橋梁加固設(shè)計(jì)是比新橋設(shè)計(jì)更為復(fù)雜的系統(tǒng)工程

　　橋梁加固設(shè)計(jì)是一個(gè)涉及到病害診斷、改造決策分析、加固材料與方法選擇、加固構(gòu)件設(shè)計(jì)與計(jì)算和養(yǎng)護(hù)管理與施工等多學(xué)科的系統(tǒng)問(wèn)題。從技術(shù)角度分析，目前我國(guó)橋梁加固設(shè)計(jì)存在有兩方面主要問(wèn)題：

　　1、擔(dān)負(fù)大量的中、小橋養(yǎng)護(hù)、維修、管理和加固任務(wù)的基層單位,橋梁病害診斷技術(shù)力量薄弱,橋梁檢測(cè)設(shè)備落后。橋梁病害診斷是進(jìn)行橋梁加固設(shè)計(jì)的前提和基礎(chǔ),只有診斷清楚,才能對(duì)癥下藥。橋梁檢測(cè)是病害診斷與分析的重要手段，混凝土結(jié)構(gòu)裂縫是反映病害的晴雨表,裂縫分析是橋梁檢測(cè)的主要內(nèi)容。

　　面對(duì)目前我國(guó)從事橋梁養(yǎng)護(hù)、維修與管理的基層單位的現(xiàn)狀,普及橋梁病害診斷知識(shí),提高裂縫分析能力是十分必要和緊要的。

　　2、橋梁加固設(shè)計(jì)存在的另一個(gè)問(wèn)題是對(duì)橋梁加固設(shè)計(jì)的特殊性認(rèn)識(shí)不足,加固設(shè)計(jì)理念不清,加固設(shè)計(jì)思想不明確。有些橋梁加固設(shè)計(jì)機(jī)械地套用新建橋梁的設(shè)計(jì)方法 ，忽略了橋梁加固分階段受力特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)損傷的影響；個(gè)別加固設(shè)計(jì)只做宏觀定性分析，缺少科學(xué)地定量分析，設(shè)計(jì)帶有很大的隨意性。

 

　　提高對(duì)橋梁加固特殊性的認(rèn)識(shí)就是對(duì)橋梁加固設(shè)計(jì)特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)。橋梁加固設(shè)計(jì)的最大特點(diǎn)是應(yīng)考慮帶載加固分階段受力和結(jié)構(gòu)損傷的影響。

　　橋梁結(jié)構(gòu)自重及恒載大，以常用的跨徑30m的預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁為例，結(jié)構(gòu)自重及恒載產(chǎn)生的內(nèi)力約占總內(nèi)力的（50-60）％左右。橋梁加固一般采用帶載加固，即在不卸除結(jié)構(gòu)自重及恒載的情況下對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，待后加補(bǔ)強(qiáng)材料與原結(jié)構(gòu)粘結(jié)為整體后，開(kāi)放交通允許車輛通行。構(gòu)件自重和不拆除的恒載及加固施工荷載由原梁承擔(dān)；車輛荷載由加固后的組合截面承擔(dān)。橋梁加固構(gòu)件的設(shè)計(jì)與計(jì)算，應(yīng)考慮帶載加固分階受力特點(diǎn)，這是橋梁加固設(shè)計(jì)與新建橋梁設(shè)計(jì)的最大區(qū)別。與一般房屋結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)相比，橋梁加固構(gòu)件分階段受力的影響程度更為突出。

　　橋梁結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期使用過(guò)程中受到車輛荷載的反復(fù)作用和環(huán)境腐蝕的影響，將使材料性能劣化，產(chǎn)生不同程度的結(jié)構(gòu)損傷。橋梁加固設(shè)計(jì)應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)損傷對(duì)橋梁使用功能，承載力和耐久性的影響。

