公路桥梁加固设计规范-宣贯讲义(二).ppt

公路桥梁加固设计规范公路桥梁加固施工技术规范宣贯及技术交流讲座(第二讲),东南大学 叶见曙、黄侨,宣贯及技术培训,内容提要,1,2,3,4,5,规范涉及内容说明,增大截面加固法,体外预应力加固法,粘贴钢板加固法,6,改变体系加固法,公路桥梁加固设计规范公路桥梁加固施工技术规范,粘贴纤维复合材料加固法,根据我国桥梁结构主要类型，加固工程的设计与施工的经验，以及今后较长时间桥梁加固工程需要，规范对桥梁加固构件主要方法的设计计算及构造提出了要求。,一、规范涉及内容说明,设计内容,一、规范涉及内容说明,设计内容,从桥梁构件承载力和使用功能上进行加固设计，应考虑上述不同加固方法的特点，一般可分类为：,一、规范涉及内容说明,设计内容,增大截面,粘贴钢板,体外预应力加固法,粘贴纤维复合材料,加固方法,直接加固薄弱区，提高构件承载力,改变原结构受力体系，调整结构内力,一、规范涉及内容说明,设计内容,桥梁加固设计构件包括原构件为钢筋混凝土和预应力混凝土受弯构件、钢筋混凝土受压构件和受拉构件。,一、规范涉及内容说明,设计内容,桥梁加固构件承载力计算按公路钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）规定的计算原则进行。对桥梁原构件的混凝土强度，按现场检测结果确定。,一、规范涉及内容说明,设计计算原则,对桥梁带载加固时，设计上应考虑构件分阶段受力特点进行设计计算。（1）桥梁加固时，特别是对于被动加固方法，原构件上的作用（恒载、活载等）不可能全部卸除。封闭交通卸除车辆活载、人群，但恒载不卸除；封闭交通，卸除部分二期恒载（桥面、填料）构件的恒载作用、部分二期恒载作用未卸除。因而加固工作之前，构件在这阶段已受力，截面上有初应变（力）。而后补加强材料在桥梁加固后，才与原构件共同工作，用来抵抗荷载作用（恒、活载及其他可变作用）。,一、规范涉及内容说明,设计计算原则,因此，规范要求对被动类加固方法的设计计算应按二阶段考虑：第一阶段：构件加固施工时，应考虑这时作用在原构件上的荷载作用（构件自重、施工荷载等），并且由原构件承担。第二阶段：构件加固全部完成后，应考虑加固后构件自重、二期恒载、车辆活载、人群及其他可变作用的设计组合值，并且由加固后构件承担。,一、规范涉及内容说明,设计计算原则,（2）不同受力阶段的截面变形均符合平截面假设；（3）在承载能力极限状态，受弯构件和偏心受力构件的截面受压边缘（一般为原截面边缘）混凝土应变达到极限压应变，截面受压区混凝土应力按简化矩形应力分布图计算，应力取原构件实测得到的混凝土抗压强度设计值，受压区高度 取为按平截面假定推得的受压区高度。,一、规范涉及内容说明,设计计算原则,（4）在承载力极限状态下，后加的钢筋、钢板或纤维复合材料的应力应由其应变确定；而应变应根据桥梁加固构件分阶段受力特点，由截面变形条件确定。,一、规范涉及内容说明,设计计算原则,在桥梁构件采用增大截面法加固工程上，主要的结构型式有：,二、增大截面加固法,（一）主要加固结构型式,1）受弯构件,2）受压构件（轴压、偏心受压）,二、增大截面加固法,设计规范针对上述构件的增大截面加固法制订了条文，主要提出的要求为：（1）加固计算的基本公式；（2）相应的新旧混凝土截面构造要求等。,二、增大截面加固法,1）增大截面法加固混凝土受弯构件分在截面受压区和截面受拉区加固型式。