4.3.1 维修加固
在很多发达国家，桥梁建设的重点已不在新建桥梁上，而是在旧桥的损伤修复方面。我国的交通建设也必将步入这一阶段，尽管目前已开展大量研究工作，提出了一系列技术手段来提高桥梁的承载力、抗震性、耐久性等性能，在减少交通干扰下桥梁维修加固技术、纤维复合材料加固技术、水下加固技术、预应力加固技术、桥梁耐久性维修技术等方面，都有一定程度的发展，新技术的研究和工程应用逐渐增多。但总体来看，仍存在较多不足，急待提高。从基础研究来看，目前对加固材料与旧桥结合界面上的受力机理、桥梁结构加固工程的耐久性、多种加固方式的组合与优化等问题的研究还有待进一步深入，理论研究落后于实际应用，对短期、静力性能研究居多，动力特性和长期性能等关键问题研究较少，难以适应工程需求。而工程应用中的探索，迫切需要基础研究的支持，以提高效率、降低成本。从技术手段来看，常规机具设备已越来越难以适应复杂的桥梁维修加固要求，桥梁的水下加固、关键部位更换、功能性损伤修复仍是维修加固研究的难点，符合桥梁损伤修复的新材料、新设备、新工艺亟待开发。从标准化水平来看，桥梁维修加固施工质量检验评价手段的缺乏已成为制约我国桥梁维修加固行业提高工作水平的瓶颈，相关规范标准明显不足。
4.3.1.1 混凝土梁体加固
随着服役时间的发展和外界环境的侵蚀，多数梁体往往会出现一些病害，主要包括裂缝变宽、有效预应力下降等。这些损伤可能会危及行车安全，甚至造成整个桥梁结构失效破坏，带来严重的经济损失。为了消除安全隐患，保证主梁运营安全，需要对受损梁体进行及时可靠的加固。另外，随着交通量的不断加大，原有桥梁难以满足交通需求，可能需要对桥梁进行扩宽或顶升等改造工作。
（1）梁桥的加固方案多样，且应用较为成熟。
梁桥的加固方法历经数十年的发展与应用，形成了增大截面法、粘贴加固法、体外预应力法、改变结构体系法等四类主要方法（见图4-34～图4-36）。
图4-34 增大截面法
图4-35 粘贴加固法
图4-36 体外预应力法
增大截面法主要指通过现浇、外包、喷射等手段加大梁体截面尺寸，也可采用增设主筋、加厚桥面板等措施，其主要加固原理是提高截面的抗弯刚度。粘贴加固法是将钢板、碳纤维板等粘贴于承载力不足的部位，使补强材料与原混凝土梁共同工作。这种方案加固性能好、加固周期短。混凝土梁的体外预应力加固措施是在梁腹板的两侧或下部设置预应力钢筋，通过转向块和锚固结构将预应力钢筋锚固于梁，二者共同受力工作，以减小原结构同等荷载下的截面弯矩。改变结构体系法主要包括简支梁变为连续梁和梁下增设支架等方法，使结构转化为内力较小的布置形式。
（2）方案的优化比选及综合应用成为当前研究热点内容。
在多方案可行的情况下，如何确定梁桥加固的最优方案成了当前学者研究的重点。加铺桥面铺装层法利用梁体截面的加高，增加桥梁的抗弯能力，同时改善桥梁横向传递载荷的能力，增强整体性，从而提高桥梁的承载能力。随着加铺铺装层的厚度增加，梁体下挠量减小，但加铺厚度增至5cm之后，对刚度的增加效果不再明显。粘贴钢板加固法在结构正常使用阶段作用小，粘贴钢板被动参与工作，虽然在一定程度上提高了梁的承载力，但也增加了自重，材料利用率不高，承载力储备较低，但其施工工艺简单、工期短。体外预应力加固法对原梁承载力提升比较明显，而且自重较小、材料利用率高，但会使原梁出现受压区偏大问题，使T形梁处于第二类截面。
综合应用粘贴加固法和体外预应力法能够解决体外预应力加固在承载能力极限状态下受压区高度偏大的问题，同时增强T形梁间的横向联系，安全储备也相对更高。综合应用加铺桥面铺装法和粘贴钢板法，在加固材料用量适宜的条件下，加固效果基本相当于两种单独加固方式的效果相叠加。
