向中富教授 桥梁加固设计(武汉)ppt课件.pptx

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1、1,桥梁文化概论,Chongqing JiaoTong University,桥梁加固设计,向中富,2,桥梁存在的主要问题,3,桥梁与普通结构物的不同点,涉及面广跨径（规模）大空间性极强设计与施工密切相关施工难度与风险极大,4,影响桥梁发展的因素,桥梁事业发展与进步的前提：桥梁设计理论发展 桥用材料性能提高桥梁施工技术进步桥梁管养水平提升,5,桥梁事故,桥梁功能：跨越承载的工程结构 开放公共的大众建筑 形式多样的人文景观 沟通交流的社交渠道 桥梁事故后果：对国家形象、经济发展、社会运转、百姓 生活 等产生不利影响。,6,桥梁事故,施工事故结构或施工设备垮塌、人员伤亡、质量事故 。运营事故桥梁垮

2、塌、人员伤亡、交通中断。事故原因人为因素（历史局限、决策失误、管理混乱） 自然灾害（地震、洪水、泥石流、滑坡、崩塌 落石、风灾、冰灾、火灾及其次生 灾害） 桥梁病害（开裂、下挠。）,7,中国已成为世界桥梁大国？YES,1988年，全国共有桥梁12万余座, 2013年，全国桥梁数超过70万座，中国已成为桥梁大国！,8,中国已成为世界桥梁强国？NO,中国还称不上世界桥梁强国的原因之一是： 质量控制还不够理想 桥梁质量评价体现在“安全、功能。”。 其中：安全性保证桥梁服役期没有风险； 功能性保证桥梁正常服役。,9,服役桥梁问题、病害,缺少标志、标牌，管理失控： 超载、火灾。桥面防排水失效： 影响正常

3、安全行车、导致结构安全隐患。铺装、栏杆破损、残缺： 影响行车、行人安全、车辆冲击增加结构受力负担。,10,服役桥梁问题、病害,支座安全精度差，伸缩装置、支座破损、失效： 改变桥梁结构受力模式，危及结构稳定及受力安全。桥梁结构开裂、破损： 结构强度降低，危及结构承载能力安全。桥梁强度、稳定和刚度不满足使用要求： 危及结构使用安全。,11,服役桥梁存在的主要问题,混凝土桥梁加速下挠： 桥梁破坏的前兆！必须及时评估判断！ 1977年建造的世界最大跨径混凝土梁桥（241米），1993年测得 的跨中下挠1.4米，1996年3月采用8根体外索加固，6个月后垮塌。桥梁基础冲刷： 危及桥梁安全！,12,服役桥

4、梁问题、病害,桥梁火灾,重庆某桥被严重烧伤,13,服役桥梁问题、病害,船只撞击垮塌,广东某桥,江苏某桥,14,服役桥梁问题、病害,超载导致垮塌,山西某桥在182吨重负下终于未能挺住,15,服役桥梁问题、病害,桥梁洪灾,辽宁某桥被洪水冲垮,16,服役桥梁问题、病害,地震灾害,17,服役桥梁问题、病害,桥梁钢结构结构缺陷、锈蚀、疲劳等导致垮塌：,18,服役桥梁问题、病害,桥梁混凝土涂装保护不够： 主要针对腐蚀环境中的钢筋混凝土结构，以日本为例，混凝土涂装的发展经历了较长过程： 60年代 混凝土结构大量使用，曾认为不需维护 70年代 混凝土裂纹，钢筋锈蚀 80年代 腐蚀严重，国土交通部制定混凝土修复

5、标准 90年代 高速道路管理集团制定混凝土涂装及FRP补修基准 2000年 路桥集团制定了混凝土块剥落防止对策手册,19,桥梁问题、病害的主要原因,发展速度与基础研究、技术储备间存在矛盾 规范不够完善 设计、施工对工程的责任意识不够 监理作用发挥不够 施工质量欠佳 管理养护不到位,20,混凝土简支、简支连续梁桥主要病害,栏杆破损桥面铺装破损支座周围堵塞、卡死、锈蚀、 剪切破坏、偏压破坏伸缩缝破损、堵塞抵死锥坡垮塌桥头跳车预制吊装空心板铰缝破损（单板受力）、空心板顶板破损预制吊装T梁横隔板联接破损（降低结构整体受力性能）,21,混凝土简支、简支连续梁桥主要病害,原有设计荷载标准低，结构承载力不满

6、足现行荷载要求结构开裂（简支梁跨中横向开裂、跨端腹板斜向开裂）、钢筋锈蚀、预应力损失等导致承载力不足梁体超限下挠，不满足正常使用要求超载导致结构受损甚至垮塌支座原因、墩旁堆载、墩旁施工等引起桥墩偏位桥台开裂、位移冲刷引起墩台基础悬空船撞、车撞引起墩台、梁体受损,22,连续梁、连续刚构桥开裂,近年来，由于在设计方法、施工质量控制和运营养护中存在的诸多缺陷和不足，大跨径连续梁、连续刚构桥往往建成时间不长就出现病害，最主要是开裂和超限下挠。不但导致养护费用的大幅增加，损害桥梁的美观，更重要的是造成交通运营和结构安全度的降低，其发展受到严重制约。,23,裂缝形态,箱梁裂缝： 影响结构刚度和耐久性,24

