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]-43页。
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％” [1]-51-52页。
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” [1]-43页。
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” [1]-68页
北京公科固桥梁技术有限公司副总经理李承昌以“新技术、新材料滥用”为题谈到“碳纤维布、不锈钢丝网功能被夸大”的问题时指出：碳纤维、不銹钢丝网虽然强度很高,但截面积很小,构件粘贴碳纤维布、不銹钢丝网时, 贴碳纤维布、不銹钢丝网折算为钢筋的面积并不大,…..增加的抗弯承载能力相对較小” [1]-54页
笔者理解李总是从弹性理论允许应力法角度分析这一问题的。众所周知,按弹性理论允许应力法计算桥梁加固构件分阶段受力概念清晰,其基本原理是[4]：一期荷载（构件自重及恒载）由原梁承担，截面应力（或应变）应根据按开裂截面计算的原梁换算截面几何特征值，由材料力学公式计算；二期荷载（活载）由加固后的组合截面承担，截面应力（或应变）应根据按开裂截面计算的加固后组合截面的换算截面几何特征值，由材料力学公式计算。***后，将对应的应力直接叠加，并控制其小于规定的容许值。计算结果表明, 按弹性理论允许应力法计算桥梁加固构件,通常是原梁钢筋应力控制设计,后加补强材的应力很小,一般情况下不控制设计。换句话说,后加高度补强材料(碳纤维布、不锈钢丝网等)的高抗拉性能根本无法充分发挥,对提高承载力的作用是有限的.
1.3 加深对桥梁加固构件分阶受力特点认识和理解是树立正确设计思想的前提[2]、[3]。
桥梁加固构件的设计必须考虑带载加固分阶受力特点，是桥梁加固设计与新建桥梁设计的******区别，加深对这一问题的认识和理解是树立正确设计思想的前提。只有了解“桥梁加固构件分阶受力引起的后加补强材应变(应力)滞后”的受力特点,才能理解“极积推广预应力主动加固设计思想” 的真实含义。
桥梁加固构件后加补强材料应变滞后是影响加固构件工作性能、制约后加补强材料利用效率和控制加固工程成本的瓶颈。解决后加补强材料应变（应力）滞后的根本途径是变被动加固为主动加固，对后加补强材料施加预应力，做成预应力加固体系,正截面抗弯加固要加预应力,斜截面抗剪加固更要加预应力。靠预应力的主动受力，从根本上解决后加补强材料的应变（应力）滞后，提高后加补强材料的利用效益，以***少的成本创造******的加固效果。由于预加力的作用改善了原梁的应力状态，可以提高原梁的承载力和抗裂性能。
1.4 研究开发桥梁加固设计与计算软件是落实““桥梁加固设计应考虑分阶段受力特点”设计原则的当务之急.
“桥梁加固构件的设计应考虑分阶段受力特点”是笔者和很多同行专家近几年反复宣传的基本观点[2]- [3] [4],是编制桥梁加固设计规范的基本原则[1]-54页,其力学概念清晰,特别是采用弾性理论允许应力法设计时是很容易理解的。这样一个简单的基本力学概念问题,为么在实际设计工作中迟迟不能推广落实？笔者百思不解。北京公科固桥技术有限公司总工程师王国亮在分析“加固设计质量不高”的原因时指出: “公路桥梁加固专用设计计算软件缺乏,桥梁加固的设计计算更为复杂,不但要根据桥梁现状,合理准硧地模拟出当前桥梁的受力状态,而且要兼顾新加结构、构件的应变滞后的计算,目前尚无专门的桥梁加固设计计算软件,设计单位只能使用新建桥梁设计软件进行计算,其中的连接、约束、顺序等需要人为干预或调整,难于做到快速、准确” [1]-57-58页。“目前尚无专门的桥梁加固设计计算软件,设计单位只能使用新建桥梁设计软件进行计算”点出了落实难的关鍵。因此, 研制开发考虑分阶段受力特点和结构损伤影响桥梁加固设计与计算软件是落实“桥梁加固设计应考虑分阶段受力特点”设计原则的当务之急。
2 桥梁加固误区之二---不分加固性质盲目乱贴碳纤维
前些年,粘贴高强纤维复合材料加固法在我国曾盛行一时,对粘贴高强纤维复合材料加固效果也存在两种完全不同的看法,有人说粘贴高强纤维复合材料加固 “将我国桥梁加固提高到一个新的台阶”，有人说是“把我国桥梁加固引入了盲目乱贴碳纤维的加固误区” ;有人把它吹捧为“医治百病的一贴灵”，有人把它贬低为 “一俊遮百丑的化装品”。这些看法虽有些偏激，但是如何科学的评价高强纤维复合材料加固的效果是无法回避的问题。
2.1 粘贴高强纤维复合材料加固效果分析[3]
