桥梁梁板加固补强技术

【摘要】随着我国桥梁建设的加快，以及我国车辆的增多，对我国桥梁的质量提出了更高的要求，使用过程中，桥梁的梁板容易出现一系列的问题，需要进行加固补强的措施。本文将从以下几个方面来分析桥梁梁板加固补强技术。

【关键词】桥梁；梁板；加固；补强；技术

中图分类号：U445 文献标识码：A

一、前言

目前，我国桥梁在出现问题的时候，经常不能够得到很好的加固补强，从而导致了桥梁的使用得到了限制，因此，有必要对桥梁梁板加固补强技术进行研究。

二、桥梁常见病害及其成因

1．承载能力不足

桥梁的承载能力是根据设计时所采用的荷载等级来确定的，早期建造的桥梁，特别是20世纪60-70年代建造的桥梁，设计荷载大多偏低。随着交通置的增加和荷载等级的提高，原有桥梁已经无法满足现今交通的需要，有些桥梁已经出现严重病害。

2．正常使用能力不足

这主要表现在桥面宽度不足；桥梁平面线形、纵断面线形标准太低；桥上通车净空或桥下通车净空不足，从而导致桥梁的正常通行能力不能满足要求。

3．设计、施工不合理

有些桥梁设计上不是很合理，结构构造处理不合理，桥梁在早期运营时其缺陷并不明显，运营一定时间后，病害逐渐显现出来。有些桥梁由于受施工质量、施工技术、施工手段等的限制和影响，存在一定的技术缺陷，随着运营时间的增加，其病害也逐渐显露、发展。

4．维修养护及加固措施不当

有些桥梁的技术缺陷则是由于养护维修不恰当引起的。比如桥面维修增加过大的恒载，致使桥梁本身自重过大，承载力相对提高较小或未提高；桥面排水处理不当，桥面渗水；又如支座维修不当，改变了整个结构的受力状态等。有些桥梁则是加固不当引起的。比如加固施加的预应力大小或者位置不恰当，引起结构的二次病害；又如结构体系改变不合理，致使结构的关键部位应力超限等。

5．自然老化

早期公路桥梁的设计龄期为50年，随着时间的推移，已建桥梁会不断损坏和老化，其承载力、刚度、延性和稳定性不断下降，这是一个不可改变的客观规律。

6．人为及外力因素引起的结构损坏。

比如超出设计最高水位的洪水、泥石流、浮冰、冰冻、地震、强风、船舶撞击等作用，河道不恰当开挖，桥梁基础下存在岩溶、矿山坑道等，引起桥梁结构的局部损坏。

7．超负荷运营

随着我国改革开放的深入，交通运输业竞争在不断加剧。按路线等级或者预期设计荷载等级来说，这一部分设计荷载等级并不低，但由于一些特殊的原因，桥梁使用荷载大大超出设计荷载，致使桥梁长期处于超重荷载作用下运营，加速了桥梁的损坏。

三、常用的桥梁梁板加固补强技术

1、加大主梁截面和配筋加固法

常用的有外包混凝土加固法。外包混凝土加固法又称为加大截面加固法，它是增大构件的截面和配筋，用以提高构件的强度、刚度、稳定性和抗裂性，也可用来修补裂缝等。梁桥和拱桥等旧桥，均可采用该方法加固。

根据被加固构件的受力特点和加固目的、构件部位与尺寸、施工方便等要求，可设计为单侧、双侧或三侧加固，以及四周外包加固。根据不同的加固目的和要求，又可分为加大断面为主的加固和加配钢筋为主的加固，或者两者同时采用的加固。加大截面为主的加固，为了保证补加的混凝土正常工作，亦需适当配置构造钢筋。加配钢筋为主的加固，为了保证配筋的正常工作，需按钢筋的间距和保护层等构造要求决定适当增大截面尺寸。加固中应将新旧钢筋焊接，或用锚杆联结补强钢筋和原构件，同时将旧混凝土表面凿毛清洗干净，以确保新旧混凝土良好结合。