（3）新材料的应用为桥梁加固提供了更多选择。
泡沫轻质土具有自流性、高强性和快速凝结性，能够缩小施工面，达到对交通的干扰降低到最小范围和最短时间的目的，在普通干线公路的桥梁加固改造过程中应用效果较好，越来越被广大的工程从业人员认可。
在图4-37、图4-38所示桥梁的拓改加固中即采用了钢波纹管结合泡沫轻质土的建设方案，即老桥采用波纹管加固和加宽，波纹管与原桥之间采用C30微膨胀混凝土填充，桥梁台背、拱顶采用泡沫混合轻质土回填（见图4-39）。
图4-37 拱门通道加固
图4-38 简支梁桥加固拼宽
图4-39 泡沫轻质土加固方案
碳纤维板在体外预应力加固法中的应用日益增多，在加固后的运营期中预应力损失更小，其有效预应力的保持完全依靠夹锚碳纤维板锚具的夹锚能力，不依赖任何胶黏剂的黏结作用，无须考虑辅材老化，耐久性好。经验证明，采用专用夹具锚进行体外预应力碳纤维板技术加固梁桥的实用性、可靠性、耐久性和经济性优于采用钢绞线进行体外预应力技术加固，具有很好的推广价值。
另有学者对体外预应力加固法中的锚固块构件进行了深入研究，提出了高强耐候钢结构锚固块方案及UHPC锚固块方案，并验证了两种新材料的适用性。高强耐候钢结构锚固块可工厂制作，质量有保障，无须进行防腐处理，同时可在现场快速拼装施工，节省工期。UHPC锚固块尽管造价偏高，但具有优越的力学性能和耐久性，也是一种合理的体外预应力锚固块构造形式。
（4）梁体拼宽改造是提升桥梁运力的有效途径，高延性材料的应用优势初显。
在桥梁加宽与拼接改造中，最重要的是合理选择与原桥力学结构最为贴合的加宽方案，以及新桥与旧桥之间的接缝构造方案。根据桥梁结构特点，桥梁拓宽时，根据上部结构连接情况和下部结构连接情况，可分为以下三种方式：新旧桥上部结构和下部结构均不连接，新旧桥上部结构和下部结构均连接，以及新旧桥上部结构连接、下部结构不连接。这三种拼接方式各自的优缺点见表4-7。其中，第三种方式在高速公路桥梁的拓宽改造中最常用。
表4-7 桥梁拓宽方式的对比
近年来，为了解决拼接部位混凝土的开裂问题，一些新材料，如高延性纤维水泥基复合材料（ECC）和树脂砂浆聚合物（MMA）等被应用于桥梁拼接改造中。实践证明，在拼接部位采用抗拉性能高的材料，可有效增加桥面连续板延性，提高改造后结构的耐久性。
（5）基于液压顶升系统的桥梁整体顶升技术常用于提高桥下净空。
随着交通路网及航道的不断发展，不可避免地会下穿既有桥梁，当既有桥梁的桥下净空不满足要求时，就需要对其进行改造。相比于拆除重建，整体顶升技术在保持既有结构状态不变的前提下，利用液压千斤顶控制顶升高度，既满足了桥下净空的要求，又节约了施工成本、缩短了工期，大大减少了不必要的浪费。因此，整体顶升技术被广泛应用于桥梁改造中。国内部分桥梁整体顶升改造项目见表4-8。目前，在桥梁顶升改造中大都采用PLC系统。该系统由PLC液压整体同步控制系统（油泵、油缸等）、监测传感器、计算机控制系统等部分组成，在实际工程应用中效果良好。
表4-8 国内桥梁整体顶升实例
综上所述，梁的加固技术主要包括增大截面法、粘贴加固法、体外预应力法、改变结构体系法四类方法。它们各有优缺点，需要结合实际工程优化比选采用，多种方法的组合应用往往能够获得更好的加固效果。未来在梁体加固工程实践中，对于新材料和新工法的应用具有广阔前景。桥梁的改造技术主要包括扩宽改造及顶升改造，目前技术发展相对成熟，且实际工程应用较多。桥梁的改造技术保留了原有结构，并实现了新的功能要求，工程经济性好，具有显著的实用价值。
