桥梁进行定期检测与评估，以便掌握其真实的状态，并采取相应的措施。

桥梁加固就是对桥梁的主要承重结构、构件及相关部分采取增强、局部更换或调整内力等措施．使其满足现行设计规范的要求。

我国旧桥及有缺陷的桥梁数量巨大．桥梁加固任务繁重，加之加固设计队伍良莠不齐，对桥梁加固的目的和要求不慎明确．往往只注重安全适用和技术可靠．而忽略了经济性、耐久性和环境保护等方面的因素。

桥梁经过技术状况评定及承载能力鉴定，确定经过加固能满足结构安全或正常能够要求．方可进行加固，加固工作的内容及范围应根据评定结论和使用要求确定。

桥梁加固应尽可能不损伤原结构，避免不必要的拆除及更换，防止加固中造成新的结构损伤或病害。

因特殊环境造成的桥梁结构病害加固设计应采取针对性的处治措施。

有抗震要求的桥梁，加固时还应进行抗震能力验算。

加固施工方法、流程、工艺的设计，应考虑结构或构件出现倾斜、失稳、坍塌等的可能性并采取有效措施。

特大桥、大桥主要承重构件加固时应做多方案的技术、经济比选。

加固设计应依据原桥梁竣工图和设计图及监测评估报告进行并经现场核对。

加固设计计算应考虑病害的影响、材料劣化、新旧材料的结合性能及材料差异。

材料、几何等参数的取值，应采用桥梁现状的监测结果。

加固设计应进行各施工阶段构件的强度稳定性及结构变形验算。

加固后的结构验算应考虑附加荷载（温度变化、混凝土收缩及徐变、预加应力、墩台位移、安装应力等）的影响。

常用桥梁加固方法

常用的桥梁加固方法有：

桥面补强层加固法；体外预应力加固法；粘贴碳纤维加固法；粘贴钢板加固法；外包钢加固法；增大截面和配筋加固法；增加构件加固法；改变结构受力体系加固法。

其中，又可分为主动加固法和被动加固法。

体外预应力加固是主动加固方法。

粘贴碳纤维加固法将在后续章节详述。

1.1桥面补强层加固法

桥面补强层加固法是通过在桥面板（主梁顶面）加铺一层钢筋混凝土层，使其与原有结构形成整体，从而达到增大桥面板或主梁有效高度和受压截面，增加桥面整体刚度，提高桥梁承载能力的一种加固方法。

主梁或桥面板承载力不足，刚度不够，或铰接梁、板的铰缝不能有效传力时，可采用桥面补强加同法进行加固。

这种加固方法主要适用于中小跨径的桥梁。

采用桥面补强进行加固，桥面板或主梁恒载将有所增加，应通过计算判断桥面增厚后是否可以提高桥梁的有效承载能力。

若恒载的增加影响较大，则应考虑采用其他加固方法或与其他方法综合运用。

采用桥面补强层法加固时，加固结构属二次受力结构，加固前原结构已经受力，补强层在加固后并不立即受力，而只有在新增荷载下，即第二次加载情况下才开始受力。

另外，加固结构存在补强层与原结构整体工作、共同受力的问题，混凝土结合面上的强度较整体浇筑的强度要低，必须采取构造措施克服这一弱点。

当混凝土结合面的强度可以保证补强层与原有梁（板）的整体受力工作性能时，所形成的加固构件就是组合梁（板），也就具有组合构件的分阶段受力的特点。

为减少补强层增加的恒载，往往先将原有的桥面铺装层凿除，并要求对伸缩缝进行改造。

桥面补强加固法施工活动全部在桥面进行，操作便利，易于控制工程质量；补强层仅增加受压区混凝土面积，承载能力提高幅度受原结构受拉区钢筋的面积和强度影响而受限制，宜与其它加固方法如粘钢板、贴碳纤维等结合使用，补强效果更加明显；此加固方法对新旧混凝土结合面和收缩差动变形提出了特殊构造要求，以保证实现加固结构符合叠合结构的受力特征。

