1、基于检测结果的桥梁承载能力评价及维修养处治技术,交通运输部公路科学研究院 北京公科固桥技术有限公司 2012年4月,汇报人: 李 健,公路桥梁承载能力检测评定与加固,概述 桥梁承载能力检测评定技术 桥梁维修加固常用技术 桥梁加固决策分析,概述,桥梁养护管理工作中的关键技术 国际桥梁界研究热点,桥梁养护检查去人为化技术状况评价去差异化养护管理与健康监测可靠度特殊检查隐蔽承载力评定（其他适应性评价）养护维修模式化、标准化加固改造小干扰、快速材质状况检测与耐久性评价规律检测仪器设备、加固维修材料自主研发,概述,管理不善（超载、挖沙、养护不及时） 先天不足（设计、施工、未考虑养护） 各种灾害（风、水、
2、火、撞、地震）,概述,建成初期各类桥梁均缺少可靠、便捷的养护通道,概述,检测单位与设计单位的责任心普遍还不高：多跨桥梁的检测，检陆不检水，检边不检中病害成因分析不准确共性与个性 结构与收缩裂缝 钢砼与预砼氯离子 空心板纵向裂缝 变截面箱梁裂缝成因处治措施不利空心板灌浆 单梁板受力 补强损伤 材料质量,概述 桥梁病害回顾,结构先天不足、超载、环境恶化,概述 桥梁病害回顾,空心板 小绞缝、先张工艺、气囊、大开口 13m钢筋混凝土、30m预应力混凝土T梁工型梁 桥面穿孔、横隔薄弱 桥墩沉降 剪力裂缝 沿钢束走向,现浇箱梁 支架沉降 联长过长，预应力损失过大 箱宽与箱室划分不合理 支座过多,概述 桥梁
3、病害回顾,大跨径箱梁腹板底板开裂 竖向预应力不重视 徐变、温度场、刚度（截面尺寸）的认知大跨径箱梁施工阶段的底板迸裂现象严重 配束不合理，径向拉裂 局部钢筋、防崩钢筋设置不够 施工单位的忽视,概述 桥梁病害回顾,双曲拱 拱上填料、桥面 拱波 拱轴线刚架拱 大小节点 整体性单薄 微弯板,系杆拱 短吊杆 不可更换 钢管拱拱圈 无纵梁,适用范围,现有公路桥梁有下列情况之一时，须进行承载能力检测评定： 有明显质量衰退或有较严重病害和损伤的桥梁； 按照公路桥涵养护规范（JTG H11-2004）评定技术状况为四类以上（四类）的桥梁； 需提高承载能力及使用功能的桥梁； 需通行特种荷载的桥梁； 缺失技术资料
4、和安全运营资料的桥梁； 发生意外事故并经技术处理后的桥梁； 运营条件和环境条件发生较大变化的桥梁。,一、概述,技术状况与适应性（能力）评价,桥梁承载能力反映了结构抗力效应与荷载效应的对比关系，就桥梁结构而言这种关系往往是不确定的，是不断变化的。评定的主要目的是为了维持现有桥梁安全或可靠水平在规范的要求之上或能满足当前荷载的要求，了解桥梁的真实承载性能，综合分析判断桥梁结构的承载能力和使用条件。,目的意义,一、概述,公路桥梁评定的常用方法,一、概述,承载能力鉴定基本概念 基于桥梁检测的承载能力评定方法 基于检测承载能力评定方法的改进 桥梁承载能力评定的具体实施,二、桥梁承载能力检算评定,安全性、
5、适用性和耐久性 承载能力极限状态，在设计上体现的结构的安全性 正常使用极限状态，在设计上体现的结构的适用性和耐久性,1、基本定义,二、桥梁承载能力检算评定桥梁承载能力鉴定基本概念,2 影响因素与评定的一般途径,承载能力鉴定的核心问题：对结构进行准确的检测，弄清结构当前内力状态，建立检测结果与抗力之间的关系，合理确定结构的安全水平。,二、桥梁承载能力检算评定桥梁承载能力鉴定基本概念,基于检测结果的半概率承载能力评定方法,在根据桥梁外观检查和有关无损检测结果对桥梁的承载能力作出评定时，结合旧桥的特点，通过对各项检测结果的分析评价，通过检算分析对结构或构件的承载能力进行评定。 根据检测结果对桥梁病害
6、的成因进行分析 建立各项检测指标与承载能力之间的关系,二、桥梁承载能力检算评定基于桥梁检测的承载能力评定方法,新 检测指标体系的建立,二、桥梁承载能力检算评定基于检测承载能力评定方法的改进（新）,新 鉴定方法的指标体系建立,新基于检测结果的桥梁承载力评定方法体系的建立,新基于检测结果的桥梁承载力评定方法体系,1、 结构检算参数的确定,检测指标-状态评定-检算参数-结构承载能力 检算参数确定 检算系数 耐久性恶化系数 截面折减系数 活载影响修正系数 结构承载能力评定,二、桥梁承载能力检算评定承载能力评定具体实施,（1）结构构件技术状况评定,评定指标分为良好状态、较好状态、较差状态、差（坏）的状态
