混凝土桥梁加固设计及案例分析综合报告课件.ppt

混凝土桥梁加固设计及案例分析综合报告,1,目 录,一、桥梁加固维修的重要意义二、上部结构加固方法、增大截面法、体外预应力加固技术、粘贴钢板加固技术、粘贴碳纤维片材加固法、增强桥梁整体性的加固技术、改变结构体系加固法三、下部结构加固方法、基础加固技术、桥墩加固技术、桥台加固技术、桥梁顶升加固技术四、结束语,2,一、桥梁加固维修的重要意义,1、我国公路桥梁的现状与加固技术改造需求,随着经济的飞速发展，我国桥梁事业蓬勃发展，截至2005年底，全国通车公路中，现有各种桥梁共计33.66万座，累计长度为1474.75万延米，但主要以中小桥梁为主具体统计数据见下图表。,3,截止2004年底，全国普查出危桥13,303座，达468,888延米（具体数据见下表）。,由以上统计数据我们可知，我国公路桥梁总量大，但大多数都是早期设计的桥梁。这些桥梁技术标准低、通行能力及技术状况差，设计荷载标准低，经过近些年的重载交通频繁运行，普遍老化、衰退严重，绝大多数桥梁处于“带病”坚持工作状态。这些桥梁现有技术状况差、承载能力低，无法满足现在交通运输的需求，形成公路运输的“瓶颈”，严重影响整条线路的畅通，要想提高路网通行能力，保证现有桥梁的安全运营，就必须对其进行技术改造。,近期修建的现代桥梁，从使用情况来看，不少桥梁均不同程度地存在安全与耐久性方面的隐患。如预应力梁桥普遍出现预应力损失偏大，挠度过大，斜向和纵横向开裂等病害。又如高速公路中常用的空心板、小箱梁普遍出现梁端支撑受力不均，铰缝纵向开裂严重，横向连接削弱整体性差等现象。这些桥梁存在极大的安全隐患，亟需对其采取必要的技术改造措施，以提高其安全性和耐久性。,4,此外，由于桥梁结构的荷载改变（如有超重车的通行）也必需对其进行加固维修，确保重车的安全通行。,超重车过桥及加固措施,5,2、桥梁加固技术改造的目的及意义,确保桥梁安全、完整、适用与耐久 桥梁结构长期受自然环境的侵蚀，在运营使用过程中难免不发生病害或损伤。为了确保结构物的安全与完整就要及时进行维修，若未得到及时的维修，由于病害的扩大，不但导致桥梁建筑物的提前破坏，势必影响公路运输的畅通，给国家与人民带来重大的损失。,2001年11月7日凌晨4点，从四川南部宜宾进入云南的咽喉要道宜宾南门大桥(长江大桥)发生悬索及桥面断裂事故,2004年6月10日6时50分，辽宁省盘锦市境内田庄台大桥突然发生垮塌。,6,2007年05月14日凌晨5时15分，232省道位于常州漕桥附近的运村运河大桥，西半幅桥在一辆超载车辆过后突然坍塌，,2007年5月9日中午12时50分左右，江西省铅山县鹅湖镇傍罗大桥瞬间轰然倒塌。,7,2007年07月03日，一辆挂江苏盐城牌照的“斯太尔”大货驶至江苏无锡玉祁镇北九顷桥桥面时，8根桥栏柱和约15米长、3米宽的半幅桥面突然坍塌，货车坠入河中。,2004年 5月17日上午7时20分左右，一辆牌照为浙HD0712的重型罐式货车，满载水泥途经浙江龙泉境内西独线5KM+600M周村一桥梁时，桥梁被压塌，断裂的桥梁连同车子一同坠入河中。,8,提高原有桥梁的通行能力与承载力为了适用交通运输发展的要求，需对桥梁结构进行拓宽加固，增加行车道宽度提高通行能力。对原设计荷载等级较低的桥梁，应根据实际情况，采用各种加固方法对旧桥加以改造，使原桥承载能力得到提高。,旧桥加固的社会经济效益 从目前我国基本建设投资来看，大量的资金用于新建高等级公路，用于国、省道，特别是县乡道路的技术改造的资金相当有限。由于资金短缺，不可能对技术状况差的桥梁进行拆除重建，因为这样做不仅要耗费大量的资金，而且工期也较长，因此世界各国都按照充分利用和革新的原则，对旧桥采取适当的加固改造措施，以满足桥梁运营和延长其使用年限的需要。国内旧桥加固或改造的经验表明，在一般情况下，桥梁加固费用约为新建桥梁费用的1020；双曲拱桥的加固改造费用约为新建桥梁费用的2040。旧桥加固改造措施可以在不中断交通的条件下实施。因此，如何充分利用现有桥梁，对其进行有效的技术改造，将是今后相当长的一段时期内我国公路桥梁建设面临的一个紧迫而特殊的任务。,9,3、国外旧桥加固维修现状,1981年4月联合国经济合作与发展组织（OECD）主持召开了关于“道路桥梁维修与管理”会议，提出了如下六个方面的问题要求加以研究：a、如何正确评价现有桥梁的实际承载能力安全度的问题；b、如何及早地检查桥梁产生的损伤及异常现象，正确地检定结构物的损伤程度，从而采用合理的维修加固方法问题c、桥梁损坏与维修加固的实际应用问题d、桥梁维修加固技术e、桥梁设计与维修管理的关系f、桥梁维修加固的未来展望。