4.3.1.2 钢桥面板疲劳裂纹修补
正交异性钢桥面板作为现代桥梁工程重要的标志性创新成就，具有自重轻、承载力高、适用范围广等突出优点，已经成为大跨度桥梁的首选桥面板结构。但其面临的主要问题是易于产生疲劳裂纹。疲劳开裂严重影响了结构的使用性能、运营与服役质量，显著增加结构的全寿命周期成本，已成为阻碍桥梁工程性能设计和可持续发展的控制性难题。
（1）正交异性钢桥面板疲劳性能评估体系初具规模，但应用中仍待完善。
疲劳性能评估方法是正交异性钢桥面板疲劳问题研究的重要基础。经多年探索，正交异性钢桥面板疲劳性能评估涉及结构设计、疲劳荷载、面向疲劳性能评估的分析和计算、评估方法、材料和构造细节的疲劳性能指标、加工制造质量、疲劳试验等7个主要方面的评估流程（见图4-40）。近年来研究发现，正交异性钢桥面板各典型疲劳易损部位均存在多个疲劳破坏模式，而国内外学者根据构造细节类型及焊缝处的局部力学行为特性，建立了多种疲劳性能评估方法，如名义应力法、热点应力法、切口应力法、断裂力学法和损伤力学法等。
图4-40 正交异性钢桥面板的疲劳性能评估流程
（2）裂纹检测手段丰富，红外检测、机器视觉检测等技术发展迅速。
多年来，疲劳裂纹检测技术包括人工目检、磁粉检测、超声波检测等，已较为广泛地应用在实际的检测工作中。红外热成像技术是一门新兴的无损检测技术，在其基础上形成基于脉冲的红外热像法、基于超声的红外热像法、基于锁相的红外热像法，具有快捷简便、精准定位的特点，对缺陷区域较深、温度敏感、要求检测精度高的构件具有独特的优势。但在工程中应用于钢结构疲劳裂纹检测尚有三方面关键问题需要解决：超声激励能量与裂纹作用的生热机制、检测过程中的检测参数（材料参数、检测条件），以及红外热图的信号处理（缺陷裂纹的自动识别、定量化）。
基于图像表观的裂纹检测方法适用于钢箱梁内部操作，又易于捕获疲劳裂纹。其利用图像识别技术进行裂纹的自动识别与参数提取，目前开展的研究主要集中于基于图像处理的裂纹提取与分割、基于机器学习的裂纹识别、基于深度学习的裂纹识别三种。当前相关研究少，且处于初步探索阶段，距离工业界应用还有差距。
（3）疲劳裂纹维修和加固技术不断发展，冷加固技术应用前景广阔。
目前，国内外疲劳裂纹维修加固的思路和方法主要可分为以下3种：①改变裂纹尖端应力场分布；②通过裂纹所在位置的局部构造补强，抑制疲劳裂纹扩展；③增加结构的整体刚度，降低疲劳易损细节的应力幅。
前两种做法目前已被广泛采用。改变裂纹尖端应力场分布的主要做法是开止裂孔，其施工方便，但考虑周围母材存在初始缺陷，实际应用中易发生二次开裂，只能作为抑制疲劳裂纹拓展的临时方法。鉴于此，近年有学者提出对开孔周边施加螺栓预紧力或采用冷扩张技术的方法，改变开口周边母材应力分布，效果优良。
局部构造补强法是通过裂纹所在位置的局部构造补强，抑制疲劳裂纹扩展，如角撑板补强法、钢板补强法。近年来，还发展出碳纤维补强法，以避免钢板补强时，焊接引起二次开裂。其用碳纤维板代替补强钢板，粘贴于开裂板件上，不仅强度、刚度更高，而且加固后基本不增加原结构自重及尺寸，可有效减小疲劳裂纹尖端的循环应力幅值。
传统的裂纹焊合技术一般采用碳化气刨、风铲等将裂纹边缘加工出坡口直至裂纹尖端，再用焊缝缝合，可通过热焊或冷焊法。而近年新发展出的TIG重熔修复技术，利用钨极氩弧焊钨极与工件间产生的电弧热量，将焊趾重新熔化，达到清除缺陷的目的，并可形成过渡均匀的重熔区，改善局部应力集中问题，适用于焊趾裂纹修复。