外包混凝土加固法使用普通混凝土，强度等级不低于C20 号。当加固层较薄、钢筋较密时，可采用细石子混凝土加固，在条件许可的情况下亦可采用钢纤维混凝土加固。配置的钢材除普通钢筋外，还可采用型钢和钢板等。

2、粘贴钢板法

采用环氧树脂系列粘结剂将钢板粘贴在钢筋混凝土结构物的受拉缘或薄弱部位，使之与原结构物形成整体共同受力，以提高其刚度，改善原结构的钢筋及混凝土的应力状态，限制裂缝的进一步发展，从而取得提高构件的抗弯、抗剪能力和减少裂缝扩展的效果，达到加固补强、提高桥梁承载能力的目的。

具体方法是，先在混凝土和钢板表面涂一薄层专用结构胶，厚度一般以2mm为宜，用抹刀刮平，将气泡挤出。随后将钢板粘在混凝土贴面上，加压成型，将多余的胶液沿钢板边缘挤出，使钢板紧密粘贴在混凝土面上。

该加固方法具有施工简便，粘贴钢板所占空间小，不减少桥梁净空，加固施工周期短，消耗材料少，粘贴钢板的加固部位、范围与强度可按设计构造需要灵活确定等特点。

3、粘贴碳纤维布法

与传统的其它加固方法相比，采用碳纤维布加固旧桥能最小程度的改变原结构共同受力。具体方法是，将抗拉性能优良的碳纤维布用粘结材料贴到梁体底面或箱梁内壁上，使其与原结构一起参与受力，即碳纤维布可以与原结构内布置的钢筋一道共同承受拉力，以提高旧桥的承载能力。沿桥梁的主拉应力方向（或与裂缝正交方向）粘贴碳纤维布，两端分别设置锚固端，据此可约束混凝土表面裂缝、防止裂缝再扩展，从而达到提高构件抗弯刚度、减少构件挠度、改善梁体受力状态的目的。目前可采用旧桥结构加固用的碳纤维有单向碳纤维布、单向碳纤维交织布、双向碳纤维交织布及单向碳纤维层压材料等。

四、加固方案的确定

采用加固方案之前，须先考虑耗费少、功效快、不中断交通、技术上可行、有较好耐久性等方面的要求。桥梁加固工作一般以不更改原结构形式为原则，在兼顾经济性的前提下，只有在较复杂的情况下，才可考虑更改结构形式。如果加固后仍不能达到交通运输要求，则必须考虑重建桥梁的局部或全部。经济上加固应比重新建桥节约大量的投资和材料，具有明显的经济效益。在分析经济效益时，应包括重建新桥期间交通中断所造成的经济损失。一般认为加固比重建节约费用60％～70％以上才是有意义的，否则重建新桥更有实际价值；桥梁加固之后，无论承载能力，还是耐久性方面都应达到使用上的要求。

旧桥加固方案的确定，首先要根据桥梁的现有技术状况、存在的病害、车辆通行的需要以及将来交通发展的趋势、对加固的必要性和可能性做出分析判断。然后对各种加固方法的技术经济效果进行比较，选择合理的加固方案。在进行桥梁加固的经济效益比较时，为了对各种加固方案的技术经济效果做出评价，从中选择合理可行的加固方案，常常采用下面两个指标来进行比较：

1．结构改善系数：桥梁加固改造后承载能力提高的百分率。

η=(P2-P1)／P1×100％

式中：η——结构改善系数；

P1——加固前桥梁承受活载的能力；

P2——加固后桥梁承受活载的能力。

2．成本效益系数：加固工程的单位成本所取得的结构改善系数。这个系数越大，其成本效益越大。

k=η／Q

式中：k——成本效益系数；

Q——每平方米桥面所需的加固费用。

合理选择加固方案，还要考虑与加固相关的其他因素，包括加固设施的养护费用、加固时交通阻碍造成运输效益上的损失、加固结构耐久性、施工安全和对环境的干扰程度等。对加固方案的技术经济效果进行全面的综合评价后，才能最终确定合理的加固方案。