7、,裂缝形态,箱梁裂缝： 影响结构刚度和耐久性,25,裂缝原因,设计主拉应力控制 主拉应力限值偏高，以50#混凝土为例，JTJ 023-85规范主拉应力的控制限在2.42.7MPa，同期先进国家的规范主拉应力的控制限在1.0MPa左右仅为85规范的一半甚至更低。我国2004桥规已大幅调低了主拉应力限值到1.0MPa左右。 主拉应力的计算由于不考虑箱梁的空间效应而造成计算值偏低。 腹板厚度减薄的分界点不适当。腹板厚度变化对箱梁截面应力状态的变化通常十分敏感，一般箱梁设计腹板厚度变化处取在1/4跨处，往往造成1/4跨截面的正应力、剪应力和主拉应力较大的提升。,26,裂缝原因,设计主拉应力控制 梁高变

8、化曲线采用不合理。梁高收得过快将直接导致截面内的剪应力和主拉应力的快速升高，在1/4跨断面会造成主拉应力控制紧张。 边跨偏长则其整体刚度偏小，在恒载与活载作用下，梁端现浇段会出现较大的主拉应力。,27,裂缝原因,设计箱梁温度应力的控制 箱梁桥的温度场受到桥梁走向、材料特性、截面构造和环境条件的影响。由于箱梁的空间几何闭合特性，其箱梁的温度应力的控制远比T梁复杂。箱梁温度梯度产生的应力比活载产生的应力还要大。顶、底板和腹板的水平裂缝占有不小的开裂比例，温差控制的不足不能不说是造成箱梁断面薄弱部位纵向开裂及腹板斜裂缝的重要原因。,28,裂缝原因,设计箱梁的预应力设计 传统上，除有顶、底板束外还有下

9、弯束、上弯束以及连续束，配束复杂，施工不便。上世纪80年代末仅采用顶、底板束，完全依赖竖向预应力抗剪的直束布束方式。由于没有弯束，90%的腹板长度都没有纵向预应力束穿过，混凝土的施工获得了极大的改善，同时钢束不弯折预应力损失也大为降低，遗憾的是：采用直束布束方式预应力箱梁桥，其腹板开裂程度要远大于弯束布置的方式。原因是：竖向预应力不可靠，特别在梁高较小梁端，跨度1/41/2梁段。 横向束布置不合理，包括顶板、底板。,29,裂缝原因,施工预应力施工控制的影响 为了抢工期，混凝土箱梁节段施工周期为往往仅5-7天。实际中，多数在3天就开始预应力束筋张拉，给桥梁的承载能力带来无法挽回的影响：预应力损失

10、增大、收缩徐变增加，是桥梁下挠和开裂的重要原因。,30,裂缝原因,施工预应力施工控制的影响预应力束、筋孔道压浆饱满度始终是一个难题。有效预应力、预应力不均匀度控制不力也有影响。 预应力失效。施工混凝土质量施工控制影响混凝土的质量也是导致箱梁桥开裂的一个重要因素。包括蜂窝、麻面、孔洞、露筋、剥落、起鼓、坑槽、渗水、预应力管道未压浆或不饱满、钢筋锈胀，混凝土干缩、漏浆、胀模和浇、拼接缝不平和开裂等。,31,裂缝原因,施工混凝土质量施工控制影响箱梁混凝土强度高是其优点，但同时水化热和收缩也大，抗拉强度与抗压强度的比较普通混凝土低，对混凝土的配比设计以及施工养护提出了更高的要求。 高强混凝土设计中水泥

11、和水的用量是关键，水泥含量过高产生水化热高，很容易在箱梁混凝土内形成温度场，产生自生应力。水泥含量低，则强度不能保证。,32,裂缝原因,养护超载影响桥梁使用荷载超过设计荷载，导致结构受力开裂，如箱梁横桥向开裂、腹 板斜向剪力裂缝、箱梁顶板纵向裂缝等。养护桥面铺装破损导致车辆冲击影响桥梁使用荷载长期对箱梁进行冲击，尤其是处于下坡路段末端的桥梁，容 易导致箱梁顶板破损、裂缝等。,33,连续梁、连续刚构桥水害,桥面排水不畅，致使桥面积水，不但影响行车安全，还导致箱梁结构受到渗水侵蚀。桥面防水构造缺失或破损（尤其是施工用空洞未封填），导致箱梁结构受到渗水侵蚀和箱内积水、淤泥。桥头排水处治不到位，导致箱

12、内积水，严重影响结构安全。,34,连续刚构桥超限下挠,主梁超限下挠： 影响结构承载力和使用功能,主梁突变下挠： 结构存在重大安全隐患，需高度重视,35,拱桥主要病害,桥面系、下部结构病害与梁桥类似主拱圈横向、纵向开裂实腹式拱桥拱上侧墙外移、与拱圈分离梁式拱上建筑病害与梁式桥类似中下承式拱桥吊杆、系杆防护破损及钢筋锈蚀、锚头积水及锈蚀钢管混凝土拱桥拱圈防护破损及锈蚀拱圈变形（下挠、外倾）、拱脚变位（竖、水平向位移、转动）,36,拱桥主要病害,37,拱桥主要病害,38,拱桥主要病害,主拱圈突发开裂或裂缝不断发展主拱圈轴线突发变形主拱圈拱脚突发变位中下承式拱桥吊杆、系杆病害拱圈恒载（拱上及悬吊结构）