受弯构件截面受压区加固是以增加截面混凝土高度为主，但必须按要求配置构造钢筋；,二、增大截面加固法,（二）混凝土受弯构件加固设计计算,受弯构件受拉区加固是以增加补充受拉钢筋为主，但必须增设混凝土厚，达到钢筋混凝土保护层厚度的要求。,2）受弯构件在截面受压区加固（1）根据桥梁特点，加固时受弯构件下不设专门支撑，而是以原梁板为支撑。,二、增大截面加固法,（二）混凝土受弯构件加固设计计算,二、增大截面加固法,（二）混凝土受弯构件加固设计计算,设专门支撑时，按加固后整体截面一次受力计算，不设专门支撑时，应按受力分阶段进行受力计算。,二、增大截面加固法,（二）混凝土受弯构件加固设计计算,（2）规范要求按JTG D62-2004规范第8.1条组合式受弯构件要求进行设计计算。计算是按二阶段受力计算。对加固前原梁和加固后组合式受弯构件分别进行正截面承载力、斜截面承载力计算；结合面抗剪计算；使用阶段计算。,二、增大截面加固法,（二）混凝土受弯构件加固设计计算,3）受弯构件在截面受拉区加固（1）计算图式与基本公式,二、增大截面加固法,（二）混凝土受弯构件加固设计计算,受弯构件的抗弯承载力计算,二、增大截面加固法,（二）混凝土受弯构件加固设计计算,正截面受弯承载力应按下列公式计算,（）,混凝土受压区高度应按下式确定,（）,混凝土受压区高度尚应符合下列条件,（）,（）,二、增大截面加固法,（二）混凝土受弯构件加固设计计算,（2）新增纵向普通钢筋拉应变,截面应变图,二、增大截面加固法,（二）混凝土受弯构件加固设计计算,（）,二、增大截面加固法,（二）混凝土受弯构件加固设计计算,（）,二、增大截面加固法,4）斜截面抗剪承载力计算,（）,二、增大截面加固法,（二）混凝土受弯构件加固设计计算,（1）计算图式与基本公式,两侧加厚矩形截面偏心受压构件正截面抗压承载力计算图式,二、增大截面加固法,（三）钢筋混凝土偏心受压正截面抗压承载力,（）,（）,（）,（）,（）,二、增大截面加固法,（三）钢筋混凝土偏心受压正截面抗压承载力,（2）原截面钢筋应力按JTG D62-2004取用。,二、增大截面加固法,（三）钢筋混凝土偏心受压正截面抗压承载力,（3）新增钢筋的应力 截面受拉边或受压较小边,（）,（）,二、增大截面加固法,（三）钢筋混凝土偏心受压正截面抗压承载力,应变 的计算：,第一阶段受力时原矩形截面偏心受压构件截面受压较大边缘混凝土压应变 和相应于新增纵向普通钢筋 位置处的应变 按下列公式计算：,二、增大截面加固法,原构件为轴心受压构件时,（）,（）,原构件为大偏心受压构件时,（）,当原构件为小偏心受压构件时,（）,运用式（）式（）计算时，应变应计入应变符号，拉应变为正号，压应变为负号。,二、增大截面加固法,二、增大截面加固法,偏心距增大系数,（C.1-1）,式中 系数，一般可取1.8；刚度修正系数，按附表C.1-1查得；混凝土全截面对其重心轴的惯性矩，对矩形截面，构件在其弯矩作用平面内的计算长度，分别为构件截面宽度和高度。,二、增大截面加固法,表C.1-1 系数e值,注：为轴向力作用点至构件截面重心的距离，即初始偏心值。,二、增大截面加固法,小偏心受压构件,二、增大截面加固法,1原构件截面受压较大边缘混凝土应力按下列公式计算：,小偏心受压构件,二、增大截面加固法,2.