【正文】 1 橋梁結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)研究 3 橋梁改造加固方案設(shè)計(jì) 在對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)病害檢測(cè)分析和鑒定評(píng)估的基礎(chǔ)上，根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件和使用要求，有針對(duì)性地制定加固方法。 橋梁改造加固方案設(shè)計(jì)的原則 1．分清加固的性質(zhì) 根據(jù)橋梁病害檢測(cè)分析和鑒定評(píng)估結(jié)果，橋梁結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)應(yīng)分為：承載力加固（強(qiáng)度加固）、使用功能加固（剛度加固）和耐久性加固等三種情況。 承載力加固是確保結(jié)構(gòu)安全工作的基礎(chǔ)，是橋梁改造加固設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容，其內(nèi)容包括正截面抗彎承載力加固和斜截面抗剪承載力兩部分。承載力加固應(yīng)考慮分階段受力的特點(diǎn)，注意新加補(bǔ) 強(qiáng)材料與原結(jié)構(gòu)的整體工作。 使用功能加固是確保橋梁正常工作的需要，主要是對(duì)活載變形或振動(dòng)過大的構(gòu)件，加大截面尺寸，增加截面剛度，以滿足結(jié)構(gòu)使用功能要求。 耐久性加固是指對(duì)結(jié)構(gòu)損傷部位進(jìn)行修復(fù)和補(bǔ)強(qiáng)，以阻止結(jié)構(gòu)損傷部分的性能繼續(xù)惡化，消除損傷隱患，提高結(jié)構(gòu)的可靠性，提高結(jié)構(gòu)的使用功能，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)使用壽命。 2．橋梁加固與加寬設(shè)計(jì)相結(jié)合 在公路改造設(shè)計(jì)中，很多情況下橋梁加固和加寬是同時(shí)進(jìn)行的。在加寬寬度不大的情況下，盡量將加寬部分與原橋連為一體，使新舊橋共同工作，利用新加寬部分，調(diào)整原橋內(nèi)力，減輕原梁負(fù)擔(dān)，間接達(dá) 到加固補(bǔ)強(qiáng)的目的。 3．注意各種加固補(bǔ)強(qiáng)方法的綜合應(yīng)用。 橋梁加固補(bǔ)強(qiáng)的方法很多，但是基本上可以劃分為兩大類： 第一類為改變結(jié)構(gòu)體系，調(diào)整結(jié)構(gòu)內(nèi)力、減輕原梁負(fù)擔(dān)。例如：加斜撐減少梁的跨度、簡(jiǎn)支梁改為連續(xù)結(jié)構(gòu)、增加縱梁數(shù)目、調(diào)換梁位、加大新建邊梁，調(diào)整橫向分布系數(shù)，減輕原梁負(fù)擔(dān)等。 第二類為加大截面尺寸和配筋，加固薄弱構(gòu)件。例如：粘貼鋼板、加焊鋼筋，粘貼高強(qiáng)纖維復(fù)合材料，體外預(yù)應(yīng)力加固。 設(shè)計(jì)中應(yīng)注意各種加固方法的綜合利用，通過調(diào)整結(jié)構(gòu)內(nèi)力，盡量的減輕原梁 2 的負(fù)擔(dān)，將加固補(bǔ)強(qiáng)工作量壓到最少。 加固方案簡(jiǎn)介 結(jié)構(gòu)的一般加固方法：結(jié)構(gòu)的加固方法可以分成兩大類，即直接加固法和間接加固法。 直接加固法 直接加固法是通過一些技術(shù)措施，直接提高構(gòu)件的承載力和剛度等，目前常用的直接加固法有以下幾種。 1． 