13、及布置改变,39,斜拉桥主要病害,桥面系及下部结构与梁、拱桥梁类似斜拉索防护破损、钢筋锈蚀甚至断裂斜拉索减震构造失效，导致斜拉索疲劳断裂主梁纵向减震构造失效斜拉索锚头积水、锈蚀桥塔、主梁开裂（混凝土）、锈蚀（钢结构）桥塔主梁线形、位置变化,40,斜拉桥主要病害,41,斜拉桥主要病害,斜拉索索力突变桥塔、主梁线形突变 桥塔、主梁突发开裂斜拉索减震构造失效,42,悬索桥主要病害,桥面系及下部结构与梁、拱桥类似主缆防护破损、积水，导致钢筋锈蚀甚至断裂索鞍卡死、锈蚀隧道锚周围岩体松动、受到施工等扰动，影响锚固效果隧道锚锚室内积水、除湿设备损坏，导致主缆锚固构造锈蚀吊杆防护破损、积水、导致钢筋锈蚀甚至断

14、裂。 吊杆锚头积水、锈蚀索塔、加劲梁开裂（混凝土）、锈蚀（钢结构）桥塔、加劲梁线形、位置变化,43,悬索桥主要病害,44,悬索桥主要病害,主缆严重锈蚀、索鞍卡死 隧道锚周围岩体松动、受到施工等扰动 桥塔、主梁突发开裂 支座、伸缩缝卡死,45,钢结构桥梁主要病害,锈蚀。 杆件变形。开裂、焊缝脱落。联接构造破坏。螺栓断裂脱落。腐蚀。,46,充分认识设计的主导地位,大多数工程问题均与设计缺陷、设计不当有关。 如何避免设计缺陷，提高其设计的合理性、可靠性是摆在设计者面前的一个课题，设计者必须充分认识设计的主导地位，将自己的工作视为保证工程质量以及长期使用安全、耐久工作链条的一个关键节点上，不断提高质量

15、意识与设计质量。,47,继承传统，创新技术,桥梁设计中将创新技术理解为摈弃传统的东西是不正确的。 中国桥梁具有优良的技术、工艺传统，具有1400余年历史的赵州桥充分显示了中国桥梁在世界上的崇高地位。然而，最具民族特色，最适合于中小跨径桥梁，承载潜力最大，管养投入最少的拱式桥梁（特别是石拱桥）在一般跨径桥梁建设中所占的比例越来越小，更多的是采用混凝土桥梁。最主要的理由是拱桥施工工序复杂，质量控制困难。事实上，混凝土桥梁建设质量受到“人为因素”影响更多，其长期耐久性能并不比石拱桥强，而因为施工不变或质量控制困难而摒弃经过长期实践检验，长期使用安全、耐久性能更好的拱式桥梁有些难以理解。,48,合理的

16、桥梁结构体系和构造,采用合理的桥梁结构体系和构造是保证桥梁安全耐久的前提。 安全耐久的桥梁结构体系和构造应在工程实践中逐渐定型，在实践中已发现问题较多的桥梁结构体系和构造应予以限制，易断裂、易损坏者则应尽量避免。以中小跨径桥梁为例，我国从简支梁到先简支后桥面连续，从先简支后桥面连续到目前广泛采用的先简支后结构连续梁桥和先简支后墩梁固结梁桥，充分体现了桥梁结构形式的优化。而美国的中小跨径桥梁主要采用墩梁一体化设计，既可增加行车舒适性，也增强了桥梁的抗震性能，同时减少支座养护费用。,49,不断更新设计理念，提高桥梁设计可靠性,桥梁设计本身就是一项创造性的工作。桥梁设计是否满足要求的判别标准中，满足

17、规范规定仅是最低要求，更高的要求应是桥梁结构体系、构造设计的合理性以及桥梁长期使用安全、耐久性。设计中，需要重新认识桥梁“最不利”状态，计入一切可能出现的不利因素，提高设计的可靠性。例如，对于通航河流上的桥梁，通常仅强调通航孔桥墩桥墩防撞设计，但事实上，非通航孔并不就等于船只一定不会前往（广东九江桥事故就是一例），且仅靠管理是难以避免的，设计时必须留有足够余地，以便应对难以预料的风险。,50,精细化设计，提高桥梁设计质量,桥梁设计是一项十分细致的技术工作。一般桥梁设计中仅注重桥梁构件强度、桥梁整体刚度等是远远不够的，必须重视每一个构造细节的处理，重视每一个根杆件、部位的受力状态及耐久性，重视桥