气动冲击维修技术是目前较为新颖的修复方法，作为一种先进的冷加固技术，通过对裂纹开口表面进行高速冲击，使开口裂纹闭合，改变裂纹尖端应力场，降低裂纹尖端应力强度因子，设备便携，实施快速，可在不中断交通条件下实施，对原有结构损伤小，有显著修复效果，具有潜在竞争力，目前已在江阴长江公路大桥上应用。
综上所述，正交异性钢桥面板疲劳性能评估体系初具规模，以红外检测、机器视觉为代表的裂纹检测技术和以冷加固技术为代表的维修加固技术保障了钢桥面板的安全性能，但未来应继续深入疲劳机理研究，完善评估理论，为下一代正交异性钢桥面板设计、施工、加固和养护奠定基础。
4.3.1.3 耐疲劳型钢桥面铺装
随着钢箱梁广泛应用于长大跨桥梁，对其上的铺装层性能提出了更大挑战。早在1987年，德国就发现钢桥面铺装较之普通沥青路面存在表面应变大、耐疲劳性能差等缺陷，导致其疲劳寿命大大降低。如今，这在中国、日本、泰国、荷兰、英国等国家也并不鲜见。经过近年来各国学者不懈努力，主要取得了以下几方面的进展：
（1）钢桥面铺装疲劳的试验模型研究、理论分析方法取得长足进步。
目前，钢桥面铺装疲劳试验模型主要有小梁弯曲与劈裂疲劳试验模型、复合梁疲劳试验模型、直环道加速加载试验模型及试验桥试验模型四种。
其中，小梁弯曲与劈裂疲劳试验广泛运用于各种铺装材料与结构疲劳特性的研究，润杨长江大桥、南京长江四桥等均有开展相关试验。但小梁弯曲与劈裂疲劳试验因未考虑钢桥面板及黏结层在疲劳过程中的影响而存在明显缺陷。
直环道与试验桥试验模型可以很好地反映铺装层的实际工作状况，但由于两者试验可控性差、耗资多且周期长，在很大程度上限制了其大面积应用与推广，一般只作为室内试验的辅助手段。早期，在我国厦门海沧大桥、广东虎门大桥和重庆鹅公岩大桥建设期间，原长沙交通学院与交通部重庆公路科学研究所分别开展了多种不同铺装结构的加速加载疲劳试验。近年，华南理工大学依托港珠澳大桥铺装工程建立了加速加载疲劳试验。除早期英国River Severn Bridge试验桥、日本长浦地试验桥及瑞典滨海高岸大桥试验桥、我国冻青大桥及女姑口大桥等之外，试验桥方法现今已少见应用。
复合梁疲劳试验模型试验精度高、试验条件可控性好及易于室内开展，能较好反映铺装层真实工作环境。德国模型、东南大学模型等广泛应用于国内外钢桥面铺装结构的疲劳特性研究，均取得较好效果，如南京长江二桥、三桥、四桥，润扬大桥，广州珠江黄埔大桥，武汉阳逻长江大桥，北江大桥等。但多数研究并未建立疲劳方程，且几乎是基于层间完全连续、光滑的状态下进行的，其边界条件问题一直未得到很好的解决。
在疲劳研究方法上，近年来研究显示，形成了唯象学法、能量法、力学近似法三大类。
①唯象学法较为成熟，应用较多，但其采用室内试验与数理统计结合的方法，具有较强的经验性，对铺装层的疲劳损伤缺乏应力、应变及损伤场方面定量描述。
②能量法原理简单易懂，不受荷载控制模式的影响，可以研究间歇时间、波形等因素的影响。但计算复杂，需要大量试验数据，最重要的是无法排除其他非损伤能耗的影响。
③力学近似法包括损伤力学法和断裂力学法。损伤力学法将铺装层性能与模型参数相联系，能够明确铺装层损伤场、应力应变场，有助于铺装层的抗疲劳设计，但模型涉及参数较多，计算复杂。断裂力学法基于铺装层初始缺陷的真实情况，可以通过理论公式定量得到铺装层疲劳寿命，结果较为准确，但参量（应力强度因子、CTOD）易受温度等环境因素的影响。
（2）以浇筑式沥青混凝土为代表的柔性铺装性能大幅提高。
