论文部分内容阅读
【摘要】现代桥梁建设中，因为预应力混凝土梁桥在受力性能方面的优越性而得到广泛应用，但同时也带来了混凝土桥梁开裂及挠度过大这一问题的普遍化。本文从桥梁加固设计的基本原则入手，简要探讨了预应力混凝土桥梁结构加固与裂缝处理，以期能为所需者提供借鉴。
【关键词】预应力 混凝土 桥梁 加固 裂缝
中图分类号：TV331文献标识码： A
前言
由于预应力混凝土桥梁结构的工程规模大，结构自重特别大，受现场条件限制，桥梁结构一般均采用带载加固。在桥梁的加固设计过程中，必须考虑分阶段受力的影响。混凝土桥梁的开裂和挠度过大已经逐步成为普遍现象，桥梁结构的加固改造已经成为学术研究和工程应用的热点。
一、加固方法
1、被动加固
（1）增大截面法。在梁底面或侧面浇筑部分细石混凝土，同时配置受力钢筋或型钢，以提高主梁截面的有效高度并增大配筋量，使新旧梁板共同受力，从而实现提高混凝土桥梁承载能力。此外，其也是桥面板加固的常用方法之一。虽然这种加固方法具有工作原理简单、加固效果显著，但是由于增大的截面尺寸小，需加固的原混凝土表面都必须清理干净并打毛，而且整个施工过程中全部的作业都必须在梁板底进行，模板搭设工作量大、施工难度大。这种方法常用于T 形截面梁的加固维修。
（2）粘贴加固法。用粘结剂和锚栓将钢板或碳纤维布粘贴锚固于桥梁混凝土结构的受拉区域或其它薄弱部位，使钢板或碳纤维布与被加固的混凝土结构形成整体，以实现提高原桥梁结构承载能力的目的。这种方法基本不改变原结构的截面尺寸和结构刚度分布的特点，具有施工方法简单、技术可靠、短期加固效果较好且工艺成熟等优点。其中，碳纤维加固技术是近十来年由国外引进的一种新技术，因碳纤维布具有强度高、耐腐蚀且施工简便等优点，目前已广泛应用于各类建筑工程和交通工程的加固中。如广深高速公路福田互通立交桥的加固等。
（3）改变结构受力体系加固法。通过改变桥梁结构的整体受力体系以实现提高混凝土桥梁结构承载能力，其不仅能提高结构作为整体的承载能力，使结构中原来的部分受拉区域改变为受压区域，使因受拉开裂而刚度急剧减小的截面变为不受以前开裂历史影响的受压截面，从而能够大大增强结构的整体刚度，减小桥梁的挠度。这种加固方法同时具有被动加固法和主动加固法的特点。由于这种加固方法工程量大、施工难度高、部分甚至全部的桥面需要重新铺装、工程加固改造投资大，因此实际中较少采用此方法。
2、主动加固
（1）体外预应力加固法。把预应力筋布置在桥梁主梁的外侧或箱梁内部的受拉区域，并在适当部位增设预应力筋的转向装置以调整体外预应力筋的走向，以适应内力沿梁长方向的变化，保证对梁体施加的预压应力部位为荷载作用下的受拉区域，实现预应力加固的效果、提高桥梁结构的承载力。其关键是体外预应力筋的锚固、转向和防腐保护。此法是目前应用最多的桥梁加固方法之一。
（2）无黏结预应力加固法。将具有防腐保护的预应力钢筋布置在新浇待加固梁体混凝土内部，待混凝土硬化后再张拉预应力筋对梁体进行施加的一种方法。无黏结预应力桥梁加固法是无黏结预应力技术在桥梁工程中推广应用的一种形式，其核心问题是要解决为锚固预应力筋而增设的混凝土支承保护层与被加固梁体之间的可靠联结问题。无黏结预应力加固法特别适用于中、小跨径钢筋混凝土T 形梁的加固。
（3）有黏结预应力加固法。与无黏结预应力加固法相似的一种加固方法。其主要区别在于无黏结预应力加固法的预应力筋与梁体混凝土是无黏结的，预应力完全依赖于两端的锚具传递到梁体，而有黏结预应力加固法的預应力筋与梁体混凝土是有黏结的，在对梁体施加预应力后，需要再喷注具有较高强度的复合砂浆，使预应力筋与被加固梁体黏结为一整体，预应力依赖两端锚固于被加固梁体上的高强钢丝和预应力筋与复合砂浆的黏结力来传递。