由此可见，对旧桥、危桥的加固维修，以及如何提高其承载力的问题研究、试验与推广，己经引起了世界性的关注。很多资料还表明，当前有些交通发达的国家，桥梁建设重点放在旧桥加固与改造方面，而新建桥梁己降为次要地位。据日本有关设计资料表明，结构建筑物包括公路桥梁在投入使用后一般分两个周期对其承载能力和使用性能进行检测、评价，一是投入使用后约20年，称为小周期；二是约60年左右，称为大周期。小周期对结构进行检测的目的是确保结构建筑物处于完好的技术状态；大周期是对结构建筑进行鉴定，判定其使用状态，以便做出相应的对策。,10,二、上部结构加固方法,、增大截面法 当梁的强度、刚度、稳定性和抗裂性能不能满足时，通常采用增大截面、增加配筋、提高配筋率的加固方法。这种方法是增大梁底面或侧面的尺寸，增配主筋，提高梁的有效高度和抗弯强度，从而提高桥梁的承载能力。该方法广泛用于梁桥及拱桥拱肋。主要有以下几种加固方式：（1）加厚桥面板加固法。即将原有桥面铺张拆除，在原桥面上浇筑钢筋混凝土补强层，以提高桥梁结构的抗弯刚度和承载力。（2）增焊主筋加固法。当梁的主筋应力超过容许范围，而又受到桥下净空限制时，可采用只增焊主筋的方法进行加固。（3）增加梁腋法。即将梁的下翼缘加宽加高，扩大梁的断面，在新增加断面中增设主筋（如右图所示）,11,增大截面加固法的优缺点优点：可以在桥下施工，简单易行，有较明显的效果。缺点：A、使混凝土的截面增大，结构自重增加较多；B、现场湿工作量大，养护时间较长，抗腐蚀性差；C、占用桥下净空大，不适用于要满足桥下有足够净空通航要求的桥；D、在混凝土施工时，影响交通。,12,加固实例1紫坭大桥引桥加固,工程概况紫坭大桥位于广州市番禺区紫坭镇，始建于1986年，全长420m，跨径组合为720m+40m+60m+40m+720m，主桥为预应力混凝土T型刚构，引桥为20m普通钢筋混凝土T梁桥。设计荷载等级汽-20、挂-100。根据2001年11月广东省公路工程质量监督站提供的桥梁检测报告发现，紫坭大桥桥面系严重破损，引桥部分T梁多处出现裂缝。由于船只撞击，主桥中跨牛腿附近有竖向贯通裂缝，8#墩墩身有多处水平裂缝。根据建设单位要求，为配合道路改造对原桥进行加固补强。,加固方案设计及选比 原桥引桥为20m普通钢筋混凝土T梁,原梁截面如右图所示。为使引桥加固达到恢复原荷载等级,且施工方便且费用节约的要求，提出3个加固方案进行比选。,原T梁截面,13,方案一：体外预应力法加固 如下图所示，预应力钢筋采用精轧螺纹钢筋。在梁端设置端锚块，以夹持预应力钢筋，斜筋与水平筋的转接通过转向块完成，转向块设置滑动垫板以利滑动。预应力施加通过张拉水平筋完成。,体外预应力加固方案图,14,方案二：粘贴钢板法加固 如下图所示，在T梁底部粘贴钢板以提高抗弯能力，在梁端附近粘贴抗剪斜向钢板。钢板通过粘结剂及锚杆与原梁形成一体，共同受力。,粘贴钢板加固方案图,15,方案三：增大截面法加固 如下图所示，在原梁外灌注混凝土及布置受力钢筋，以增大原结构的截面，达到提高承载能力的目的。,增大截面加一般构造图,16,三种方案选比 综合考虑施工难易程度、加固效果、长期性能及工程造价等因素，选择增大截面法加固T梁。,三种加固方案的综合比较,增大截面法加固20mT梁，梁抗弯能力主要通过增加主受力钢筋实现，在跨中增设8根25mm的钢筋。主筋端部逐根弯起以提供抗剪能力，在梁端14L范围内布置U形箍筋与弯筋共同提供抗剪能力。主筋、弯筋、箍筋通过贯穿梁体的锚筋与原梁联系，混凝土结合面充分凿毛，以达到协同工作的目的。,17,加固设计结构分析 为了考察增大截面法的有效性，分别对加固前与加固后的跨中抗弯承载力及斜截面抗剪能力进行了计算分析。加固设计结构计算分析中采用的是广州市政设计院的BRCAD5.1，（计算模型及结果见下图）。,计算结果汇总列于下表，从表中可能看出加固设计使20m梁的承载力得到明显的提高。该桥经过三个月的加固施工于2003年11月通车。经过广东省公路工程质量监督站动静试验表明，加固达到了设计目的，加固效果良好。,加固设计承载力对比表,18,结论 通过紫坭大桥引桥加固的工程实践，主要得到以下的结论与体会：(1)工程实践表明增大截面法是加固普通钢筋混凝土T梁的有效加固方法。结构分析与复核计算证明抗弯、抗剪极限承载力有较大幅度的提高。