加大截面加固法 該方法可以用來提高構(gòu)件的抗彎、抗壓、抗剪、抗耐久等能力，同時(shí)也可以用來修復(fù)已經(jīng)損傷的混凝土截面，提高其耐久性，可以廣泛地用于各種構(gòu)件的加固。但是這種加固方法一般對(duì)原有構(gòu)件的尺寸有一定程度的增加，使原有的使用建筑空間變小。 2． 外包鋼加固法 外包鋼加固可以大幅度提高構(gòu)件的抗壓和抗彎性能，由 于采用型鋼材料，施工周期相對(duì)較短，占用空間也不大，比較廣泛地應(yīng)用于不允許增大截面尺寸，而又需要較大幅度提高承載力的軸心受壓和小偏心受壓構(gòu)件。外包鋼加固也可以用于受彎構(gòu)件或大偏心受壓構(gòu)件的加固，但宜采用濕式外包鋼加固法。 3． 體外預(yù)應(yīng)力加固法 體外預(yù)應(yīng)力加固法是采用高強(qiáng)鋼筋或型鋼等，在被加固構(gòu)件體外增設(shè)預(yù)應(yīng)力拉桿或撐桿，其拉桿加固廣泛適用于受彎構(gòu)件和受拉構(gòu)件的加固，在提高構(gòu)件承載力的同時(shí)，對(duì)提高截面的剛度、減少原有構(gòu)件裂縫寬度和撓度、提高加固后構(gòu)件截面的抗裂能力是非常有效的。 4． 外部粘貼加固法 外部粘貼加固法 是用粘結(jié)劑將鋼板或纖維增強(qiáng)復(fù)合材料等粘貼到構(gòu)件需要加固的部位上，以提高構(gòu)件的承載力和剛度的一種加固方法。粘鋼加固法是在構(gòu)件表面用特制的建筑結(jié)構(gòu)膠粘貼鋼板，以提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力的一種加固方法。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是把高性能的纖維織物，如玻璃纖維、碳纖維和阿拉米德纖維等，放置在環(huán)氧樹脂等基材上，經(jīng)膠合凝固后形成的。近年來，已有將短纖維加入混凝土是制成纖維混凝土，將絲制成棒狀代替鋼筋，加工成束或繩狀用于拉索，制作預(yù)制板，用于路面。在結(jié)構(gòu)加固方面， 1984 年，瑞士國家實(shí)驗(yàn)室首先開始了外貼纖維復(fù)合材料加固的實(shí)驗(yàn)研究。使用 其進(jìn)行加固的優(yōu)點(diǎn)是：它具有很高的抗化學(xué)腐蝕能力和支被加固結(jié)構(gòu)的保護(hù)能力，提高了結(jié)構(gòu)耐久性；材料強(qiáng)度高，外貼加固用量少 (厚度小 ) 等。 5． 輔助結(jié)構(gòu)加固法 輔助結(jié)構(gòu)加固法是一種體外加固方法。它是直接用設(shè)置在被加固構(gòu)件位置處的型鋼、鋼構(gòu)架或其他預(yù)制構(gòu)件 (如樁等 )分擔(dān)作用在加固構(gòu)件上的荷載。該方法適用于原有構(gòu)件損傷嚴(yán)重，又需要大幅度提高承載力和剛度的構(gòu)件的加固，也可以用于地基基礎(chǔ)的加固。 6． 注漿加固法 注漿加固法是采用壓力，把具有較好粘接性能的材料注入被加固構(gòu)件內(nèi)部的空隙中，以提高被加固構(gòu)件的完整性、密實(shí)性，提高材料的 強(qiáng)度。該方法在混凝土或砌 3 體結(jié)構(gòu)的裂縫等內(nèi)部缺陷的修復(fù)加固，以及地基加固中廣泛應(yīng)用。 間接加固法 間接加固法是根據(jù)原有結(jié)構(gòu)體系的客觀條件，通過一些技術(shù)措施，改變結(jié)構(gòu)傳力途徑，減少被加固構(gòu)件的荷載效應(yīng)，目前常用的間接加固法有以下幾種。 1． 增設(shè)構(gòu)件加固法 2． 增設(shè)支點(diǎn)加固法 3． 增加結(jié)構(gòu)整體性加固法 由于整體結(jié)構(gòu)破壞的概率明顯小于單個(gè)構(gòu)件，因此在不加固原有構(gòu)件中任一構(gòu)件的情況下，整體結(jié)構(gòu)可靠度提高了，達(dá)到了結(jié)構(gòu)的目的。 