张勇
西安长安大学工程设计研究院有限公司 陕西 西安 710000
【摘要】随着我国大量高等级公路的建设，混凝土桥梁在穿越沟渠，河流和道路时在公路运输中起着至关重要的作用。由于混凝土桥梁工程造价高，施工过程复杂，在设计之初，工程技术人员在设计和施工混凝土桥梁时采取了各种措施，以确保混凝土桥梁的正常使用和耐久性。随着桥梁使用寿命的增加和城市交通量的增加，城市桥梁结构的安全性和可靠性不断下降，多数桥梁结构的承载能力普遍下降，并出现了多种疾病。桥梁已经不能满足城市安全和高速发展的需要，极大地制约了城市的和谐发展。另一方面，桥梁加固方法的多样化使得优化同一座桥梁的加固方案尤为重要。本文研究了城市混凝土桥梁的加固设计方案，分析了设计方案进一步的优化措施。结果表明，该桥梁结构的承载能力和使用寿命得到了显着提高。
【关键词】混凝土桥梁；维修加固；设计及优化
1引言
改革开放以来，我国公路混凝土桥梁建设取得了长足进步。道路桥梁技术水平不断提高，历史突破。建造了不同结构的悬索桥，斜拉桥，拱桥和连续刚构桥。技术复杂，技术含量高，施工难度大。在中国混凝土桥梁的建设中积累了丰富的工程经验，标志着中国已进入世界先进的混凝土桥梁技术。然而，尽管已经建造了许多新的混凝土桥梁，但是已建成的混凝土桥梁项目的质量维护已成为必须注意的主要问题。这是质量检查和加固的最直接，最有效的方法。改革开放后，我国的建设进入了高速公路混凝土桥梁的快速发展时期，已建成了大量的现代混凝土桥梁。在安全性和耐用性方面，许多混凝土桥梁都有不同程度的隐患。考虑到资金短缺，不可能拆除和翻新技术条件差的混凝土桥梁，这需要大量的投资和较长的施工时间，因为在正常情况下，加固混凝土桥梁的成本约为新建成本的10％，并且可以在不中断运输或航行的情况下对旧桥进行加固或翻新[1]。此时，采取适当的加固和改造措施以满足混凝土桥梁正常运行的需要并延长其使用寿命已成为世界各国的普遍做法。因此，如何对现有的混凝土桥梁进行有效的技术改造将是未来我国公路混凝土桥梁建设面临的紧迫任务。相关研究和分析具有重要的工程意义。
2桥梁维修加固的常用方法
2.1加大截面加固方法
增加构件截面的加固方法是通过在原始桥梁结构中种植钢筋将新添加的部分和原始截面连接成一个整体，增加桥梁结构构件的承载面积，提高了承载能力和桥梁的刚度[5]。
2.2钢板加固方法
粘钢板加固方法是将高强度钢板粘在桥梁混凝土结构的受力区或薄弱部位，使新粘贴的钢板与原来的桥梁混凝土结构成为一个整体，共同承担荷载。这种增强方法可以充分发挥钢板的强度优势，有效地提高了桥梁结构构件的刚度、承载能力和抗裂性[5]。
这种加固方法不会改变原始桥梁结构的尺寸，其施工操作相对简单，短期加固效果非常好。
2.3粘贴碳纤维复合材料的补强方法
碳纤维复合增强方法的优点是操作相对简单。粘贴碳纤维复合材料的加固方法更适合于板桥和混凝土梁的抗弯加固。目前，碳纤维复合增强方法的优选材料是高强度轻质的FRP材料。
2.4桥面层的加固方法
加固方法是拆除旧桥面，然后改变旧桥面顶部的结构应力。系统方法是采取某些措施来改变现有桥梁的应力状态。附加组件已添加到桥中，并经过技术修改以减少原始桥结构的应力并增加桥的整体承载能力。改变结构力系统的方法有两种，一种是通过添加新的附加构件，第二种是通过改变承重构件的边界条件。
2.5外部预应力加固方法
外部预应力加固方法适用于高应力结构，特别是大型结构的加固。并能提高承载能力、刚度和抗裂性，加固后桥所占空间小。
加固的原理是在梁下部边缘的受拉区域设置预应力材料，并通过拉力在梁主体上产生偏心预应力，从而使梁主体拱起，抵消自身的一部分减轻应力，从而减少结构变形和裂缝的宽度，改善结构，提高承载力，刚度和抗裂性，加固后桥梁占用的空间很小。
该方法的缺点是局部钢束布置效果明显，锚头数量增加，接头结构复杂，工作面要求高。该方法的主要应用是在高应力下的结构，或大型结构的加固，或用于控制梁的裂缝和钢的疲劳应力幅值。
2.6更改结构系统加固方法
