重载铁路桥梁加固方法研究

孟祥宝

孟祥宝

大秦铁路股份有限公司秦皇岛西工务段河北066012

摘要：随着世界经济的发展，对自然资源的需求量越来越大，重载铁路作为货运方式的一种，由于其运量大，成本低等优点，受到了越来越多国家的青睐。随着客运列车的提速、重载铁路的提载以及外界环境的侵烛，病害桥梁己经无法保证列车的行车安全。因此对旧桥的加固改造必将成为以后桥梁发展的一个重要方向。

关键词：重载铁路；铁路桥梁；加固方法

从重载铁路运输的发展趋势上来看，大轴重、高运量，是重载铁路运输发展的必然要求。重载铁路在运输比如煤炭、矿石之类的大宗货物上相比普通铁路具有明显的优越性，是一种低成本高效率的运输方式，其规模化的运输方式和集约化的管理模式代表着现代货运铁路的发展方向。然而重载铁路由于长期的运营使用，相当一部分重载铁路桥梁需要进行加固，以维持重载铁路的正常运行。本文主要就重载铁路桥梁加固方法进行了论述。

一、常用的铁路桥梁加固技术研究现状

对于既有重载线路，如果想要通过提高轴重的方式提高铁路的运量，就必须考虑到设计荷载是否能够满足运营荷载的问题。此外，由于长期运营的原因，相当多的铁路桥梁出现了不同情形的病害情况，比如支座沉降、支座倾斜、混凝土碳化、预应力损失导致的预应力度不足等问题，同样威胁着安全行车，对于此类桥梁的强化改造也很有必要。从目前国内的统计来看，我国现营铁路桥出现病害的数量超过，随着火车提速、提载，病害桥梁严重威胁了铁路正常运营，但是如果拆除重建，会大大影响线路的通行，阻碍交通，而且重建周期长，耗费大量人力财力，无论从经济角度还是正常的交通运营来看，“拆旧盖新”都是不可取的。而对病害、提载桥梁进行加固则可以避免这些问题的发生。从费用上来说，旧桥的加固改造费用不足建新桥的三分之一，而且加固旧桥对交通的影响很小，可以边施工边运营，或者短暂中断运营。因此，针对铁路桥梁因病害或者提载而带来的无法正常运营的问题，提出行之有效的强化改造方案是很有必要的。

二、常见加固方法研究

（一）增大截面法

增大截面法常用于梁式桥梁和拱式桥梁的加固，因为原设计荷载不能满足现交通需求而导致承载能力不足，可通过增加受力钢筋主筋截面、加大主梁混凝土截面、加厚原桥面板和喷锚等四种方法提高桥梁的抗弯、抗剪承载力和竖向刚度。对于因刚度不足而需要加固的桥梁来说，通过增大截面高度来增加刚度的方法是十分有效的，从材料力学知识可知，对于矩形截面梁，其抗弯刚度和截面刚度的三次方成正比。采用增大截面加固法有以下几个优点：①施工简便易行。增大截面法施工不需要过多的大型、特种机械的投入，施工方法也相对简便；②加固效果可靠、施工经验丰富。增大截面法属于传统的加固方法，可以用来借鉴的工程实例丰富，理论研究也比较透彻，加固设计相对可靠；③加固费用低廉。加固费用低廉是增大截面加固法的一大优势，由于不需要采用过多的大型设备、施工条件易于实现、加固材料廉价等，增大截面加固法的耗费较少。

（二）粘贴钢板加固法

粘贴钢板加固法是在混凝土构件表面用建筑结构胶粘贴钢板，使钢板与混凝土牢固地形成一体，共同承担荷载，以达到结构加固补强作用。由于钢材的弹性模量远高于混凝土材料，采用粘贴钢板加固法，可以在占用桥下净空很小的情况下较大的提高结构的承载能力。粘贴钢板法釆用的胶结材料通常是以环氧树脂为基料，再加入适量的固化剂、增韧剂、增塑剂配制而成的所谓“结构胶”。采用用粘贴钢板法加固桥梁，在国内外己经获得了广泛的应用，这种加固方法主要有如下的优点：①不需要破坏被加固的原有结构物。相比于很多需要进行植筋、对原结构进行大量处理的加固方式，粘贴钢板加固法几乎不会对原结构产生任何损伤；②加固工程几乎不增大原结构物的尺寸。相比于增大截面加固法，粘贴钢板加固法几乎不会对桥梁的净空产生影响；③施工工艺简单，速度快。粘贴钢板加固法由于施工工艺简单，工程进度快，利用运营间隙期即可完成施工，不会影响线路的正常运营；④加固效果可靠。随着结构胶技术的发展，可以有效的保证粘贴钢板与原结构之间的共同受力。