7、和危险状态，相应的评定标度15。,1、 结构检算参数的确定,二、桥梁承载能力检算评定承载能力评定具体实施,检算系数的确定,承载能力检算系数是根据结构或构件的实际技术状况，对结构或构件的抗力进行折减或提高。 砖、石及混凝土结构与配筋混凝土结构的承载能力检算系数，应综合考虑桥梁结构或构件表观缺损状况、材质强度和桥梁结构固有模态等的检测评定结果加以确定。,1、 结构检算参数的确定,（2）材质状况与耐久性检测评价体系与方法,二、桥梁承载能力检算评定承载能力评定具体实施,承载能力恶化系数,承载能力恶化系数是考虑鉴定期内桥梁结构质量状况进一步衰退恶化产生的不利影响，通过承载能力恶化系数来反映这一不利影响可
8、能造成的结构抗力效应的降低。,混凝土和砖石结构截面的损伤状态评价指标如下图所示，综合个各指标的影响综合评定。,钢筋和钢结构截面的损伤状态主要考虑锈蚀的影响，根据构件或结构中的锈蚀状态加以评定。,1、 结构检算参数的确定,（3）截面损伤综合评定,二、桥梁承载能力检算评定承载能力评定具体实施,截面折减系数的确定,截面折减系数主要是考虑砖、石及混凝土结构与配筋混凝土结构由于材料风化、碳化、物理与化学损伤以及由于钢筋腐蚀剥落造成的钢筋有效面积损失对结构构件截面抗力效应的影响。,典型代表交通量 大车混入率 轴荷分布状况,1、 结构检算参数的确定,（4）运营荷载状态评定,二、桥梁承载能力检算评定承载能力评
9、定具体实施,活载影响修正系数,对砖、石及混凝土桥承载能力极限状态的计算评定应根据桥梁检测结果，采用下式对持久状况圬工桥梁结构承载能力极限强度进行计算分析，其他计算规定按公路圬工桥涵设计规范相关规定执行。,3 、圬工桥梁承载能力计算评定,二、桥梁承载能力检算评定承载能力评定具体实施,对于配筋混凝土桥梁，其承载能力极限状态计算应根据桥梁试验检测结果，采用下式进行计算分析，其他计算规定及参数取值参照同期相关公路桥涵设计规范执行。,4 、配筋混凝土桥梁持久状况承载能力极限状态计算评定,二、桥梁承载能力检算评定承载能力评定具体实施,桥梁静力荷载试验，主要是通过测量桥梁结构在静力试验荷载作用下的变形和内力
10、，用以确定桥梁结构的实际工作状态与设计期望值是否相符，以检验桥梁结构实际工作性能，如结构的强度、刚度等。荷载试验目的是了解结构在荷载作用下的实际工作状态，综合分析判断桥梁结构的承载能力和使用条件。,二、桥梁承载能力检算评定静力荷载试验及分析,三、工程实例,典型案例一、预应力混凝土空心板梁桥,案例一概况,案例一概况,1. 设计荷载：汽20级，挂100； 2. 桥面横向布置：0.5（防撞护栏）+9.0（行车道）+0.5（防撞护栏）+0.5（中央分隔带）+0.5（防撞护栏）+9.0（行车道）+0.5（防撞护栏），总宽20.5m； 3. 桥面纵坡：0.55%，横向坡度：双向1.5%； 4. 抗震烈度：
11、6度； 大桥于1994年7月22日开工，1995年11月20日竣工，至今已运营16年。,案例一概况,2008年大桥进行了特殊质量检测，并进行了荷载试验，主要结论如下： 根据桥梁检测xx大桥技术状况评定为四类，桥梁需要大修，酌情进行交通管制。 全桥空心板共发现纵向裂缝198条，最大缝宽0.54mm；横向裂缝70条，最大缝宽0.18mm。2010年，xxx试验中心对该桥进行了定期检查，主要检查结论如下： 根据外观检查结果，按“权重法”，全桥技术状况评定得分为49.4分，按“重要部件最差的缺损状况评定” 该桥取“上部主要承重结构”技术状况为最不利值，为四类桥梁。 全桥共计137块空心板有纵向裂缝，绝
12、大部分裂缝长度已达到空心板长度的一半或已纵向贯穿，且大部分裂缝宽度较大，有116块板裂缝宽度超过规范限值（0.20mm），最宽为0.82mm。,目的,查明xxx大桥结构现有的一些病害及存在的隐患，与以往检测历史资料进行对比分析，判断病害发展变化的趋势，根据病害情况以及发展变化趋势，对桥梁技术状况等级进行评定；对主要构件混凝土材料强度以及材料碳化深度，钢筋分布情况和保护层厚度等进行测试，评价构件的材质状况，为基于检测结果的承载力评价提供技术数据；基于本次检测结果，引入检算系数，对上部结构截面抗力进行折减，从而对上部结构现有承载能力进行评定；通过测定桥跨结构在试验荷载作用下的控制截面应力和挠度，并