　　橋梁加固設(shè)計(jì)是比新建橋梁設(shè)計(jì)更為復(fù)雜的系統(tǒng)工程，應(yīng)充分考慮在役橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況和加固受力特點(diǎn)。橋梁加固設(shè)計(jì)不能完全照抄新建橋設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定和計(jì)算公式，也不能機(jī)械地套用一般房屋建筑加固設(shè)計(jì)規(guī)范。在充分考慮橋梁加固設(shè)計(jì)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，不同的規(guī)范可以參考借鑒，但不能機(jī)械地套用。

 

　　分階段受力對(duì)加固構(gòu)件的直接影響是后加補(bǔ)強(qiáng)材料應(yīng)變（應(yīng)力）滯后，無(wú)法充分發(fā)揮作用，材料利用率低。

　　前已指出，橋梁加固構(gòu)件應(yīng)按兩階段受力構(gòu)件計(jì)算，構(gòu)件的自重和恒載產(chǎn)生的內(nèi)力由原梁承擔(dān)。換句話說(shuō)，加固前原梁已經(jīng)受力，在構(gòu)件自重和恒載作用下，原梁的鋼筋已經(jīng)產(chǎn)生了一定的初始應(yīng)變（應(yīng)力）。車輛荷載作用后，原梁鋼筋的應(yīng)變（應(yīng)力）繼續(xù)增加，同時(shí)后加補(bǔ)強(qiáng)鋼筋開(kāi)始受力，并產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變（應(yīng)力）。與原梁鋼筋相比，后加補(bǔ)強(qiáng)鋼筋的應(yīng)變（應(yīng)力）滯后，在極限狀態(tài)下是很難發(fā)揮作用的。從作用原理上理解后加補(bǔ)強(qiáng)材料應(yīng)變（應(yīng)力）滯后的不利影響，對(duì)搞好橋梁加固設(shè)計(jì)是十分必要的。

 

　　加固薄弱構(gòu)件的方法很多，從工作原理上可劃分為被動(dòng)加固和主動(dòng)加固兩大類：

　　1、直接加筋類被動(dòng)加固在被加固構(gòu)件的受拉（或抗剪）薄弱區(qū)直接增設(shè)抗拉（或抗剪）補(bǔ)強(qiáng)材料，例如：補(bǔ)焊鋼筋、粘貼鋼板、粘貼高強(qiáng)纖維復(fù)合材料（碳纖維、芳綸纖維）等。這種加固方法從作用原理上屬于被動(dòng)加固范疇。后加補(bǔ)強(qiáng)材料被動(dòng)受力，只承擔(dān)車輛荷載和后加恒載引起的內(nèi)力。

　　2、預(yù)應(yīng)力主動(dòng)加固對(duì)布置在被加固構(gòu)件受拉（或抗剪）薄弱區(qū)的后加補(bǔ)強(qiáng)材料施加預(yù)應(yīng)力，形成預(yù)應(yīng)力加固系統(tǒng)，例如：體外預(yù)應(yīng)力加固和采用錨固于被加固梁體上的預(yù)應(yīng)力筋，然后噴注高性能抗拉復(fù)合砂漿，將其與被加固梁體粘結(jié)為一體的有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固等。從工作原理上講，預(yù)應(yīng)力加固屬于主動(dòng)加固，后加補(bǔ)強(qiáng)材料主動(dòng)受力，靠預(yù)加力的作用，改善原梁的工作狀態(tài)，間接達(dá)到加固補(bǔ)強(qiáng)的目的。

　　被動(dòng)加固和主動(dòng)加固概念的提出揭示了加固構(gòu)件的作用機(jī)理，為理順加固設(shè)計(jì)思想奠定了基礎(chǔ)。

 

　　橋梁加固構(gòu)件的承載力計(jì)算，必須考慮分階段受力特點(diǎn)，后加補(bǔ)強(qiáng)材料只承擔(dān)車輛荷載和后加恒載引起的內(nèi)力，與原梁鋼筋相比，其應(yīng)變（應(yīng)力）滯后，一般情況下，在極限狀態(tài)時(shí)其應(yīng)力是達(dá)不到抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的。特別是采用直接粘貼高強(qiáng)纖維布（板）的被動(dòng)加固時(shí)，由于應(yīng)變（應(yīng)力）滯后的影響，高強(qiáng)纖維復(fù)合材料的高抗拉性能根本無(wú)法充分發(fā)揮作用，“大馬拉小車”是一種極大地浪費(fèi)。在倡導(dǎo)建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的環(huán)境下，這種盲目的浪費(fèi)是值得我們深思的。