(2)动静载试验表明，T梁整体情况良好，跨中最大挠度不到5mm。加固后运营已近五年，效果良好。(3)由于桥梁规范对桥梁加固的设计计算方法没有明确的规定。使加固设计参照新桥设计的方法，应用时存在一定困难。设计验算时，假定新旧混凝土完全协同工作，这与实际情况有多大的的差异没有量化的指标，成为加固过程的不确定因素。(4)增大截面法施工还是比较麻烦，尚需仔细研究方便施工的方法。,19,加固实例2番禺蕉门大桥,工程概况 广州市番禺区蕉门大桥位于省道S257线上，为10跨16m简支T梁桥，钻孔灌注桩基础，轻型桥台。检测单位的检测报告表明，蕉门大桥主梁裂缝多且宽，需进行加固处理；6#立柱横向裂缝，需加固处理；墩台身、盖梁砼破损、网裂严重，需进行加固处理；桥面铺装、伸缩缝破损，泄水孔堵塞等应处理。根据以上报告结论及现场勘察情况对蕉门大桥T梁、桥墩立柱采用增大截面法进行加固。加固设计简图如下：,20,加固设计结构分析 加固设计结构计算分析中采用的是广州市政设计院的BRCAD5.1，通过对结构加固前后进行建模计算分析（计算模型见下图）。分析结论如下表，从表中可以看出加固前原设计满足抗弯抗剪要求，增大截面加固后，抗弯抗剪能力大大提高，挠度也大大减少，增加了安全储备。,计算结果比较分析,计算分析模型,21,、体外预应力加固技术 1、加固机理 体外预应力加固法是通过梁体外布设钢拉杆或撑杆，并与被加固的梁体锚固联结，然后施加预应力，强迫后加的拉杆或撑杆受力，从而改变原结构的内力分布，并降低原结构应力水平，式结构总承载力显著提高，且可减少结构的变形、裂缝的宽度。此方法简单示意图如下：,2、技术特点及适用范围 体外预应力加固法的特点就是通过对预应力索、拉杆施加预应力，改变原结构内力分布并降低原结构的应力水平，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，因此，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。预应力加固法具有加固、卸荷、改变结构内力的三重效果，适用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度桥梁加固。,22,3、体外预应力筋的构造 体外预应力加固法构造设计的关键是拉杆（力筋）的锚固及与构件的连接，其设计准则是锚固承载力必须大于拉杆本身的承载力。从构造形式上看，主要由以下几部分组成。1、水平力筋（如图2-1所示）水平力筋多由钢筋、高强螺纹粗钢筋、钢丝束或钢绞线组成。其作用是在梁底部位施加纵向预应力。从而对梁体产生反向弯矩，以抵消部分自重及活载产生的正弯矩，从而提高承载力。2、斜筋（如图2-1所示）斜筋亦称斜拉杆，多由高强粗钢筋或槽钢做成。其作用是为梁端附近提供负弯矩和负剪力，从而提高梁的承载力。图2-1 采用摩擦-黏结型锚固装置的加固示意图,23,3、上锚固点（1）梁顶锚固（如图2-2所示）（2）腹板锚固（如图2-3所示）图2-2 梁顶锚固构造示意图 图2-3 腹板钢销锚固构造示意图 4、滑块（板）（如图2-4所示）,图2-4 楔形滑块（板）构造示意,24,5、U形承托（如图2-5所示）6、水平筋固定座（如图2-6所示)图2-5 U形承托构造示意图 图2-6 水平筋固定支座构造示意图,25,4、体外预应力加固法的优缺点优点：A、作为一种主动的加固方法效果明显，能大幅度改善原结构的受力状况；B、自重增加很小，对墩台基础影响小；C、对桥梁运营影响小，可在不限制交通条件下施工；D、对桥梁损伤小,可做到不影响桥下净空不抬高路面标高；E、可做为重车通行的临时加固手段，又可以作为提高桥梁荷载等级的永久措施。缺点：A、造价较高；B、对设备、施工技术要求高；C、由于转向装置和锚固点受到约束,行车时容易引起体外索的振动,预应力索的 自由长度受到限制；D、体外索防护耐久、防腐性能差，容易受到意外的破坏;E、从力学特性上来讲体外预应力索与周围结构主体在同一截面上的变形是不协 调的。,26,加固实例1番禺紫坭大桥,工程概况及加固设计 紫坭大桥位于广州市番禺区，全长420m，跨径组合为720m+40m+60m+40m+720m，主桥为预应力混凝土T型刚构，引桥为20m普通钢筋混凝土T梁桥。根据2001年11月广东省公路质监站提供的桥梁检测报告发现，紫坭大桥桥面系破损严重，引桥部分T梁出现裂缝。由于船只撞击，主桥中跨牛腿附近有竖向贯通裂缝，8号墩墩身有多处水平裂缝。