桥梁各类加固方法的计算，你知道吗？

近年来，对桥梁的加固以及如何提高其承载力问题的研究试验与推广，已经引起世界性的关注。那么，桥梁加固有哪些常用方法和计算理论？

▋  改变受力体系加固法

1.改变受力体系加固计算

改变受力体系加固法的一般计算步骤如下：

1)计算并绘制加固时原构件在剩余的那部分荷载作用下的内力图；

2)若施加预顶力，根据所设时的加固后的内力图，确定预顶力的大小，按原结构的计算绘制在支点预顶力作用下梁的内力图；

3)按加固后的计算简图，计算并绘制在新增荷载及加固时卸除荷载作用下的内力图；

4)将上述三项内力迭加，绘制梁各截面的内力包络图；

5)计算梁各截面的实际承载力，并绘制梁的材料图；

6)调节预顶力值，使梁的内力图小于梁的材料图；

7)根据支点的最大支承反力，设计支撑构件，其多为轴心受力构件，可按钢筋混凝土规范与钢结构规范进行设计；

8)计算预应力撑杆的顶撑控制量。

当用纵向压缩法对预应力撑杆系统施加预升力时，其预升量

ΔL=Lε+a(2-1)

式中,L—撑杆长度；

εa—撑杆端部与被加固构件混凝土间的压缩量,可取2～4mm。—撑杆在预应力作用下引起的应变；

▋  增大截面加固法

1.增大截面加固计算

采用增大截面加固桥梁,其承载力计算受到原构件应力应变的影响,不能简单地作为整体截面用有关公式计算。在加固计算中,首先应确定加固前构件的实际应力应变水平,并考虑新混凝土与原结构协同工作的程度,然后进行合理的计算。

（1）受弯构件加固计算要点

受弯构件外包混凝土加固设计,应根据现场结构的实际情况,分别采用受压区或受拉区两种不同的加固形式。

1）受压区外包混凝土加固

一般用刚架拱、桁架拱等拱桥的斜腿、斜撑或弦杆的加固。采用受压区加固的受弯构件,其承载力、抗裂度、钢筋应力、裂缝宽度及变形计算和演算可按现行国家标准《混凝土结构设计规范》(GBJ10-89)中关于叠合构件的规定进行。

实验研究表明,在相同弯矩作用下,二次受力叠合梁的受拉筋应力、挠度和曲率都比相同截面和配筋的一次受力整浇梁的相应值大得多。其次,二次受力叠合梁在第一次受力时是由叠合前的原混凝土承受压力。

而在二次受力时,主要由后浇混凝土承受压力。这使后浇混凝土受压应变比相应整浇梁小,因此,加固计算必须考虑叠合梁二次受力的特点进行较复杂的计算。

2)受拉区外包混凝土加固

受拉区外包混凝土加固方法,一般用于梁式桥跨中部位、拱式桥的拱顶底面和拱脚顶面等受拉区。

对于在受拉区采用外包混凝土,增加钢筋加固的受弯构件,其截面受力可按规范中一般受弯构件的规定计算。但应考虑以下不同点:

①新加部分承载力应乘以共同工作系数ψ进行折减,对于正弯矩截面受弯构件ψ=0.9;对于斜截面受剪构件ψ=0.7～0.9；

②加固结构截面受压区高度与一般受弯构件是不同的；

③当新加钢筋与原钢筋相距较远时,受拉区混凝土可能会出现较大裂缝,应采取适当措施,满足使用要求。

（2）偏心受压构件加固计算要点

当用外包混凝土法加固钢筋混凝土偏心受压构件时,应按整体截面以现行国家标准中有关公式进行其正截面承载力计算。其中,新增混凝土和纵向钢筋的强度设计值应按下列规定予以折减。

①受压区新增混凝土和纵向钢筋的抗压强度设计值乘以0.9的系数；

②受拉区新增纵向钢筋的抗拉强度设计值乘以0.9的系数。

▋  碳纤维布加固法

（1）碳纤维布加固计算要点

1）采用碳纤维布加固桥梁，目前一般的计算方法是将碳纤维布按照一定的标准(例如强度或容许应力)近似换算成一定用量的钢筋，然后按照传统的钢筋混凝土受力分析模型进行理论分析。虽然是近似计算方法，但理论分析结果与实验数据吻合得很好，因此在一般情况下是适用的。

2)碳纤维布加固用量，可按式(2-3)估算。

A _cf =A _s (R _y /R _cf )(2-3)

式中， A _cf ——碳纤维布用量(面积)；

A _s ——为抵抗不足弯矩所需的钢筋面积；

R _y ——钢筋的抗拉设计强度；

R _cf ——碳纤维布抗拉设计强度。

3)除按上式估算的碳纤维布加固用量(面积)外，还必须考虑必要的锚固长度和搭接长度所需面积，以及必要的边、角废料等裁减损耗等。

▋  粘贴钢板加固法

1.粘贴钢板法计算理论

（1）受弯构件的计算

受弯构件截面强度不足时在受拉区加固，可采取在受拉区表面粘贴钢板的方法。此时，按截面受弯承载力计算，可按照现行国家标准《混凝土结构设计规范》规定进行，其受压区高度和截面受弯承载力。

式中，fy0—原结构纵向钢筋抗拉强度设计值；

As0—原结构纵向受拉钢筋截面面积；

fay—加固钢板抗拉强度设计值；

Aa—加固钢板截面面积；

—原结构纵向受压钢筋抗拉强度设计值；

A’so—原结构纵向受压钢筋截面面积；

fcm0—原结构混凝土弯曲抗压强度设计值；

X—混凝土受压区高度；

b0—原构件的宽度；

h0—原构件的有效高度；

—原构件的受压区保护层厚度；

0.9—考虑加固钢板的应力滞后、以及撕脱力影响等强度折减系数。

(2)钢板锚固长度计算

1)受拉钢板在其加固点外的锚固粘结长度L1,按式(2-6)确定。

L1≥2fayta/fcv(2-6)

式中，Ta—受拉加固钢板厚度;fcv—被粘混凝土抗剪强度设计值。

公式中数值2为锚固区剪应力分布不均匀系数,近似按三角形考虑。

2)若钢板粘结长度无法满足上述要求,可在钢板的端部锚固区粘结U型箍板，此时，锚固区的长度应满足下列规定：

当fvb1≤2fcvLu时

f≤0.5f(2-7)cvb1L1+0.7nfvbbb1ayAa

当fvb1>2fcvLu时

fayAa≤(0.5b1L1+nbuLu)fcv(2-8)

式中，n—每端箍板数量;bu—箍板宽度;Lu—箍板单肢的梁侧混凝土的粘结长度;fv—钢与钢粘结抗剪强度设计值。

(3)斜截面粘结钢板加固计算

当构件斜截面受剪承载力不足时,按下图所示方法粘结并联U型箍板进行加固。

此时斜截面受剪承载力

V≤Vo+2fayAalLu/S(2-9)

同时，必须满足以下条件：

L≥(2-10)1.5u/S

式中，V—斜截面剪力设计值;V0—原构件斜截面受剪承载力设计值;Aal—单肢箍板截面面积;S—箍板轴线间距。