（4）高强复合纤维预应力加固法。采用高强复合纤维布条锚固或粘贴在梁体外部、对梁体施加预应力的一种方法。这种加固体系目前尚处于试验研究阶段，其关键技术是解决适用于桥梁加固现场施工的高强复合预应力纤维布的张拉和锚固技术，解决张拉后高强复合纤维布条与被加固梁体的联结问题。
三、预应力混凝土桥梁裂缝的成因分析
1、设计不够合理而产生裂缝
有些桥梁，在根据荷载进行常规应力计算时，允许受拉部位的混凝土发生裂缝。只要这种裂缝对于受雨面保持小于0.2 mm，或对于有防护面小于0.3 mm，就是可行的。但有些情况下，由于普通钢筋用量或其间距不足以使裂缝宽度保持在允许范围之内，则裂缝可能扩大到1 mm甚至更宽。这种配筋不足的情况，主要发生在早期开裂。
2、温度、收缩与徐变产生的裂缝
在混凝土部件中，温度、收缩与徐变都将导致内应力，此为不同纤维中的约束应变所致(内约束力)。在静不定结构(连续梁，特别是箱形梁)中，任何这种差别将引起外约束力，由于这些约束力引起的应力很容易超过混凝土抗拉强度的数值，桥上的许多裂纹可以归因于这些影响。
3、厚度差产生的裂缝
将一薄与一厚的混凝土部件相连总是危险的，因为与厚部件相比，薄部件更易于受到温度、收缩和徐变等的影响，所以薄部件更容易开裂。具有厚腹板的箱梁，薄底板会产生严重的横向裂缝。较大的厚度差别也会引起箱梁中较大的约束力矩，它将导致腹板中产生水平裂纹。
4、预应力力筋周围的裂缝
高强力筋现在普遍应用于桥梁上，该力筋在锚具下将产生很大的局部压力。在这类锚具下面有相当大的初始和延迟变形，如果结构在锚具后面是连续的或者力筋是用连接器继续延伸了，上述变形是无害的；如果力筋终止，则需要在锚具周围设置足够数量的“回挂”普通钢筋，以防止锚具后面的接缝或裂纹张开。
四、裂缝的处理方法
开裂是预应力混凝土桥梁和普通钢筋混凝土桥梁的普遍现象。裂缝产生的原因有多种多样，涉及混凝土原材料特性及配合比、结构设计（如选型、内力计算和配筋构造）、施工工艺、气候条件、日常养护等各个方面，有些裂缝是荷载原因引起的（如受弯构件的正截面裂缝和斜截面裂缝等），有些则与荷载无关（如收缩裂缝）。从裂缝对结构的受力和耐久性能影响来看，裂缝可分为有害裂缝和无害裂缝两大类。处理方法主要包括表面封闭法、灌浆法和粘贴加固法等。其中，粘贴加固法的外部粘贴补强材料包括钢板、钢筋、玻璃钢、碳纤维布和芳纶纤维布等。表面封闭法就是对混凝土裂缝表面进行封闭处理的一类方法，通常用于处理不影响结构承载力安全的裂缝。根据处理手段的不同，表面封闭处理法又可分为表面涂抹、槽口充填和表面喷浆等三种方法。
1、表面涂抹法
就是在裂缝部位的混凝土表面涂抹树脂保护膜，达到封闭裂缝目的的裂缝处理方法。
2、槽口充填法
就是在混凝土表面沿裂缝方向凿出“V”形或“U”形槽口，然后用树脂砂浆充填修补裂缝的方法。根据所凿槽口的不同，这种方法又可分为“V 形槽口充填法”和“U 形槽口充填法”。当裂缝深度较大时，开凿槽口的深度和宽度都相应增大，槽内填补的粘结材料可根据裂缝位置和槽口情况来确定，如沥青、树脂砂浆和配有微量膨胀剂的砂浆等。
3、表面喷浆法
就是在经凿毛处理的混凝土裂缝表面，喷射一层密实而且强度高的水泥砂浆来封闭裂缝的一种修补方法。根据混凝土裂缝的部位、性质和修补要求的不同，可采用无筋素喷浆、挂网喷浆和凿槽嵌补与挂网相结合的喷浆等修补方法。
结论
虽然桥梁结构加固和裂缝处理的方法很多，但每种方法都有特定的适用条件，应该根据具体工程特点和现有的施工技术水平及加固效益等因素来确定。加固过程中要加强试验检测以保证加固效果。
参考文献：
[1] 彭卫，蒋云昕. 预应力混凝土连续箱梁桥的养护与加固[J]. 混凝土，2011