更改结构系统加固方法也称为系统转换方法。此方法是一种增强方法，可更改桥梁结构系统以减少梁的内部应力，并增加桥梁结构的承载能力。这是一种被动强化作为主动强化的有效方法。改变结构系统的加固方法意味着可以添加额外的构件或进行技术改造，从根本上改变桥梁的应力系统和应力条件，并可以减轻桥梁的承载构件的应力，最终达到较高的承载力水平。
目前，最常用的系统转换方法是：将梁桥转换为梁拱组合系统方法，添加辅助墩法，然后将多跨简支梁转换为连续梁，然后再转换为简支梁。连续甲板系统方法。
2.7部分拆建方法
拆除和重建的方法可以用于局部跨度较大，承重能力严重不足的一定跨度。该方法可以保证结构的安全性，并且方法可靠、可操作。
3城市混凝土桥梁的维护和加固现状及优化的必要性
3.1混凝土桥梁维修加固现状
至2019年底，我国公路总里程是改革开放前的四倍多。随着公路建设的迅速发展，混凝土桥梁的数量迅速增加。然而由于各种原因，混凝土桥梁的安全状况并不乐观。我国混凝土桥梁的相当一部分处于“病态”工作甚至处于“危险”状态。随着我国经济的快速发展，道路交通量的显著增加，大部分旧桥均处在超荷运行的状态，存在严重的安全隐患。恢复混凝土桥梁安全运行的方法是恢复或增加混凝土桥梁的承载能力，增加混凝土桥梁的耐久性。桥梁的加固和维护尚处于起步阶段，相应的管理措施仍处于探索阶段。由于测试和评估不准确、设计不良、施工质量差等原因，部分混凝土桥梁的加固效果不理想，甚至无法加固。
3.2城市桥梁加固方案进行优化的必要性
桥梁加固有两个目的：一是确保桥梁工程的安全性、完整性、适用性和耐久性。二是提高原桥的通过能力和承载能力。因此，城市桥梁加固的主要要求是：
（1）掌握桥梁结构状况，完善基础数据，并提供必要的加固条件；
（2）需要最经济的成本，并且使加固成本最小化；
（3）尽可能勿中断交通或尽量减少交通中断；
（4）城市桥梁的加固将影响城市交通以及周边市民的生活、学习和商业活动。因此应尽量缩短工期；
（5）最大限度地减少对社会的影响；
（6）发现的缺陷应及时予以补正，不留任何以后的麻烦；加固设计应按规范进行；
（7）应尽可能减少对原始桥梁结构的损坏；
（8）加固技术应可靠，耐用，适用，美观，易于维护。
随着科学技术的不断发展，桥梁加固方法越来越多。对于同一座桥梁，将出现不同的加固方案。方案的不断优化可以节省建设资金、缩短工期、减少交通和社会影响。
5结论
我国的许多混凝土桥梁中的大多数已经达到设计的截止日期，甚至超过了服务极限。许多混凝土桥梁遭受许多病害和缺陷，难以适应当今高速运输发展的需求。如果拆除新建将是相当昂贵的[3]。有必要提前对桥梁的承载能力进行测试。因此，混凝土桥梁检测与加固技术的设计与优化应用具有重要的意义。在科技高速发展的现在，不断引入和使用新技术和新材料用于桥梁的检测及加固。有些新技术可以全天候的对有病害的桥梁进行监测，以确定相关第一手信息。同时新型材料和技术又将指导混凝土桥梁的加固设计和施工，并在更合理，经济，美观的方向上促进混凝土桥梁结构的发展。城市混凝土桥梁的加固设计及优化可以更好的促进桥梁的稳固，对现代化桥梁工程的长久安全运行有重要意义。
参考文献
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[2]吴成忠,杨发顺.城市桥梁结构病害处理及加固设计[J].黑龙江交通科技,2020,43(04):244-245.
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[5]刘志龙.桥梁维修加固工程设计方法研究[J].黑龙江交通科技,2020,43(01):146-147.
[6]于继书.钢筋混凝土简支矩形板桥检测与加固设计研究[J].黑龙江交通科技,2019,42(07):131-132.
作者简介：姓名：张勇（1987.11.04）；性别：男，民族：汉，籍贯：青海，学历：本科；现有职称：中级工程师；研究方向：桥梁工程。