随着社会、经济及文化的不断发展，交通系统的不断升级，作为道路交通系统中举足轻重的环节，桥梁得到前所未有的快速发展。由于早期受材料、设计、施工水平限制，加之材料自然老化、荷载变化导致的超载超限，导致诸多桥梁结构正常功能不足，承载能力不够，加之这些桥梁需要对其功能的提升，通过简单经济的加固措施改善其正常使用性能及增加承载能力，延长其使用寿命是桥梁研究应用的必然要求。

一般的传统加固

在国内外桥梁加固的方法当中，我们通常对上部结构进行加固处理的情况比较多，效果也比较好，工程中的应用也很广泛，总结提高桥梁结构上部承载能力的常用方式主要有以下几种，针对其适用范围、加固的原理以及其优缺点进行比较，如表1所示：

表1 几种常用加固方法理论及应用比较

方法原理适用方法优点缺点

体外预应力加固法以梁为锚固体，通过张拉钢筋改善结构受力，提高梁的承载力，改善其耐久性。主要用于梁式桥，适用于裂缝超过规范规定、受弯或受剪承载力不足的情况。大幅度提升桥梁承载力，对原结构损伤较小，便于施工、投资少。防腐保护困难，易受环境影响;不能充分发挥体外索强度高的优点，对锚具及夹片的要求很高。

增大截面法加大钢筋混凝土截面，与桥梁原有结构形成整体，来增大整体刚度和承载力。适用于梁(板)及拱桥拱肋的加固。施工简便，加固效果明显。此法会增加上部结构恒载，原有结构及基础受力改变。工作量大、养护周期长，需中断交通。

粘贴钢板法以钢板代替增设补强钢筋，提高桥梁的承载能力，改善结构的工作性能。适用于一般受力类型(受弯、受拉或受压)的钢筋混凝土结构。不损坏原结构，施工简单、工期短、易于控制、对体内钢筋保护、经济等。加固的有效性取决于粘结剂的质量，恒载增加大，对表面平整清洁度有要求。

改变结构体系法通过对旧桥增设附属构件或技术改造来改变其受力体系和构件的受力状况。适用于一般简支梁体系的结构承载力不足，需变简直体系为连续梁体系等情况。改善结构的受力状况，明显提高其承载能力。考虑地基条件，进行严格验算。

增加辅助构件 加固法增加主梁或横梁，减小其内应力，提高承载力。适用于地基良好且没有足够承载能力的桥梁。减小每片梁承受的荷载，加强横向联系，改善结构受力。此法对下部结构的承载力、安全性要求满足条件。

黏贴碳纤维加固法将纤维粘贴于混凝土结构受拉表面，与原结构形成新的受力整体共同承受荷载，降低钢筋应力。可用于不同受力状态的钢筋混凝土结构(抗弯、抗剪、抗压等)，多种桥梁结构的加固补强。抗拉强度高；抗腐蚀性好，保护钢筋；重量轻；抗疲劳性好；热膨胀系数低；对结构外形适应性好；施工方便。材料单价相对较高；碳纤维缺乏延性是结构受力应力重分布，需考虑其脆性特点。

由上表可知，各个加固方法均有优缺点，在实际的工程中需要有针对性的进行优化分析以获得性价比较高的加固方案。例如体外预应力加固方法只适用于梁式桥，对锚具及夹片的要求较高；增大截面法需要中断交通，且养护时间长，不适合于交通量大的干道桥梁加固；钢板加固一般只适用于一般受力类型的钢筋混凝土结构，且易受锈蚀，耐久性不好；改变结构体系法只适用于一般简支体系梁桥，对地基的要求较高；增加辅助构件的加固方法对下部结构的承载力和安全性要求较高；黏贴碳纤维加固方法的耐久性效果不佳，需要考虑其脆性特点。

创新性的HTRCS快速加固

为解决以上加固方法中存在的耐久性差、养护时间长、中断交通、施工环境条件要求严格等不足，西南交通大学联合四川交大工程检测咨询有限公司、浙江宁波甬台温高速公路有限公司、中交三公局桥梁隧道工程有限公司经过长期的理论研究、性能试验、实际工程项目验证，推出了HTRCS快速加固方法。该加固工强度、耐久性等方面都有较大的提高，且具有加固过程中不需要中断交通、养护时间短、对原有结构无影响等特点，并适用于梁桥、拱桥等各型结构形式的桥梁加固。

