桥梁预应力混凝土结构加固的设计要点分析

桥梁预应力混凝土结构加固的设计要点分析
一、桥梁预应力混凝土结构存在的问题
1、混凝土的碳化。

混凝土的碳化是指混凝土中氢氧化钙与渗透进混凝土中的二氧化碳或其它酸性气体发生化学反应的过程。

一般情况下混凝土呈碱性，在钢筋表面形成碱性薄膜，保护钢筋免遭酸性介质的侵蚀，起到了“钝化”保护作用。

碳化的实质是混凝土的中性化，使混凝土的碱性降低，钝化膜破坏，在水分和其它有害介质侵入的情况下，钢筋就会发生锈蚀。

2、氯离子的侵蚀。

氯离子对混凝土的侵蚀是氯离子从外界环境侵入已硬化的混凝土造成的。

海水是氯离子的主要来源，北方寒冷地区冬季道路、桥面撒盐化雪除冰都有可能使氯离子渗入混凝土中。

氯离子对混凝土的侵蚀属于化学侵蚀，对结构的危害是多方面的，但最终表现为钢筋的锈蚀。

3、冻融循环破坏。

渗入混凝土中的水在低温下结冰膨胀，从内部破坏混凝土的微观结构。

经多次冻融循环后，损伤积累将使混凝土剥落酥裂，强度降低。

冻融循环破坏的混凝土剥落，开始时在混凝土表面出现粒径为2-3mm的小片剥落，随着使用年限的增加，剥落量及剥落块直径增大，剥落由表及里，发展速度很快。

一经发现冻融引起的混凝土剥落，必需密切注意剥落的发展情况，及时采取修补措施。

4、碱—骨料反应。

碱—骨料反应一般指水泥中的碱和骨料中的活性硅发生反应，生成碱—硅酸盐凝胶，并吸水产生膨胀压力，造成混凝土开裂。

碱—骨料反应引起的混凝土结构破坏程度，比其他耐久性破坏发展更快，后果更为严重。

碱—骨料反应一旦发生，很难加以控制，一般不到两年就会使结构出现明显开裂，所以有时也称碱骨料反应是混凝土结构的“癌症”。

5、钢筋锈蚀。

混凝土中钢筋腐蚀的首要条件是钝化膜坏，混凝土的碳化及氯离子侵蚀都会造成覆盖钢筋表面的碱性钝化膜的破坏，加之有水分和氧的侵入，就可能引起钢筋的腐蚀。

钢筋腐蚀伴有体积膨胀，使混凝土出现沿钢筋的纵向裂缝，造成钢筋与混凝土之间的粘结力破坏，钢筋截面面积减少，使结构构件的承载力降低，变形和裂缝增大等一系列不良后果，并随着时间的推移，腐蚀会逐渐恶化，最终可能导致结构的完全破坏。

二、桥梁预应力混凝土加固设计的原则
1、安全可靠适用的原则。

桥梁加固的根本原因是构件或整体抗力的衰减，而导致抗力衰减的原因又是复杂多样的，包括因氯离子侵蚀、碳化导致的钢筋锈蚀、恶劣环境下的混凝土劣化、设计施工造成的先天性缺陷等原因。