4． 改變結(jié)構(gòu)剛度加固法 該方法一般多用于提高結(jié)構(gòu)抗水平作用的能力。 5． 卸載加固法 表 2 維修加固方法匯總表 維修加固方法 適用性 材料及工藝要點(diǎn) 注意事項(xiàng) 截面增強(qiáng)法 簡(jiǎn)支 T 梁、空心板梁、箱梁等 連續(xù)梁和連續(xù)剛構(gòu)的局部 材料：鋼筋、混凝土、膨脹螺栓等 主要工藝：表面鑿除、鋼筋布設(shè)、立模澆注、養(yǎng)生 施焊鋼筋時(shí)應(yīng)避免燒傷原有混凝土； 鋼筋定位應(yīng)準(zhǔn)確； 澆注混凝土應(yīng)濕潤； 采用早強(qiáng)或膨脹混凝土； 必要時(shí)對(duì)腹板和上托梁處的新老混凝土接觸面增設(shè)壓漿管壓漿 粘貼加固法 鋼板粘結(jié)加固法 原則上適用于任何梁，但從經(jīng)濟(jì)的角度看，更適用于不希望增大恒載和短期要完成加固的跨度較大的連續(xù)結(jié)構(gòu) 材料：鋼板、膨脹螺栓 、環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑等 主要工藝：混凝土表明磨平、鉆孔安裝膨脹螺栓、涂抹粘結(jié)劑、壓貼鋼板、擰緊膨脹螺栓、粘結(jié)劑固化養(yǎng)生、填塞縫隙、鋼板涂漆 鋼板應(yīng)平整； 粘結(jié)劑按規(guī)定養(yǎng)護(hù)； 采用的鋼板應(yīng)比計(jì)算需要的鋼板厚些； 鋼板的形狀和粘貼部位根據(jù)需要確定； 作業(yè)中要防火、防毒 碳纖維粘結(jié)加固法 材料：碳纖維片、環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑等 工藝：混凝土表明處理、粘貼碳纖維片、養(yǎng)護(hù)、表面涂裝 材料應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求； 粘結(jié)劑應(yīng)根據(jù)不同的溫、濕度決定配比； 混凝土表明處理要精細(xì)； 避免出現(xiàn)空鼓，否則必須處理； 粘結(jié)劑按規(guī)定養(yǎng)護(hù)； 作業(yè)中 要防火、防毒 預(yù)應(yīng)力加固法 預(yù)應(yīng)力度下降，撓度異常增大，并預(yù)留有孔道或可加設(shè)體外束的材料：預(yù)應(yīng)力鋼桿、鋼筋、鋼絲束、鋼絞線等 對(duì)大跨度預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁和連續(xù)剛構(gòu)，應(yīng)通過實(shí)測(cè)撓度和施工記錄模擬反算原有預(yù)應(yīng)力的損失情 4 預(yù)應(yīng)力梁； 鋼筋混凝土梁 況，確定新設(shè)預(yù)應(yīng)力的布置和張拉值。在張拉時(shí)，除做好梁的撓度監(jiān)測(cè)外，最好在梁體貼片監(jiān)測(cè)其應(yīng)力應(yīng)變，指導(dǎo)施工。 采用體外預(yù)應(yīng)力補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，應(yīng)重視各著力點(diǎn)的設(shè)置，保證其牢固可靠、過渡圓順，并采用嚴(yán)格的防銹措施； 充分考慮預(yù)應(yīng)力損失 注漿法 各類混凝土梁橋的裂縫修補(bǔ)。 裂縫寬度小于縫采用表面封閉； 縫寬 ～灌漿封閉； 大于 縫采用鑿槽嵌補(bǔ)法修復(fù) 材料：非受力產(chǎn)生的裂縫，可采用水泥漿封閉；一般用環(huán)氧樹脂和丙烯酸酯類（甲凝）等化學(xué)材料。 