摘 要：随着我国公路桥梁建设的迅速发展，新建桥梁逐年增多，但同时出现损伤的桥梁也在不断增加。由于前期建成的桥梁大多无法满足当前的承载能力需求，旧桥加固已成为公路养护管理工作中的一项重要内容。基于此，以某座T型梁桥项目为例，对其病害进行检测，对该大桥的整体质量情况进行综合评价，并运用Midas Civil软件对桥梁加固效果进行仿真分析。通过比较加固前后的检测数据得出：采用封闭裂缝技术使裂缝闭合，再使用碳纤维布补强加固，能有效改善旧桥承载力。
关键词：公路工程项目;T型桥梁;损伤检测;静载试验;桥梁加固;
作者简介：颜家学（1986—）,男,本科,高级工程师,从事公路试验检测工作。;
0 引言经济高速、高质量发展的同时，我国交通基础建设也在快速发展。经济的繁荣导致道路通行压力增大，很多早期服役的桥梁，其结构性能、承载能力等指标已无法满足当前交通运输的要求。加之自然环境侵蚀、车辆荷载及流量增加，导致结构材料出现疲劳，缩短了桥梁使用寿命。目前，我国很多仍在运行的桥梁出现了结构老化、路用性能降低等一系列问题，已经超出了现行规范，存在一定的安全隐患[1]。如果全部拆除或改建，不仅会带来巨大的经济损失，也有悖于国家的可持续发展战略。在已建桥梁的基础上，利用已有的技术手段，尽量提高和修复服役桥梁的承载能力，使其能继续满足运营安全需求，而且具有很大的社会效益和经济效益。
1 工程概况某桥梁项目由左、右两部分组成，其中左幅大桥全长2 329 m，而右幅桥长则为2 319 m，桥面全宽24.50 m，桥面净宽22.50 m。此桥上部结构为T梁，下部结构为柱或墩、基础为桩基。荷载等级为一级公路标准，经质量检验发现该桥梁存在下列主要问题：
(1）上部结构的主要病害是梁体裂缝，主要包括T形梁斜向裂缝、垂直裂缝、纵向裂缝；钢筋锈蚀，断裂露筋、渗透碱化，水侵痕迹，梁体位移变形。
(2）横隔板结构件的主要病害有竖直向开裂、斜方向开裂；表层构造的各种露筋破损、渗水部位碱化，附属件模板未拆除。
(3）支座处脱空、老化发展裂缝、移动偏位，以及支座部位出现剪切变形、局部凸起、垫石损坏甚至断裂。
(4）桥梁下部结构存在的质量问题包括竖直、斜向、横向都产生了一定程度的裂缝，钢筋存在锈蚀、露筋病变，混凝土表面有蜂窝状麻面，立柱局部断裂。
(5）桥面系主要质量问题：伸缩缝范围内产生了纵裂，伸缩缝区域的防排水设备出水口处存在一定堵塞。
按照现行《公路桥梁技术状况评定标准》的规定，对该桥梁工程进行质量评定，得出如下结论：(1)左幅上部结构质量等级为3类，下部结构质量等级为2类，桥面结构的质量等级为2类；该桥梁项目左幅整体质量安全等级为3类；(2)右幅上部结构质量等级为3类，下部结构质量等级为2类，桥面结构的质量等级为2类，该桥梁项目右幅整体质量安全等级为2类；(3)按照现行公路桥梁技术状况评定以及运营阶段技术状态评定标准，其技术状态得分范围是“60分≤Dr<80分”，等级确定为3类。质量检测评定显示，该服役桥梁项目左幅质量状况不佳，应采用中修方案；右幅的质量情况比较好，需要可采用小修措施。
2 加固方案2.1 加固建议结合此桥梁项目的健康监测、质量评定等级，分析了造成质量病害的主要原因，并按现行桥梁养护标准，提出了如下加固建议：
2.1.1 上部承重构件(1)T梁混凝土施工阶段存在的主要缺陷为蜂窝、麻面。对于损坏、孔洞、露筋等病害，应首先将松散的病害混凝土清除、锈蚀损伤的钢筋除锈，再用环氧水泥砂浆复合材料进行补强。钢筋保护层厚度不充分的质量问题，以水泥基渗透结晶性物质为原料，在构件混凝土表面涂覆水泥浆复合材料。
(2）针对渗透碱化的病害：先清除碱基区域的松散混凝土，然后对受损的混凝土进行修补，并及时修补防水混凝土。
(3）针对梁体的结构性竖向裂缝：应先进行封闭处理，并采取适宜的加固措施；对非结构的垂直裂缝，也必须采取封闭措施[2]。
(4）针对横梁结构的纵裂：裂纹宽度在0.15 mm以上的，宜采用压浆修复；对于裂纹宽度<0.15 mm的裂纹，宜采取表面封堵方法。