18、梁的整体稳定性，实现桥梁精细化设计，从设计上保证桥梁施工质量的可控性。美国明尼阿波利斯大桥垮塌原因被认为是桥梁结构自身属于易断裂的结构（Fracture -critical），或无富余传力途径结构（Non-load-path-redundant），因节点板断裂而发生垮塌。这说明桥梁设计时不仅注意满足规范要求，还应充分考虑桥梁整体及每一构件在设计服役期内的可靠性和耐久性。近年来常见的高架桥、匝道桥整体垮塌也是桥梁精细化设计不足的表现。高架桥、匝道桥整体垮塌的原因之一就是桥梁设计时仅注重强度、刚度，忽略了桥梁整体稳定性的验算，导致支承设计不当或错误。,51,强调桥梁设计的可控性和可靠性,设计的可靠

19、性对保证桥梁在设计服役期内安全运营至关重要。设计的可靠性除与“规范”的正确性有关外，更重要的是要求相关责任人随时注意新技术的发展，确保在桥梁设计、施工、养护过程中的相关人员的责任要求。加拿大地拿康可德桥和美国明尼阿波利斯大桥两例事故中，都因最初的设计失误和后期施工与养护中未能发现问题所致，所以，提高工程技术人员的知识水平和责任感是避免桥梁垮塌的重要一环。,52,强调桥梁设计的可控性和可靠性,桥梁质量的可控性表现在设计中对施工质量可控性的考虑。施工方法与工艺选择中对质量的考虑以及管养策略中对保证桥梁健康状态维持可能性的考虑。以钢筋混凝土桥墩设计为例，个别设计因片面考虑钢筋的作用，致使钢筋过分密集

20、，导致混凝土难以浇筑密实，给结构安全留下隐患，严重者可能引起桥梁垮塌。所以，必须强调设计对施工质量可控性的考虑。,53,桥型方案选定应考虑的因素,桥型方案与设计任务书要求的符合性。包括桥梁的功能、桥下净空、上级主管部门或业主对桥梁型式、施工工期、工程造价等的特殊要求等。 结构体系与构造的合理性。主要从结构体系力学性能与具体构造上考虑桥梁受力是否合理、明确，力学分析与设计上是否存在困难，是否需要进行专门研究，结构体系性能是否具有先进性，是否能保证长期使用安全等。,54,桥型方案选定应考虑的因素,桥梁使用性能良好性。桥梁建成后是否具有良好的使用性能，包括行车舒适性等。 桥梁施工技术可行性。主要考虑

21、所拟桥型方案在施工上是否存在某些困难（结合当时、当地的施工条件及承包商的施工能力考虑），能否满足工期要求、是否存在潜在施工风险以及对投资有何影响等。,55,桥型方案选定应考虑的因素,桥用材料可行性。主要考虑建桥材料的供应情况。桥梁与环境的协调性。桥梁景观及建成后与周围环境是否协调，特别是城市桥梁美观问题往往可能成为方案取舍的关键。桥梁使用维护方便性。考虑桥梁在使用中维护工作量的大小，维修是否方便，对既有交通有何影响、维护费用等。,56,桥型方案选定应考虑的因素,桥梁全寿命成本合理性。所选方案应尽可能实现全寿命成本最低。桥型方案的地域性。在选择方案时还应考虑桥梁所在地区习惯与接受能力等。桥梁耐久

22、性。主要结构材料、关键构造等的寿命必须满足桥梁使用寿命要求。,57,桥梁养护的重要性,即使是设计、施工质量均好的桥梁，其使用价值（特别是安全性）随着桥梁的使用时间增加而不断降低，当使用价值降至安全限值时，必须通过养护及维修加固，维持、提高其使用价值，该过程在设计期限内持续发生。 为了确保桥梁健康、安全，养护不容忽视。如果养护到位，使用价值维持过程发生频度就会低得多；假如桥梁设计、施工质量均好，养护就相对容易。遗憾的是：材料仍然会有缺陷、许多构件的寿命有限，支座和伸缩缝需要保健、更换。 ； 例如，斜拉索的寿命至少30 年，要能达到该寿命，定时的检测和养护是不可或缺的！ 养护的程序和时程都应该在设

23、计时予以充分考虑。养护和更换部分构件的成本也应该考虑。如果设计未考虑，管养部门应予以补充。,58,桥梁养护的重要性,对于设计寿命一百年（120、150年）的桥梁，因为设计、施工、养护质量的不到位，致使桥梁寿命降低，提前重建，例如仅30年就重建，就相当于损失了70%的经济效益。 如此大的损失，社会是难以负担的，这实际上是把维修，重建，甚至危害遗留给我们的下一代。极不公平！ 应当引起大家的重视。,59,桥梁养护的重要性,建设速度快，设计、施工、监理难免不到位，桥梁工程先天性质量值得高度重视。桥梁设计35月，施工13年，管养则需100年，可见， 桥梁能否100年安全使用的关键就落到维护与加固上。,6

24、0,桥梁维护加固重要性,五倍定律（美国）： 混凝土结构新建时 少投入 1美元 开始出现锈蚀时 维修需 5美元 表面顺筋开裂时 维修需 25美元 严重腐蚀破坏时 维修需 125美元,61,搞好桥梁养护的对策,作好十到位：认识到位、组织到位、人才到位、经费到位、技术到位、专业到位、条件到位、规范到位、信息到位、监管到位完善管养（日常养护、监测、检测、评估、加固）规范化严格管养（日常养护、监测、检测、评估、加固）监管提高从业人员素质，确保管养专业力量保证投入，改善条件，积极引进新的理念、技术、工艺,62,桥梁状态评估,63,桥梁状态评估=人体定期体检,桥梁维修加固决策的主要依据桥梁状态评估桥梁日常检