　　后加補(bǔ)強(qiáng)材料應(yīng)變（應(yīng)力）滯后是影響加固構(gòu)件工作性能、制約后加補(bǔ)強(qiáng)材料利用效率和控制加固工程成本的瓶頸。

　　解決后加補(bǔ)強(qiáng)材料應(yīng)變（應(yīng)力）滯后的根本途徑是變被動(dòng)加固為主動(dòng)加固，對(duì)后加補(bǔ)強(qiáng)材料施加預(yù)應(yīng)力，做成預(yù)應(yīng)力加固體系。靠預(yù)應(yīng)力筋的主動(dòng)受力，從根本上解決后加補(bǔ)強(qiáng)材料的應(yīng)變（應(yīng)力）滯后，提高后加補(bǔ)強(qiáng)材料的利用效益，以最少的成本，創(chuàng)造最佳的加固效果。

 

　　預(yù)應(yīng)力技術(shù)是20世紀(jì)最具革命性的結(jié)構(gòu)構(gòu)思，已廣泛用于土木和建筑工程。針對(duì)橋梁帶載加固后加補(bǔ)強(qiáng)材料應(yīng)變（應(yīng)力）滯后的先天不足，預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)在橋梁加固中的應(yīng)用具有更為特殊的意義。

 

　　1、體外預(yù)應(yīng)力加固體系體外預(yù)應(yīng)力加固是采用布置在梁體外部（或箱內(nèi)）的具有防腐保護(hù)的預(yù)應(yīng)力筋，對(duì)梁體施加預(yù)加力。其關(guān)鍵技術(shù)是體外預(yù)應(yīng)力筋的錨固、轉(zhuǎn)向和防腐保護(hù)問(wèn)題。體外預(yù)應(yīng)力加固是目前橋梁加固采用較多的方法之一，特別適用于大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁和連續(xù)T構(gòu)箱梁橋的加固。

　　2、無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固體系無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)是將具有防腐保護(hù)的預(yù)應(yīng)力筋布置在梁體的內(nèi)部，待混凝土硬化后張拉預(yù)應(yīng)力筋，對(duì)梁體施加預(yù)加力。將無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)推廣用于橋梁加固的核心問(wèn)題是解決為錨固無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋而增設(shè)的混凝土支承保護(hù)層與被加固梁體的可靠粘結(jié)。無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固，適用于中、小跨徑鋼筋混凝土T形梁的加固，構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工方便。

　　3、高強(qiáng)纖維預(yù)應(yīng)力加固體系高強(qiáng)纖維預(yù)應(yīng)力加固是采用錨固、粘貼在梁體外部（或箱內(nèi)）的高強(qiáng)纖維布條（或板條）對(duì)梁體施加預(yù)加力。這種加固體系目前尚處于試驗(yàn)研究階段，其關(guān)鍵技術(shù)是解決適應(yīng)于橋梁加固現(xiàn)場(chǎng)施工的預(yù)應(yīng)力纖維布條（或板條）的張拉、錨固和張拉后纖維布條（或板條）與被加固梁體的可靠粘結(jié)問(wèn)題。

　　4、有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固體系有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固是采用錨固于被加固梁體上的高強(qiáng)鋼絲，2～3股鋼絞線或小直徑粗鋼筋，對(duì)梁體施加預(yù)加力，然后噴注具有較高抗拉強(qiáng)度的復(fù)合砂漿，將預(yù)應(yīng)力筋與被加固梁體粘結(jié)為一體，構(gòu)成有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固體系。

　　推廣與普及預(yù)應(yīng)力主動(dòng)加固設(shè)計(jì)思想，對(duì)建立與完善我國(guó)橋梁加固設(shè)計(jì)理論，提高加固工程設(shè)計(jì)質(zhì)量具有指導(dǎo)意義。