加固工艺在钢结构和桥梁上的应用

摘要：从整体上调查了国内、外加固市场的现状和潜力并进行了前景预测，阐述了几种常见加固工艺在钢结构加固和桥梁加固两方面的应用，介绍了两种新材料，从而促进加固维修技术的发展。 

关键词：加固市场,加固工艺,体外预应力,碳纤维,锚杆静压桩,桥梁加固,桥梁维修加固,钢结构加固,体外预应力加固,加固技术

1 桥梁加固业综述 

桥梁加固业在西方发达国家已经相当普遍，其加固市场也是成 熟、规范的。而它作为一门特种行业，在我国的发展历史却并不 算长，可以说是方兴未艾，前景广阔，极具市场潜力的。 目前有很多使用中的或在建的建筑物诸如房屋建筑、桥梁 等，都因为一些原因而面临加固。 设计方面，目前我国已经编制了《混凝土结构加固设计规范》 《混凝土结构加固技术规范》，但是其他方面的国标加固规范尚未 编制出来，这给我国的设计单位加固设计带来了一定的困难，也 造成了我国目前的加固设计市场有些混乱。 在施工方面，近年加固行业发展迅速，涌现出众多施工队伍， 但水平良莠不齐，市场较为混乱。 市场前景方面，在桥梁维修加固方面，有一种不均衡的现象。 由于高等级公路中桥梁所占比例较大，而高等级公路均是近几年 兴建的，故桥梁维修加固的高峰大约在5年～10年后才出现，现 今的桥梁病害主要出现在低等级公路中的桥梁，目前的桥梁维修 加固任务主要就是这些低等级的中小桥梁，其数量虽多但加固工 程规模相对较小。目前我国新建桥梁技术发展较快，但桥梁养护 维修加固技术的发展相对滞后。 

2 加固工艺及两种应用 

加固工艺方面，目前已有一些较成熟的工艺：1)建筑结构改 造技术；2)传统补强加固系统；3)加固新工艺；4)基础加固工艺。 

2．1 钢结构加固的主要方法 

2．1．1 改变结构计算图形 改变结构计算图形的加固方法是指采用改变荷载分布状况、 传力途径、节点性质和边界条件，增设附加杆件和支撑，施加预应 力，考虑空间协同工作等措施对结构进行加固的方法。 

2．1．2 加大构件截面的加固 采用加大截面加固钢构件时，所选截面形式应有利于加固技 术要求并考虑已有缺陷和损伤的状况。 

2．1．3 连接的加固与加固件的连接 钢结构连接方法，即焊缝、铆钉、普通螺栓和高强度螺栓连接 方法的选择，应根据结构需要加固的原因、目的、受力状况、构造 及施工条件，并考虑结构原有的连接方法确定。 钢结构加固一般宜采用焊缝连接、摩擦型高强度螺栓连接， 有依据时亦可采用焊缝和摩擦型高强度螺栓的混合连接。当采 用焊缝连接时，应采用经评定认可的焊接工艺及连接材料。 

2．1．4 裂纹的修复与加固 结构因荷载反复作用及材料选择、构造、制造、施工安装不当 等产生具有扩展性或脆断倾向性裂纹损伤时，应设法修复。在修 复前，必须分析产生裂纹的原因及其影响的严重性，有针对性地 采取改善结构实际工作或进行加固的措施，对不宜采用修复加固 的构件，应予以拆除更换。 

2．2 桥梁加固的主要方法 

2．2．1 桥面补强层加固法 当采用桥面补强层加固法时，需将原桥面铺装全部凿除或凿 毛，然后加铺一定厚度的补强层，以增大主梁有效高度及改变桥 梁荷载横向分布能力，从而达到提高单梁承载能力或桥梁结构整 体承载能力的目的。该方法一般是结合桥面铺装的大修工程进 行的，很少有为提高承载能力而增铺桥面铺装的加固实例。 

2．2．2 增大截面与配筋加固法 增大截面与配筋加固法是通过增大构件截面面积或配筋率 以提高钢筋混凝土梁的强度、刚度、稳定性的加固方法。该方法 一般采用在梁底面或侧面加大尺寸，增配主筋，以提高主梁截面 的有效高度，从而达到提高桥梁承载能力的目的。 

