橋梁加固設計是比新橋設計更為復雜的系統工程

　　橋梁加固設計是一個涉及到病害診斷、改造決策分析、加固材料與方法選擇、加固構件設計與計算和養護管理與施工等多學科的系統問題。從技術角度分析，目前我國橋梁加固設計存在有兩方面主要問題：

　　1、擔負大量的中、小橋養護、維修、管理和加固任務的基層單位,橋梁病害診斷技術力量薄弱,橋梁檢測設備落后。橋梁病害診斷是進行橋梁加固設計的前提和基礎,只有診斷清楚,才能對癥下藥。橋梁檢測是病害診斷與分析的重要手段，混凝土結構裂縫是反映病害的晴雨表,裂縫分析是橋梁檢測的主要內容。

　　面對目前我國從事橋梁養護、維修與管理的基層單位的現狀,普及橋梁病害診斷知識,提高裂縫分析能力是十分必要和緊要的。

　　2、橋梁加固設計存在的另一個問題是對橋梁加固設計的特殊性認識不足,加固設計理念不清,加固設計思想不明確。有些橋梁加固設計機械地套用新建橋梁的設計方法 ，忽略了橋梁加固分階段受力特點和結構損傷的影響；個別加固設計只做宏觀定性分析，缺少科學地定量分析，設計帶有很大的隨意性。

對橋梁加固的特殊性認識尚不足

　　提高對橋梁加固特殊性的認識就是對橋梁加固設計特點的認識。橋梁加固設計的最大特點是應考慮帶載加固分階段受力和結構損傷的影響。

　　橋梁結構自重及恒載大，以常用的跨徑30m的預應力混凝土簡支梁為例，結構自重及恒載產生的內力約占總內力的（50-60）％左右。橋梁加固一般采用帶載加固，即在不卸除結構自重及恒載的情況下對結構進行加固補強，待后加補強材料與原結構粘結為整體后，開放交通允許車輛通行。構件自重和不拆除的恒載及加固施工荷載由原梁承擔；車輛荷載由加固后的組合截面承擔。橋梁加固構件的設計與計算，應考慮帶載加固分階受力特點，這是橋梁加固設計與新建橋梁設計的最大區別。與一般房屋結構加固設計相比，橋梁加固構件分階段受力的影響程度更為突出。

　　橋梁結構在長期使用過程中受到車輛荷載的反復作用和環境腐蝕的影響，將使材料性能劣化，產生不同程度的結構損傷。橋梁加固設計應考慮結構損傷對橋梁使用功能，承載力和耐久性的影響。

　　橋梁加固設計是比新建橋梁設計更為復雜的系統工程，應充分考慮在役橋梁結構的實際情況和加固受力特點。橋梁加固設計不能完全照抄新建橋設計規范的規定和計算公式，也不能機械地套用一般房屋建筑加固設計規范。在充分考慮橋梁加固設計特點的基礎上，不同的規范可以參考借鑒，但不能機械地套用。

考慮帶載加固分階段受力對加固構件有特殊意義

　　分階段受力對加固構件的直接影響是后加補強材料應變（應力）滯后，無法充分發揮作用，材料利用率低。

　　前已指出，橋梁加固構件應按兩階段受力構件計算，構件的自重和恒載產生的內力由原梁承擔。換句話說，加固前原梁已經受力，在構件自重和恒載作用下，原梁的鋼筋已經產生了一定的初始應變（應力）。車輛荷載作用后，原梁鋼筋的應變（應力）繼續增加，同時后加補強鋼筋開始受力，并產生相應的應變（應力）。與原梁鋼筋相比，后加補強鋼筋的應變（應力）滯后，在極限狀態下是很難發揮作用的。從作用原理上理解后加補強材料應變（應力）滯后的不利影響，對搞好橋梁加固設計是十分必要的。

“被動加固”和“主動加固”的概念

　　加固薄弱構件的方法很多，從工作原理上可劃分為被動加固和主動加固兩大類：

　　1、直接加筋類被動加固在被加固構件的受拉（或抗剪）薄弱區直接增設抗拉（或抗剪）補強材料，例如：補焊鋼筋、粘貼鋼板、粘貼高強纖維復合材料（碳纖維、芳綸纖維）等。這種加固方法從作用原理上屬于被動加固范疇。后加補強材料被動受力，只承擔車輛荷載和后加恒載引起的內力。