HTRCS是一种以超强高韧性树脂混凝土为基材，内置高强钢丝网复合化(High Toughness Resin Concrete Steel Mesh，简称HTRCS)，针对混凝土桥梁相关病害及承载力降低而提出的一种快速、可靠的新型加固方法。该加固工艺已经过大量的实验室试验数据验证，并在多个实际工程中进行了应用。该加固工艺具有施工方便、对结构承载能力和结构刚度提高明显、后期管养费用低等优点。

(1)应用创新

主要创新点一：研发了超强高韧性树脂混凝土钢丝网新型复合材料，从基材的强度、弹性模量、流动性、用量及经济性等综合评估，确定加固基材的三组份的最佳配合比。

图2 加固基材最佳配合比的试验过程及结果

主要创新点二：提出了高强钢(铁)丝网对树脂混凝土基材进行增韧的方法，并得到合理的布置方式及配筋率。

图3 对加固基材进行增韧的试验研究过程及结果

主要创新点三：建立了采用超强高韧性树脂钢丝网混凝土加固方法的理论计算方法：

◆建立了单片梁抗弯承载能力实用计算方法，运用条带法及参考规范进行修正的裂缝折减方法进行承载能力计算，提出此加固方法的实用计算方法；

◆简化计算模型，提出了修正的刚接板法及修正的G-M法计算其荷载的横向分布，此加固方法有效地增强了板间协调受力能力，达到了其它加固方法无法达到的加固效果。

图4 HTRCS加固方法的理论计算方法研究

(2)快速加固施工程序

◆先将梁板底部空洞、破损、松散的混凝土凿除，再用钢丝刷刷除表面松散的混凝土。

◆梁板底面采用磨光机打磨，清除表面的杂质，确保梁板无油污杂质等。对梁板底部全部凿毛，凿毛采用人工，不能使用大型机具，凿毛深度约5㎜左右，凿毛完成后采用毛巾擦干净表面的灰尘。

◆模板安装，在梁底置入膨胀螺栓，形成模板支护框架。

◆布设钢丝网片，设置相应定位垫块保证钢丝网片在模板中的位置。

◆封闭模板，模板间接缝处采用宽胶带封闭，以免施工时HTRCS材料流出，在模版上预留排气孔。

◆施工时在梁体底面设置灌注口，灌注口按1~2米间距进行设置。

◆灌注超强高韧性HTRCS混凝土(底板及单点病害应一次成型)。

◆固化后拆除模板，一般在浇注后24~48小时后。

◆梁体及HTRCS表面涂装。

◆拆除施工挂架。

图5 HTRCS快速加固施工程序

(3)工艺技术特点

◆不间断或者少间断通车(加固工艺简单，不需要间断封闭交通，加固后一天即可承载);

◆适用面广(HTRCS可广泛适用于由于各种原因造成的梁板底缘错台，凹凸不平等结构);

◆施工质量易保证(与粘钢法、CFRP材料相比，即使被加固的结构表面不是非常平整也可以达到较强粘贴率和粘结强度);

◆不需要损伤原有结构(只需要将被加固梁体简单除尘即可满足较强的粘结整体性);

◆耐腐蚀性和耐久性(用HTRCS加固修补混凝土结构有良好的耐腐蚀性和耐久性，弥补了其他加固方法在该方面的缺陷。如：CFRP材料本身及胶体的耐腐蚀性和耐久性较差；粘钢法所需要的定期防锈维护，节省人力物力);

◆施工便捷、工效高、不必大型施工机；HTRCS加固法对梁体在正常使用荷载水平上可以提高单片梁体刚度及强度，可以封闭及控制裂缝发展，可以大幅度提高单片梁体承载能力水平，可以改善桥跨整体受力性能。

◆可重复加固(在现有已加固桥梁上进行二次或多次加固)。

成果及业绩

2019年西南交大主导参与的科研项目“超强高韧性树脂混凝土钢丝网复合材料在桥梁加固工程中的应用研究”从近700个申报项目中脱颖而出，喜获“2019年度中国交通运输协会科学技术奖”一等奖。

图1 获奖奖杯及证书

此次获奖项目“超强高韧性树脂混凝土钢丝网复合材料在桥梁加固工程中的应用研究”是西南交通大学、交大检测经过多年产学研沉淀的成果，该加固材料及加固方法已得到理论和实践的充分验证，目前已通过了四川省和浙江省科学技术信息研究所的科技查新和科技成果评价(评价结果为国际领先水平)，目前发表论文19篇，取得2项发明专利(1项在审)，4项实用新型专利，1项软件著作权，得到国家自然基金、国家重点研发计划、省科技厅项目等多个项目支持，获得中国公路建设行业协会 “公路工程科技创新成果二等奖”，并成功应用于十余座桥梁加固工程，工程案例表明采用该方法加固后不仅实现了低交通/不中断交通加固，桥跨结构整体刚度有较大提高，并有效抑制了桥跨结构裂缝的增长，对未来桥梁加固维修起到巨大推动作用。

