长沙加固设计问题探讨

        一、加固改造项目程序问题及复杂性

        1、责任问题：

       1）设计单位的责任：

         很容易理解，设计终身负责制。根据现行的设计单位行业管理办法规定，原则上变更设计---加固设计必须由原设计单位来进行，或者是经过原设计单位同意，才能由其它单位进行设计。目前的老桥加固设计要执行这些程序往往没法实现，这样就加大了新设计单位的责任，一旦承担加固设计，其后续的工程设计缺陷责任要由新的设计承担。

       因此选择设计单位是非常慎重的，它要有能力承担责任或完成精细准确的设计工作。

       2）建设单位的责任：

       建设单位对工程项目的程序及中间环节的控制管理负有直接责任，因此工程项目管理的程序控制非常重要。桥梁检测是加固工程中非常重要的一个环节，有时建设单位为了省钱，将检测工作强压给设计单位去完成，省去了检测的重要环节，造  成了工程费用的浪费或加固效果的不到位，得不偿失。而建设单位要为此承担很大 责任。针对极个别项目，建设单位经费确实非常紧张，小型项目，勉强可以采取这种方式， 不得已而为之，但设计单位的勘察调查工作要非常细致全面。检测单位要慎重选择，检测成果是加固设计基础的基础。施工单位的选择，很好理解，是工程质量问题，是加固工程好坏的最终体现。

         2、加固设计的复杂性

          1）基础资料的收集 

        老桥图纸的查找，年代久远，比较困难。但是即使困难，也要想方设法的寻找。我院这些年承担的上百座桥梁加固设计任务，绝大部分是找到图纸的，投入的精力很大。有些设计单位，老桥图纸建设单位不能提供，做出了简单的将老桥拆除的结论。极个别的没有图纸的，我们是通过现场测量老桥的所有细部结构尺寸，走访调查原施工单位等方式来解决。

           2）加固设计

            首先是方案的选择，根据检测报告、原图纸、现场踏勘等方式，了解掌握桥梁的主要病害，进行详细的结构计算。结构计算是加固设计中最为复杂的技术问题，结构模型的建立，材料指标的折减，计算阶段的划分等，具有较高的技术含量。新的加固设计规范只对极限状态阶段进行验算，而使用阶段的裂缝控制验算还没有。由于交通部行业规范标准制定的滞后，相关高等学校、研究院所对加固计算的理论试验研究较少，缺少理论试验的支撑。计算分析要靠设计人员的经验和结构力学基础知识进行展开，要求较高。

         综合分析病害产生的原因，对症下药，确定加固方案。通过方案审查，然后进行细部的施工图设计。

         3） 后续服务

        加固设计由于其局限性，老桥内部的未知的病害较多。开始加固施工后，会发现许多新的病害问题，要及时解决。加固设计应该是动态设计，变更量较大，设计的后续服务工作量较大。  

         二、加固设计的可行性

          一般来说，对于使用等级不高的桥梁，绝大部分都是可以加固的，通过增大截面法、粘贴钢板钢筋及纤维材料，可以使桥梁的承载力和耐久性的得以提高，使用寿命延长。但是对于：

        1）有先天性缺陷的，设计缺陷和施工质量缺陷

         2）外观病害非常严重的，如梁桥产生较大的裂缝，拱桥产生很大的拱脚位移等。建议拆除重建。是否加固不能简单地套用检测标准，对于检测结论四类五类的桥梁也不一定需要拆除，要经过综合分析确定，有的只需要进行简单的维修养护处理也能解决。一、二、三类桥有的也需要加固改造。

         加固方案和新建方案的选择：

         从经济性来讲应该首先选择采用加固方案，两者造价差异较大，即新建方案要比加固方案要大出很多，新建桥梁还要满足相关水利航道新的规划要求，考虑这些因素造价会增加更大。

         三、荷载等级提高问题及耐久性

         1、荷载标准的提高

         原桥梁通用规范规定荷载标准：分4级 汽-10  15  20 超20  新桥梁通用规范规定荷载标准：分2级 公路—I  公路—II级国内有些学者认为，加固设计只能维持原桥梁的荷载标准，加固后不能提高。荷载标准只是每个桥梁结构在使用过程中所受荷载大小的控制值，通过加大结构截面几何尺寸和粘贴钢材及纤维材料来提高结构的强度和刚度等指标，是完全可以做到的。

         2、加固后耐久性的认识

         新的桥梁通用规范规定 公路桥涵结构的设计基准期是100年；国内目前设计绝大部分桥梁都很难做到，只是国内某些特大型桥梁某些关键部位要求做到100年的寿命。现在我们设计的主导原则是对于主要承重构件力争做到，设计安全储备提高，进行耐久性专项设计，如采用高性能混凝土、不锈钢筋，相应增加的工程投资巨大，相对提高桥梁的使用寿命。加固后混凝土结构的使用寿命预测很复杂，理论上有以下几种方法：

         1）按混凝土碳化寿命准则预测以混凝土碳化后，钢筋开始锈蚀的时间为寿命终点；

          2）按钢筋锈涨开裂寿命准则预测是以混凝土表面出现顺钢筋方向的锈涨缝时间为寿命终点；

          3）按裂缝宽度和钢筋腐蚀量限值，预测结构寿命；混凝土保护层锈涨开裂后，钢筋腐蚀速度加大，裂缝将进一步扩展，通过试验的近似公式计算钢筋腐蚀量限值来计算寿命；

          4）按承载能力寿命准则预测

          考虑钢筋锈蚀等原因，以构件的承载能力降低到某一界限值得时间为结构寿命。这些都是一些定值分析方法，通过某些近似公式计算出近似值，不准，更好的方法是采用概率分析方法，将以上的因素及环境湿度、混凝土密实度、孔隙率、有害介质含量等作为随机变量，非常复杂，工作量巨大。美国规范AASHTO  LRFD中提到：

         估计桥梁的剩余服役不是科学的，这是因为桥梁的剩余服役期取决于很多因素，例如桥龄、结构条件、设计时采用的规范以及目前和未来的车流量。然而，为了确定桥梁的剩余服役期和随后的桥梁加固分类，规范中假定新建桥梁的服役期为75年，根据桥龄和剩余服役年限，将桥梁服役期分为3类。对于大跨径桥梁的服役期远大于75年，这个除外。

       根据以上综合分析，桥梁加固后能让桥梁结构的使用寿命延长10~20年，在投资额不大的情况下，是应该可以接受的。