25、查评估桥梁定期检查评估桥梁特殊检查评估实时状态监测评估,64,桥梁特殊检查评估,桥梁结构静力检算评估：荷载标准的确定？施工过程的考虑？特别施工缺乏设计（竣工）文件时！材料劣化影响的合理计及？如根据锈蚀、混凝土碳化等预应力损失的合理计入？结构损伤（如开裂）的识别与合理模拟？（结构损伤识通常包括静力参数识别法、动力参数识别法、基于统计分析识别法和基于智能算法识别法等 ）。,65,桥梁特殊检查评估,桥梁结构疲劳分析评估：桥梁结构（钢结构、斜拉索等）疲劳，通常指在交变荷载的反复作用下，结构发生低名义应力断裂破坏的现象。疲劳破坏经历：裂纹的形成、裂纹的缓慢发展、结构的迅速断裂。 疲劳分析模拟难度大，特别

26、是荷载模拟、初始损伤影响模拟等。实桥结构疲劳试验难度大，特别是试件获取（活检）等。桥梁结构使用寿命分析困难。,66,桥梁特殊检查评估,桥梁结构荷载试验评估：试验对象选取？试验参数确定与获取？ 加载过程中结构状态变化识别？通过对有限的荷载试验结果判定全桥结构状态？。,67,桥梁特殊检查评估,桥梁结构特殊检查评估相关理论与技术需要急需深入研究！ 带有各种损伤的桥梁结构真实力学状态模拟分析理论与方法、桥梁结构剩余寿命分析理论与方法等等。,68,桥梁状态监测评估,监测什么？监测那里？监测频率？温度等外界因素影响监测？监测响应与结构实际状态间的关系？监测预警？,69,桥梁状态评估,常用的桥梁状态评估理论

27、和方法有： 外观调查评定法 以设计规范为基础的验算评定法 基于荷载试验的方法 基于可靠度理论的方法 承载能力的计算机有限元模拟 常规综合评价法 专家系统评定方法 灰色关联度评价法 模糊综合评判法 摸糊神经网络法 特尔斐专家评估法 层次分析法(AHP),70,桥梁状态监测评估,至今，没有一种评估方法能够对各种条件下的桥梁状态做出准确的评估，桥梁状态监测评估理论与技术研究任重道远！,71,桥梁状态监测评估,长寿命智能传感器的研发物联网技术的应用通过对结构建设过程施工控制信息与营运过程的信息构建全寿命的结构安全评价体系 。成为新的研究热点,72,桥梁状态评估实用方法,了解桥梁设计情况掌握桥梁施工中存

28、在的问题及成桥状态摸清桥梁历次检查、评估情况及病害变化情况据实确定材料劣化情况及用于理论分析的折减系数建立合理的，并计入病害影响的结构分析模型进行必要的荷载试验,73,桥梁加固设计,74,桥梁状态评估实用方法,75,桥梁状态评估实用方法,76,桥梁加固设计规范颁布的意义,树立桥梁维护加固意识 统一桥梁维护加固认识 规范桥梁维护加固行为 提高桥梁维护加固质量 保证桥梁维护加固效益,77,桥梁加固设计规范体系,总则,一般规定,通用材料,各种构件加固方法、构造、计算,各种桥梁加固方法、构造、计算,78,桥梁加固设计规范主要内容,梁桥加固,桥梁加固材料,常用构建加固,各类桥梁加固,混凝土裂缝处理；支座

29、、伸缩缝更换,桥梁抗震加固,桥梁下部结构及基础加固,桥梁加固设计原则、程序与基本要求,79,桥梁加固设计规范总则,背景：贯彻国家有关政策法规，规范、提高加固 及设计水平； 目的：满足安全适用、技术可靠、经久耐用、经 济合理、环境保护的要求。 范围：各类公路桥梁恢复使用功能、提高承载能 力、增强安全性和耐久性的加固设计。,80,桥梁加固设计规范总则,前 提： 桥梁技术状况、承载能力评定，建设方 案的社会、经济、技术比较。 特殊要求：有特殊要求的桥梁荷载标准、 加固设 计基准期、功能要求由委托方提出。 特别提示：除满足本规范外， 加固设计尚应符合 国家、行业现行标准、规范。,81,桥梁加固设计规范

30、基本规定,一般规定桥梁的可加固性委托方的要求不损伤原结构，不造成新的损伤加固设计得针对性抗震等专门验算加固实施应充分考虑结构倾斜、失稳、坍塌等可能性加固方案的论证及技术、经济比选,82,桥梁加固设计规范基本规定,综合经济性 优秀的设计强调全寿命成本最底。桥梁维护加固也存在投入与效果的关系问题。维护加固本身就比新建难度大，方案制定应充分考虑维护加固后的使用效果与寿命。美国钢筋混凝土维护费用的五倍定律： 少投入 1美圆 开始出现锈蚀 5美圆 顺钢筋开裂 25美圆 钢筋严重锈蚀 125美圆,83,桥梁加固设计规范基本规定,设计计算基本假定分阶段受力原则平截面假定在极限状态下，原结构受压区边缘混凝土的