13、与论计算值比较，检验结构控制截面实际应力和挠度值是否满足设计与规范要求；通过特殊质量检测、承载能力评价及静载试验结果的综合分析，为维修加固设计提供可靠的技术数据和设计依据。,外观质量检查结果,预应力宽幅空心板,底板纵向裂缝,底板横向裂缝,边板支座附近截面斜向剪切裂缝,其他病害,裂缝,底板斜向裂缝,板间错台,板底混凝土蜂窝、剥落,外观质量检查结果,纵向裂缝空心板统计,裂缝位置：空心板板底纵向裂缝位于板底预应力管道对应位置，其中有66条纵向裂缝位于板底等截面位置，247条裂缝起点位于变截面位置，裂缝宽度大多在0.5mm左右，最大缝宽为1.34mm。,外观质量检查结果,在发现的313条纵向裂缝中，有
14、25条纵向裂缝缝隙间有水渗出，长期渗水导致缝隙周围有白色结晶体析出，部分裂缝周围混凝土呈碎裂状。,外观质量检查结果,考虑到板底纵向裂缝位置有水渗出，怀疑空心板顶面局部开裂或有孔洞出现，因此对左幅第三跨破碎严重的桥面板进行了凿除，未发现顶板有开裂、孔洞存在，但空心板顶面铰缝边缘混凝土有脱落、掉角现象。因此，空心板内积水可能是由于墩顶两侧渗水，从板端部流入。,外观质量检查结果,检查过程中，发现板底纵向裂缝位置底板混凝土质量较差，用小锤敲击裂缝位置底板，发现波纹管与板底混凝土之间混凝土不密实，对个别空洞较大的部位，用小锤敲开，发现内部有空洞，内部波纹管有锈蚀现象。板底纵向裂缝位置板底混凝土不密实，这
15、是板底纵向开裂的主要原因之一。,外观质量检查结果,板底横向裂缝：检查共发现板底横向裂缝73条，总长80.94m，其中有48条横向是出现在跨中截面附近，有25条是出现在梁端2m范围内。跨中附近横缝有19条有渗水现象，端部裂缝有5条有渗水现象，长期渗水导致缝隙周围有白色结晶体析出。由于缝隙间有灰尘及渗水，导致大部分裂缝宽度无法测量，从可测量的裂缝来看，缝宽大多小于0.20mm。,外观质量检查结果,板底斜向裂缝：检查还发现部分板底有从板边缘开始的斜向裂缝，全桥共发现板底斜向裂缝21条，裂缝累计长度23.80m。,外观质量检查结果,边板斜向剪切裂缝：检查共发现27块边板存在从支座附近的斜向剪切裂缝，共
16、计裂缝118条，裂缝累计长度182.3m，裂缝宽度多数小于0.1mm，最大缝宽0.30mm。,外观质量检查结果,其 他 病 害,外观质量检查结果,支 座 病 害,外观质量检查结果,盖 梁 病 害,外观质量检查结果,桥 台 病 害,外观质量检查结果,桥 墩 病 害,外观质量检查结果,外观质量检查结果,桥面铺装纵向裂缝统计,外观质量检查结果,桥面铺装横向裂缝统计,外观质量检查结果,桥面铺装网裂统计,外观质量检查结果,桥面铺装修补后破碎统计,外观质量检查结果,伸缩缝病害统计,桥梁技术状况等级评定,桥梁技术状况等级评定,依据公路桥涵养护规范（JTG H11-2004）表3.5.2-2的相关规定，按“权
17、重法”全桥技术状况等级评分为=38.5，上部主要承重构件为五类构件，综合考虑“权重法”及“重要部件最差的缺损状况评定”，评定该桥技术状况等级为五类。,专项检测结果,桥 面 线 形,专项检测结果,混凝土强度测区统计表,1、桥墩 混凝土强度推定值介于34.337.3MPa。混凝土强度满足设计的要求，故桥墩混凝土强度标度值均为1。 2、预制空心板 混凝土强度推定值介于45.7MPa55.6MPa，混凝土强度满足设计要求，故空心板混凝土强度标度值均为1。 3、盖梁 盖梁混凝土强度推定值为56.9Mpa，混凝土强度满足设计的要求，故盖梁混凝土强度标度值为1。,专项检测结果,普通钢筋锈 蚀评定结果,碳化深
18、度 评定结果,专项检测结果,混凝土保护层厚度测量值及评判结果统计表,静载试验,测试断面,静载试验,静载试验工况,静载试验,应 变 测 点,支点,L/4、L/2,挠 度 测 点,静载试验,裂缝监测点,承载力评定,1、计算模型 结构计算采用有限元软件桥梁博士Bridge3.0建立杆系验算模型，按85规范验算，全桥模型共有21个节点，共20个单元，采用预应力混凝土单元。桥面铺装只考虑自重，将其按线性荷载施加在相应位置，护栏也只考虑自重。计算模型在梁端简支约束。,该桥有限元模型立面图,本桥对空心板在汽车20级，挂车100级作用下的承载能力极限状态和正常使用极限状态进行验算。承载能力极限状态验算包括正截
