國內橋梁加固方法的研究

趙兆方

摘要：伴隨著國民經濟的蓬勃發展，人們的生活品質逐漸上升，對交通運營的需求也會有提高。許多之前修建的橋梁早已不符合當今交通運營的要求。橋梁結構發生失效的現象而無法正常工作，務必要加固補強。

關鍵詞：連續剛構橋;有限元分析;粘貼鋼板加固;優化加固方法

1.1 研究背景及意義

當代時期各地建設橋梁的高峰期即將過去，人們的目光漸漸轉到加固和維修橋梁上。由于修建年代的變遷，橋梁病害問題日益突出，橋梁設計標準也在不斷提高，橋梁結構已經不能滿足結構安全或正常使用需要，嚴重影響日常交通。特別是最近20年以來，因為拖掛運輸方式和集裝箱運輸方式的大量使用，橋梁負載日趨加重，結構出現疲勞損傷的現象，問題非常嚴重。對原橋進行加固維修能在保證經濟性的前提下使橋梁重新滿足正常使用的需求，使橋梁滿足正常工作的要求。因此對舊橋進行加固維修是當今橋梁建設工作中亟待解決的問題。

1.2 研究現狀

由于國外橋梁建設工業發展比我國早，橋梁的加固工作也相對起步的早些，針對橋梁維修加固的問題國外已經做了大量的實驗、嘗試和思考，并取得了突破性的成果，形成了一套相對比較完整的加固體系以及施工工藝。十九世紀八十年代初分別在英國、美國和徳國開展了橋梁加固理論問題的研究會議;1986年“國際經濟合作組織”（OECD）舉行了“道橋管理與維修”的專題討論會議，主要包括以下幾方面內容：

（1）準確評估舊橋的承載力;

（2）及早發現舊橋的破損現象;

（3）舊橋的維修加固;

（4）橋梁結構設計與維修管理之間的關系;

（5）橋梁維修加固的發展情況。

前蘇聯、英國和美國等許多國家都對舊橋結構檢測和維修加固管理做了許多的研討。二十世紀八十年代初召開的“國際橋梁與結構安全會議”和“第十七屆國際道路會議”上，針對舊橋的安全指標評估、加固維修管理等方面都開展了大量專題講座。

我國的橋梁加固管理開展得相對晚些，現在還不是特別成熟。自1960年以后，相關部門先后進行了大量舊橋維修加固研究技術的試驗和實際工程嘗試來滿足我們國家舊橋加固維修管理技術發展的要求。近三十年以來，大量橋梁加固維修工程在國內涌現。我國在舊橋加固維修管理上積攢了許多寶貴的經驗。自1992年以來，“體外預應力加固法”，“舊橋經加固后承載能力的研究”及“錨固區的應力研究”等多項試驗在我國陸續展開，取得了非常有實際意義的研究成果。參考我國橋梁的實際運營情況，總結出了一套切實可行的體外預應力混凝土梁的設計準則。

粘貼鋼板加固法由于經過加固的構件的耐久性不過關，使得此法推廣應用遭受限制。直到70年代以后陸續出現了各方面性能都較好的粘結劑，粘貼鋼板加固法才得到廣泛應用。

各國研究人員圍繞粘貼鋼板加固法進行了多次的試驗和分析，取得了一系列對工程實踐有指導意義的結論。

1968年，日本道路公團研究所用該法對東京高架橋進行維修加固[10]。美國加州理工大學對一座多跨橋實行了粘貼鋼板加固維修，并在此基礎上根據實際工況進行試驗，分別研究了抗剪、抗彎和抗彎剪等多種情況下的粘貼鋼板加固的效果，最后還應用大型有限元軟件對結果進行了數值分析[11]。

1978年，Mac Donald對粘貼鋼板加固法進行了一系列實驗研究，對結果進行研究分析并歸納出以下幾點：粘貼鋼板加固法能提高梁的強度和剛度，提高粘貼鋼板的厚度會加強梁的加固效果，并作出了荷載-變形曲線。

1981年，中科院大連化物所開發出JGN-I和JGN-II粘結劑，推動了粘貼鋼板加固法在國內橋梁加固領域的廣泛應用。

Frcnch和Thorp通過對損傷梁利用不同的粘結劑進行粘貼鋼板加固進行了大量的對比試驗，并最終發現環氧樹脂作為粘結劑使得加固效果最優，有良好的耐久性[14]。

1982年，英國R.Joens分別對超筋梁和少筋梁進行粘貼鋼板加固，發現在裂縫開始于梁兩端的情況下，會沿著受拉鋼筋的方向向跨中進一步擴大[15]。

1987年，O.Yilnay針對經過粘貼鋼板加固后的鋼筋混凝土梁進行分析，主要研究加固鋼板和原構件表面之間的作用關系，并總結出彈性理論公式;與此同時，R.Joens對利用此法的加固鋼板的錨固效果進行了分析，圍繞粘結劑與原構件混凝土表面和鋼板之間的作用力做了大量研究[15]。T.M.Roberts利用彈性力學和斷裂力學的理論通過編程語言對經過粘貼鋼板加固后的構件進行理論分析，并對當時現有的加固方法進行了補充。

1989年，上海建筑科研院對已經受損的粘貼鋼板加固梁進行了大量試驗和分析，得出如下結論：經過加固后的構件的損傷形式與加固方法有關，粘貼鋼板厚度的提高會對原構件的承載力有很大改善，并能有效制止裂縫進一步擴大。

1995年，我國出版了《混凝土結構加固技術》，深入分析了混凝土加固構件的病害原因和破壞形式，總結了加固構件與普通構件的根本差異，提出了不同破壞形式應當采用不同的粘貼鋼板加固方案的思想。

1996年，混凝土和鋼筋的本構關系的研究有了更進一步的發展，這也推動了鋼筋混凝土有限元分析的廣泛應用。同時，在地震作用下的鋼混結構有限元分析方面，我國的研究成果在國際上產生了很大的影響。朱茂法等通過四組經過粘貼鋼板加固后的鋼筋混凝土梁的施加靜力載荷試驗得出了受拉鋼筋應變與撓度關系圖。蔡光汀對粘貼鋼板加固法的粘結劑的特性進行了系統分析，提出不適宜用普通粘結劑對長期處于潮濕環境中的損傷構件進行加固的觀點[18]。

孫曉燕等人認為影響粘貼鋼板加固法加固效果的因素主要包括配筋率、預加荷載幅值、粘貼鋼板的加固方式;在粘貼鋼板層數為1層時，荷載-變形曲線沒有明顯的變化，在適筋梁的條件下，隨著配筋率的提高，經過粘貼鋼板加固后構件的承載力提高率反而降低。

科研人員對橋梁加固技術和優化設計的研究做了許多系統的試驗和分析工作，各種不同的維修加固技術有各自的優缺點和適用方面，涉及到某個具體的加固工程，不會只使用單一的加固方法，實際工程中需要多種方式混合使用。未來隨著科學的進一步研究和社會的快速發展，還會出現更多橋梁維修加固的新材料和新工藝，完善橋梁加固技術使之繼續成熟。

參考文獻

[1] 李世華. 道路橋梁維修技術手冊[M]. 北京： 中國建筑工業出版社，2003.19-23.

[2] 金玉泉. 橋梁的病害及災害[D]. 上海： 同濟大學土木工程學院，2006.

[3] 陳紅梅. 鋼筋混凝土橋梁病害分析[D]. 遼寧： 大連理工大學，2011.