根据建设单位要求，为配合道路改造，原桥梁荷载等级拟提高到汽车一超20级，挂车一120。经结构分析验算，必须对原结构进行加固补强。,紫坭大桥及扩桥现状,27,根据检测单位相关报告结论及现场勘察情况，采取相应的加固措施：（A）洪奇沥第二大桥T构主梁采用体外预应力法加固，在牛腿抽蕊钻直径6cm孔，预应力钢束穿过孔洞，锚固于T构主梁牛腿。并设置转向横隔墙。（B）8号墩采用增大截面法加固，7号墩采用缠绕芳纶纤维布修复，主梁牛腿采用粘钢加固，8号主跨挂梁采用粘贴复合材料布修复。（C）引桥加固方案一为粘贴钢板加固，方案二为截大截面法加固。（D）全桥重做铺装层、更换伸缩缝，凿除旧人行道及栏杆，新做防撞栏。加固设计简图如下：,体外预应力索布置立面图,28,体外预应力索布置平面图,29,紫坭大桥T构主桥加固计算分析,使用BRCAD计算分析软件建立有限元分析模型，共计68个单元，73个结点（如下图），分别对加固前后结构各阶段进行分析。,计算模型,计算结果表明，体外预应力张拉时，应力最不利，最大压应力为10Mpa。假定主梁为25号混凝土（从现场看情况较差，固按25号混凝土计算），则，则最大压应力，运营使用阶段（汽超20，挂120）最大压应力为，根据规范要求，则。则体外预应力加固从施工阶段到运营使用阶段都能满足要求。从计算结果可知体外预应力加固后，整个主梁截面压应力水平提高，最大最小应力都增加1Mpa左右。增加了安全储备。（加固前后结构应力比较见下页）,30,31,牛腿局部应力分析,通过结构分析可得到各施工阶段混凝土应力情况。从图中看出最大的压应力5.5Mpa。最大拉应力5.8Mpa，发生在中腹板负弯矩区。若考虑顶、底参与承载及边界约束作用，该处拉应力减半，则为2.9Mpa。普通钢筋混凝土梁名义拉应力小3Mpa，在正常配筋的情况下，结构安全。,钢束张拉后牛腿应力图,计算分析基本结论：1、按设计的施工体外预应力，在施工中及运营情况均能满足规范要求。2、采用体外预应力加固（设计荷载等级：汽超20、挂120）较未加固（设计荷载等级：汽20、挂100）安全储备增加，承载能力提高。3、通过牛腿局部应力分析，在体外预应力作用下，牛腿结构安全。,32,加固设计总结,（）加固后桥梁外观美观，修复如新。车辆荷载作用下，桥梁的性能良好，挠度较少、整体刚度较大。该桥的加固投入使用，极大地缓解了周边道路的压力。桥上的车流大且很多是重车。加固维修的意义重大。（）加固费用得到有效控制，桥梁得到翻新，承载能力得到提高，经济与社会效益明显。（）从现场情况看，引桥的承载力提高的幅度是较大的。从检测单位的报告来看，桥梁在试验荷载作用下的挠度很小，说明整体刚度大，加固效果直观明显。虽然其它指标并未完全满足要求，但其它指标都是间接指标，受环境及边界条件影响较大。所以引桥的加固效果是应该得到充分肯定的。（）体外预应力加固桥梁是一种有效的加固方法，加固效率比较高。动静载试验结果表明，主桥加固效果良好。而主桥每个构的加固仅用了束钢绞线就达到了目的。施工快速简单，锚固可靠。（）设计单位与施工单位的充分沟通是非常必要的，加固设计为非常规设计，很多东西是在实践中摸索，本次设计在与施工单位的相互交流的过程中解决了很多现场的问题，并优化了设计方案。（）体外预应力加固的应用一个主要障碍就是张拉控制，本次设计除张拉时采用双控外，还在现场桥梁的整体情况进行监控，边张拉边控制。这种方法值得推广，以消除对体外预应力加固的畏惧心理。（）本次桥梁加固是成功的，但是由于原桥本来的缺陷，还是要加强常规的定期检查，以确保桥梁的安全畅通。,33,加固实例2番禺洪奇沥第二大桥,工程概况及加固设计 广州南沙洪奇沥第二大桥（沥心沙特大桥）位于南沙经济技术开发区沥心沙镇。大桥全长787m，主跨为55m+85m+55m T型刚构带挂孔结构（挂孔为25m预应力砼简支T梁）；引桥为16m跨普通钢筋砼简支T梁及30m跨预应力砼简支T梁两种结构。根据检测单位相关报告结论及现场勘察情况，采取相应的加固措施：（A）洪奇沥第二大桥T构主梁采用体外预应力法加固，在T构箱梁内设置并张拉纵向体外预应力束，每个T构共设置4束9s15.24的预应力钢绞线成品索，控制张拉应力为930MPa，锚具采用OVM159成套锚具。牛腿箱梁顶板、腹板采用粘贴钢板加固。（B）洪奇沥第二大桥主桥T构主墩采用增大截面法加固。（C）关键部位裂缝采用壁可法灌浆修复。