(1)采用粘贴高强纤维复合材料对钢筋混凝土受弯构件进行加固,可有限地提高梁的抗弯和抗剪承载力。但是，必须再次特别强调指出，从作用原理上讲，采用在受拉区（或受剪薄弱区段）直接粘贴高强复合纤维加固的钢筋混凝土梁属被动加固范畴，极限状态下后加补强纤维的应力取决于原梁的配筋率。对于原梁高度较小，配筋率较大的情况，后加补强纤维的高抗拉性能根本无法发挥作用.。
以目前大量采用的直接粘贴碳纤维布（强度标准值为3350Mpa，弹性模量为2.2×105Mpa）加固的钢筋混凝土T形梁为例：对于原梁的配筋率为4.5%（混凝土相对受压区高度 ）的情况，加固设计以混凝土压应变达到极限值控制,极限状态下碳纤维的应力只有776.6Mpa，此值只相当于其抗拉强度标准值的23%。计算结果表明，采用直接粘结高强纤维复合材料的被动加固方案，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，“大马拉小车”是一种极大的浪费。特别是在倡导建设节约型社会的环境下，这种盲目的浪费是值得我们深思的。
(2)采用粘贴高强纤维复合材料加固，对结构的刚度提高不大。因此，对于以控制结构变形为主要的使用功能加固是不适宜的。
(3)后粘贴的高强纤维复合材料可以制约裂缝的发展，间接的提高了结构的抗裂能力。后粘贴的含有多层树脂胶和防护罩面胶的高强纤维层，可以提高混凝土的抗腐蚀和碳化能力。因此，对于以延长结构使用年限为主要目的耐久性加固，采用粘贴高强纤维复合材料加固还是有一定效果的。但是，应该指出:·因此，单纯为了提高耐久性的目的采用价格昂贵的碳纤维做粘结胶层的保护层的作法是不适宜的。
2.2采用缠绕粘贴高强复合纤维复合材料对轴向受压构件进行加固，加固效果显著，有着广泛的应用前景[3]。
缠绕粘贴高强复合纤维复合材料加固,从工作原理上讲属于约束加固,由于高强纤维复合材料层的约束作用，在纵向力的作用下，混凝土处于三向受压状态，可以较大幅度的提高结构的抗压承载力,增强结构的延性, 可明显的提高结构的抗震性能，广泛用于抗震加固。
笔者于2005年开展了缠绕芳纶纤维布短柱试验研究，並对遭受严重冻害的黑龙江省哈同公路蚂蚁河1号桥的墩柱,采用缠绕芳纶纤维布的方法进行加固补强，收到了明显的加固效果
2.3高强复合的应用研究
高强复合纤维预应力加固法是采用锚固、粘贴在梁体外部（或箱内）的高强复合纤维布条（或板条）对梁体施加预加力。这种加固体系目前尚处于试验研究阶段，其关键技术是解决适应于桥梁加固现场施工的预应力纤维布条（或板条）的张拉、锚固和张拉后纤维布条（或板条）与被加固梁体的可靠粘结问题。
笔者参与的深圳海川公司博士后课题《芳纶纤维（AFFP）加固技术》，研制开发了锚固芳纶纤维布条的平板式锚具，并修建了试验桥。湖南科技大学何利雄等[52]对用于碳纤维布条的楔型变波纹夹片式锚具进行试验研究,并用于预应力混凝土箱梁加固。湖南大学尚守平教授开展了碳纤维预应力加固试验研究，并在湖南省浏阳市金刚头桥加固工中应用，取得了较好地加固效果。
应该指出,高强纤维复合材料的出现是材料工业的一大进步，但是这高强材料在土木工程中的应用，特别是在加固工程中的合理应用还是一个值得商榷的问题。笔者认为分清加固性质，明确加固目的，在弄清加固作用机理的基础上，有针对性地合理应用这种新材料是桥梁加固工程应解决的现实问题。
3 桥梁加固误区之三----发现裂缝就封堵
中交路桥技术有限公司总工程师鲍卫刚在谈到“注意各加固方法的使用环境和条件”时,指出“目前有一种值得进一步商榷的现象,即混凝土结构一旦出现一些裂缝,不论其是结构性裂缝还是非结构性裂缝,就想方设法地优先考虑采用粘贴纤维复合材料方法将其封闭起来,实则留下了更大的安全隐患” [1]-36页。
“发现裂缝就封堵”，犹如庸医看病“发现体温升高就吃退烧药”。体温升高是反映身体疾病的重要特征,引起体温升高的原因是极其复杂的,如果不分清红皂白的“发现体温升高就吃退烧药”,不但治不好病,还可能误疹,严重时是会害死人的。裂缝是反映混凝土结构病害的晴雨表,引起裂缝原因是极其复杂的,如果不加分析研究，“发现裂缝就封堵”不仅达不到预期的效果，还可能潜藏着突发性事故的危险。笔者认为：处理裂缝首先要了解裂缝,只有对裂缝的性质和危害有较深地理解, 才能做“对症下药”, 有针对应地制定处理方案, 达到预期加固效果。
3.1混凝土结构裂缝类型和成因[4]
混凝土结构的裂缝是由材料内部的初始缺陷、微裂缝的扩展而引起的。引起裂缝的原因很多，可归纳为结构性裂缝（又称为荷载裂缝）非结构性裂缝（又称非荷载裂缝）两大类：
(1) 结构性裂缝