五、桥梁梁板加固补强工程应用——以浙江省320国道临平段某桥梁为例

浙江省320国道临平段某桥梁始建于1993年6月,为改路段年代比较久远的桥梁。桥梁原设计为汽—13拖—60,加固补强后提高到汽—20挂车—100。该桥全长173.3m(16.8m×10孔)上部结构为工字梁加微弯板组成的组合T型简支梁。

近年来,随着交通量急剧增长,重型车逐年增加,主梁裂缝严重。最大裂缝宽度达0.4mm,部分微弯板也出现裂缝,桥面损坏严重。2002年12月,对该桥进行了碳纤维片等综合加固。加固前在桥上进行加载试验,由支点断面实测主剪应力结构分析,在最不利荷载作用下,各测试断面的实测剪应力校验系数在0.6—1.5范围内,实测最大剪应力为1.91MPa,为理论计算值的1.44倍,说明主梁抗剪强度已不满足设计要求；由各测试断面实测挠度结果分析,各测试断面实测挠度校验系数主要集中在1.0～1.3范围内,实测跨中最大挠度为11.33mm,为理论计算值的1.32倍,说明该桥主梁抗弯刚度已不能满足桥梁正常使用要求。加固后对桥梁同一部位进行与加固前相同加载试验,结果表明桥梁抗剪及抗弯刚度满足设计要求,由各测试断面实测挠度结果分析,各测试断面实测挠度校验系数主要集中在0.7～1.0范围内,实测挠度最大值为f=9.11mm,小于理论计算值f=10.10mm且小于规范所规定的容许挠度值f1=L/600=27.1mm；在相同荷载作用在同一部位的荷载作用下,加固前1号～3号梁跨中实测最大钢筋应力分别为64.8MPa、64.2MPa、68.2MPa,加固后各主梁实测最大钢筋应力分别为60.3MPa、51.6MPa、52.4MPa,分别为加固前的93.0%、80.4%、76.8%,说明桥梁结构的受力性能得到改善；加固前1号～3号梁跨中心实测最大挠度分别为7.43mm、8.03mm、7.94mm,加固后各梁实测最大挠度为5.97mm、5.93mm、4.84mm,分别为加固前的80.3%、73.8%、61.0%。

六、自然养护应遵循下述要求：

1、基本要求：

⑴每处施工完成后，自然养护24小时内应确保不受外力硬性冲击等干扰；

⑵每道工序过程中及完工后，均应采取适当措施保证不受污染或雨水侵袭；

⑶施工过程中平均气温一般都高于5℃，自然养护至达到设计要求需要3～5天左右。

2、对粘贴施工完成后的复合材料层，经自然养护至粘结胶完全固化后，对碳纤维布粘贴面仔细检查，如果碳纤维布粘贴层有空鼓或气泡，可以用刀片将碳纤维布划开（注意不要划的太大），然后采用注射器针管将调制好的粘结胶注入空鼓或气泡内填充至密实。应保证密实粘贴面积达到100%；

3、碳纤维布粘贴的质量标准：a.粘结胶浸润碳纤维束良好；b.碳纤维布粘贴密实与混凝土结合面达到100%以上；c.碳纤维布方向不发生弯曲；顺纤维方向搭接长度不小于10cm，各层之间的搭接部位不得位于同一条线上，必须错开至少50cm；d.碳纤维布规格、贴片位置、长度、宽度、纤维方向、层数符合设计规定；

七、结束语

总而言之，桥梁梁板的加固补强工作极其重要，关乎桥梁的使用质量和使用寿命，因此，要定时对桥梁的使用情况进行检测，发现问题及时采取加固补强技术。

【参考文献】

[1]李勇.碳纤维加固补强技术在桥梁工程中的应用[A].贵州省科学技术优秀学术论文集（2004年度）[C].2009:3.

[2]李斌宇.某裂缝增荷钢筋混凝土梁板的加固补强[J].工程抗震与加固改造,2010.

[3]刘树东.灌注式粘贴钢板加固桥梁梁板施工技术[J].交通世界(建养.机械),2011.