加固设计简图如下：,34,主桥箱梁体外预应力加固示意图,35,36,锚具构造示意图,37,墩顶预应力索鞍座构造示意图,38,加固设计计算分析 加固设计过程中采用BRCAD和桥梁博士分别按85规范、04规范进行建模验算，此外还采用大型桥梁专用软件MIDAS对桥墩加固前后结构振型分析,采用通用有限元软件Ansys对牛腿等结构关键部位进行细部分析。具体分析结果如下：,BRCAD计算分析(按85规范),计算模型,计算结果表明：A、原桥在汽-20，挂-100作用下，在正常使用极限状态以及承载力极限状态下，应力验算和抗弯抗剪验算都能符合要求。B、在汽超20，挂-120作用下，加固前后分析对比。.在正常使用极限状态下组合应力（正应力、主应力）对比如下表所示：结果表明加固后各截面的正应力，主压应力有不同程度的增加，同时主拉应力有不同程度的减少。,39,40,.在承载能力极限状态下，T构悬臂主要截面抗弯，抗剪加固前后对比如下表所示：,小结：在汽超20，挂120的承载能力极限状态下进行对比，加固后关键截面的抗力有不同程度的增加，其中抗剪能力最大增幅达22.7，抗弯达18.9。,41,（按2004规范、城A荷载标准、桥梁博士分析软件）,计算模型,计算结果表明：A、经验算原桥在正常使用极限状态以及承载力极限状态下，梁体各截面抗弯、抗剪承载力均满足公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTJ D62-2004)规范要求。B、加固前后城-A级荷载组合应力对比取原桥和加固后T构主梁一侧上缘正应力进行对比，对比位置如图所示：,42,城市A级原桥与加固后组合应力比较（上缘）,通过以上验算及分析对比洪奇沥大桥加固前后的情况，加固后恒载作用下桥体各截面拉应力有不同程度的减少，而压应力相对有一定的提高，因而提高了桥的应力储备。在正常最不利荷载组合作用下其下边缘受拉区域有较大的减少，能够减少裂缝及提高梁体承载力。所以体外预应力加固达到了效果。,C、加固前后挠度变化对比原桥在城A级荷载下T构最大悬臂端的挠度为9.17cm（向下）。加固后在城A级荷载下T构最大悬臂端的挠度为7.39cm（向下）。进行加固前后对比：说明加固后T构最大悬臂端的挠度减小。,43,T构牛腿分析（通用有限元软件Ansys）分别采用三种荷载作用，对牛腿进行分析：1、挂梁恒载，2、偏心荷载，3、对称荷载,计算实体模型,1、挂梁恒载作用下，牛腿的受力图,在挂梁恒载作用下，牛腿出现拉应力，最大拉应力为4.44MPa，最大压应力为5.64MPa,44,2、偏心荷载作用下，牛腿的受力图,3、对称荷载作用下，牛腿的受力图,在对称荷载作用下，最大拉应力为5.09MPa，最大压应力为6.47MPa。,在偏心荷载作用下，最大拉应力为5.3MPa，最大压应力为6.61MPa；,45,加固实例3博罗石洲大桥,工程概况 博罗石洲大桥位于惠州市博罗县园洲镇境内，是博罗进入东莞市石排镇的一座桥梁，该桥全长598.42m，跨径组合为和25m预应力砼T梁，下部结构为灌注桩基础。园洲岸为U形桥台，石排岸为双柱式桥台。该桥设计荷载为汽车-20级，挂车-100，于1991年7月26日交工验收后正式开放通车。该桥经广东省公路工程质量监测站检测发现：该桥的主桥T构施工缝的开裂、漏水、渗白浆的现象较严重，其中牛腿第一节最严重。腹板多处出现斜裂缝，个别裂缝0.3mm，故建议对T构进行加固处理。根据检测单位报告结论及现场勘察情况，采用体外预应力法加固T构箱梁；新增预应力拉杆法加固牛腿；增大截面法加固主墩以及其他方法对石洲大桥主桥部分进行加固。加固设计简图如下：,46,主桥加固总体示意图,47,主桥箱梁体外预应力加固示意图,48,牛腿及腹板竖向预应力加固示意图,49,、粘贴钢板加固技术,1、加固机理 粘帖钢板加固法一般采用环氧树脂系列粘结剂将钢板粘贴在钢筋混凝土结构物的受拉缘或薄弱部位，使之与原结构物形成整体共同受力，达到改善原结构的钢筋及混凝土的应力状态，限制裂逢、缺陷的进一步发展，从而达到加固补强、提高桥梁承载能力的目的。,2、技术优点 具有良好的强度、刚度，结构承载力提高较大，耐疲劳效果好；为弹性材料，具有良好的延性，不会发生结构脆性破坏；对于规则构件，施工较为简便，仅增加少部分结构恒载及断面尺寸；能有效封闭混凝土裂缝及缺陷；对结构的美观影响较小。,50,3、技术缺点 耐潮湿及耐化学腐蚀性较差；因自重较大，粘贴时工艺较复杂，需要依赖锚固措施方可保证粘贴牢固。4、适用范围 对于受弯构件，适用于受拉区、受压区及抗剪要求的加固；对于受压构件，适用于环向、侧向加固。