成果应用

项目成果得到广泛应用。目前已成功运用于省内外数十座桥梁的加固维修中，见表2。

实际工程应用效果证明该项目加固方式确保了桥梁的结构安全，社会效益和经济效益显著，典型项目如下：

(1)四川广元嘉陵江特大桥处于高速公路上，不适宜采用阻断交通的方法进行封道施工。HTRCS加固方法避免了大型机械作业，仅需在桥下进行作业，且对桥面荷载无太大限制要求，能够保证交通的正常运行，不会阻断交通干道。此外该加固方法的加固材料具有快凝、流动性高等优点，很好地满足了快速施工的要求，极好地实现了实际工程快速加固的目的。

图7 四川广元嘉陵江火烧桥加固

(2)四川成都青龙场立交桥加固工程，使用四种不同加固方式，结果表明HTRCS加固方法优于其他三种加固方式。

图8 四川成都青龙场立交桥加固工程

(3)成都至绵阳复线高速公路双凤村小桥病害整治工程的施工现场可以看到完全实现了不间断交通加固。

图9 成都至绵阳复线高速公路双凤村小桥病害整治工程

(4)成灌高速公路观音桥病害整治工程主要针对桥梁单板下挠病害进行整治，工程质量符合设计要求和规范要求，外观质量较好。

图10成灌高速公路观音桥加固

知识产权

HTRCS快速加固项目取得的知识产权有：

(1)一种高强度环氧-铁丝网构筑物块体加固工艺(ZL 2014 1 0801877.0);

(2)用于精准固定施工模板的紧固螺栓及其使用方法(在审);

(3)简支预应力板梁树脂基材钢丝网复合体(ZL 2015 2 0646922.X);

(4)用于超强高韧性树脂混凝土桥梁快速加固的施工装置(ZL 2017 2 1130160.3);

(5)适用于超强高韧性树脂混凝土的T梁加固装置(ZL 2017 2 1274880.7);

(6)一种用于桥梁加固的泵送混凝土注浆模板(ZL 2017 2 1620166.9);

(7)超强高韧性混凝土桥梁快速加固设计软件(2017SR519644)。

图11快速加固知识产权

科研项目

HTRCS快速加固项目已成功获批5项科研项目，其中1 个国家自然科学基金项目，1 个国家重点研发项目，2个四川省科技厅项目，1个成都市科技局项目。

(1)超强高韧性树脂钢丝网混凝土及预应力简支梁桥加固理论研究(编号：51108382)

(2)低交通影响下既有城市桥梁快速维修加固关键技术和应急装置(编号：2017YFC0806007)

(3)土木工程检测鉴定科技服务示范项目(编号：2017GFW0142)

(4)一种不间断交通的新型桥梁快速加固方法与关键技术研究(编号： 2018SZ0352)

(5)超强高韧性树脂钢丝网混凝土及在预应力板梁桥加固设计中的研究(编号：2016-HM01-00385-SF)

图12科研项目任务书

通过HTRCS科研团队多年来的科研攻关及施工实际应用，目前该项技术已经成熟，且服务范围已经面向全国，社会效益显著，有力支撑了公路桥梁行业的学科建设、人才培养、科技进步和技术创新。未来，加固团队将继续坚持产学研的创新模式，坚持核心技术科技创新为先，融合行业应用先行，进一步推动我国交通运输行业的良性发展。

HTRCS科研团队简介

桥梁快速加固研究团队是以西南交通大学蒲黔辉教授为带头人，杨永清教授、勾红叶教授、李晓斌、严猛、余取等为核心成员的研发团队，研发力量投入充足。该团队依托“陆地交通地质灾害防治技术国家工程实验室”、“西南交通大学结构工程试验中心”，在桥梁智能检测及养护维修加固、桥梁动力学行为及安全评定等领域取得了许多创新性的研究成果。

团队以“理论研究-关键技术-装备研制-平台研发”为主线，针对桥梁检测环境恶劣、时效性强、荷载环境变化快等特点，自主研发了智能化快速检测及评估平台，可以有效快速评价桥梁服役安全性能;针对桥梁常见病害及损伤，提出了不中断交通桥梁结构快速加固成套技术；针对我国自然灾害频发等特点，研发了桥墩防护、边坡防护、柔性棚洞等实用产品，可以有效减少结构损害;针对高速铁路桥梁服役安全，研发了具有工程实用性的高速铁路桥上行车安全智能化评价系统和高速铁路沿线自然灾害监测大数据分析平台。