[2] 张立超，赵煜澄. 预应力混凝土连续箱梁的加固设计与施工监测[J]. 桥梁建设，2010
【关键词】预应力 混凝土 桥梁 加固 裂缝
中图分类号：TV331文献标识码： A
前言
由于预应力混凝土桥梁结构的工程规模大，结构自重特别大，受现场条件限制，桥梁结构一般均采用带载加固。在桥梁的加固设计过程中，必须考虑分阶段受力的影响。混凝土桥梁的开裂和挠度过大已经逐步成为普遍现象，桥梁结构的加固改造已经成为学术研究和工程应用的热点。
一、加固方法
1、被动加固
（1）增大截面法。在梁底面或侧面浇筑部分细石混凝土，同时配置受力钢筋或型钢，以提高主梁截面的有效高度并增大配筋量，使新旧梁板共同受力，从而实现提高混凝土桥梁承载能力。此外，其也是桥面板加固的常用方法之一。虽然这种加固方法具有工作原理简单、加固效果显著，但是由于增大的截面尺寸小，需加固的原混凝土表面都必须清理干净并打毛，而且整个施工过程中全部的作业都必须在梁板底进行，模板搭设工作量大、施工难度大。这种方法常用于T 形截面梁的加固维修。
（2）粘贴加固法。用粘结剂和锚栓将钢板或碳纤维布粘贴锚固于桥梁混凝土结构的受拉区域或其它薄弱部位，使钢板或碳纤维布与被加固的混凝土结构形成整体，以实现提高原桥梁结构承载能力的目的。这种方法基本不改变原结构的截面尺寸和结构刚度分布的特点，具有施工方法简单、技术可靠、短期加固效果较好且工艺成熟等优点。其中，碳纤维加固技术是近十来年由国外引进的一种新技术，因碳纤维布具有强度高、耐腐蚀且施工简便等优点，目前已广泛应用于各类建筑工程和交通工程的加固中。如广深高速公路福田互通立交桥的加固等。
（3）改变结构受力体系加固法。通过改变桥梁结构的整体受力体系以实现提高混凝土桥梁结构承载能力，其不仅能提高结构作为整体的承载能力，使结构中原来的部分受拉区域改变为受压区域，使因受拉开裂而刚度急剧减小的截面变为不受以前开裂历史影响的受压截面，从而能够大大增强结构的整体刚度，减小桥梁的挠度。这种加固方法同时具有被动加固法和主动加固法的特点。由于这种加固方法工程量大、施工难度高、部分甚至全部的桥面需要重新铺装、工程加固改造投资大，因此实际中较少采用此方法。
2、主动加固
（1）体外预应力加固法。把预应力筋布置在桥梁主梁的外侧或箱梁内部的受拉区域，并在适当部位增设预应力筋的转向装置以调整体外预应力筋的走向，以适应内力沿梁长方向的变化，保证对梁体施加的预压应力部位为荷载作用下的受拉区域，实现预应力加固的效果、提高桥梁结构的承载力。其关键是体外预应力筋的锚固、转向和防腐保护。此法是目前应用最多的桥梁加固方法之一。
（2）无黏结预应力加固法。将具有防腐保护的预应力钢筋布置在新浇待加固梁体混凝土内部，待混凝土硬化后再张拉预应力筋对梁体进行施加的一种方法。无黏结预应力桥梁加固法是无黏结预应力技术在桥梁工程中推广应用的一种形式，其核心问题是要解决为锚固预应力筋而增设的混凝土支承保护层与被加固梁体之间的可靠联结问题。无黏结预应力加固法特别适用于中、小跨径钢筋混凝土T 形梁的加固。
（3）有黏结预应力加固法。与无黏结预应力加固法相似的一种加固方法。其主要区别在于无黏结预应力加固法的预应力筋与梁体混凝土是无黏结的，预应力完全依赖于两端的锚具传递到梁体，而有黏结预应力加固法的預应力筋与梁体混凝土是有黏结的，在对梁体施加预应力后，需要再喷注具有较高强度的复合砂浆，使预应力筋与被加固梁体黏结为一整体，预应力依赖两端锚固于被加固梁体上的高强钢丝和预应力筋与复合砂浆的黏结力来传递。
