常用加固方法

为了提高既有混凝土桥梁的抗疲劳性能，提高桥梁的振动性能，增加活载储备，有必要提高桥梁的承载能力，并对其进行加固。目前常用的提高承载力的加固方法主要有以下几种：

1)体外预应力加固法

体外预应力加固方法是在梁外布置金属外拉索或肋，并采取防腐措施和FRP(纤维增强聚合物)加固措施。它是一种主动加固方法，它通过预加预应力来抵消部分外荷载产生的弯矩和剪力，从而提高梁的承载力。这种加固方法改变了原梁结构的应力状态和内力分布，具有加固、卸载和改变结构内力的三重效应。为了达到提高桥梁承载力、提高结构抗裂性和耐久性的目的，桥梁承载力的提高可达30%~40%。

这种加固方法是提高桥梁承载力的最简单、最经济的方法。它有以下优点：

1适用于大中型跨径桥梁的加固；

2检查、维修、更换方便，预应力可快速、方便地调整；

3外配筋与梁只连接在锚固区和转弯区，只在局部接触区存在摩擦损失，预应力总损失较小：

4有效地提高了桥梁的刚度、极限承载力和荷载应力的疲劳抗力，减小了跨中挠度，改善了桥梁的振动性能：

5可大规模应用于桥梁加固工程，易于实现大批量生产；

6加固成本较低；

7加固施工时间短，对交通影响小：

8桥梁自重的增加可以忽略，桥墩和桥台的承载效应不增加；

9加固施工对现有桥梁损伤小；

10在体外预应力系统上安装传感元件，以满足预应力和桥梁结构长期实时健康监测的需要。

但也有一些缺点：

1外索仅连接到锚固区和转弯区的梁体。连接件一旦发生故障，后果严重，对这两个部件的安全性和可靠性要求很高；

2这两个区域仍存在较大的应力集中，受力状态较为复杂，给设计计算和分析带来了一定的困难；

(3)转向块与外索之间的长期摩擦容易损坏索体，降低外缆的使用寿命；

4在体外预应力加固体系暴露的自然环境中，易受侵蚀、火灾和机械损伤；

5外索与梁体之间存在不一致的变形，在极限状态下受力变形更加复杂，使得精确计算困难或过于繁琐。

2)粘贴碳纤维或钢板加固法

这种加固方法是在梁体张拉区粘贴碳纤维或钢板来承受部分拉应力，从而提高梁体的刚度，改变桥梁结构的应力分布状态，从而提高桥梁的抗弯承载力。

其优点是：设计简单，施工方便，工期短，现场工作量小，自重增加小，对原结构损伤小或无损伤，加固费用低。其中粘钢加固法可使桥梁抗弯承载力提高20%~30%，刚度提高5%~15%。

这种加固方法属于被动加固法，即桥梁在受活荷载作用前无应力材料的分布情况。在正常使用阶段，施加活载后，虽然在粘结材料中产生应力，但能承受部分荷载，但应力水平低，补强材料的强度不能得到充分利用，强度利用率低。只有在原梁张拉区的钢接近屈服或屈服时，即达到极限破坏状态时，才能产生较大的应力，但加固材料本身往往达不到极限状态。因此，在正常使用过程中，该方法对桥梁承载力的提高是有限的，在实际加固工程中主要用于加固承载力。此外，这种加固方法并没有大幅度提高梁的刚度，也不能显著减小梁在活载作用下的变形，不适合铁路桥梁的高刚度要求。为了提高加固效果，施工需要中断交通。只有当粘结树脂有足够的强度时，才能打开流量。中断时间取决于粘结树脂的施工速度和强度增长速率，对交通的影响较大。此外，在使用钢板时还需要考虑防腐问题.后期维修费用高，钢板刚性强，粘结面易脱空，抗疲劳性能差。碳纤维材料虽然具有良好的防腐性能，但不适用于高温或易发生火灾的环境中使用。

3)加大截面和加固方法。

在梁的底部、侧面或桥面设置钢筋，浇筑混凝土与旧混凝土表面连接，可增加承载截面面积。增大截面的转动惯量或抗弯刚度，从而减小梁在荷载作用下的最大拉应力，或保持最大拉应力不变，可以提高承载力，最终达到配筋的目的。这种加固方法也是一种被动加固方法。原截面在加固前后需要承受自身的全部重量。当桥梁不受活载作用时，原截面的拉压区钢筋和混凝土已经具有一定的应力或应变，而增加的截面只承受部分活荷载。

该加固方法具有加固后结构耐久性好、后期维修费用低、界面刚度提高、固有振动频率变化等优点。其缺点是现场施工复杂，质量控制困难，对交通影响很大。桥梁原有结构对加固效果有很大影响。增加截面自重会增加桥墩和桥台的荷载。新旧混凝土界面面积连接不良，存在诸多缺陷。

不同加固方法的比较

铁路重载运输桥梁加固方法的选择应满足以下要求：

首先，我们必须确保对正常运输的影响尽可能小。由于我国重载铁路运输十分繁忙，交通中断造成的直接经济损失巨大，最好不要中断交通。从这个角度看，最好的方案是体外预应力加固法，由于张拉时间很短，如果采取适当的措施，就可以利用打开天窗的时间来进行，这样可以将对交通的影响降到最低。

第二，对加固效果的要求。从桥梁安全的角度看，桥梁的挠度应尽可能小，应符合“桥梁规程”的要求，以避免过大的挠度，增加列车脱轨的风险：此外，铁路活载所占比例较大，对桥梁刚度要求较高。从承载力的角度看，保证足够的承载力是桥梁加固的最基本要求。因此，从挠度角度选择加固方法的顺序为：外预应力>增加截面和钢筋>粘结碳纤维或钢板。从刚度角度选择加固方法的顺序为：增加截面和钢筋>外预应力>粘贴碳纤维或钢板。从承载力角度看，加固方法的选择顺序为：外预应力>增加截面配筋>粘结碳纤维或钢板。

第三，对施工技术和成本的要求。在保证施工质量的前提下，所选择的施工工艺尽可能简单，加固成本尽可能低。从施工工艺的角度选择加固方法的顺序为：粘贴碳纤维或钢板>外预应力>加筋。从成本角度看，碳纤维或钢板粘结成本最低是最佳选择。但是，考虑到总成本，包括因交通中断造成的铁路运输损失，体外预应力加固方法仍然是最低的。

表中列出了几种加固方法的比较。结合上述铁路混凝土桥梁对加固方法的要求，并从不同角度进行比较，认为体外预应力加固法是提高重载混凝土铁路桥梁承载力的最佳方法。