国内桥梁加固方法的研究

赵兆方

摘要：伴随着国民经济的蓬勃发展，人们的生活品质逐渐上升，对交通运营的需求也会有提高。许多之前修建的桥梁早已不符合当今交通运营的要求。桥梁结构发生失效的现象而无法正常工作，务必要加固补强。

关键词：连续刚构桥;有限元分析;粘贴钢板加固;优化加固方法

1.1 研究背景及意义

当代时期各地建设桥梁的高峰期即将过去，人们的目光渐渐转到加固和维修桥梁上。由于修建年代的变迁，桥梁病害问题日益突出，桥梁设计标准也在不断提高，桥梁结构已经不能满足结构安全或正常使用需要，严重影响日常交通。特别是最近20年以来，因为拖挂运输方式和集装箱运输方式的大量使用，桥梁负载日趋加重，结构出现疲劳损伤的现象，问题非常严重。对原桥进行加固维修能在保证经济性的前提下使桥梁重新满足正常使用的需求，使桥梁满足正常工作的要求。因此对旧桥进行加固维修是当今桥梁建设工作中亟待解决的问题。

1.2 研究现状

由于国外桥梁建设工业发展比我国早，桥梁的加固工作也相对起步的早些，针对桥梁维修加固的问题国外已经做了大量的实验、尝试和思考，并取得了突破性的成果，形成了一套相对比较完整的加固体系以及施工工艺。十九世纪八十年代初分别在英国、美国和徳国开展了桥梁加固理论问题的研究会议;1986年“国际经济合作组织”（OECD）举行了“道桥管理与维修”的专题讨论会议，主要包括以下几方面内容：

（1）准确评估旧桥的承载力;

（2）及早发现旧桥的破损现象;

（3）旧桥的维修加固;

（4）桥梁结构设计与维修管理之间的关系;

（5）桥梁维修加固的发展情况。

前苏联、英国和美国等许多国家都对旧桥结构检测和维修加固管理做了许多的研讨。二十世纪八十年代初召开的“国际桥梁与结构安全会议”和“第十七届国际道路会议”上，针对旧桥的安全指标评估、加固维修管理等方面都开展了大量专题讲座。

我国的桥梁加固管理开展得相对晚些，现在还不是特别成熟。自1960年以后，相关部门先后进行了大量旧桥维修加固研究技术的试验和实际工程尝试来满足我们国家旧桥加固维修管理技术发展的要求。近三十年以来，大量桥梁加固维修工程在国内涌现。我国在旧桥加固维修管理上积攒了许多宝贵的经验。自1992年以来，“体外预应力加固法”，“旧桥经加固后承载能力的研究”及“锚固区的应力研究”等多项试验在我国陆续展开，取得了非常有实际意义的研究成果。参考我国桥梁的实际运营情况，总结出了一套切实可行的体外预应力混凝土梁的设计准则。

粘贴钢板加固法由于经过加固的构件的耐久性不过关，使得此法推广应用遭受限制。直到70年代以后陆续出现了各方面性能都较好的粘结剂，粘贴钢板加固法才得到广泛应用。

各国研究人员围绕粘贴钢板加固法进行了多次的试验和分析，取得了一系列对工程实践有指导意义的结论。

1968年，日本道路公团研究所用该法对东京高架桥进行维修加固[10]。美国加州理工大学对一座多跨桥实行了粘贴钢板加固维修，并在此基础上根据实际工况进行试验，分别研究了抗剪、抗弯和抗弯剪等多种情况下的粘贴钢板加固的效果，最后还应用大型有限元软件对结果进行了数值分析[11]。

1978年，Mac Donald对粘贴钢板加固法进行了一系列实验研究，对结果进行研究分析并归纳出以下几点：粘贴钢板加固法能提高梁的强度和刚度，提高粘贴钢板的厚度会加强梁的加固效果，并作出了荷载-变形曲线。

1981年，中科院大连化物所开发出JGN-I和JGN-II粘结剂，推动了粘贴钢板加固法在国内桥梁加固领域的广泛应用。

Frcnch和Thorp通过对损伤梁利用不同的粘结剂进行粘贴钢板加固进行了大量的对比试验，并最终发现环氧树脂作为粘结剂使得加固效果最优，有良好的耐久性[14]。

1982年，英国R.Joens分别对超筋梁和少筋梁进行粘贴钢板加固，发现在裂缝开始于梁两端的情况下，会沿着受拉钢筋的方向向跨中进一步扩大[15]。

1987年，O.Yilnay针对经过粘贴钢板加固后的钢筋混凝土梁进行分析，主要研究加固钢板和原构件表面之间的作用关系，并总结出弹性理论公式;与此同时，R.Joens对利用此法的加固钢板的锚固效果进行了分析，围绕粘结剂与原构件混凝土表面和钢板之间的作用力做了大量研究[15]。T.M.Roberts利用彈性力学和断裂力学的理论通过编程语言对经过粘贴钢板加固后的构件进行理论分析，并对当时现有的加固方法进行了补充。

1989年，上海建筑科研院对已经受损的粘贴钢板加固梁进行了大量试验和分析，得出如下结论：经过加固后的构件的损伤形式与加固方法有关，粘贴钢板厚度的提高会对原构件的承载力有很大改善，并能有效制止裂缝进一步扩大。

1995年，我国出版了《混凝土结构加固技术》，深入分析了混凝土加固构件的病害原因和破坏形式，总结了加固构件与普通构件的根本差异，提出了不同破坏形式应当采用不同的粘贴钢板加固方案的思想。

1996年，混凝土和钢筋的本构关系的研究有了更进一步的发展，这也推动了钢筋混凝土有限元分析的广泛应用。同时，在地震作用下的钢混结构有限元分析方面，我国的研究成果在国际上产生了很大的影响。朱茂法等通过四组经过粘贴钢板加固后的钢筋混凝土梁的施加静力载荷试验得出了受拉钢筋应变与挠度关系图。蔡光汀对粘贴钢板加固法的粘结剂的特性进行了系统分析，提出不适宜用普通粘结剂对长期处于潮湿环境中的损伤构件进行加固的观点[18]。

孙晓燕等人认为影响粘贴钢板加固法加固效果的因素主要包括配筋率、预加荷载幅值、粘贴钢板的加固方式;在粘贴钢板层数为1层时，荷载-变形曲线没有明显的变化，在适筋梁的条件下，随着配筋率的提高，经过粘贴钢板加固后构件的承载力提高率反而降低。

科研人员对桥梁加固技术和优化设计的研究做了许多系统的试验和分析工作，各种不同的维修加固技术有各自的优缺点和适用方面，涉及到某个具体的加固工程，不会只使用单一的加固方法，实际工程中需要多种方式混合使用。未来随着科学的进一步研究和社会的快速发展，还会出现更多桥梁维修加固的新材料和新工艺，完善桥梁加固技术使之继续成熟。

参考文献

[1] 李世华. 道路桥梁维修技术手册[M]. 北京： 中国建筑工业出版社，2003.19-23.

[2] 金玉泉. 桥梁的病害及灾害[D]. 上海： 同济大学土木工程学院，2006.

[3] 陈红梅. 钢筋混凝土桥梁病害分析[D]. 辽宁： 大连理工大学，2011.