31、应变达到极限值，截面受压区应力可以简化为矩形计算，抗压强度取混凝土设计强度。在极限状态下，原结构受拉区钢筋仍为理想弹塑性材料，抗拉强度取抗拉设计强度。混凝土结构加固后的极限承载力，应以原结构截面中混凝土或钢筋设计强度值控制。,84,桥梁加固设计规范基本规定,基本原则与程序 依据原桥梁竣工图或设计图及检测评估报告、必要的现场核对 应考虑病害影响、材料劣化、新旧材料的结合性能及材性差异 加固设计应进行各施工阶段构件的强度、稳定及结构变形验算 加固后的结构验算应考虑附加荷载（温度变化等）的影响 改变结构体系加固时不宜出现超越材料允许的应力值 加固验算应根据桥梁建设年代的设计荷载、材料性能进行相应计算

32、 加固可研（含估算）初步设计（含概算）施工图设计（含预算）,85,桥梁加固材料选用原则,桥梁加固用材料的品种、规格及使用性能，应符合国家、行业相关标准的规定，并满足设计要求;采用纤维复合材料加固桥梁结构时，应采用与此纤维材料相配套的树脂类找平、粘结和表面防护材料。, 桥梁加固用新材料必须通过相 关管理部门组织的技术鉴定。,86,桥梁加固材料混凝土,等级要求： 桥梁结构加固用混凝土的强度等级应比原结构构件提高一级,采用普通混凝土加固时：不得小于C30,采用预应力混凝土加固时：不得小于C40,其他要求： 水泥的品种、性能和质量； 骨料的品种和质量； 拌和用水质量； 掺加粉煤灰质量； 外加剂质量,8

33、7,桥梁加固材料钢材,基本要求： 普通钢筋、钢板、型钢、扁钢、钢管、预应力钢材、焊接材料、螺栓均应满足国家、行业现行相关规范及设计要求,体外预应力索： 应采用防腐性能可靠的产品，宜采用成品索,若采用环氧涂层预应力钢材，应检测涂层的质量和主要性能指标,88,桥梁加固材料纤维复合材料,加固用纤维复合材料与胶粘剂应进行适配性检验,抗拉强度标准值,纤维复合材料与混凝土正拉粘结强度,层间剪切强度,89,桥梁加固材料胶粘剂,根据所加固结构的重要程度分为A级胶与B级胶： A级胶用于重要结构或构件的加固 B级胶用于一般结构或构件的加固混凝土桥梁加固用胶粘剂 其钢钢粘接抗剪性能必须经过湿热老化检验合格;经湿热老

34、化后的试件，应在常温条件下进行钢钢粘接拉伸抗剪试验，其强度降低的百分率（）应符合下列要求： A级胶不得大于10 B级胶不得大于15,90,桥梁加固材料胶粘剂, 桥梁加固用浸渍、粘贴纤维复合材料的胶粘剂所采用的底胶与修补胶应与之相适配；不得采用不饱和聚酯树脂、醇酸树脂。 粘贴钢板用胶粘剂与植筋锚固用胶粘剂在安全性能指标上是有区别的，不能混用；植筋锚固用胶粘剂其填料须在工厂制胶时添加，严禁在施工现场加入。 混凝土桥梁加固用胶粘剂应进行毒性检验；不得使用乙二胺作为固化剂；不得在其中掺入挥发性有害溶剂和非反应性稀释剂。 寒冷地区桥梁加固用胶粘剂应通过耐冻融性能检验。,91,桥梁加固材料裂缝修补材料,裂

35、缝修补用胶（注射剂）安全性能指标,92,桥梁加固材料裂缝修补材料,裂缝修补用聚合物水泥注浆料安全性能指标,93,桥梁加固材料混凝土表面修补材料,94,梁式桥加固加固对象与方法,施加体外预应力,需进行加固,构件强度不满足,桥梁稳定性不满足,桥梁耐久性不满足,构件刚度不满足,改变结构体系,增大截面,粘贴钢板,粘贴纤维复合材料,更换主梁,增强横向整体性,95,梁式桥加固简支梁、板桥,96,梁式桥加固连续梁、连续刚构,97,梁式桥加固加固计算要点,齿板、牛腿、转向装置等构造局部应力分析宜按空间结构计算。,横向分布,空间计算,整体计算,增强横向整体性、加强桥面横向联系、增设主梁、粘贴法或增大截面加固部分

36、主梁（板）的横向分布计算，应计入增强后结构刚度的变化。,结构加固后应进行整体计算，并应考虑加强部分对结构刚度的贡献。,98,梁式桥加固加固构造要求,更换混凝土铺装层，应将原有混凝土调平层和桥面铺装清除。在原桥面板上设置齿形剪力槽或采取植筋的措施来增强结合面的抗剪强度。,更换（新增）主梁（板）加固时，应清除拟更换（新增）主梁（板）梁侧各1.0m范围内的桥面铺装。,采用体外预应力加固时，箱梁齿板应尽量靠近承托布置。,增强横向联系宜在梁（板）端部及其他控制截面进行。新增横梁（横隔板）应采取措施与原结构可靠锚固。,其他构造要求见相关加固方法的构造要求。,99,99,概况428240.5528米预应力混