柔性材料在国内外的钢梁桥面铺装中占有很大比重，至今已发展出改性密级配沥青混凝土、环氧沥青混凝土、沥青玛蹄脂碎石混合料、浇注式沥青混凝土、高弹沥青混凝土和热压式沥青混凝土等铺装材料。其中，浇筑式沥青混凝土孔隙率接近零，防水性能突出，具有优良的抗老化、抗疲劳性能，是应用前景广阔的铺装形式。
浇注式沥青混凝土技术起源于德国。1956年，日本从德国引进相关技术规范并将其不断发展。至今，浇注式沥青混凝土桥面铺装技术在日本运用最为广泛。世界上主跨最长的悬索桥——日本明石海峡大桥桥面铺装采用的就是浇注式沥青混凝土铺装方案。我国从20世纪90年代开始引进浇注式沥青混凝土，最早应用于香港青马大桥和江阴长江大桥钢桥面铺装中，后续在重庆渝合高速公路隧道路面和上海东海大桥、重庆嘉华大桥等混凝土桥面上得到应用，最新更是应用在港珠澳大桥的建设中。
港珠澳大桥桥面铺装结构提出新型浇筑式沥青混合料GMA技术，具备MA和GA两种浇筑式沥青混合料的优势，以保证浇筑式沥青混合料性能稳定，同时生产效率有所提高。但是相关试验也指出，所采用的GMA10浇筑式沥青混合料高温性能较差，施工时需要专用设备，这在一定程度上限制了其在钢梁铺装层的应用。
（3）以钢—UHPC组合梁桥面板为代表的结构形式，成为解决两类典型问题的新办法。
尽管各国研究者从钢桥面板构造、焊接工艺、铺装材料及黏结层性能等多方面对钢桥面铺装体系进行了改良及优化，但铺装层疲劳开裂、车辙等病害仍有发生。从原理上分析，由于柔性铺装层模量低，难以有效降低层内应力及提高桥面系刚度，加之钢面板U形加劲肋效应，不能从根本上彻底解决铺装层疲劳开裂问题。
目前做法主要有两种：采用较厚钢板或用水泥基材料代替沥青铺装。而鉴于UHPC力学性能优良，且在全寿命经济性和耐久性方面极具优势，以钢—UHPC组合梁桥面板为代表的铺装形式逐渐应用于工程中。这也得力于国内外在UHPC的原材料、生产工艺、养护方式、力学性能、耐久性能、水化微观结构等进行的大量研究。未来超高性能混凝土—正交异性钢桥面板的组合桥面将是极具应用前景的裂纹预防及加固措施。
最新研究中，湖南大学提出一种闭口肋轻型组合桥面（见图4-41）。与传统正交异性桥面板相比，该新型组合桥面结构可明显提高桥面板刚度，降低局部车轮荷载作用下正交异性钢板中疲劳应力幅，能够有效解决钢桥面沥青混凝土铺装层易损和钢桥面板疲劳开裂两类典型问题，具有良好力学性能和耐久性。
图4-41 闭口肋轻型组合桥面
目前，这种组合结构形式已应用于武汉香港路立交桥、深圳红桂路钢桥、汉蔡高速红庙互通匝道、广东马房大桥、天津海河大桥、蒙华铁路洞庭湖大桥、武汉军山长江大桥等，在建的南京长江五桥也是采用了这种结构形式。不仅如此，在国外也有不少实例应用，如荷兰的Caland桥、Moerdijk桥、Hagenstein桥等，以及日本的Yokohama Bay桥、Shonanohashi桥等组合桥面结构形式（见图4-42）。
图4-42 国外组合桥面结构形式示意图
当前研究也发现，其裂缝宽度计算理论等问题亟待解决。与普通混凝土相比，裂缝处UHPC的残余抗拉强度可减小所需的传递长度而缩短了裂缝间距，进而有效限制裂缝的开裂和发展，致使配筋UHPC构件即使在钢纤维含量较低的条件下也能呈现应变硬化特性，伴随着多裂缝的开展。因而，直接将普通混凝土或普通钢纤维混凝土的裂缝宽度计算公式用于配筋UHPC结构会过于保守。近年来研究显示，影响组合结构裂缝发展的主要因素有配筋率、保护层厚度、栓钉间距和力臂等。所以在大量试验数据基础上，掌握裂纹发展特征，建立裂缝宽度计算公式，将是其推广应用的关键。