　　2、預應力主動加固對布置在被加固構件受拉（或抗剪）薄弱區的后加補強材料施加預應力，形成預應力加固系統，例如：體外預應力加固和采用錨固于被加固梁體上的預應力筋，然后噴注高性能抗拉復合砂漿，將其與被加固梁體粘結為一體的有粘結預應力加固等。從工作原理上講，預應力加固屬于主動加固，后加補強材料主動受力，靠預加力的作用，改善原梁的工作狀態，間接達到加固補強的目的。

　　被動加固和主動加固概念的提出揭示了加固構件的作用機理，為理順加固設計思想奠定了基礎。

應變（應力）滯后對加固構件的不利影響及解決對策

　　橋梁加固構件的承載力計算，必須考慮分階段受力特點，后加補強材料只承擔車輛荷載和后加恒載引起的內力，與原梁鋼筋相比，其應變（應力）滯后，一般情況下，在極限狀態時其應力是達不到抗拉強度設計值的。特別是采用直接粘貼高強纖維布（板）的被動加固時，由于應變（應力）滯后的影響，高強纖維復合材料的高抗拉性能根本無法充分發揮作用，“大馬拉小車”是一種極大地浪費。在倡導建設節約型社會的環境下，這種盲目的浪費是值得我們深思的。

　　后加補強材料應變（應力）滯后是影響加固構件工作性能、制約后加補強材料利用效率和控制加固工程成本的瓶頸。

　　解決后加補強材料應變（應力）滯后的根本途徑是變被動加固為主動加固，對后加補強材料施加預應力，做成預應力加固體系。靠預應力筋的主動受力，從根本上解決后加補強材料的應變（應力）滯后，提高后加補強材料的利用效益，以最少的成本，創造最佳的加固效果。

預應力技術的特點及關鍵技術

　　預應力技術是20世紀最具革命性的結構構思，已廣泛用于土木和建筑工程。針對橋梁帶載加固后加補強材料應變（應力）滯后的先天不足，預應力加固技術在橋梁加固中的應用具有更為特殊的意義。

　　用于橋梁結構加固的預應力體系主要有4種：

　　1、體外預應力加固體系體外預應力加固是采用布置在梁體外部（或箱內）的具有防腐保護的預應力筋，對梁體施加預加力。其關鍵技術是體外預應力筋的錨固、轉向和防腐保護問題。體外預應力加固是目前橋梁加固采用較多的方法之一，特別適用于大跨徑預應力混凝土連續箱梁和連續T構箱梁橋的加固。

　　2、無粘結預應力加固體系無粘結預應力技術是將具有防腐保護的預應力筋布置在梁體的內部，待混凝土硬化后張拉預應力筋，對梁體施加預加力。將無粘結預應力技術推廣用于橋梁加固的核心問題是解決為錨固無粘結預應力筋而增設的混凝土支承保護層與被加固梁體的可靠粘結。無粘結預應力加固，適用于中、小跨徑鋼筋混凝土T形梁的加固，構造簡單，施工方便。

　　3、高強纖維預應力加固體系高強纖維預應力加固是采用錨固、粘貼在梁體外部（或箱內）的高強纖維布條（或板條）對梁體施加預加力。這種加固體系目前尚處于試驗研究階段，其關鍵技術是解決適應于橋梁加固現場施工的預應力纖維布條（或板條）的張拉、錨固和張拉后纖維布條（或板條）與被加固梁體的可靠粘結問題。

　　4、有粘結預應力加固體系有粘結預應力加固是采用錨固于被加固梁體上的高強鋼絲，2～3股鋼絞線或小直徑粗鋼筋，對梁體施加預加力，然后噴注具有較高抗拉強度的復合砂漿，將預應力筋與被加固梁體粘結為一體，構成有粘結預應力加固體系。

結語

　　推廣與普及預應力主動加固設計思想，對建立與完善我國橋梁加固設計理論，提高加固工程設計質量具有指導意義。