,受拉区,抗剪要求,51,5、材料与构造要求（1）加固所用的粘结剂必须是粘结强度高、耐久性好、具有一定弹性；（2）加固使用的钢板，一般以3号钢或16锰钢为宜。钢板、连接螺栓及焊接的强度设计值应 按现行钢结构设计规范（GB50017-2003）规定采用；（3）粘钢加固结合面的粘结强度，除粘结剂本身强度应确保外，主要取决与被加固构件混 凝土强度。因此，粘结加固基层混凝土强度等级不应低于C15；（4）对于受压区粘钢加固，当采用梁侧粘帖时，钢板宽度不宜大于梁高的1/3；（5）粘帖钢板在加固点外的锚固长度，除满足计算外，尚应保证一定的构造要求:对于受拉 区，不得小于200t（t为钢板厚度），亦不得小于600mm；对于受压区，不得小于160t，亦不得小于480mm；同时，锚固区尚宜增设U型箍板或螺旋等附加锚固措施；（6）为防止钢板锈蚀，延缓粘结剂的老化，钢板表面应作密封防水防腐处理。,52,加固实例鱼窝头跨线桥,工程概况鱼窝头跨线桥位于广州市番禺区X303线南沙大道市桥通往南沙的一座跨线桥，该桥上部结构为连续箱梁，全长425.6m，桥跨组合为：2517m。支座类型为橡胶支座（板式、盆式），下部结构为单柱式墩，钻孔灌注桩基础。设计荷载为汽超20级、挂120。相关检测单位报告表明：该桥箱梁腹板、底板的裂缝较多，应尽快封闭、加固。根据报告结论及现场勘察情况对鱼窝头跨线桥箱梁及桥墩进行加固，对局部进行维修。加固设计主要包括以下三方面：1、鱼窝头桥箱梁采用粘贴钢板法加固。2、鱼窝头桥桥墩采用新增横梁法加固。3、其它破损、裂缝采用相应的维修措施处理。加固设计示意图如下：,53,连续箱梁粘贴钢板加固图,54,粘贴钢板加固大样图,55,、粘贴碳纤维片材加固法,1、加固机理 碳纤维布加固修复技术是二十世纪八十年代开始在国际上出现的一种混凝土外部补强新技术。1981年瑞典人Meier首先采用粘贴碳纤维片材加固Ebach桥梁。这项技术在我国起步较晚，1997年开始理论研究，1998年有碳纤维加固实例。在这短短几年的时间里该项技术迅速发展，得到了较深入的研究。它是通过粘结剂使碳纤维这种质轻、耐腐蚀、片材很薄、抗拉强度较高的材料与被加固部位共同受力，从而达到提高桥梁的承载力和限制裂缝宽度的目的。,工程实践应用,56,2、碳纤维复合材料 碳纤维片材具有轻质高强、耐腐蚀、耐疲劳等优异的物理力学性能，且施工简单便捷是旧桥加固补强的理想材料。,碳纤维布,碳纤维板,57,3、粘结材料,A级碳纤维胶,修平胶,外贴碳纤维加固技术的成功应用主要依赖于粘结剂的性能。碳纤维布的配套树脂主要有底层树脂、找平材料、浸渍树脂三种。底层树脂的作用是通过渗透入混凝土来强化混凝土表面，提高混凝土表面的粘结性能；找平材料的作用是修补混凝土的缺陷部位以提高混凝土与碳纤维的粘结质量；浸渍树脂的作用是充分浸润碳纤维布，保证各碳纤维丝共同受力，同时保证碳纤维布与混凝土之间的共同工作。,58,4、碳纤维加固技术特点,(1)与其它加固方法相比，采用碳纤维布加固法不增加恒载和断面尺寸，不影响结构外观，不减小桥下净空。(2)该法施工简便，工期短，无需大型设备，不受空间限制，且因碳纤维布的随型性极强的特点，可以适应不同构件的各种形状，成型方便。(3)加固时碳纤维布通过环氧树脂等粘结材料与原有构件有效粘结，不需设置锚栓及凿开混凝土等，不会损伤原构件。(4)由于碳纤维材料优异的物理力学性能，在对混凝土结构加固补强过程中可充分利用其高强度、高模量的特点来提高构件的承载力，改善其受力性能，达到高效加固的目的。(5)碳纤维布粘贴在混凝土表面，能有效封闭混凝土表面的裂缝，并能约束混凝土结构裂缝的生成与扩展。(6)碳纤维材料几乎无腐蚀性和磁性，并具有较好的耐热性，且其化学性质稳定，不能与酸、碱、盐等化学物质发生反应，具有良好的耐久性。(7)碳纤维布能在一个部位重叠粘贴，充分满足构件的补强要求。,59,在碳纤维加固施工过程中，要注意下列几个方面：(1)被加固构件的基面应平整且具有一定强度，一般基面混凝土强度不低于C15。(2)加固用的碳纤维布一般不宜采取沿主纤维方向的搭接，特别是对受拉构件和受弯构件受拉区的加固。搭接部位应避开构件应力最大区段，搭接长度不应小于100 mm，且搭接端部应平整无翘曲；多层搭接的各层接口位置不应在同一截面，每层接口位置的净距宜大于200 mm。(3)应注意底涂胶、找平胶、粘贴主胶、罩面胶等胶粘剂间的相容性。(4)粘贴施工应在气温高于5 且为晴天时进行。(5)施工人员应注意保护，施工现场应做好防火等安全措施。