统计数据表明，耐久性不足或失效是近年来桥梁结构加固的主要原因。

因此加固设计不但要有效恢复或提高桥梁结构或构件的承载能力，满足规定的使用性，还要可靠保证加固后构件的耐久性能，以维持其承载能力和使用性能不降低。

2、技术先进的原则。

要求加固方案应满足设计理论、加固材料和施工工艺的先进性。

随着国内外对桥梁加固理论、加固技术研究的不断深入，该技术的科技含量越来越高，并已呈现出明显的学科交叉现象。

近年来，桥梁加固中采用的加固材料与施工工艺已远远超过了同类新建桥梁，如粘贴碳纤维布加固法已应用于桥梁加固领域，并快速、有效、可靠地解决了一大批桥梁加固维修问题。

因此，在桥梁加固方案确定中必须优先考虑采用可靠的加固理论、先进的加固材料和加固工艺，在确保加固效果的前提下，最大限度地降低对原结构的损伤。

3、经济原则。

桥梁的加固工程规模不一定很大，但是涉及的事项却远远多于新建一座桥梁，这无形中增加了加固维修的成本，所以加固设计和加固成本的计算要考虑周全。

如果加固成本接近或超过新建一座同等规模桥梁的造价时，一般是不能接受的，其结果往往要考虑改造方案。

根据近几年的加固实例的统计资料，如果不考虑社会效益的因素，公路桥梁加固成本在新建成本的50%～60%以下是可以接受的。

三、桥梁预应力混凝土结构加固设计的要点
1、旧桥检测。

（1）一般部位检查：首先应对桥梁的总体尺寸（如跨径、桥宽、矢跨比、墩台尺寸、标高等）、各部分构件的截面尺寸、钢筋直径及布置、支座位置等进行详细的量测、记录，取得第一手现场资料。

其次对材料的性能，如钢筋混凝土桥的混凝土和钢筋的强度、弹生模量，圬工拱桥的石料标号、砂浆标号等要进行测定和了解。

通常是采用回弹仪现场测定；取样进行实验室分析；调查了解等方式综合进行。

最后对桥梁运营状况，特别是桥梁存在的缺陷和病害进行反复的现场观测、检查和了解。

检查桥梁结构是否产生了位移与变形（挠度）、混凝土施工质量如何，风化、剥落情况以及局部损伤，裂缝宽度、深度、分布情况及其发展趋势；检查钢筋锈蚀情况，以及支座、伸缩缝、排水装置、桥面铺装等附属设施的功能等。

（2）重点部位检查。

桥梁结构产生缺陷的部位，检查时往往因人力、仪器和其他条件的限制漏看的较多，所以在普遍检查的同时，应该
根据结构的受力特性，确定重点部位，有效地進行检查。

通常应重点检查的部位有：应力集中处；断面突变的部位；构件的薄弱部位；拱桥的控制截面。

2、加固设计。

常用加固方法：（1）外部粘贴加固法。

外部粘贴加固法是用粘结剂将钢板或纤维增强复合材料等粘贴到构件需要加固的部位上，以提高构件的承载力和刚度的一种加固方法。

粘钢加固法是在构件表面用特制的建筑结构胶粘贴钢板，以提高结构构件承载力的一种加固方法。

纤维增强复合材料是把高性能的纤维织物，如玻璃纤维、碳纤维和阿拉米德纤维等，放置在环氧树脂等基材上，经胶合凝固后形成的。

（2）体外预应力加固法。

体外预应力加固法是采用高强钢筋或型钢等，在被加固构件体外增设预应力拉杆或撑杆，其拉杆加固广泛适用于受弯构件和受拉构件的加固，在提高构件承载力的同时，对提高截面的刚度、减少原有构件裂缝宽度和挠度、提高加固后构件截面的抗裂能力是非常有效的。

（3）加大截面加固法。

该方法可以用来提高构件的抗弯、抗压、抗剪、抗耐久等能力，同时也可以用来修复已经损伤的混凝土截面，提高其耐久性，可以广泛地用于各种构件的加固。

但是这种加固方法一般对原有构件的尺寸有一定程度的增加，使原有的使用建筑空间变小。

（4）外包钢加固法。

外包钢加固可以大幅度提高构件的抗压和抗弯性能，由于采用型钢材料，施工周期相对较短，占用空间也不大，比较广泛地应用于不允许增大截面尺寸，而又需要较大幅度提高承载力的轴心受压和小偏心受压构件。

（5）注浆加固法。

注浆加固法是采用压力，把具有较好粘接性能的材料注入被加固构件内部的空隙中，以提高被加固构件的完整性、密实性，提高材料的强度。

该方法在混凝土或砌体结构的裂缝等内部缺陷的修复加固，以及地基加固中广泛应用。

结束语
随着我国经济快速的发展，部分桥梁抗震性能不良、承载力不足，影响其安全性和使用功能，需采用加固措施提高承载力以适应交通需要，旧桥加固将是桥梁工程界一个非常迫切的任务。

参考文献
[1]曾勇，曾彦.某预应力混凝土连续箱梁桥加固设计[J].科技信息，2008.26.
[2]赵坤侠浅议预应力加固体系在公路桥梁施工中的方法[J].城市建设理论研究2013.22。