19、面抗弯强度验算和斜截面抗剪强度验算。正常使用极限状态验算包括法向拉应力和主拉应力验算。,承载力评定,2 荷载组合 成桥状态：结构重力+预加应力+收缩徐变影响力 荷载组合一：成桥状态+汽车荷载 荷载组合二：组合一+温度梯度 荷载组合三：成桥状态+挂车荷载,横向分布系数计算表,3 横向分布系数,承载力评定,原结构验算结果汇总表,承载力评定,并采用本次静载试验跨中偏载工况下实测边板、中板挠度值对横向分布系数就行修正，使实测挠度值和修正后计算的理论挠度值相等，修正后边板、中板横向分布系数结果见下表。,修正后横向分布系数计算表,承载力评定,5 基于检测结果的承载力评价,空心板承载能力结果汇总表,结论及建
20、议,1、外观检查主要结论 桥面铺装层严重破损，在空心板铰缝对应位置桥面有纵向通常裂缝出现，墩顶湿接缝两侧有横向裂缝出现；局部有网裂现象，桥面修补后又呈破碎状况。预应力宽幅空心板 大多预应力宽幅空心板板底有纵向裂缝出现，缝宽多在0.50mm左右，最大缝宽达1.34mm，部分裂缝周围混凝土呈碎裂状，裂缝周围有水渗出，个别裂缝有滴水现象，裂缝周围有锈迹及白色结晶体析出，说明内部波纹管已经锈蚀。此外，用小锤敲击纵向裂缝位置，波纹管下混凝土不密实，有空洞存在。(2) 部分预应力宽幅空心板底跨中附近底板及梁端2m范围内有横向贯通裂缝出现，最大缝宽为0.19mm，部分裂缝间亦有水渗出，说明横向裂缝亦贯通整个
21、底板。 大多空心板边板腹板有斜向剪切裂缝出现，最大缝宽为0.30mm。,结论及建议,2、专项检测结论（1）空心板、墩柱及盖梁混凝土实测混凝土强度均大于设计强度；碳化深度小于保护层厚度。（2）空心板及盖梁钢筋无锈蚀活动性，空心板大部分钢筋保护层厚度小于设计的钢筋保护层厚度，钢筋保护层的厚度对钢筋的耐久性有较大的影响。（3）左右幅桥面起伏比较一致，但同幅内起伏变化较大，不够平整。3、承载力评定结论（1）原结构复算结果表明：空心板抗弯及抗剪承载能力基本满足设计荷载等级的要求。（2）基于检测结果的承载能力评价结果表明：空心板抗弯极限承载能力不满足设计荷载等级的要求；斜截面抗剪承载能力满足设计荷载等级的
22、要求。,三、工程实例,典型案例二 系杆拱桥,大桥主桥为一跨245m中承式钢管混凝土肋拱桥，矢跨比1/5，矢高49m，拱轴线为二次抛物线 。,案例概况,该桥于1998年12月动工修建，于2001年10月建成通车。设计荷载：汽车-20级，挂车-100。,案例概况,84,一：外观质量检测结果,二：特殊质量检测结果,四： 桥面纵向线形及拱肋轴线的测定,内容一：构件混凝土强度、碳化深度检测 内容二：钢筋分布及保护层厚度检测 内容三：钢筋锈蚀状况检测 内容四：混凝土氯离子含量及电阻率测试,三：桥梁结构固有模态参数的测定,健康状况检测内容,五： 钢管混凝土脱空情况调查,六： 吊杆索力的测试,85,1. 拱肋
23、防腐涂层,钢管拱肋防腐涂层表面有反锈现象，严重的局部起皮、剥落，个别部位甚至开裂，起不到防护作用。,反锈照片,起皮剥落照片,涂层开裂照片,外观质量检测结果,86,拱肋表面防腐涂层病害统计表,健康状况检测内容,2. 吊杆及锚固系统,防 护 罩,外观质量检测结果,88,外观质量检测结果,上锚头钢丝镦头照片,上锚头钢丝镦头泛白照片,上游2-1上锚头防护罩照片,上游2-1锚头锚盖顶锈蚀照片,上锚 头,上锚头积水照片,外观质量检测结果,下游1-1下锚头未开启前照片,下锚头防护罩内积水照片,下游1-1下锚头锚杯盖照片,下锚头钢丝镦头泛白照片,外观质量检测结果,（3）吊杆,上游4-1吊杆索体照片,下游2-2
24、吊杆索体照片,外观质量检测结果,吊杆防护修复后照片,外观质量检测结果,3. 拱脚外包混凝土拱脚外包混凝土表面有开裂现象，以沿拱轴线和垂直于拱轴线方向的裂缝为主，且部分裂缝伴有流膏现象，裂缝是由于钢管热膨胀系数大于外包混凝土热膨胀系数而导致的开裂和锈涨裂缝。,拱脚外包混凝土开裂照片,外观质量检测结果,外观质量检测结果,3#4#横梁间现浇板裂缝示意图,4#5#横梁间现浇板裂缝示意图,外观质量检测结果,根据该桥全面检测结果，按照公路桥涵养护规范（JTG H11-2004） 的要求对该桥总体技术状况等级进行评定。全桥结构技术状况综合评分Dr=68.4，评定该桥为二类桥，按养护技术要求，应进行小修处理。
