浅论隐患桥梁改造加固方法

前言

桥梁是连接河道两侧的纽带，是保障公路、铁路便捷畅通的重要咽喉[1]，其承载力是沟通全线的关键，但是，通常来说，承载力越大、通车流量越频繁的桥梁越容易发生结构损伤[2]。据全美桥梁协会[3]于1981年公布的调查报告统计，该协会在全球范围内所调查的246万座桥梁中，约有56%的桥梁出现了不同程度的损坏.

近年来，随着我国经济的迅速腾飞，交通规模不断扩大，在各类新型桥梁如雨后春笋般涌现的同时，高速猛增的交通荷载量也给现存的桥梁造成了巨大的负担，据不完全统计，2012年四川省共有病危桥梁1460座，占四川省桥梁总数的42.5%。但是，废除旧桥、重建新桥不仅要消耗大量的人力、资源，短期内大范围重建新桥还会中断交通，影响正常通行，因此，对轻微损坏的桥梁进行改造加固具有十分重要的意义。

一、桥梁改造加固准则

1.1 加固后恒载压应力小于原荷载压应力

桥梁加固后，主拱圈两侧往往要增设一层加固层，且加固层厚度一般不低于原桥梁面板层的30%，这势必将极大的增加原主拱圈的负担，导致原主拱圈两侧压应力增大，因此，在验算加固方案是否可靠前，必须先验算在加固层与原先荷载组合的恒载情况下，原主拱圈压应力是否满足强度验算要求。一般来说，可按下式进行验算：

（式1）

式中， 为桥梁在加固后单位截面尺寸下桥梁主拱圈边缘压应力； 为桥梁加固前单位截面尺寸下桥梁主拱圈边缘压应力上限值。

通常情况下，只有在满足加固后恒载压应力小于原荷载压应力准则的前提下，才能进行下一步的改造加固工作。

1.2 组合应力小于原荷载压应力

桥梁加固后，在加固界面会出现明显分界的两层，上层为原主拱圈、下层为新建改造加固层[11]。由于分界两层施工时间、施工材质不一致，且原主拱圈层已使用多年，材料老化、力学性能较差，综合导致新旧两层材料承载性能差别较大。然而，要使加固层发挥分担荷载的作用，就必须保证新、旧拱圈能够协调变形，共同承担荷载作用。因此，必须保证即使在最不利荷载组合下，新、旧复合拱圈的边缘组合应力也必须小于原主拱圈的压应力，该关系式可用下式反应：

（式2）

式中， 为最不利荷载组合作用下，新、旧复合拱圈的边缘组合应力值。 1.3 极限承载力准则

根据上一节分析，要使加固层发挥分担荷载的作用，还应使复合拱圈满足极限承载力要求，参照规范设计要求，可将最不利荷载组合下承载力满足要求式按下式表达：

（式3） （式3）

式中， 为最不利组合下单位截面尺寸下复合拱圈纵向轴压应力； 为最不利组合下单位截面尺寸下复合拱圈纵向轴压应力的稳定值； A为新、旧拱圈组合截面的换算面积，可简化为极限强度公式进行换算； 为材料安全系数，参考文献[5]进行取值； 为纵向弯曲系数，参考文献[5]进行取值； 为纵向力偏心影响系数，可按下式进行计算 （式5）

式中， 为纵向轴力的偏心距；

m为截面形状系数，参考文献[4]进行取值；

为组合拱圈单位截面的回转半径，通常取曲率最大的弧顶截面。 二、 需要进行改造加固桥梁的特征与识别

桥梁在使用过程中出现的质量缺陷，除设计荷载偏小，承载能力和通过能力不足是由于人为客观的原因造成的外，其它主要是由于设计、施工和外界冈素等原因造成的。

2.1 桥梁承载力不足

老旧桥梁承载能力不足是桥梁进行改造加固的最主要原因。据统计，一般桥梁在使用30年以上时，就会出现材料老化、桥梁面板开裂、弹塑性下降、支承结构出现裂缝等问题，导致其承载能力大幅下降，在加上随着现代经济的迅速增长，车流量以及车载量的迅猛提升，进一步凸显了桥梁承载能力不足的矛盾。为保障桥梁承载安全，同时满足交通运力，就必须对这类老旧桥梁进行改造加固。

2.2 桥梁结构开裂

桥龄较大的桥梁，其桥梁结构往往有多处开裂。出现裂缝的根本原因是因为桥梁结构张应力过大，表明材料弹性模量不足而引起的塑性变形，其诱导原因有很多，主要有因静、动荷载以及次应力作用下产生的荷载裂缝；因外部温度或者内部环境发生的温差变化，导致混凝土变形受约束而产生拉应力，从而引起混凝土撕裂的温度裂缝；因外部温度过低（低于零摄氏度），游离水因结晶导致桥梁结构体积变化，从而产生外部张力引起的冻胀裂缝等等。

三、桥梁改造加固方法探究

基于待改造加固桥梁的性能现状，可根据其实际缺陷因地制宜，在加固准则的基础上制定相应的改造加固方案，务必要求做到解决矛盾现状、节约资金资源。

3.1 桥梁承载力不足的改造加固方案

对于桥梁承载力不足的问题，应对桥梁的支撑结构进行改造加固，以提高其承载力。根据工程经验，此类情况下常用的加固部位一般位于主梁和主拱圈。

1）主梁加固技术

通常情况下，主梁承载力不足主要由原主梁直径过小、主梁浇筑材料承压能力较差等原因造成。对此，可在原主梁上黏贴钢板进行加固，这种方法可减少立模浇筑时间，且能很好的提高主梁的抗疲劳性，大幅增加耐久度，不仅造价低廉节约成本，而且不会堆桥梁造成新的损伤。

3.2 桥梁结构开裂的改造加固方案

目前，业界常用的桥梁结构开裂的改造加固方法主要有塞缝灌浆法及环氧树脂灌浆法。

3.2.1塞缝灌浆法

在开裂的缝隙处灌注材料，灌注的口径由开裂口大小决定。对于凹陷处，要进行开凿刮毛，清理干净后重新铺上碎石垫层后，再进行材料灌注。需要注意的是，灌浆材质应根据桥梁结构本身建筑材料来进行，对于混凝土结构，宜用水泥浆或水泥砂浆，对于浆砌石材质结构，则最好使用化学浆以增加分子胶合力。

3.2.2环氧树脂灌浆法

而对于现在较普遍的钢筋混凝土构件则应用环氧树脂进行灌注，因为这种构件产生的裂缝小，而环氧树脂的粘结性更好，同时，环氧树脂浆也适合外表修补，且易于磨光刨毛，所以它是现今维护加固桥梁的主要手段。

四、结论

旧桥材料的老化和结构性能的下降会极大的影响桥梁的适用性和耐久性，严重时直接危及桥梁的运营安全。然而目前存有的病旧桥数量庞大，将其全部拆除重建不但浪费大量资金、资源，还严重阻碍交通。因此，需要进行加固处理的隐患桥梁进行识别和加固方法探究就显得尤为重要。本文结合统计资料和实际工程经验，对需要进行加固处理的隐患桥梁的特征做了详细分析，并在此基础上，系统的分析了桥梁改造加固的方法，本文结论可为隐患桥梁的改造加固工作提供技术支持和参考。