加铺补强层后，桥面高程将受到影响，连接路面或桥面纵坡要相应进行调整。

1.2体外预应力加固法

预应力加固法是指运用预应力原理，在增设的构件或原有构件（如主梁梁体）中，施加一定初始应力（即预应力）的一种加固方法。

此方法主要适用于：

（1）正截面受弯承载能力不足或正截面受拉区钢筋锈蚀的情况；

（2）梁抗弯刚度不足导致的梁挠度超过规范或梁的受拉区裂缝宽度超过规范的情况；（3）适用于梁斜截面受剪承载能力不足的情况。

图2.2体外预应力加固

预应力加固方法实际上是改变了梁体原有受力体系，结构加固以后，新的受力体系在荷载作用下的力学行为与原来的结构是有差异的。

由于预应力的作用，原来的受力结构会出现不同程度的卸载现象，导致原结构发生内力重分布。

与其他预应力结构或其他加固方法不同的是：

加固前桥梁所受荷载由恒载和活载组成，预应力筋的张拉控制值是在上部结构的恒载作用下读取的，即带载加固。

因此在计算预应力筋荷载作用下的应力增量时，应仅考虑活载的作用。

预应力加固法是一种主动加固法，能较大幅度提高或恢复桥梁的承载能力；施工工艺简单、干扰交通少、所需设备简单、人力投入少、工期短、经济效益明显；对原结构损伤小，可以做到不影响桥下净空、不增加路面标高；由于预应力加固梁桥时预应力筋布置在梁截面外部，易受环境的影响，需要可靠的防腐设计。

1.3粘贴钢板加固法

粘贴钢板加固法是用粘结剂及锚栓将钢板粘贴锚固在混凝土结构的受拉缘或薄弱部位，使其与结构形成整体，以钢板代替增设的补强钢筋，提高桥梁的承载能力的一种加固方法。

主梁承载力不足，或纵向主筋出现严重锈蚀，或梁板桥的主梁出现严重横裂缝，可采用粘贴钢板加固法。

图2.3粘贴钢板加固梁底

对粘钢加固受弯构件，破坏前外贴钢板与混凝土之间具有较好的粘贴性能，可以保证钢板与被加固构件间的共同工作，并保证钢板达到屈服强度。

但是，进入破坏阶段后，多数构件钢板与混凝土之间发生局部剥离，沿板与混凝土交界面，出现较长的顺筋裂缝，混凝土被撕裂，因此导致构件破坏。

对粘钢加固受剪构件，构件的破坏类似于普通钢筋混凝土受剪构件，首先出现斜裂缝，然后裂缝不断发展，钢板应力明显增大，最后构件产生破坏。

该方法具有基本不改变原结构的尺寸、施工简单、技术可靠、短期加固效果较好且工艺成熟等优点。

由于粘贴钢板加固后均需进行必要的表面防护如环氧砂浆或水泥砂浆保护层，钢板的锈蚀程度较难估计，降低了加固构件的可靠性，增加了加固桥梁的后期养护费用。

同时，为便于施工过程中对粘贴钢板加压及防止钢板剥离，粘贴钢板加固时须采用必要的螺栓锚固措施，会不可避免地对原结构造成一定的损伤，因此，一般不宜用于配筋密度较大且钢筋走向复杂的构件结点处的加固设计。

1.4外包钢加固法

外包钢加固法是在混凝土柱或梁的四角或两角包以型钢（一般为角钢），内部灌注粘结剂的一种加固方法。

外包钢加固分为湿式和干式两种方法，型钢与原柱间留有一定的间隔，并在其间灌注乳胶水泥砂浆，或环氧树脂粘结剂，或环氧砂浆，使型钢架和原构件能整体工作共同受力的加固方法称为湿式外包钢加固法。

型钢和构件之间无粘结或仅填塞水泥砂浆，不能保证结合面剪力能有效传递的加固方法称为干式外包钢加固法。

外包钢加固法适用于提高受压为主构件（桥墩、拱肋、桁架杆等）的承载力、刚度及延性。

干式外包钢加固法受力简单直观，外包钢可以按刚度比分担原结构的荷载，加固效果明显。

湿式外包钢加固法除角钢可以分担原结构的荷载，外套扁钢箍可以对核心混凝土产生约束作用，提高其受压强度，加固效果较干式外包钢加固法好。

外包钢加固法施工简便，效果直观明显，对施工环境影响小，成本低，不显著增大原构件截面尺寸和自重，但可大幅度提高其承载能力。

此方法需钻埋螺栓孔，对原结构有一定损伤；钢材需作防腐处理，增加了日后养护的费用。

1.5增大截面和配筋加固法

增大截面和配筋加固法是在构件表面加大混凝土尺寸，增加受力钢筋，使其与原结构形成整体，从而增大构件有效高度和受力钢筋面积，增加构件的刚度，提高桥梁整体承载能力的一种加固方法。