37、凝土连续弯梁（R=125m）变截面、直腹板、单箱单室支架现浇,主要缺陷底板裂缝（max=1.5mm）腹板裂缝,主要原因预应力布设不足刚度和强度均不足 (主孔跨中截面梁高1.5m、支点截面梁高2.0m),梁式桥加固预应力混凝土弯箱梁桥加固实例,100,100,加固方案新增曲线预应力(221515.24)加厚腹板 局部粘贴钢板裂缝灌浇、封闭,梁式桥加固预应力混凝土弯箱梁桥加固实例,101,101,工程概况主跨140m+240m140m预应力混凝土连续刚构变截面、直腹板、单箱单室(箱宽22m)悬臂浇筑,梁式桥加固预应力混凝土连续刚构加固实例,102,102,主要缺陷主跨跨中下挠31.7cm腹板与底板

38、交接处裂缝（3mm）主跨80至160m范围腹板开裂箱梁顶板纵向开裂,主要原因墩顶索布设不足截面选择不佳(剪力滞效应明显)无下弯索,竖向预应力损失估计不足,加固方案墩顶增设体外预应力钢束(121915.24) 局部粘贴钢板裂缝灌浇、封闭,梁式桥加固预应力混凝土连续刚构加固实例,103,103,1,2,1,2,梁式桥加固预应力混凝土连续刚构加固实例,104,104,梁式桥加固预应力混凝土连续刚构加固实例,105,105,梁式桥加固预应力混凝土连续刚构加固实例,106,拱式桥加固加固方法,增大主拱截面、调整拱上建筑恒载、增强横向整体性,增大截面或改变截面形式、粘贴钢板及纤维复合材料增强横向整体性,增

39、强横向整体性、粘贴钢板及纤维复合材料、施加体外预应力以及增大构件截面,增大截面、调整拱上建筑恒载、增加拱肋、增强横向整体性以及粘贴纤维复合材料,外套钢管混凝土增大截面、粘贴纤维复合材料、更换吊杆或系杆、改善桥面系结构以及增强横向整体性,圬工拱桥：,双曲拱桥：,桁架、刚架拱桥：,钢筋混凝土箱板（肋）拱桥：,钢管混凝土拱桥：,107,拱式桥加固加固计算,吊架方式新增主拱圈截面混凝土恒载由原拱承担；支架方式新增主拱圈截面混凝土恒载由加固后的组合截面拱承担；加固中临时卸除荷载的恢复及使用荷载由加固后的组合截面拱承担。,增大主拱混凝土截面或在主拱圈上粘贴钢板和纤维复合材料加固时应分阶段计算受力。,采用混

40、凝土增大主拱圈截面或在主拱圈上粘贴钢板或纤维复合材料加固时，根据平截面假定计算原拱圈和新增部分的应力。,计算参数,分阶段受力,吊架/支架施工,内力（应力）重分布,增大主拱截面加固时，新浇混凝土与原混凝土或砌体结合面的抗剪能力应满足要求；应计入新增混凝土收缩徐变引起的结构内力（应力）重分布。,Unified & Flexible Administration,平截面假定,计算应考虑结构损伤、材料劣化、新旧材料的结合性能 及材性差异等因素的影响。材料、几何等参数应通过实 测确定。,108,108,工程概况2120米中承式钢管混凝土拱桥哑铃型钢管、高强钢丝吊杆桥面系为简支纵横梁体系,加固方案更换吊杆

41、、调整桥面铺装标高钢管拱肋、风撑防护新增K撑横梁及桥台裂缝灌浆、修补,拱式桥加固钢管混凝土拱桥加固实例,109,109,新增K撑构造,拱式桥加固钢管混凝土拱桥加固实例,110,110,钢管拱肋、风撑防护示意,吊带安装构造示意,拱式桥加固钢管混凝土拱桥加固实例,111,悬索桥、斜拉桥加固加固对象与设计要点,加固更换,悬索桥加劲梁、索塔或整体刚度不足,悬索桥吊索(杆)索损伤或承载力不足,斜拉桥斜拉索损伤或承载力不足,斜拉桥主梁、桥塔或整体刚度不满足,112,悬索桥、斜拉桥加固加固方法,悬索桥常用加固方法,整体加固：更换吊索（杆）增设斜拉索设置中央扣加强加劲梁风构等局部加固：更换加劲梁构件增大截面粘

42、贴钢板粘贴纤维复合材料等,斜拉桥常用加固方法,整体加固：更换斜拉索增设辅助墩增设纵、横向主梁限位装置增设斜拉索减振装置等 局部加固：增大截面粘贴钢板粘贴纤维复合材料等,113,113,工程概况240m的单跨钢桁架加劲梁悬索桥悬索矢跨比为1/10华伦式钢桁加劲梁、门式桥塔吊索：高强度镀锌钢丝主缆：由19根高强镀锌索股组成,悬索桥加固实例,114,114,主要原因桥区山体裂隙发育，影响锚室安全主梁横向刚度过小，刚构件破损吊杆及缆索破损，索力损失塔顶索鞍偏位，抵死,悬索桥加固实例,115,115,加固方案对钢桁梁局部增加钢构件，提高钢横梁的刚度调整或更换部分吊杆及节点更换桥面板及铺装层对主缆进行除湿