综上所述，钢桥面铺装的疲劳试验模型研究和理论分析方法取得长足进步，以浇筑式沥青混凝土为代表的柔性铺装性能大幅提高，但存在高温稳定性不足的问题。以钢—UHPC组合梁桥面板为代表的结构形式，可有效解决钢桥面沥青混凝土铺装层易损和钢桥面板疲劳开裂，但缺乏裂缝宽度计算理论。未来，革新设计理念和高性能材料，继续发展新型组合桥面板结构体系和新型构造细节，可为突破正交异性钢桥面板的痼疾提供综合解决方案。
4.3.1.4 拱肋加固
上述混凝土梁体加固中提到了传统方法，如体外预应力加固法、增大截面加固法、粘贴纤维复合材料加固法、粘钢加固法和改变结构受力体系加固法等。在此基础上，针对拱桥桥型，新的拱桥加固技术不断涌现。
（1）钢板—混凝土组合加固技术将增大截面法、粘钢法进行融合，使混凝土和钢板两种材料优势互补。
在钢板—混凝土组合加固技术中，原结构、新增混凝土和钢板形成共同的受力体。在承载力上，因为刚度的增强而大幅度提高，具有更强的抗震能力且施工便捷；在施工上，对原结构的表面平整程度要求低，提升了可实施性；在外观上，对桥下净空的占用较小。综上所述，该技术应用前景广阔。
钢板—混凝土组合结构构造（见图4-43）首先对原结构的混凝土表面进行植筋和对钢板焊接栓钉，后使原结构和钢板间形成闭合体，并对其中空位置进行混凝土浇筑，使其成为一个整体，共同参与受力。加固结构外缘钢板，不仅可以提高主梁刚度，也可抑制原结构裂缝开展，同时为受拉钢筋分摊部分拉应力。施工时可作为新浇筑混凝土的模板。钢板上的栓钉能抑制新浇筑混凝土和钢板之间的相对滑移。
图4-43 拱肋钢板—混凝土组合结构
（2）C-S-C（混凝土—石砌体—混凝土，Concrete-Stone-Concrete）复合增强法与传统增大截面加固法相似，通过增加主拱截面面积来增加承载力。
C-S-C复合增强对原石砌主拱两侧新增钢筋混凝土拱肋，通过在原石砌主拱的顶底面设置多道横向联系，使钢筋混凝土增强拱肋与原石砌主拱形成C-S-C复合结构，以显著提高主拱承载能力和改善结构延性，构造如图4-44所示。
图4-44 C-S-C复合增强加固断面构造示意图
钢筋混凝土拱肋作为加固的主要部件和原石砌主拱组成C-S-C复合截面，由于二者紧密结合协同工作，新增钢筋混凝土拱肋将承担部分外荷载而对原石砌主拱起到一定“卸载”作用从而间接地提高极限承载力。由于上下横联的对拉作用，外包钢筋混凝土对原石砌主拱起到良好的套箍作用，从而使原石砌主拱处于三向受压状态。植筋使加固后新增拱肋和原石砌主拱在荷载作用下能够协调变形，共同工作，保证了荷载作用下新增拱肋与原石砌主拱紧密结合，即二者在结合面处黏结可靠，不出现相对滑移。
（3）环向预应力钢绞线加固法可以使拱肋处于三向受压状态，从而显著提高拱桥承载力。
近年来，有学者提出环向预应力钢绞线加固RC拱肋的方法，环向预应力钢绞线能主动对RC拱肋施加预应力横向约束，使混凝土提前处于三向受压状态，横向膨胀受到约束，抑制新裂缝的出现和开展，闭合原有裂缝，显著提高RC拱肋承载与变形能力。同时，可以避免套箍及增加截面等被动加固技术中加固后拱肋受力存在明显的二次受力特征，原截面材料应力超前，而新增混凝土、钢筋等材料性能得不到充分发挥的问题。同时，钢绞线具有高强、不锈、运输施工方便等优点，可以避免碳纤维及粘钢等加固中因使用有机结构胶而引起的抗老化、耐高温、耐火性能差等问题。
（4）粘贴FRP作为拱桥加固的方法之一，国内外也进行了不断的创新与研究。
FRP材料作为一种纤维增强复合材料，包括芳纶纤维（AFRP）、碳纤维（CFRP）、玻璃纤维（GFRP）、玄武岩纤维（BFRP）等，具有不同的材料性能，可以实现不同的加固目的。但与此同时，这些材料也有一定的缺陷。例如CFRP的强度及弹性模量较高，抗变形能力强，耐高温也耐低温，抗疲劳强度较高，但材料呈脆性，具有导电性、导磁性，同时高温抗氧化性能差，抗折性能和抗冲击性能差，对于加固棱角鲜明的构件及作用有冲击荷载的构件不具有优势。