25、,桥梁技术状况等级评定,97,特殊质量检测结果,一：构件混凝土强度、碳化深度检测 二：钢筋分布及保护层厚度检测 三：钢筋锈蚀状况检测 四：混凝土氯离子含量及电阻率测试,构件混凝土强度、碳化深度检测,混凝土强度测试结果,横梁、现浇板及拱脚外包混凝土碳化深度均小于1mm，被测构件的混凝土平均碳化深度小于钢筋混凝土保护层厚度，按公路桥梁承载能力检测评定规程，空心板和盖梁混凝土碳化深度标度值均为1。,混凝土碳化深度测试结果,99,钢筋分布及保护层厚度、钢筋锈蚀状况检测,横梁的混凝土保护层厚度稍低于设计保护层厚度，按公路桥梁承载能力检测评定规程的相关要求，其评定标度值为2，保护层厚度对结构钢筋的耐久性有
26、轻度影响。,钢筋分布及保护层厚度测试结果,横梁主要电位水平都介于-200-300范围内，钢筋锈蚀评定标度值为2，钢筋有锈蚀活动性，但锈蚀状态不确定，可能坑蚀。,钢筋锈蚀状况测试结果,混凝土氯离子含量及电阻率测试,拱脚外包混凝土中氯离子含量介于0.005%0.023%之间，可以认为氯离子是混凝土中原始残留，外部没有氯离子渗入。评定标度值全部为1，对钢筋锈蚀诱发可能性很小。,混凝土氯离子含量测试结果,横梁实测混凝土电阻率远远大于20 Kcm，根据公路桥梁承载能力检测评定规程中混凝土电阻率对钢筋影响程度的评定标准，可以认为钢筋可能的锈蚀速度很慢。,混凝土电阻率测试结果,桥梁结构固有模态参数的测定,1
27、、测点布置主桥随机振动试验共布置测点44个，其中竖向测点28个，横向测点16个。,随机振动测点布置图,桥梁结构固有模态参数的测定,面内1阶理论振型,面内1阶实测振型,面内2阶理论振型,面内2阶实测振型,桥梁结构固有模态参数的测定,主桥随机振动试验测试结果统计表,一阶面内频率实测值与计算值的比值为1.15，二阶面内频率实测值与计算值比值为0.91。本次自振频率测试结果较竣工验收测试结果偏小，说明桥跨结构整体动力性能比竣工验收时有所下降。,1、测点布置永久测点（埋设膨胀螺栓）沿桥纵向布置在桥面的八分点上，横向布设在上下游侧行车道防撞护栏内侧 。,主桥桥面纵向线形的测定,参考点布置在三门侧下游引桥桥
28、头,主桥桥面纵向线形的测定,小结：在使用过程中桥面线形总体上有所下降，实测值与设计值之间差值在-0.096m0.007m之间,拱轴线形的测定,在桥梁运营后实测线形较设计线形有略微有所变化，拱轴线实测值与理论值差值在0.016m0.093m之间。,107,吊杆索力测试结果, 通过吊杆索力测试结果与计算值的对比可以看出： 单根吊杆实测索力与计算值相差较大，同根横梁同侧的两根吊杆索力均值与计算均值相差不大。 同根横梁同侧两根吊杆实测索力相差较大，说明吊杆索力分布均匀度较差。, 本次吊杆索力测试结果均大于交工验收测试结果，但两次测试结果规律一致。,原结构复算及承载能力评定,采用桥梁专用计算软件Mida
29、s建立空间有限元计算模型，对原结构进行强度复核。,计算模型图,原结构复算及承载能力评定,2.承载能力评定横梁承载能力评定结果：考虑折减后，主桥横梁正截面抗弯、斜截面抗剪均能满足规范要求。 现浇段承载能力评定结果：考虑折减后，现浇段上所产生的最大横向拉应力 ，满足规范要求。,四、加固技术,桥梁的维修养护以日常养护工作为主（预防养护） 维修加固时应尽可能减少对原结构的损伤 选择技术可靠，具有长期加固效应，能满足结构耐久性要求的加固工艺 施工设备简单，施工操作方便 材料损耗率少，费用经济合理 后期的养护工作量少 加固施工时尽量不中断或者少中断交通 荷载试验,四、加固技术,加固设计的范围、标准、目标必
30、须明确全桥&局部病害 新标准&老标准 抗震&强度&刚度&耐久性 整体使用寿命 病害成因分析必须准确合理，区别个性与共性特征 加固设计应与施工用料和工艺可操作性紧密结合 加固设计方案(不少于2个,比选) 加固设计与原结构的关系应尽可能的协作利用复合结构受力而非加固材料受力（二次受力） 不加载或少加载 加固设计之前应进行承载能力评价，之后应进行验算基于检测结果和荷载试验 加固验算同样基于仿真模型考虑附加荷载强度验算与抗裂验算 大桥加固与重建做比较与决策 对病害精确掌握减少工程量变更,粘贴钢板加固 粘贴纤维复合材料加固 增大构件截面加固 体外预应力加固 改变结构体系加固 更换疲劳构件加固 增加桩基加