这种加固方法广泛应用于梁（板）桥及拱桥拱肋的加固。

图2.5构件增大截面加固

加大构件截面时，会使上部结构恒载增加，对原结构及基础承载能力有一定影响。

增大主梁混凝土截面和增加配筋后，使主梁成为二次受力的叠合构件，原主梁的混凝土和钢筋除了已有的应力外，还需要承受后期恒载和活载产生的应力。

因此需按二次受力的叠合梁进行承载能力极限状态和正常使用极限状态的验算。

如果桥面铺装部分得到加固，可适当考虑部分铺装层参与受力。

采用该方法加固后主梁的强度、刚度、稳定性得到明显提高，裂缝可以得到修补，加固效果显著；施工方法便利，能在桥下施工，加固工作量小，不影响原有桥梁的整体效果；现场作业，养护期较长，加固初期，需适当中断交通，桥下净空有所减小。

1.6增加构件加固法

此处讨论的增加构件加固法是指不加宽桥面的情况下增加构件进行加固。

当墩台地基安全性能好，具有承载能力，上部结构也基本完好，但其承载能力不能满足要求时，通过增设纵梁来提高承载能力的一种加固方法。

常用的方法有：

增设纵梁加固、更换边梁加固、增加辅助横梁加固。

增设纵梁加固法要求原桥梁墩台及基础在提高承载能力方面尚有潜力，它可以较为有效地提高结构的承载能力。

采用新增加主梁的加固方法对于过去常用的少主梁或双主梁整体现浇式桥梁的加固改造尤为有利，这种上部结构不仅主梁间距大，新增的主梁容易布置及浇筑，增加主梁后对上部结构的承载能力可以明显提高，且增加主梁后也改善了原有桥面板的受力情况。

增加构件加固方案与新桥的设计相似，主要考虑到新增主梁与凿去部分翼缘板的纵梁在截面、混凝土标号与龄期不同而导致的弹性模量以及刚度上的不同，按不等刚度并根据加固后的桥梁构造特点选择荷载横向分布计算方法进行横向分布系数计算，并计算各纵梁的受力，根据各受力设计新纵梁的配筋。

由于增加了主梁片数，减小了分配在每片梁上的活载，若承受与加固前同样的车辆荷载，每片梁所承担的荷载减少了，由此提高了桥梁上部结构的整体承载能力。

另外，新梁混凝土收缩徐变会影响新旧主梁的联结，若联贯方式不当，将影响加固效果；吊装安置新主梁时，难免对旧梁的撞击；凿除切割旧梁翼缘可能有过大冲击力而对梁体部分带来一定程度损伤。

更换边梁加固就是把原有边梁拆除，更换成新的刚度大、配筋足的边梁来承受尽可能大的荷载，从而减小原结构的受力，起到加固作用。

与增设纵梁加固法相似，重点在于横向分布设计计算方法的选择。

对于某些因横向整体性较差而降低了承载能力的梁式桥，在加固时可采取增加横梁的办法来加强各纵梁之间的横向联结。

一般情况下这种加固方法是其他加固方法的辅助方法，特别适用于少横隔板或无横隔板的梁式桥。

需要注意的是，此方法作为其他加固方法的辅助方法时会影响荷载横向分布计算方法的选择。

被加固桥梁在少横隔板或无横隔板的情况下，可用铰结板（梁）法或杠杆原理法计算，加固后则用偏心受压法或修正偏心受压法，如是宽桥即宽度与跨度之比大于1/2的桥用比拟板法（C-M法）。

1.7改变结构受力体系加固法

图2.7改变结构体系、增设构件加固

改变结构体系加固旧桥通常是指增设附加构件和进行技术改造，使桥梁的受力体系和受力状况发生改变，从而起到减小承重构件的应力，改善桥梁性能，达到提高承载能力的目的。

常使用的方法：

（1）简支转连续法；

（2）增加辅助墩法；（3）八字支撑法；（4）将梁式桥转换为梁拱组合体系；（5）改桥为涵洞加固；（6）钢索斜拉加固。

其中

（2）~（6）加固方案形式各异有不同的要求，但加固实质相同，均是为所加固的桥梁加入新的支撑点，缩短梁的计算跨径。

加固时往往需要在桥下操作，设置永久设施，影响桥下净空，所以必须考虑对通航及排洪能力的影响；加固时改变了受力体系，使原本只承受正弯矩的简支梁在部分位置出现负弯矩，所以要注意加强梁上缘配筋。

碳纤维桥梁加固技术

1.8碳纤维材料特性

近年来FRP