截面受压较小边钢筋的应力与应变按下列公式计算：,小偏心受压构件,二、增大截面加固法,大偏心受压构件,二、增大截面加固法,1原构件截面受压较大边缘混凝土的应力与应变按下列公式计算：,大偏心受压构件,二、增大截面加固法,2原构件截面受拉边纵向钢筋 重心处应变 按下列公式计算：,大偏心受压构件,二、增大截面加固法,3矩形截面受压区高度 可按下列公式计算：,大偏心受压构件,在受压区增设现浇混凝土加厚层的梁，当符合本规范第条、第条和第条构造要求时，原构件与新增混凝土现浇层之间结合面的抗剪承载力按下式计算：,（）,在受压区增设现浇混凝土加厚层的板，当在新老混凝土的结合面上不配置抗剪钢筋且符合本规范第条的构造时，其结合面抗剪承载力应符合下列要求:,（）,二、增大截面加固法,（四）新老混凝土结合计算,当结合面符合本规范第条的构造要求，且同一竖向截面配置不少于（以 计）的竖向结合钢筋时，新老混凝土结合面抗剪承载力应符合下列要求：,（）,在受拉区采用增大截面加固的受弯梁，原构件与新增混凝土现浇层之间结合面的抗剪承载力可按式（）计算。,二、增大截面加固法,（四）新老混凝土结合计算,（1）新浇混凝土要求 强度级别最小厚度（2）新增钢筋及布置（3）界面处理及植筋,二、增大截面加固法,（五）构造要求,通过对构件采用结构胶结剂粘贴钢板一提高构件承载力的方法。这种方法从作用原理上属于被动加固方法，因此，根据桥梁带载加固的分阶段受力，规范提供了受弯构件、偏心受压构件、偏心受拉构件加固计算公式，其计算原理与增大截面法相近。,三、粘贴钢板加固法,（一）粘贴钢板加固法设计计算,1）采用直接涂胶粘贴的钢板厚度不应大于5mm；钢板厚度大于5mm时，应采用压力注胶粘结。,三、粘贴钢板加固法,（二）构造技术要求,三、粘贴钢板加固法,（二）构造技术要求,2）对钢筋混凝土受弯构件进行正截面加固时，钢板宜采用条带粘贴，钢板的宽厚比不应大于50。,三、粘贴钢板加固法,（二）构造技术要求,3）当粘贴的钢板延伸至支座边缘仍不满足本规范第条延伸长度的要求时，应采取下列锚固措施：对梁，应在延伸长度范围内均匀设置U形箍，且应在延伸长度的端部设置一道加强箍。对板，应在延伸长度范围内通长设置垂直于受力钢板方向的压条。压条应在延伸长度范围内均匀布置，且应在延伸长度的端部设置一道。,三、粘贴钢板加固法,（二）构造技术要求,根据我国桥梁加固工程实践与工程研究资料，规范强调了这种加固方法使用于桥梁的受压构件加固，也用于梁、板加固。因而在设计计算方法上有不同处理。,四、粘贴纤维复合材料加固法,（一）加固设计计算,1）对受压构件，全长无间隔环向连续粘贴纤维复合材料提出了正截面承载力计算方法及延性加固计算方法。2）对受弯构件，仍认为是属于桥梁带载加固的被动加固方法。因此，与粘贴钢板法类似给出了考虑分阶段受力的加固计算方法。,四、粘贴纤维复合材料加固法,（一）加固设计计算,1）一般规定（1）纤维复合材料宜粘贴成条带状，非围束时板材不宜超过2层，布材不宜超过3层。（2）对钢筋混凝土柱进行粘贴纤维复合材料加固时，条带应粘贴成环形箍，且纤维方向应与柱的纵轴线垂直。加固大偏心受压构件，可将纤维复合材料粘贴于构件受拉区边缘混凝土表面,纤维方向应与柱的纵轴线方向一致。,四、粘贴纤维复合材料加固法,（二）构造技术要求,加固受拉构件，纤维方向应与构件受拉方向一致。采用封闭式粘贴或U型粘贴对梁、柱构件进行斜截面加固，纤维方向宜与构件轴线垂直或与其主拉应力方向平行。