31、固 抛石防护基础 地基压浆加固 ,加强薄弱构件增加或更换桥梁构件改变结构受力体系等,应力状态重分布 不仅改变强度,改变刚度 不仅承担活载,承当部分恒载 适用于承载能力或适用性不足优先,主动加固,被动加固,应力状态改变不大 刚度改变不大 承担少量不足的活载效应 适用于承载能力少量不足，无危险状况,加固方法,四、加固技术,桥梁上部结构的加固技术 粘贴钢板加固,优点,技术先进，性能良好 所占空间小，不影响被加固结构外观和使用空间 加固施工周期短 材料消耗小 工艺简便,桥梁上部结构的加固技术 粘贴钢板加固,适用于受弯及受拉构件，不承受大幅度疲劳荷载、动载 适应外部环境温度不高于60 相对湿度不大于70
32、% 无化学腐蚀地区的桥梁结构 混凝土标号不能过低的构件,适用范围,弹性模量高 线膨胀系数小 比较有韧性 耐久性好,桥梁上部结构的加固技术 粘贴钢板加固,胶粘剂要求,加固用钢板要求,以Q235钢板为宜 钢板、连接螺栓及焊缝的强度设计值按现行钢结构设计规范规定采用,材料要求,在适筋范围内，随着荷载的增加，原梁中钢筋屈服，钢板随着也达到屈服，随即混凝土被压碎而破坏。 受弯构件，破坏阶段多数构件钢板与混凝土之间发生局部剥离，沿板与混凝土交界面，出现较长的顺筋裂缝，混凝土被撕裂，导致构件破坏。 受剪构件，构件的破坏类似于普通钢筋混凝土受剪构件，首先出现斜裂缝，然后裂缝不断发展，钢板应力明显增大，最后构件
33、产生破坏。 部分试验表明，粘贴在梁底的钢板未达到屈服强度，而是钢板与混凝土间撕脱导致加固梁破坏。,破坏特征,桥梁上部结构的加固技术 粘贴钢板加固,锚固长度不够 粘结剂的质量问题 施工质量的影响,桥梁上部结构的加固技术 粘贴钢板加固,加固梁破坏时，钢板未达到屈服而是钢板与混凝土间撕脱所致，其承载力远低于钢板到达屈服时承载力。并且是脆性破坏，这种现象应避免出现！,脆性破坏主要原因,要求锚固不得小于计算粘贴延伸长度,桥梁上部结构的加固技术 粘贴钢板加固,梁（板）受拉区粘贴钢板加固计算,承载力计算,矩形截面受弯承载力可按下式进行计算,若钢板粘贴长度不能满足计算长度，可在钢板的端部锚固粘结U型箍对梁：U
34、型箍、加强箍对板：设置压条,桥梁上部结构的加固技术 粘贴钢板加固,斜截面承载力极限状态计算,当梁的斜截面受剪承载力不足时，可采用局部粘贴并联U形箍板进行加固, 斜截面受剪承载力按下式计算,斜截面承载力加固时，应粘贴成斜向钢板、U型箍或L型箍,钢筋混凝土受弯构件不应低于C20,预应力混凝土构件不应低于C30。 干粘粘钢钢板厚度以26mm为宜，一般取4mm。 湿粘可至8mm 对于受拉区不得小于200t，亦不得小于600mm；对于受压区，不得小于160t，亦不得小于480mm；计算。对于大跨度结构或可能经受反复荷载的结构，锚固区尚宜增设U型箍板或螺栓等附加锚固措施。 钢板及其邻接的混凝土表面，应进行
35、密封防水防腐处理。简单而有效的办法是用M15水泥砂浆抹面，其厚度对于梁不应小于20mm，对于板不应小于15mm。,粘钢加固施工构造要求,桥梁上部结构的加固技术 粘贴钢板加固,基层混凝土强度要求,锚固长度要求,粘钢钢板厚度要求,耐久性要求,粘钢加固施工要点,桥梁上部结构的加固技术 粘贴钢板加固,钢板表面处理 被粘混凝土和,胶粘剂配制,加固构件 卸荷,涂 胶,粘 贴,固定加压,固 化,检验与试验,防腐处理,轻质高强 操作简单 易于粘贴 不锈蚀,由于桥梁构件普遍尺寸大、配筋多，粘贴碳纤维增加的抗弯承载力相对较小，一般使用在： 小型构件，如跨径小的板、楼板。 应力复杂部位，如箱梁腹板。 包柱，使受压柱
36、形成约束混凝土。,桥梁上部结构的加固技术 粘贴碳纤维片加固,优点,适用范围,桥梁上部结构的加固技术 粘贴碳纤维片加固,材料要求,碳纤维片材的主要力学性能要求,环氧树脂粘结剂的主要性能指标,碳纤维片材受拉时呈线弹性关系直至破坏,其脆性性能与钢筋的延性有明显的区别。 碳纤维片材不具备钢筋所拥有的延性，加固后结构的延性将受到限制 碳纤维片材的延性缺乏，构件中的应力重分布将受到约束 在粘贴碳纤维片材的结构设计中不能简单地将碳纤维片材作为钢筋的替代物，必须考虑碳纤维片材的脆性特点,桥梁上部结构的加固技术 粘贴碳纤维片加固,力学特点,规范规定f0.007或其极限拉应变的较小值，即其容许抗拉强度： fp=E