,5、碳纤维加固施工工艺,60,粘帖碳纤维布前的修平工作,贴碳纤维加固施工现场,61,加固实例1洪奇沥大桥加固,工程概况 洪奇沥大桥位于广珠东线番禺境内。该桥全长966.2米，桥跨组合为：1216米730米52米80米52米530米1616米，桥面净宽为14.2米，主桥上部结构为单箱单室连续箱梁，引桥为16米普通钢筋砼简支T梁和30米预应力砼简支T梁。下部结构主桥为空腹式箱型桥墩，引桥为双柱式桥墩。,62,主要病害 洪奇沥主线跨线桥主桥、引桥部分梁有多条竖向裂缝。加固措施对裂缝进行表面封闭、第21跨主梁贴碳纤维布（加固设计简图如下）。0#、43#桥台掏空处填片石、灌注水泥砂浆。,63,加固实例2冼庄互通立交加固,工程概况 冼庄互通立交主要包括主线跨线桥、匝道跨线桥和17#通道桥等桥梁。其中，主线跨线桥为上、下行两座分离式桥梁，上部结构采用简支预应力空心板，桥跨组合为621米+327米+21米，全长207米。下部结构采用独柱墩和钻孔灌注桩基础。每座桥面净宽11.75米，总宽26.20米。加固后荷载为汽车超20级、挂车120。主要病害 由于空心板梁简支，而人行道挑板连续浇筑，所以墩顶位置的人行道挑板底面有开裂现象。匝道跨线桥的结构比主线跨线桥复杂，在0#台处箱梁端部的横梁发现有开裂现象。加固措施 对裂缝进行灌浆处理，对4#墩立柱顶箱梁底板裂缝进行粘贴碳纤维布封闭处理。（加固设计简图见下页）,64,箱梁底板裂缝进行粘贴碳纤维布封闭处理,碳纤维布构造详图,65,、增强桥梁整体性的加固技术,有些桥梁，梁的主体性能好，但因横向联系薄弱，整体性差，而使承载能力降低，可采取加强横向联系的措施，增强桥梁的整体性，以达到提高承载能力的目的。常见的加固措施有：（1）加强横隔板（梁）:增大横隔板截面，或设置横向拉紧钢筋，加强横梁与纵梁的联接作用。（2）增设横隔板（梁）（3）铺设桥面补强层:在新增桥面混凝土中设置钢丝网，或掺入钢纤维，使整体性增强。,加强横隔板,66,加固实例鱼窝头跨线桥,工程概况鱼窝头跨线桥位于广州市番禺区X303线南沙大道市桥通往南沙的一座跨线桥，该桥上部结构为连续箱梁，全长425.6m，桥跨组合为：2517m。支座类型为橡胶支座（板式、盆式），下部结构为单柱式墩，钻孔灌注桩基础。设计荷载为汽超20级、挂120。相关检测单位报告表明：该桥箱梁腹板、底板的裂缝较多，应尽快封闭、加固。根据报告结论及现场勘察情况对鱼窝头跨线桥箱梁及桥墩进行加固，对局部进行维修。加固设计内容如下：1、鱼窝头桥箱梁采用新增钢桁梁法加固。2、其它破损、裂缝采用相应的维修措施处理。加固设计示意图如下：,67,新增钢桁梁加固示意图,68,新增钢桁梁断面图,69,新增钢桁梁细部构造图,70,、改变结构体系加固法,1、加固机理 改变结构体系加固桥梁通常是指是增设附加构件和进行技术改造，使桥梁的受力体系和受力状况发生变化，从而起到减小承重构件构件的应力，改善桥梁的性能，达到提高桥梁承载能力的目的。2、技术方法 改变结构体系加固法是一种“变被动加固为主动加固”的方法。该方法需要对原结构的现状进行仔细的调查，对其承载潜能进行正确的评价，用周密、细致可靠的计算分析确定体系转换的方法和施工工艺流程，以达到加固、修复病桥的目的。改变结构体系加固常用的方法有以下几种：（1）变简支梁为连续梁法；（2）将多跨简支梁改造为桥面连续简支梁法；,71,（3）增加辅助墩法；,（4）八字支撑法；,72,（5）将梁式桥转换为梁拱组合体系法；,（6）改桥为涵洞法；（7）钢索斜拉加固法。,73,3、构造要求（1）梁（板）端头结构应无破损现象；（2）为保证桥面铺装与原梁体共同参与结构 作用，梁顶要凿毛，有条件还要设置抗剪、栓 钉，桥面铺装采用收缩较小的混凝土；（3）梁端间隙截面也要凿毛，有利于膨胀混 凝土的添塞密实；（4）对于焊缝连接钢筋，焊缝满足规范要求；（5）新增负弯矩钢筋可绑扎或焊接在外露的 箍筋上，若无箍筋可用栓钉固定；（6）对于简支梁空心板，其简支变连续时的 新增抗负弯矩筋及混凝土浇筑结构如右图所示。,空心板梁桥简支变连续体系结构示意图,74,4、施工工序,凿除桥面铺装，拆除伸缩缝，梁顶凿毛,凿开连接部混凝土保护层,要连接的相邻梁端用膨胀混凝土添实,焊接梁端顶层外露纵向钢筋,配置剩余负弯矩钢筋,重新安装伸缩缝，浇筑桥面铺装,75,加固实例佛山三山南桥,工程概况三山南桥全长132.8m，分跨形式为25.6+40.0+40.0+25.6m，为预应力混凝土组合式连续梁桥，下部结构为双柱式钻孔灌注桩基础和桥梁墩台，桥面全宽11.0m，机动车道8.0m，人行道21.5m，原设计荷载等级为汽车20，挂车100，人群荷载3.5kN/m2。