机械锚固纤维增强复合材料近年来成为一种有效的加固措施。这种方法使用更高承压能力的FRP材料，通过机械紧固件如铆钉、膨胀螺栓、混凝土栓钉、钢锚等，将FRP材料更好地紧固在钢筋混凝土结构表面，从而延缓或防止剥离破坏，提高极限荷载。
预应力FRP网格加固技术相较于传统的非预应力加固方式，可以有效提高构件的承载力，同时可以有效地抑制裂缝的开展。在等强加固的情况下，与预应力钢丝绳加固相比，其充分利用了FRP网格拥有双向网格筋的特点，网格与砂浆的黏结性能明显好于钢丝绳。
（5）双曲拱桥加固兼具文物保护及提升结构承载能力的双重需求，通过采用薄层混凝土增大拱肋截面、增强拱肋横系梁等措施大幅度提升结构承载力及耐久性。
双曲拱桥由于文物保护的特殊需求，其加固限制条件较多，最突出的矛盾是：既要维持原有结构体系与外观，又要大幅度提升结构的承载能力、使用功能与耐久性。针对这些矛盾和需求，在加固设计时采取了以下措施来达到提升双曲拱桥承载能力的目的：
①薄层自密实混凝土增大拱肋截面。
主拱圈加固采用拱肋外包混凝土增大截面，可以大幅提升结构承载能力，同时也可以提高拱肋的耐久性。因此该方案是主拱圈加固的优选方案。但若外包截面采用常规混凝土浇筑，根据《城市桥梁结构加固技术规程》，梁和受压构件的新浇筑混凝土层厚度不宜小于150mm，这将会带来外观改变的极大风险，对文物保护要求提出了新的挑战。以南京长江大桥为例（见图4-45），为了减少外观的变化，设计在满足新加截面钢筋最小保护层厚度的前提下，尽量减小加固截面尺寸。经反复论证，最终确定拱肋加固材料采用自密实混凝土，在原主拱圈尺寸基础上底面加厚10cm，中拱肋侧面各加厚7cm，边拱肋外侧不加，内侧加厚10cm。加固工艺采用自拱脚往拱顶分节段压注的方法。
图4-45 南京长江大桥拱肋加固
②横系梁增强措施。
南京长江大桥的拱板采用了填平式拱板，拱板在波顶位置尺寸最薄，因此部分拱板在施工及使用过程中产生了纵桥向裂缝。加上拱肋横向联系均为截面尺寸较小的小拉杆，导致横向各片拱肋协同受力状况较差。后期由于抗震需要，在每跨跨中及四分点做了大横梁加强。即使这样，拱顶由于活载传力路径最短，拱肋间的横向分布在跨中附近还是偏弱。综合考虑，对每跨跨中附近原6根小连杆进行截面增大。通过增强横系梁，可使横向各片拱肋受力更加均匀，主拱圈总体承载能力进一步提高，而截面外观改变也降至最小。
综上所述，拱桥的改造加固方法种类繁多，不一而足。随着新材料的出现，新的加固方法不断涌现，但归根结底，主要还是增大拱圈截面，增强拱肋、拱波之间的联系，加强横向联系，减轻拱上建筑的重量等基本方法及其衍生。相信在未来的工程应用中，新材料与传统技术相互融合，加固方法会不断发展进步，因地制宜地配合使用以适应不同加固环境的要求。
4.3.1.5 换索工程
拉索是斜拉桥中的可更换构件，及时更换受损拉索对保障在役斜拉桥的安全健康至关重要。根据调查数据显示，现有换索工程中，拉索的平均使用寿命还不到20年。近年来，又有一批斜拉桥陆续地进行了换索，如抚顺天湖大桥、湖北郧县汉江大桥、衡山湘江大桥、铜陵长江公路大桥等，也呈现出一些特点和趋势。
（1）换索工程的技术方案设计及施工工序逐渐成熟。