壓漿工藝：裂縫檢查及清理；鉆孔埋嘴；嵌縫止?jié){；壓水（氣）試驗(yàn)；壓力注漿；表面處理及檢查 裂縫較大時(shí)采用手壓泵注漿；裂縫較細(xì)或灌漿量小時(shí)采用注射器注漿； 封閉應(yīng)嚴(yán)格； 鑿槽嵌補(bǔ)時(shí)應(yīng)將槽內(nèi)清除干凈，用水泥砂漿填補(bǔ)時(shí)槽內(nèi)應(yīng)濕潤，用環(huán)氧砂漿時(shí)槽內(nèi)應(yīng)干燥； 作業(yè)中要防火、防毒 改變結(jié)構(gòu)體系加固法 臨時(shí)通過超載車輛； 橋下增加的設(shè)施不影響交通或泄洪 材料：鋼筋、混凝土、鋼構(gòu)件等 確定方案時(shí)應(yīng)充分考慮當(dāng)前和今后的橋下交通。對(duì)結(jié)構(gòu)體系改變產(chǎn)生的支點(diǎn)負(fù)彎矩應(yīng)認(rèn)真驗(yàn)算并采取措施； 采用加勁梁或疊合梁時(shí)應(yīng)合理簡(jiǎn)化受力模式，應(yīng)分清受力的主次結(jié)構(gòu) 既有橋梁加固實(shí)例 井岡山大橋位于江西省吉安市區(qū)東北井岡山大道東端，跨越贛江，是江西省南部地區(qū)的重要交通通道，也是通往革命圣地井岡山的門戶。井岡山大橋始建于 1969年， 1970 年 10 月交付使用，設(shè)計(jì)全長(zhǎng) ，設(shè)計(jì)荷載為汽車－ 13 級(jí)；拖車－60 ；人群－ 。上 部構(gòu)造為 16 孔預(yù)應(yīng)力 T 型剛構(gòu)，孔徑組成為+14x71+， T 型剛構(gòu)的懸臂長(zhǎng)為 ，鋼筋混凝土掛梁跨徑為 21m， T 構(gòu)箱梁采用單箱雙室變截面設(shè)計(jì)；下部結(jié)構(gòu)采用柱式橋墩，沉井基礎(chǔ)。由于大橋交通量增長(zhǎng)迅速，已由建橋時(shí)的 400 輛 /日發(fā)展到 1991 年的 4439 輛 /日，擁擠度已超過設(shè)計(jì)通行能力的 2 倍以上。根據(jù) 2021 年《江西省吉安市井岡山大橋結(jié)構(gòu)檢查與現(xiàn)狀評(píng)定報(bào)告》，該橋病害較嚴(yán)重，已危及大橋的運(yùn)營安全，主要缺陷有：懸臂箱梁的預(yù)應(yīng)力有效值受到一定的損失；橋面混凝土破壞嚴(yán)重、各掛梁跨中部位明顯下沉， 橋面成波浪形；人行道梁懸臂支點(diǎn)部位混凝土多數(shù)存在碎裂脫落，人行道板破壞嚴(yán)重； 5 伸縮縫、支座破壞嚴(yán)重、梁體裂縫較多，掛梁腹板在跨中產(chǎn)生豎向裂縫，翼板在橫向接縫處開裂， T 構(gòu)箱梁主要在腹板上緣開裂，為縱向裂縫；兩岸橋臺(tái)變形較大（向前傾），溜坡及兩側(cè)擋土墻破壞較嚴(yán)重。 2021 年 8 月對(duì)大橋進(jìn)行維修加固，加固設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)按汽車－ 15 級(jí)、掛車－80（與原設(shè)計(jì)荷載相當(dāng)）進(jìn)行。針對(duì)該橋的具體病害情況，加固分為兩部分：對(duì)橋梁病害部分進(jìn)行維修整治和對(duì)橋梁的承載能力進(jìn)行恢復(fù)。并根據(jù)當(dāng)前技術(shù)發(fā)展，采用了化學(xué)灌漿 /碳纖維布粘貼和體外預(yù) 應(yīng)力加固等措施。 橋梁病害的維修整治 （ 1）對(duì)掛梁、箱梁的裂縫采用化學(xué)灌漿，并按裂縫寬度分別處理。工藝流程見圖 2，同時(shí)在掛梁邊梁和 T 構(gòu)箱梁的腹板部分，當(dāng)裂縫寬度大于 ，采用粘圖 6 化學(xué)灌漿工藝流程圖 貼碳纖維布對(duì)裂縫進(jìn)行約束處理。（ 2）鑿除原橋面鋪裝，全部重新澆筑 40 號(hào)鋼纖維混凝土（加筋），由于鋼纖維混凝土抗拉強(qiáng)度較高，并設(shè)有較強(qiáng)的鋼筋網(wǎng)，不僅耐磨，抗沖擊，而且對(duì)掛梁的橫向剛度有較大提高。（ 3）重新更換支座和伸縮縫。