37、ff1680MPa。 Q235钢的抗拉强度fsd=195MPa fp/fsd=8.6即粘贴一层300g/m2(厚0.167mm)碳纤维1m宽，相当于增 加了14.36cm2（3根25）I级钢筋，或2根25级钢筋。,加固时不能完全卸载，必须考虑二次受力。 承载能力极限状态的验算要考虑到可能发生的各种破坏形态。通常将破坏模式分为两大类，即粘贴碳纤维片材后能整体工作的构件与粘贴碳纤维片材后不能整体工作的构件（如发生片材脱落等早期破坏的情况）。 正常适用极限状态的验算包括： 应力的限制，以避免钢筋的屈服、混凝土的破坏或过度徐变和碳纤维的断裂 变形的限制 开裂的限制（包括粘结界面），以保证结构的耐久性与
38、粘结的完整性。 意外的设计情况（特殊的设计）应考虑由于撞击、故意破坏或火灾等引起的碳纤维片材的脱落。,桥梁上部结构的加固技术 粘贴碳纤维片加固,粘贴碳纤维受弯加固计算,抗弯加固构造要求 条碳纤维片材，应尽量并列布置 尽量避免碳纤维片材间的搭接，平行布置多条或多处碳纤维片材加固时，各条或各层搭接位置应相互错开 碳纤维片材端部宜采取可靠的锚固措施 当在梁、板的正弯距区粘贴碳纤维片材加固时，对于跨径20m以内，宜将碳纤维片材末端延伸至支座边缘。跨径大于20m时，碳纤维片材截断位置应满足锚固长度的要求 对于T形或箱形连续梁，可在翼板底面粘贴碳纤维片材进行负弯距加固，此时碳纤维片材应紧靠梁肋粘贴，其粘贴
39、范围宜在4倍翼板厚度以内 当碳纤维片材用于侧面加固时，碳纤维片材宜在距受拉区边缘1/4梁高范围内 板的抗弯加固时，碳纤维片材宜采用多条密布方案,粘贴碳纤维片材加固施工构造要求,桥梁上部结构的加固技术 粘贴碳纤维片加固,抗剪加固构造要求在截面商的转弯处粘贴碳纤维片材时，转角的最小半径不小于30mm 抗剪加固最好采用封闭粘贴或U形粘贴，条件不允许时也可采用侧面粘贴，且宜设置端部锚固措施 当采用碳纤维片材条带间隔粘贴时，其净间距不应大于现行公桥规规定的最大箍筋间距的0.7倍 为提供水分散发的路径，不提倡碳纤维片材的大面积粘贴,粘贴碳纤维片材加固施工构造要求,桥梁上部结构的加固技术 粘贴碳纤维片加固,
40、墩柱加固构造要求当采用碳纤维片材加固矩形柱时，应将转角修成圆角。 当采用碳纤维板套筒进行加固时，预制套筒的尺寸应略大于加固构件的尺寸，并用水泥浆灌填期间空隙。 碳纤维片材接缝处应用可靠的连接，当粘贴碳纤维布时，最外一层接合处应保证有足够的重叠长度；当采用碳纤维板套筒时，接缝处应用碳纤维条带粘贴连接。,桥梁上部结构的加固技术 粘贴碳纤维片加固,构件表面处理,找平胶修补,涂刷底层树脂,粘贴碳纤维片材,表面防护,粘贴碳纤维片材加固施工工序,改变原结构内力分布并降低原结构应力水平 使一般加固结构中所特有的应力应变滞后现象得以完全消除 后加部分与原结构能较好地共同工作，结构的总体承载能力可显著提高 适用
41、于采用一般方法无法加固或加固效果很不理想的较高应力状态下的大跨桥梁加固,桥梁上部结构的加固技术 体外预应力加固,应 用 特 点,加 固 计 算,桥梁上部结构的加固技术 体外预应力加固,包括 持久状况承载能力极限状态计算 持久状况正常使用极限状态计算 持久状况和短暂状况的应力计算,正截面抗弯承载力计算,持久状况承载能力极限状态计算,斜截面抗剪承载力计算,正截面抗裂性验算 斜截面抗裂验算 裂缝宽度验算 挠度验算,加 固 计 算,桥梁上部结构的加固技术 体外预应力加固,持久状况正常使用极限状态计算 持久状况和短暂状况的应力计算 转向块承载能计算,持久状况正常使用极限状态计算,受压区混凝土的最大压应力
42、 体内、体外预应力钢筋的最大拉应力 混凝土主压应力计算,持久状况应力计算计算,抗剪承载力：,转向块承载能计算,抗拉承载力：,局压承载力：,桥梁上部结构的加固技术 体外预应力加固,构 造 设 计,体外预应力布置示意图（一般布置）,钢绞线,成品索,现场编束,转向块,整体转向块,分丝转向块,锚具,A型 锚具,B型 锚具,C型 锚具,桥梁上部结构的加固技术 体外预应力加固,构 造 设 计 - T 梁,布 置（T梁）,锚固构造,转向块,U型承托,防撞设施,桥梁上部结构的加固技术 体外预应力加固,图2.8-28 体外束多跨通长布置图,体外束分跨通长布置图,变高度箱梁体外预应力布置图,常见体外预应力布置,构
