橋梁加固設(shè)計是比新橋設(shè)計更為復雜的系統(tǒng)工程

　　橋梁加固設(shè)計是一個涉及到病害診斷、改造決策分析、加固材料與方法選擇、加固構(gòu)件設(shè)計與計算和養(yǎng)護管理與施工等多學科的系統(tǒng)問題。從技術(shù)角度分析，目前我國橋梁加固設(shè)計存在有兩方面主要問題：

　　1、擔負大量的中、小橋養(yǎng)護、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,橋梁檢測設(shè)備落后。橋梁病害診斷是進行橋梁加固設(shè)計的前提和基礎(chǔ),只有診斷清楚,才能對癥下藥。橋梁檢測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的主要內(nèi)容。

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

　　2、橋梁加固設(shè)計存在的另一個問題是對橋梁加固設(shè)計的特殊性認識不足,加固設(shè)計理念不清,加固設(shè)計思想不明確。有些橋梁加固設(shè)計機械地套用新建橋梁的設(shè)計方法 ，忽略了橋梁加固分階段受力特點和結(jié)構(gòu)損傷的影響；個別加固設(shè)計只做宏觀定性分析，缺少科學地定量分析，設(shè)計帶有很大的隨意性。

對橋梁加固的特殊性認識尚不足

　　提高對橋梁加固特殊性的認識就是對橋梁加固設(shè)計特點的認識。橋梁加固設(shè)計的最大特點是應(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的預應(yīng)力混凝土簡支梁為例，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結(jié)構(gòu)進行加固補強，待后加補強材料與原結(jié)構(gòu)粘結(jié)為整體后，開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；車輛荷載由加固后的組合截面承擔。橋梁加固構(gòu)件的設(shè)計與計算，應(yīng)考慮帶載加固分階受力特點，這是橋梁加固設(shè)計與新建橋梁設(shè)計的最大區(qū)別。與一般房屋結(jié)構(gòu)加固設(shè)計相比，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)在長期使用過程中受到車輛荷載的反復作用和環(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)計應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)損傷對橋梁使用功能，承載力和耐久性的影響。

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

考慮帶載加固分階段受力對加固構(gòu)件有特殊意義

　　分階段受力對加固構(gòu)件的直接影響是后加補強材料應(yīng)變（應(yīng)力）滯后，無法充分發(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)件計算，構(gòu)件的自重和恒載產(chǎn)生的內(nèi)力由原梁承擔。換句話說，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，同時后加補強鋼筋開始受力，并產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變（應(yīng)力）。與原梁鋼筋相比，后加補強鋼筋的應(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強材料應(yīng)變（應(yīng)力）滯后的不利影響，對搞好橋梁加固設(shè)計是十分必要的。

“被動加固”和“主動加固”的概念

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

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

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

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

應(yīng)變（應(yīng)力）滯后對加固構(gòu)件的不利影響及解決對策

　　橋梁加固構(gòu)件的承載力計算，必須考慮分階段受力特點，后加補強材料只承擔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)時其應(yīng)力是達不到抗拉強度設(shè)計值的。特別是采用直接粘貼高強纖維布（板）的被動加固時，由于應(yīng)變（應(yīng)力）滯后的影響，高強纖維復合材料的高抗拉性能根本無法充分發(fā)揮作用，“大馬拉小車”是一種極大地浪費。在倡導建設(shè)節(jié)約型社會的環(huán)境下，這種盲目的浪費是值得我們深思的。

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

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

預應(yīng)力技術(shù)的特點及關(guān)鍵技術(shù)

　　預應(yīng)力技術(shù)是20世紀最具革命性的結(jié)構(gòu)構(gòu)思，已廣泛用于土木和建筑工程。針對橋梁帶載加固后加補強材料應(yīng)變（應(yīng)力）滯后的先天不足，預應(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。

　　用于橋梁結(jié)構(gòu)加固的預應(yīng)力體系主要有4種：

　　1、體外預應(yīng)力加固體系體外預應(yīng)力加固是采用布置在梁體外部（或箱內(nèi)）的具有防腐保護的預應(yīng)力筋，對梁體施加預加力。其關(guān)鍵技術(shù)是體外預應(yīng)力筋的錨固、轉(zhuǎn)向和防腐保護問題。體外預應(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、無粘結(jié)預應(yīng)力加固體系無粘結(jié)預應(yīng)力技術(shù)是將具有防腐保護的預應(yīng)力筋布置在梁體的內(nèi)部，待混凝土硬化后張拉預應(yīng)力筋，對梁體施加預加力。將無粘結(jié)預應(yīng)力技術(shù)推廣用于橋梁加固的核心問題是解決為錨固無粘結(jié)預應(yīng)力筋而增設(shè)的混凝土支承保護層與被加固梁體的可靠粘結(jié)。無粘結(jié)預應(yīng)力加固，適用于中、小跨徑鋼筋混凝土T形梁的加固，構(gòu)造簡單，施工方便。

　　3、高強纖維預應(yīng)力加固體系高強纖維預應(yīng)力加固是采用錨固、粘貼在梁體外部（或箱內(nèi)）的高強纖維布條（或板條）對梁體施加預加力。這種加固體系目前尚處于試驗研究階段，其關(guān)鍵技術(shù)是解決適應(yīng)于橋梁加固現(xiàn)場施工的預應(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)問題。

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

結(jié)語

　　推廣與普及預應(yīng)力主動加固設(shè)計思想，對建立與完善我國橋梁加固設(shè)計理論，提高加固工程設(shè)計質(zhì)量具有指導意義。