(5）针对T梁的纵向偏移质量问题，要加强观察，并采取相应的治理方案。
2.1.2 上部一般构件(1）针对横隔板结构件、湿接缝混凝土的质量问题，如蜂窝、麻面、露筋等，应首先将松散的病害混凝土清除、锈蚀损伤的钢筋除锈，再用环氧水泥砂浆复合材料进行补强。
(2）钢筋保护层厚度不够的质量问题：利用以水泥为基础的渗透性晶体材料制成浆液，在构件的混凝土表面进行涂敷治理。
(3）针对未拆除的模板，应及时进行模板拆除。
(4）针对渗透碱化病害：先清除碱基区域的松散混凝土，然后对受损的混凝土进行修补，并及时修补其防水混凝土。
(5）横隔板结件间存在裂缝的质量问题：可先采用封堵、灌缝方案，如裂缝继续发展，可利用粘贴钢板、增加系梁、增设外部预应力筋等方案，进行维修。
2.1.3 支座脱空病害支座，可采用填补措施；支座垫石损坏，可采用环氧复合砂浆修补；老化及剪切开裂、局部凸起的支座，可采用顶升更换方案；偏位问题的支座，可采用顶升复位办法恢复[3]。
2.1.4 桥墩桥墩混凝土缺陷，如蜂窝、麻面、孔洞、露筋等病害，应先将松散的病害混凝土清除、锈蚀损伤的钢筋除锈，再用环氧水泥砂浆复合材料进行补强；钢筋保护层厚度不充分的情况下，以水泥基渗透结晶性物质为原料，在构件混凝土表面进行涂覆治理。
针对混凝土构件的裂缝，可采用压浆进行闭合的方法修复，压浆工序完工后，应将混凝土表面涂刷灰浆，以降低修补区域混凝土外观的色差，以确保墩身混凝土的外观质量达标。
2.1.5 伸缩缝伸缩缝范围内的纵向裂缝质量问题，可以采用灌缝剂封闭方案，需及时清理排水管堵塞段，并注意确保排水设备、排水系统的通畅。
伸缩缝、排水孔等附属结构，应定时清扫，并加强日常巡查、养护，一旦发现质量问题，应及时处理。
2.2 加固方法碳纤维材料粘贴加固是近年来出现的一种新型加固技术。不同于钢材料，它具有完全的弹性，没有塑性区和屈服点，且碳纤维复合材料的拉伸强度、耐蚀性均有很强优势。通过试验数据分析，其应力-应变关系曲线如图1所示。
由于碳纤维材料的加入，使其与受力部件共同作用，限制了裂缝病害的发展，提高了结构刚度，使梁的受力达到了最优工况[4]。同时碳纤维复合材料不但可以增强结构的抗剪承载能力，而且还可以显著降低结构变形。该复合材料利用粘结剂将纤维复合板与原桥黏合，而结合成复合结构，使二者协同作用，以提高桥梁的整体强度和承载力。碳纤维材料加固施工技术，主要用于承重构件，如主梁结构，当然非承重构件也可以采用碳纤维复合材料方案补强。
图1 CFRP应力应变曲线 下载原图
纤维复合材料强度高、韧性好，不需要像钢板加固方案一样长期维护。此加固工艺较为简单，而且当其密度值为200～300 g/mm2时，厚度范围仅为0.110～0.166 mm，此方案实施后，几乎不会改变桥下净空。采用碳纤维复合材料加固桥梁，不仅不会引起结构内部的应力变化，而且能保证在设计荷载范围内与原有结构共同承受各类荷载。碳纤维复合材料也存在一定的缺点，例如造价高，使其加固成本费用相应增加，且这项技术对工人的技术能力要求更高，方案实施需要专业技术人员操作，进一步造成维修成本增大[5]。
2.3 加强质量管理在检测施工材料的质量时，应当严格按照各项指标，对原材料质量及规格进行全面检测。加强进场原材料检查，对进场原材料严谨核对出厂证明，严格执行现行原材料试验规程、技术规范的指标，对每批次材质合规性进行核查，按频率进行抽样检查，严禁不合格产品进场，确保项目质量达标。
完善质量监督体系，落实责任人，强化施工质量监督人员的责任意识。质检人员在项目建设过程中，应加强施工过程管控，针对施工中出现的不合格行为，应及时制止，并要求整改；针对施工中的关键控制点，应加强旁站、巡视力度，确保工程建设质量满足规范及设计标准要求。
3 有限元建模分析Midas软件是一款结构设计的有限元分析软件。Midas Civil主要用于建筑结构，尤其是箱型桥梁、悬索桥、斜拉桥等特殊桥梁结构形式的受力模拟分析。