以上成果目前已应用于港珠澳长江大桥、苏通长江大桥、鄂东长江大桥、浙江舟山群岛链西堠门大桥、青藏铁路拉萨河大桥、重庆长江二桥、涪陵长江大桥、南京长江二桥、南京长江三桥、京沪高铁南京大胜关长江大桥、沪通铁路长江大桥、连镇铁路五峰山长江大桥、宁波铁路枢纽北环线甬江特大桥等国内多座著名桥梁上。

团队主要成员简介

蒲黔辉，教授，博士生导师，院长

长期从事桥梁结构行为、智能检测、大数据方法在桥梁工程中的应用等方面研究。近五年来，负责/参加完成“城市典型交通基础设施运维安全关键技术研究”等10余项国家重点研发计划项目、国家科技支撑项目、国家自然科学基金项目、省科技厅项目等。

发表国内外学术论文200余篇，出版专著1部，授权发明专利20余项，参编《城市轨道交通桥梁设计规范》等国家标准2部。获国家科技进步奖2项、省科技进步奖3项、中国交通运输协会科学技术奖一等奖1项，宏宇优秀教师奖，陆氏青年教师奖等。担任中国土木工程学会理事、中国灾害防治协会理事、四川省建设工程质量安全与监理协会鉴定分会主任、四川省桥梁专委会副主任等。

夏招广，硕士生导师，高级工程师，现任总经理

致力于桥梁结构评估及快速加固技术研究，近几年主持或参加青年科学基金项目、铁道部科技计划项目、四川省科技厅等部省项目多项，获外观设计1项，实用新型3项，软件著作权2项，荣获中国交通运输协会科技进步一等奖1项、公路工程科技创新成果二等奖1项。

杨永清，教授，博士生导师，结构工程试验中心主任

负责公司总体技术质量，致力于预应力混凝土桥梁结构和钢管混凝土桥梁结构研究。近几年主持完成的交通部西部科技项目山区大跨径钢筋混凝土箱型拱桥的设计及施工技术研究，高速铁路特殊桥梁新结构钢管混凝土收缩徐变试验研究等部省项目多项，发表科研论文60余篇，参编教材专著2本、译著1本。获铁道部科技进步一等奖、中国交通运输协会科学技术奖一等奖、四川省科技进步二等奖等。

伍星，工学硕士，高级工程师，现任副总经理

主要负责研发项目总体协调，近几年主持/参与多项四川省科技厅项目，荣获中国交通运输协会科技进步一等奖1项。

李晓斌，工学博士，高级工程师，硕士生导师，现任副总经理

长期从事桥梁结构评估及快速加固技术、健康监测、桥梁荷载试验以及产品研发工作。近年来负责/参与十余项铁道部科研项目、交通部科研项目以及重大工程项目，发表论文20余篇，授权发明专利、软件著作权4项，参编《轨道交通结构检测监测技术规范》1部，获中国交通运输协会科技进步一等奖1项。

严猛，工学博士，高级工程师

长期从事桥梁结构评估及快速加固技术、健康监测、桥梁荷载试验以及产品研发工作。近年来负责/参与数项国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、四川省科技厅科研项目等，发表论文10余篇，授权发明专利、软件著作权5项，获中国交通运输协会科技进步一等奖1项，获中国公路建设行业协会颁发的公路工程科技创新成果二等奖1项。

田志勇，工学博士，高级工程师，现任副总经理

主要负责研发项目设备和质量等，近年来负责/参与多项铁道部科研项目、四川省科技厅科研项目、成都市科研项目，发表论文近10篇。

高玉峰，工学博士，高级工程师

近年来负责/参与多项国家重点研发计划项目、铁道部科研项目、国家自然科学基金项目、四川省科技厅科研项目。主持及参与了大量有难度的课题和大型桥梁的现场监测技术服务工作，作为现场技术负责人完成或开展了60余项大型桥梁工程结构的施工监测及过程控制技术服务工作。发表核心期刊论文近20篇，申请发明专利2项、实用新型专利2项、外观专利2项、软件著作权3项。

余取，工学博士(在读)

研究生以及博士在读期间一直致力于桥梁快速加固技术研究。近年来，参与了多项国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、四川省科技厅科研项目等，参编《轨道交通结构检测监测技术规范》1部，发表国内外高水平学术论文10余篇，授权发明专利、软件著作权5项，获中国交通运输协会科技进步一等奖1项。

团队联系方式

邮箱：511324910@qq.com 或 yanmeng@jdjc.cn

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联系人：严老师