2011年7月中国公路学会编辑出版了《再造与重生--我国公路桥梁维修加固技术与市场纵览》专刋(以下简称《专刋》),发表了多位工作在桥梁养护管理、检测、维修加固和设计单位第一线的中青年专家的访谈文章,介绍了他行对我国公路桥梁维修加固技术与市场的看法,分析了存在的问题,提出了一些解决问题的建议。这些意见客观地反映了我国公路桥梁维修加固技术与市场的现状,代表了我国公路桥梁维修加固技术发展的主流方向,对推动我国公路桥梁维修加固技术的健康发展具有指导意义。
笔者对《专刋》中涉及的几个带有普遍性的技术问题进行了提炼总结和䃼充分析,愿与广大中青年同行专家一起,为促进我国公路桥梁维修加固技术的健康发展尽点微搏之力。
1 桥梁加固误区之一-----加固设计忽略分阶段受力特点,机械套用新建桥梁设计程序
桥梁结构自重和恒载大，一般均采用带载加固，即在不卸除结构自重和恒载的情况下对结构进行加固补强，待后加补强材料与原结构粘结为整体后，开放交通允许车辆通行。构件自重和不拆除的恒载由原梁承担,车辆荷载及后加恒载由加固后的组合截面承担,桥梁加固设计必需考虑分阶段受力特点。
中交一院西安瑞通路桥科技有限公司总经理许宏元以“一个应引起广泛重视的技术认识误区”为题,客观地分析了我国桥梁加固设计存在的问题,他指出：“《公路桥梁加固设计规范》 (JTG/T122-2008)己于2008年10月1日正式实施, ,这本规范特别指出桥梁加固设计应考虑分阶段受力。----从笔者参与审查的几个大型桥梁加固项目来看,加固设计者并沒有完全理解加固规范的基本原则。还是在沿用过去的设计理念,采用一阶段受力加固”。
1.1为什么要特别强调“桥梁加固设计应考虑分阶段受力特点”.
桥梁加固设计特别强调应考虑分阶段受力特点的主要原因桥梁结构自重和恒载大，一般均采用带载加固，分阶段受力对结构承载力的影响大。北京公科固桥技术有限公司副总经理李承昌介绍了一座跨径布置为20+25+20m钢筋混凝土连续空心板桥自荷载效组合情况,“不考虑荷载组合系数时,边跨跨中恒载产生的弯矩占总弯矩的64％,墩顶恆载墩恒载产生的弯矩占总弯矩的78％,中跨跨中恒载产生的弯矩占总弯矩的63.4％”
以常用的中等跨径的桥梁为例, 占总內力60％左右的恆载內力(又称一期荷载效应)是由原梁钢筋承担的,后加补强后强材料与原梁钢筋一起只承担占总内力40％左右的活载內力(又称二期荷载效应)。换句话说,在进行加固时,原梁钢筋己承受了60％左右荷载内力,具有60％左右的初应变(或应力)。加固后在活载(即二期荷载)作用下,后加䃼强材料开始受力, 原梁钢筋的应变(或应力)继续增加, 两者共同承担两40％左右的内力。在加固构件中原梁钢筋和后加补强材料的应力增长的起点不同, 原梁钢筋的应变(或应力)超前,后加补强材料应变(或应力)滞后,这必将对结构破坏状态和承载力产生影响,其影响程度与一期荷载效应占总荷载效应 (或原钢筋初应变占总应变) 的百分比有关,一期荷载效应(或初应变)占的比重越大,分阶段受力对对结构破坏状态和承载力产生影响越大。一般认为, 一期荷载效应(或初应变)占的比重小于15％时,可忽略分阶段受力的影响。常用的中等跨径的桥梁一期荷载效应(或初应变)占的比重己达60％左右,隨着桥梁跨径的加大,结构自重和恒载引起的内力所占的比重还会加大,分阶段受力对结构破坏状态和承载力的影响是绝不能忽略。
1.2 桥梁加固构件的设计忽略分阶受力影响的危害是过高估计了后加补强材料的作用,设计是不安全的。
许宏元总经理指出“对大部分桥梁来说,加固时并不可能完全卸载,加固设计按一阶段受力就欠合理,有可能导致加固后的桥梁产生新的危险” 。
笔者理解许总是从《公路桥梁加固设计规范》 (JTG/T122-2008)规定的极限状态设计法角度认识这一问题的. 对桥梁加固构件而言,后加补强材料只承担活载（车辆荷载）及后加恒载产生的内力，与原梁钢筋相比，其应变（应力）相对滞后，一般情况下,在极限状态时其应力达不到抗拉强度设计值。极限状态下，后加补强材料的应力发挥程度受原梁的变形限制，与原梁的配筋率有关。计算结果表明，采用直接粘结高强复合纤维的被动加固方案，由于受分阶段受力的影响，后加补强材料应变（应力）滞后，后加补强材料的高抗拉性能是很难发挥作用。若在设计忽略分阶段受力的影响, 即相当于“取极限状态下后加䃼强材料的应力取其抗拉强度设计值”,由此求得承载力显然是不安全的。
重庆交通大学周建庭教授以“桥梁结构评定和力学分析型研究现状与展望”为题,对忽略分阶受力影响的危害作了分析,“由于加固増强结构的二次受力特性,原结构在加固前应力水平很高,变形很大的情况下,很有可能在加固施工完成后所有荷载作用下,加固层应力和应变始终处于一个较低的水平,材料强度不能充分发挥;如加固层自重较大,消耗了桥梁原有己剩不多的承载力,则加固后的原结构可能处于一种以加固前更不利的状态,从而威胁加固后桥梁使用的安全性”。