根据近年来的换索工程报道，基本上是以具体的桥梁为工程背景，提出针对性的施工技术方案。在方案设计中，多依靠有限元软件计算，保证施工过程中及换索后斜拉索、主梁、桥塔等结构的变形、应力及强度验算通过。现有换索工程可分为部分更换斜拉索和全部更换斜拉索两种，施工工序逐渐成熟，一般为旧索放张→旧索拆除→新索安装与张拉→索力调整。对称换索、优先损伤严重的斜拉索、优先长索等换索顺序的优先级考量逐渐成为工程界的共识，并已发展出同时更换多对索的技术方案。
（2）不中断交通条件下快速更换拉索成为换索工程发展趋势。
大多换索工程需要中断交通，但漫长的施工工期会带来局部地区的交通问题。不中断交通条件下实现快速换索是今后换索工程的发展趋势。相应地，构件及设备的标准化、在交通荷载下换索方案的合理设计及交通限制措施的选择等，都是亟待解决的问题。
重庆涪陵长江大桥建成后15年，斜拉索出现病害，对全桥斜拉索进行了快速更换。为解决快速施工重难点问题，采取以下技术方案：换索施工前凿除原桥面铺装，中断交通；基于无应力状态控制法优化换索顺序，同时更换多根斜拉索；采用自制大行程大吨位链条快速牵引装备等先进机械设备。最终，全桥换索工期仅为112天，基本实现索力零调整，成桥状态的结构安全、状态受控，斜拉索索力偏差最终控制在5%的范围内。由此可见，快速换索技术有望未来大范围普及。
最新研究也显示，在不中断交通条件下实现换索，对城市干道或高速公路等咽喉性交通枢纽有着重大意义。其技术关键在于行车效应的影响性分析，以确定交通组织设计中的车速限制条件。该研究中，以长沙湘江银盆岭大桥为背景，方案中采取半封闭交通施工，限速20km/h，施工中采取施工前公示、分流等，在施工中派专职交通员疏导和控制交通，保证在不中断交通条件下斜拉索更换施工的顺利进行。
由此可见，在应对交通拥堵问题方面，不中断交通实现快速换索应运而生，未来也必将有推广应用的前景。
（3）换索工程中尚存技术点有待深入研究，同时新规范正在编制中。
目前，更换拉索多依靠有限元软件计算和已有工程经验，仅可依靠《公路斜拉桥设计细则》《大跨度斜拉桥平行钢丝斜拉索》等标准的部分条文，尚未形成成熟的标准或规范体系。在换索工程中，多次采用的施工工序、换索顺序等是否可成为标准，仍有待深入考量。
另外，换索多依据等强度或无应力长度相等的原则。施工前，通常对斜拉桥的斜拉索索力及主梁线形等指标进行精准测量，在换索工程实施过程中，针对斜拉索索力、主梁线形实时监控，保证结构安全及施工可靠。这也导致换索的目标状态多与换索前结构状态（索力、主梁线形等）基本保持一致。
但是换索工程多发生在服役多年后的桥梁，考虑到材料随时间的劣化、设计荷载的增加等不利因素，除斜拉索外，结构其余构件也会存在损伤累积，与设计建桥时的索力值和结构内力状态不同，以换索前的桥梁状态为目标状态存在一定安全隐患。所以，换索方案如果仅是以新索代替旧索的简单做法，并不能对主梁线形、结构内力产生较大助益，因此有必要在现有换索理念基础上，进行索力的进一步合理优化，改善整体结构的内力状态，尽可能降低安全隐患发生的可能性。
更换下来的旧索往往除腐蚀损伤部位力学性能下降严重，其余完整部分仍具有一定的承载能力，如何重新利用，减少资源浪费，保证桥梁全寿命周期内的经济效益最大化也是工程界关注的重点。
20世纪以后建成的斜拉桥也将逐步经历换索，因此这些问题亟待深入研究与解决。目前，公路斜拉桥换索技术规程正在编制中，有望在不久后出台，为工程应用提供可靠指导。
综上所述，中断交通或部分中断交通的换索技术已经成形。完全不中断交通的快速换索成为发展趋势，需要对其相关的标准化工序及设备、行车效应影响等全面考虑。在快速换索基础上，优化结构受力状态，实现旧索再利用，将进一步推动斜拉桥的可持续发展。