（三）粘纤维布法

从土木工程的发展历史上来看，新型材料的出现往往会带来结构体系的变革。碳纤维布作为一种新型材料的出现并且运用到土木工程领域内，碳纤维布具有自重轻、强度高、抗疲劳性、减震性和耐腐烛性等特点，使得其在土木工程领域广泛用于提高改善结构的承载能力。但是由于起弹性模量较小，变形大等特点，使得其具有一定的使用局限性。当对有净空要求的结构加固，纤维加固是首选之法，且纤维加固法施工工艺较其他加固方法简弟方便，无需大重型机械配合施工，经济效益高。

（四）改变结构体系法

不同的结构体系具有不同的受力特点，例如说在相同均布荷载作用下，同样的跨度的简支梁跨中弯矩远大于连续梁跨中弯組。基于这种思想，在原有结构上通过一系列改造，使得原有结构受力形式向标受力形式发展，减轻梁体薄弱环节的受力，起到加固的作用。改变结构体系的方法很多，加固效果较一般加固方法好，但是施工复杂，经济造价较高，对原结构影响较大。施工时往往需竖中断交通，去掉路面铺装层，施工完毕后增设的永久性设施会影响桥下净空。由于结构提示的改变，桥梁受力状况的改变，往往导致既有桥梁局部出现负弯炮，因此，还需要注意对原梁的受力分析和加固。

（五）增加辅助梁加固法

增设辅助钢梁法是一种曾加辅助构件的方法，利用梁之间的空隙或者在梁外侧增加辅助钢梁，并在桥墩（台）上设置新支座，采取一定的措施保证钢梁和原梁协调变形，共同承担新增活载。采用辅助梁加固的主要有如下优点：①加固结构受力明确、可靠；②新增钢梁可以充分的利用桥两侧的空间不会对桥下净空过多占用；③新增钢梁只需要进行吊装操作即可，不需要太多现场作业，施工速度快，可避开运营高峰期，不影响正常通车；④钢梁另设支座，仅在活载作用时才与主梁共同受力，对原结构几乎不造成任何损伤。

（六）体外预应力加固法

体外预应力是针对体内预应力而言的，即把预应力筋布置在主体结构之外。当体外预应力索应用于混凝土结构时就被称为体外预应力混凝土结构。体外预应力技术用于桥梁加固称为体外预应力加固。体外预应力索加固结构的实质，是以粗钢筋、钢绞线或高强钢丝等钢材作为施力工具，对桥梁上部结构施加体外预应力，以预加力产生的反弯矩部分抵消外荷载产生的内力，从而达到改善旧桥使用性能并提高其极限承载能力的目的。体外预应力加固法作为主动加固方法，可以消除或减缓被加固结构的应力滞后现象，使后加部分和原结构较好地共同工作。预应力产生的等效弯矩可抵消部分外荷载弯矩，显著减小原结构的变形和裂缝宽度，并能提高原结构的承载能力，具有加固、卸载和改变结构内力的三重效果。用体外预应力索加固桥梁具有如下优点：①能够较大幅度地提高旧桥承载能力。加固后所能达到的荷载等级与原桥设计标准及安全储备有关；②体外预应力索加固技术所需设备简单，人力投入少，施工工期短，经济效益明显；③在加固过程中，可以实现不中断交通或短时限制交通；④基本不会对原结构的自重产生影响；⑤对原桥损伤较小，可以做到不影响桥下净空，且不增加路面高程。

参考文献：

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[2]徐礼华，许锋，黄乐.CFRP筋体外预应力加固T形截面混凝土梁短期挠度计算方法[J].工程力学，2015，01