2．2．3 体外预应力加固法 在所有的加固方法中，体外张拉预应力加固法是加固效果最 明显而施工工艺最为复杂的加固方法，该方法的优点在于，可在 不增加桥梁自重的前提下有效增加加固后主梁的抗弯刚度并大 幅度提高主梁的承载能力。 2．2．4 粘贴钢板加固法 粘贴钢板(钢筋)加固法以粘贴钢板加固应用较多，粘贴钢筋 加固一般可归为增大截面法。粘贴钢板加固法是采用粘结剂和锚 栓将钢板粘贴锚固于混凝土结构受拉面或其他薄弱部位，使钢板 与加固混凝土结构形成整体，以达到提高结构承载能力的目的。 

2．2．5 改变结构受力体系加固法 该加固方法的技术关键是如何有效降低桥梁各控制截面的 计算内力，常见的如通过在简支梁下增设支架或桥墩以减小桥梁 跨径，通过在相邻简支梁支点区域进行连接处理，将简支梁桥变 为连续梁桥以降低跨中计算弯矩；通过在梁下增设钢桁架或叠合 梁以分担原结构的内力等。最简单的如通过简支体系变连续体 系以降低跨中弯矩，但该技术争议颇大，特别是相邻梁端负弯矩 区的处理技术是困扰该技术推广应用的难点。因此，尽管国内有 此类加固实例的报道，但施工改造时一般要涉及到桥面铺装的再 处理，增加了改造费用且加固效果受负弯矩区施工质量的影响较 大，目前极少单独采用。 

2．2．6 增设主梁加固法 增设主梁加固法一般结合桥梁的拓宽工程进行，单纯以提高 桥梁承载能力而采用该方法(相当于采用大边粱技术)的应用实 例较少。这种方法不但投资较大且存在一个新旧桥梁的衔接问 题，从已有拓宽桥梁使用效果来看，问题大都出现在新旧桥梁的 衔接缝上，在车辆荷载作用下，桥面铺装层往往出现沿衔接面方 向的通缝，一般很难根治，需对桥面铺接进行反复的修补，不但增 加了后期养护的费用，也影响了行车的平稳性，并对衔接面两侧 钢筋混凝土主梁(板)的耐久性形成威胁，一般不单独采用。 

2．2．7 锚喷混凝土加固法 尽管近年来已有锚喷混凝土加固拱桥以及钢筋混凝土整体 式板桥的成功应用实例，但是，在构件抗弯刚度满足要求的情况 下一般不推荐使用，主要用于因支点截面尺寸偏小而导致的抗剪 强度不足混凝土梁的加固维修。当然，在确保新旧混凝土粘结质 量可靠的前提下，锚喷混凝土加固方法可明显增大主梁刚度，有 效提高结构的耐久性，而几乎不需要后期养护费用。 

2．2．8 增加横向联系加固法 增加横向联系加固法也是近几年采用较多的加固方法。该 方法是通过增设桥梁横向连接系以改善上部结构的荷载横向分 布规律，从而达到提高结构整体承载能力的加固方法。 

2．2．9 粘贴纤维布(板)加固法 粘贴纤维片加固法是近几年兴起的新型结构加固技术。纤 维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer，FRP)是一种性能优良 的混凝土结构加固材料，它具有强度高、密度小、耐腐蚀、抗疲劳 等优点，是近十年来在日本以及欧美等发达国家兴起的一项新型 结构加固技术。 

3 新材料介绍 

3．1 芳纶纤维(Aramid Fiber) 芳纶纤维其主要成分是对苯二胺聚合物(PPTA)，其中既含 脂肪族主链又含芳香族主链，所以有牢固的分子结构。芳纶纤维 一般是由直径为12 m 左右的单丝汇集在一起形成的多纤维状 结构，芳纶布是芳纶纤维由单向或双向排列形成的一种片材，常 用的是单向片材。芳纶纤维是已工业化的高性能增强纤维中唯 一的有机纤维，与碳纤维和玻璃纤维相比，力学性能介于两者之 间，它除了具有所有的FRP复合材料的共同性质：轻质高强、高 弹模、防腐耐久性能好等特点，它还有自己独特的优点：抗碱腐蚀 能力强、不导电、抗动载、抗冲击性能好。

 3．2 芳玻韧布加固技术 芳玻韧布复合材料是由增强玻璃纤维布与专用树脂粘合而 形成的硬板状的复合材料。芳玻韧布是由高强玻璃纤维丝和芳 纶纤维丝垂直编织而成的柔软布，称为芳纶韧布。芳玻韧布的面 密度为920 g／ram2，名义厚度为0．36 nlrn，与树脂复合后形成的 硬板复合材料的名义厚度约为1．3 ran1，抗拉强度为575 MPa，弹 模为26．1 GPa，延伸率为2．2％。

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