43、 造 设 计 - 连 续 箱 梁,体外预应力转向装置,转向架,转向器,桥梁上部结构的加固技术 体外预应力加固,桥梁上部结构的加固技术 体外预应力加固,体外预应力锚固端,桥梁上部结构的加固技术 体外预应力加固,桥梁上部结构的加固技术 体外预应力加固,桥梁上部结构的加固技术 体外预应力加固,在主梁顶面加铺一层钢筋混凝土层，与原有结构形成整体 增大桥面板或主梁有效高度和受压截面 增加桥面整体刚度 提高桥梁承载能力 适用于主梁或桥面板承载力不足，刚度不够，或铰接梁、板的铰缝不能有效传力 受桥面补强层厚度的限制，这种加固方法主要适用于中小跨径的桥梁。 恒载将有所增加，应通过计算判断桥面增厚后是否可以提高
44、桥梁的有效承载能力,桥梁上部结构的加固技术 桥面补强层加固,特点、适用条件、附加影响,钢筋：锚固筋应采用螺纹钢筋以增加握裹力，保证新旧混凝土的有效结合。构造钢筋直径不应过大，为加强与混凝土的联结，也宜选用螺纹钢筋 混凝土：补强层混凝土除应具有黏结力强、收缩小、抗裂性能高外，还应具有足够的韧性、抗冲击能力和抗渗性。可以从施工工艺上采用适当的措施，改善混凝土的适用性能。使用外加剂；纤维混凝土 植筋胶：植筋胶应具备黏结力强、耐久性好、快硬性和低毒、无害等特性，一般可采用环氧树脂类黏结材料 界面剂：界面剂应对混凝土黏结力强，抗化学腐蚀，强度高，可用于潮湿表面，并有适当的操作时间,桥梁上部结构的加固技术
45、 桥面补强层加固,材料要求,桥面表面应做成凹凸不小于46mm的粗糙面，无表面浮浆，集料外露清晰，亦可在表面涂刷界面剂以加强新旧混凝土的黏结。 洗刨避免大型设备，注意对拱起位置的洗刨（粗细不能太深） 新增厚度不宜小于10cm，新旧龄差大，应防收缩（双钢），必须注意养护。 结合面应植入结合抗剪钢筋，间距不应大于50cm，直径不小于80mm，也不应大于20mm。结合钢筋植埋于桥面的深度符合胶黏材料的要求，伸入补强层的直线长度不宜小于5d、大于6cm（锚固计算）。 拉坡很重要,桥梁上部结构的加固技术 桥面补强层加固,桥面补强层加固施工构造要求,桥梁上部结构的加固技术 桥面补强层加固,桥面补强层加固施工
46、工序,清理桥面或铲除桥面铺装,植筋及布设补强层钢筋网,缺陷、病害处理 结合面处理,浇筑补强层混凝土,养生、重铺桥面、安装附属设施、清理现场,开放交通,简支梁改连续梁法 将多跨简支梁改造为桥面连续简支梁法 增加辅助墩法 八字支撑法 将梁式桥转换为梁拱组合体系法 改桥为涵洞加固法 钢索斜拉加固法,桥梁上部结构的加固技术 改变结构体系加固,预应力高强钢丝网聚合物砂浆复合面层加固技术需要将被加固构件进行界面处理，然后将钢丝网敷设于被加固构件的受拉区域，再在其表面涂抹聚合物砂浆。该加固技术能同时显著提高结构刚度和承载力，施工简单成本低，施工时不需要中断交通。极限阶段往往发生钢筋屈服、钢丝绳断裂、受压区混
47、凝土压坏的延性破坏，疲劳性能理想，耐久性好。现有其他加固技术中的缺点都得到了较好地解决或改善。,桥梁上部结构的加固技术 预应力高强钢丝网加固,桥梁上部结构的加固技术 预应力高强钢丝网加固,桥梁上部结构的加固技术 预应力高强钢丝网加固,锚具立面图,锚具平面图,桥梁上部结构的加固技术 预应力高强钢丝网加固,桥梁上部结构的加固技术 预应力高强钢丝网加固,（1）临时支架法布置示意图,桥梁上部结构的加固技术 有替代换索技术,（2）临时吊杆法布置示意图,桥梁上部结构的加固技术 有替代换索技术,（3）临时兜吊法布置示意图,桥梁上部结构的加固技术 有替代换索技术,济宁市南环线京杭运河大桥支承梁,顶升系统俯视图,工人切割下锚头螺帽及锚杯,工人凿拱肋钢管内混凝土,桥梁上部结构的加固技术 有替代换索技术,智能索,现有PE拉吊索防护体系均是采用“堵”的方法。新索利用“堵”、“疏”结合研制：通过PE包裹防止水分进入，当PE损伤进水时，能及时测得拉吊索受水侵蚀，将侵入索内的水分排出；对防护体系进行修复后，通过强制干燥清除索内残留水分。,桥梁上部结构的加固技术 有替代换索技术,