主要病害根据北京市市政工程研究院深圳分院的佛山市南海区三山南桥外观检测及静动载试验评估报告，知三山南桥地区的交通量较大，而桥梁的设计荷载仅为汽-20，桥梁处于超载运营状态。,加固前全桥立面图,76,加固设计 根据北京市市政工程研究院深圳分院的佛山市南海区三山南桥外观检测及静动载试验评估报告，知三山南桥地区的交通量较大，而桥梁的设计荷载仅为汽-20，桥梁处于超载运营状态，建议对该桥进行加固。加固后设计荷载：汽超20级，挂车120。加固措施如下：a、纵梁采用增设钢管桩支撑加固；b、横梁采用粘贴钢板法加固；c、增铺桥面铺装层，内布双层钢筋网。,加固后全桥立面图,77,新增支点立面图,78,计算分析1、模型的建立 本次验算主要针对全桥上部结构进行，采用空间杆系梁格法，共划分单元522个单元，505个节点；斜撑、立柱、主墩与承台固结；横梁与纵梁铰接，结构离散图（加固后）如下图所示。,计算分析有限元模型,79,2、验算截面为了计算能更有效地指导加固方案的设计，本文选择关键截面作为控制点，结构桥梁各结构受力情况和规范要求对结构进行混凝土结构极限承载力分析。具体验算截面部位如下：,考虑到三山南桥地区的交通量较大，需要提高荷载标准，因此采用验算荷载等级：汽超20，挂120。,验算截面位置,三山南桥验算的关键部位,80,3、验算结果通过结构计算，加固前后承载力对比分析结果如下表所示，可知加固前，结构不满足极限承载力要求，加固后，结构的受力得到改善，结构的极限承载力得到提高，加固效果明显。,结构受力对比,81,4、计算结论通过桥梁结构分析软件建立混凝土组合式连续拱梁桥结构分析模型，计算确定了结构受力最大的部位，这与裂缝出现部位相吻合。对跨中增设钢管桩及横梁采用粘贴钢板的加固方法进行计算分析。通过加固前后的受力对比，得出以下结论，表明了加固设计对提高该桥的承载能力作用是很明显的。1、三山南桥加固后设计能够满足汽超20、挂120的的设计要求。2、采用边跨和中跨增设钢管支撑的方法，主梁截面减小了正弯矩、剪力，增加 安全储备，提高抗弯、抗剪承载力。3、由于钢管支撑的影响，和原桥相比，斜撑、立柱、主墩受力减小。4、尽管汽车荷载等级提高，截面弯矩反而减小，因而提高了主梁的承载能力储备，达到了加固效果。,82,三、下部结构加固方法,扩大基础加固法；钢筋混凝土套箍加固法；增补桩基加固法；人工地基加固法；,、基础加固技术,扩大基础加固法,增补桩基加固法,人工地基砂桩加固法,墩台基础在使用过程中，由于车辆荷载的加重以及自然作用的影响，会引起基础产生沉降、墩台出现倾斜和过大裂缝。为此，根据墩台基础不同的损坏程度，不同的结构状况进行维修加固，以延长桥梁使用寿命。常见的加固方法有：,83,、桥墩加固技术,桥墩在使用过程中会出现：（1）水平、竖向和网状裂缝；（2）混凝土剥落、空洞和老化；（3）钢筋外露、锈蚀；（4）结构变形、移位移等。因此，根据桥墩不同的损坏程度，不同的结构状况进行维修加固，以延长桥梁使用寿命。常见的加固方法有：a.贴钢板加固法；b.钢筋混凝土套箍加固法；c.加桩（柱）加固法；d.水泥灌浆加固法；e.化学灌浆加固法。,用钢筋砼围带加固桥墩,84,加固实例龙岗大桥,工程概况龙岗大桥位于广州市白云区Y013线上，中心桩号为K4+214，在当地龙岗村跨越流溪河。该桥建于1993年，是一座弯桥，全长185m，桥面宽度为16m（2m人行道+12m行车道+2m人行道）。本桥上部结构为（515）m简支T梁+（30+40+30）m普通钢筋砼双箱连续刚构梁；下部结构为薄壁墩，基础为钢筋砼承台和钻孔灌注桩；桥台为钢筋砼桥台，钻孔灌注桩基础。主要病害桩基砼保护层严重剥落、钢筋笼锈蚀严重。,1墩桩基病害,85,2墩桩基出现砼剥落、露筋现象,4#墩桩基病害照片，断面严重削弱，钢筋锈蚀不见,86,加固方案设计及比选设计方共提供8个加固方案，具体如下表，经过综合选比最终选择方案一。,87,加固方案设计图,88,加固方案计算分析,1、计算方案 针对修复方案一，做对比计算，计算一，原结构计算；计算二，原承台、桩基不参与 结构计算，换为新承台、桩基；计算三，原承台、桩基和新承台、桩基共同参与结构计算。2、结构计算软件及计算内容 本次结构计算运用桥梁博士V3.03进行计算，对三个计算方案，分别进行全桥二维平面杆系建模，模型考虑了桩基刚度对结构计算的影响。计算荷载内容包括：结构