,2）梁、和板加固 对梁、板进行抗弯加固时，可在纤维复合材料两端设置U型箍或横向压条。其切断位置距其充分利用截面的距离不应小于按下式计算得出的粘结长度,纤维复合材料的粘贴延伸长度,四、粘贴纤维复合材料加固法,（二）构造技术要求,当纤维复合材料延伸至支座边缘仍不满足粘结长度 的规定时，应采取以下锚固措施：,四、粘贴纤维复合材料加固法,（二）构造技术要求,体外预应力加固法是通过增设体外预应力束对原混凝土构件施加体外预应力，改善结构的使用性能和提高承载力。,五、体外预应力加固法,（一）主要加固构造型式,连续梁的体外预应力加固,五、体外预应力加固法,（一）主要加固构造型式,简支梁的体外预应力加固,这种方法在目前是对钢筋混凝土和预应力混凝土梁使用较多，因此规范针对体外预应力加固梁提出设计计算方法和技术要求。,五、体外预应力加固法,（一）主要加固构造型式,增设的预应力钢束与梁体混凝土之间实质是无粘的，同一截面内的体外预应力钢束与混凝土之间不存在简单的变形协调关系。一般情况下加固梁达到承载力极限状态时，体外预应力筋的应力达不到其强度设计值。,五、体外预应力加固法,（二）加固体系结构特点,五、体外预应力加固法,（三）体外预应力加固梁的设计计算,1）转向装置采用钢部件、现浇混凝土块体或附加钢锚箱结构。规范根据设计要求并总结国内外相关试验研究资料，对转向装置的局部计算提供了相应计算公式。,五、体外预应力加固法,（三）体外预应力加固梁的设计计算,2）梁抗弯承载力计算中，体外预应力束极限应力（1）体外预应力束的水平极限应力（2）体外预应力束的斜向束极限应力 采用有水平移动的滑块或有转向块时，采用楔形滑块时，,（）,（）,（）,（）,五、体外预应力加固法,（三）体外预应力加固梁的设计计算,1）采用一定的技术措施改变原结构受力体系，调整结构内力，降低控制截面内力，进而间接提高原结构整体承载力的方法。本质上是通过改变原结构受力体系，使控制截面的荷载作用效应减小。,六、改变体系加固法,（一）加固原理,2）改变桥梁原结构受力体系，一般是原桥上部结构为静定结构变为超静定结构；超静定次数少变化为超静定次数多的结构。改变桥梁原结构受力体系会使某些控制截面内力降下来，但也会使某些截面内力增大，或者支承反力发生变化，因而规范要求：,六、改变体系加固法,（一）加固原理,（1）对需要采用改变体系法加固的桥梁，须进行深 入、细致的方案论证；（2）采用改变结构受力体系加固法，应对新、旧整体 结构的各受力阶段进行验算；（3）必要时综合使用其他加固法做为加固补充；（4）施工中应严格执行规定的 施工方法。,六、改变体系加固法,（一）加固原理,六、改变体系加固法,（二）多跨简支梁改变为连续梁,（1）降低车辆活载、人群以及二期恒载在原梁跨中截面的弯矩；但在原相邻跨梁端出现负弯矩，同时支座反力发生变化；（2）在墩顶梁段要增设预应力钢筋和普通钢筋以抵抗负弯矩；（3）墩顶梁段设置横隔梁；,六、改变体系加固法,（二）多跨简支梁改变为连续梁,（4）关于单支座与双支座。简支梁连续梁标准图式是将原墩顶两排支座更换为单排支座，但是对某些情况下更换支座困难时，可保持原结构支座形成双支座。但因简支梁在墩顶上的两排支座间矩a比较小，故在受力体系由简支梁改为连续梁后，在自重作用可能会出现其中一排支座脱空，故应对桥墩进行验算。,六、改变体系加固法,（二）多跨简支梁改变为连续梁,谢谢!,