3.1 采用Midas有限元软件进行建模Midas Civil在Windows环境下，经过国内外专家的不懈努力，采用C 技术而实现运行。Midas Civil的开发，为结构受力分析提供了许多方便，能够从多个角度对结构模型进行校验，从而使受力计算更加精确、高效[6]。尤其是在桥梁结构分析方面，Midas Civil在建模、分析和后处理过程中，结合了国内的规范和经验，在方便设计、施工等诸多领域的基础上，被广泛应用[7]。
运用Midas Civil软件建立有限元模型，对桥梁在荷载作用下的损伤特性，进行了计算分析，有限元模型见图2所示。
图2 全桥整体模型 下载原图
3.2 CFRP的模拟分析T梁梁底粘贴碳纤维复合材料加固方案效果时，利用平面应力单元对T梁底部粘贴的碳纤维材料进行了仿真[8,9]。通过输入材料性能函数，并设定界面间的边界条件，以模拟碳纤维复合材料与主梁的粘接及协同受力，从而实现变形、位移的协调，避免了黏结和滑动破坏[10]。
3.3 加固效应结果对比研究项目以跨中、最中部的T梁为研究对象：(1)分析梁体挠度变化时，选择中梁和边跨中段的变形情况；(2)分析T梁应力变化时，选用中梁最中部T梁，进行对比分析。
3.3.1 挠度见图3，描述了该桥加固前后的挠度对比数据：
图3 桥梁加固前后挠度对比 下载原图
3.3.2 应力图4描述了该桥加固前后的应力对比数据。
综上分析，可以得出如下的结论：
(1）当各构件承受同样弯矩时，无论在中梁还是在边梁上，加固T梁挠度均比原构件小，这一研究结果显示碳纤维增强复合材料补强方案对T梁刚度有明显改善。
图4 桥梁加固前后应力对比（单位：N/mm2) 下载原图
(2）采用碳纤维复合材料进行加固后，其底板应力显著提高，中跨和边跨应力值可降低30%～50%，从而显著提高了桥梁承载力。
分析结论表明，碳纤维加固方案既能提高结构的刚度、承载力，并能有效抑制裂缝病害进一步发展，采用CFRP技术对桥梁结构件进行加固的效果显著。
4 结语综上，对某T梁桥进行了质量检测和仿真计算，可以得出：定期质量检测作为监测桥梁健康状况的主要措施之一，做出的质量检测及评定对加固措施选用具有重要意义；针对主梁裂缝病害，应先采用裂缝封闭技术使主梁裂缝封闭后，可采用碳纤维复合材料补强方案以有效改善结构承载力；尽管加固后的桥梁在一定程度上具有较好的承载能力，但在自然环境、运营条件下，其结构很容易出现各种损伤，从而使其性能恶化，因此要高度重视对后期养护工作的强化，同时要跟踪检查，确保桥梁处于稳定的安全使用状态。
参考文献[1] 孙吉飚.桥梁检测与加固技术应用[J].大众标准化,2021(15):241-243.
[2] 刘玉民.公路桥梁检测与加固技术[J].交通世界,2020(Z2):154-155.
[3] 李小青.公路桥梁检测与加固技术[J].黑龙江交通科技,2019(1):137-138.
[4] 李平.公路桥梁检测与加固技术研究[J].建材与装饰,2018(21):278.
[5] 强志国.公路桥梁检测与加固技术研究[J].山西建筑,2018(2):186-188.
[6] 朱静.我国公路桥梁检测评价与加固技术的现状与发展[J].建材与装饰,2016(30):264-265.
[7] 滕力森.公路桥梁检测与加固技术研究[J].居舍,2017(28):125.
[8] 吴秀娟.维修加固技术在公路与桥梁检测中的合理运用探讨[J].中国标准化,2019(6):194-195.
[9] 许宏元.缺陷桥梁检测、加固技术[C].第二届全国桥梁、隧道养护与管理技术研讨会论文集,2015:591-625.
[10] 张洪华.项目课题10:基于机器人平台的桥梁沿程扫描式无损检测技术及系统装备研发[C].养护与管理，2015(10):19-22.
声明：我们尊重原创，也注重分享。有部分内容来自互联网，版权归原作者所有，仅供学习参考之用，禁止用于商业用途，如无意中侵犯了哪个媒体、公司、企业或个人等的知识产权，请联系删除（邮箱：glyhzx@126.com），另本头条号推送内容仅代表作者观点，与头条号运营方无关，内容真伪请读者自行鉴别，本头条号不承担任何责任。