（4）高强复合纤维预应力加固法。采用高强复合纤维布条锚固或粘贴在梁体外部、对梁体施加预应力的一种方法。这种加固体系目前尚处于试验研究阶段，其关键技术是解决适用于桥梁加固现场施工的高强复合预应力纤维布的张拉和锚固技术，解决张拉后高强复合纤维布条与被加固梁体的联结问题。
三、预应力混凝土桥梁裂缝的成因分析
1、设计不够合理而产生裂缝
有些桥梁，在根据荷载进行常规应力计算时，允许受拉部位的混凝土发生裂缝。只要这种裂缝对于受雨面保持小于0.2 mm，或对于有防护面小于0.3 mm，就是可行的。但有些情况下，由于普通钢筋用量或其间距不足以使裂缝宽度保持在允许范围之内，则裂缝可能扩大到1 mm甚至更宽。这种配筋不足的情况，主要发生在早期开裂。
2、温度、收缩与徐变产生的裂缝
在混凝土部件中，温度、收缩与徐变都将导致内应力，此为不同纤维中的约束应变所致(内约束力)。在静不定结构(连续梁，特别是箱形梁)中，任何这种差别将引起外约束力，由于这些约束力引起的应力很容易超过混凝土抗拉强度的数值，桥上的许多裂纹可以归因于这些影响。
3、厚度差产生的裂缝
将一薄与一厚的混凝土部件相连总是危险的，因为与厚部件相比，薄部件更易于受到温度、收缩和徐变等的影响，所以薄部件更容易开裂。具有厚腹板的箱梁，薄底板会产生严重的横向裂缝。较大的厚度差别也会引起箱梁中较大的约束力矩，它将导致腹板中产生水平裂纹。
4、预应力力筋周围的裂缝
高强力筋现在普遍应用于桥梁上，该力筋在锚具下将产生很大的局部压力。在这类锚具下面有相当大的初始和延迟变形，如果结构在锚具后面是连续的或者力筋是用连接器继续延伸了，上述变形是无害的；如果力筋终止，则需要在锚具周围设置足够数量的“回挂”普通钢筋，以防止锚具后面的接缝或裂纹张开。
四、裂缝的处理方法
开裂是预应力混凝土桥梁和普通钢筋混凝土桥梁的普遍现象。裂缝产生的原因有多种多样，涉及混凝土原材料特性及配合比、结构设计（如选型、内力计算和配筋构造）、施工工艺、气候条件、日常养护等各个方面，有些裂缝是荷载原因引起的（如受弯构件的正截面裂缝和斜截面裂缝等），有些则与荷载无关（如收缩裂缝）。从裂缝对结构的受力和耐久性能影响来看，裂缝可分为有害裂缝和无害裂缝两大类。处理方法主要包括表面封闭法、灌浆法和粘贴加固法等。其中，粘贴加固法的外部粘贴补强材料包括钢板、钢筋、玻璃钢、碳纤维布和芳纶纤维布等。表面封闭法就是对混凝土裂缝表面进行封闭处理的一类方法，通常用于处理不影响结构承载力安全的裂缝。根据处理手段的不同，表面封闭处理法又可分为表面涂抹、槽口充填和表面喷浆等三种方法。
1、表面涂抹法
就是在裂缝部位的混凝土表面涂抹树脂保护膜，达到封闭裂缝目的的裂缝处理方法。
2、槽口充填法
就是在混凝土表面沿裂缝方向凿出“V”形或“U”形槽口，然后用树脂砂浆充填修补裂缝的方法。根据所凿槽口的不同，这种方法又可分为“V 形槽口充填法”和“U 形槽口充填法”。当裂缝深度较大时，开凿槽口的深度和宽度都相应增大，槽内填补的粘结材料可根据裂缝位置和槽口情况来确定，如沥青、树脂砂浆和配有微量膨胀剂的砂浆等。
3、表面喷浆法
就是在经凿毛处理的混凝土裂缝表面，喷射一层密实而且强度高的水泥砂浆来封闭裂缝的一种修补方法。根据混凝土裂缝的部位、性质和修补要求的不同，可采用无筋素喷浆、挂网喷浆和凿槽嵌补与挂网相结合的喷浆等修补方法。
结论
虽然桥梁结构加固和裂缝处理的方法很多，但每种方法都有特定的适用条件，应该根据具体工程特点和现有的施工技术水平及加固效益等因素来确定。加固过程中要加强试验检测以保证加固效果。
参考文献：
[1] 彭卫，蒋云昕. 预应力混凝土连续箱梁桥的养护与加固[J]. 混凝土，2011
[2] 张立超，赵煜澄. 预应力混凝土连续箱梁的加固设计与施工监测[J]. 桥梁建设，2010