（ 4）對(duì)箱梁預(yù)應(yīng)力錨頭進(jìn)行防銹處理：在錨頭上掛鋼筋網(wǎng)，再澆筑 15cm環(huán)氧樹脂混凝土封錨。（ 5）對(duì)原人行道、欄桿進(jìn)行全面的檢查、查明病害情況，對(duì)有問題的進(jìn)行維修整治。 恢復(fù)橋梁的承載能力部分 在主墩上部鑿開孔洞，在箱梁中采用植筋技術(shù)，設(shè)置齒板，用體外束（無粘結(jié)束）對(duì)箱梁進(jìn)行加固。根據(jù)計(jì)算，箱梁每室中設(shè)置長(zhǎng)、短束各 4 束，全橋共計(jì) 240 束。張拉控制力 1094KN，其中長(zhǎng)束采用可調(diào)式體外束錨具，用來考慮結(jié)構(gòu)性能的不確定性，以方便調(diào)整索力，短束采用永久性體外束錨具。體外束布置如圖 3 所示。 齒板齒板體外束支架 支架 支架 支架 支架 支架槽口箱梁翼板齒板 齒板體外束長(zhǎng)束體外束短束橋墩中心線墩線中心橋箱 梁 中 心 線槽口 設(shè)計(jì)布嘴圖 清洗裂縫 粘灌漿嘴 封閉裂縫 檢查裂縫封閉情況 配 漿 灌 漿 效果檢查 補(bǔ)漏氣處 6 圖 7 箱梁一室體外預(yù) 應(yīng)力束布置示意圖 （ 2）橋臺(tái)的加固采用動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的原則，在臺(tái)后加 2 根直徑 ，再澆筑承臺(tái)與原承臺(tái)連接。 加固完畢后即進(jìn)行荷載試驗(yàn)和檢查評(píng)定，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足相關(guān)要求。并于 2021年 7 月缺陷責(zé)任期滿后進(jìn)行再次檢測(cè)，該橋的整體性能仍完好，說明加固效果理想。 混凝土受彎構(gòu)件可加固性分析 各國規(guī)范對(duì)比分析 “構(gòu)件的破壞可能表現(xiàn)為脆性破壞或延性破壞，脆性破壞是設(shè)計(jì)中所不期望的，它意味著構(gòu)件立刻喪失承載能力。必要的延性能力是避免脆性破壞的保證，其特點(diǎn)是在發(fā)生任何承載能力喪失之前呈現(xiàn)出較大的非 彈性變形，提供結(jié)構(gòu)失效的警告信號(hào)?！保ㄕg AASHTO） [154]?！氨匾难有阅芰δ軌蚪档统?載能力對(duì)混凝土材料強(qiáng)度變異性的敏感性，能夠包容設(shè)計(jì)計(jì)算表達(dá)式中可能存在的錯(cuò)誤，以及保證其具有必要的可靠性。” （摘譯 ACI3182021） [155]。 各國規(guī)范中極少有具體的延性指標(biāo)規(guī)定，往往都是通過限制最大相對(duì)受壓區(qū)高度、截面最大配筋率以及拉區(qū)鋼筋最小應(yīng)變等措施來間接的予以保證： 1. AASHTO 規(guī)范 美國聯(lián)邦公路設(shè)計(jì)規(guī)范 中規(guī)定，每種極限狀態(tài)應(yīng)滿足： i i rYQ R? ?? iY 、 iQ —— 荷載系數(shù)、荷載效應(yīng)； rR —— 乘有系數(shù)的抗力： nR? ； ? —— ? ＝ DRI??? ，為關(guān)于延性 D? 、超靜定性 R? 和重要性 I? 的系數(shù)的乘積； 規(guī)范 條例對(duì)強(qiáng)度極限狀態(tài)的檢算中，有關(guān)延性的系數(shù)的規(guī)定： D? ＝ ，用于非延性的構(gòu)件和連接件； D? ＝ ，用于采用額外的措施提高其延性能力的構(gòu)件和連接件； D? ＝ ，用于符合規(guī)范有關(guān)規(guī)定的常規(guī)構(gòu)件； 條例規(guī)定，對(duì)受彎構(gòu)件（包括預(yù)應(yīng)力和非預(yù)應(yīng)力兩種狀