43、及防腐处理,悬索桥加固实例,116,钢桥、钢混组合桥加固加固对象与设计要点,进行加固,构件强度不满足,构件疲劳不满足,构件变形不满足,稳定性不满足,加大截面法(加焊钢板、型钢)粘贴碳纤维复合材料、加大连接强度、增设体外预应力、改变结构受力体系、减轻荷载及阻止裂纹扩展等方法。,钢桥,粘贴钢板，增加混凝土桥面板厚度 ，施加体外预应力或粘贴碳纤维复合材料等方法 。,几何偏差不满足,钢-混组合桥,117,钢桥、钢混组合桥加固钢结构加固计算原则,结构内力分析时，应考虑结构的实际有效截面面积和结构加固受力特点，确保新增部分与原结构共同工作。计算截面抗弯承载力时，须考虑加固材料的应变滞后效应。,当采用新增杆

44、件并导致结构体系发生变化或重量增加时，应对结构及桥梁基础进行验算。,对钢桥或钢-混凝土组合梁桥进行正常使用极限状态的应力、变形和疲劳计算时，应取用各种作用效应的标准值；对其承载能力极限状态的强度验算时，应取用各种作用效应的设计组合值。,118,桥梁下部结构加固加固部位与方法,盖梁,台身,墩柱,采用施加体外预应力、增大截面、粘贴钢板或纤维复合材料等方法加固,采用增大截面、钢套管内灌混凝土、粘贴纤维复合材料或钢板等方法加固,采用外包钢筋混凝土套箍、更换台后填土、增设辅助挡土墙、框架梁加注浆锚杆等方法加固。,基础,基础冲刷,地基,采用增大基础底面积、增大桩头面积增加基桩、增设支撑梁等方法加固。,可采

45、用高压旋喷注浆、土体注浆等方法加固。,基础冲刷过大，可采用抛石、砌石防护、石笼、板桩防护、上游设导流坝、下游设拦砂坝等方法加固。,119,119,某预应力混凝土T梁桥，下部结构为柱式墩、桩基础主要病害： 桩柱连接处混凝土严重破损、钢筋锈蚀加固方案： 增大截面法处置桩柱连接处破损颈缩,桥梁下部结构加固加固实例,120,120,桥梁下部结构加固加固实例,121,抗震加固地震引起的破坏,落梁盖梁破坏结点破坏墩柱破坏桥台沉陷支座破坏伸缩缝破坏,122,抗震加固抗震评估,初评估：综合考虑桥梁结构的重要性、结构的实际情况和经济性等因素，确定桥梁是否处于高地震危险性状况以及是否需要加固。,详细评估：对初步评

46、估阶段确定的需要加固的桥梁进行抗震性能的详细评估，评估时应尽可能地了解结构的实际性能以及在不同水平地震作用下所处的状态 。,123,抗震加固桥墩加固,增大截面加固法：,在墩柱的外增加混凝土并配置纵、横向钢筋，纵筋必须锚固在承台中。承台也相应进行加固。增大截面加固法通常采用的型式有圆形、矩形 ；加固方式可分为：全截面加固和部分截面加固。,124,抗震加固桥墩加固,增大截面加固法：,外包钢管加固法：,圆形桥墩采用薄钢管外包塑性铰区的加固技术时，宜采用两块半圆形的钢管现场沿竖向接缝焊接而成，钢管的内径比桥墩直径略大，空隙中灌注微膨胀水泥砂浆，钢管的下端与承台顶面应有40mm的间隙。,125,抗震加固

47、桥墩加固,粘帖纤维复合材料加固法：,圆形桥墩采用纤维复合材料外包塑性铰区的加固技术方法，该法可有效提高混泥土柱的延性。,126,抗震加固基础加固,在承台的顶面、底面增加厚度提高其抗弯刚度,扩大承台尺寸、增加抗拉桩，提高基础抗倾覆能力,设置预应力，提高承台抗弯强度增加承台厚度、竖向钢筋或预应力，提高承台抗剪强度,127,抗震加固防落梁措施,防落梁装置的基本要求：,有足够的变形能力，不影响主梁的正常使用功能；,有足够的强度，能有效防止地震落梁。,不妨碍支座的移动或转动等功能，便于支座的维护管理；,128,抗震加固减隔震措施,减隔震措施的基本要求：,当桥梁中有刚性墩，桥的基本振动周期比较短（如周期值

48、位于规范设计谱的平台段）、桥墩高度相差较大或桥址区的预期地面运动特性主要能量集中在高频段时，可采用减隔震措施。,减隔震支座应具有足够的刚度和屈服强度，避免在正常使用条件下出现因风荷载、制动力等引起的桥梁有害振动。,设置减隔震支座时，应保证相邻上部结构之间具有足够的位移空间。,当基础土层不稳定、原有结构的固有周期比较长、位于软弱场地易引起共振或支座中出现负反力时，不宜采用减隔震措施。,129,裂缝处理,桥梁混凝土裂缝一般分为结构性裂缝和非结构性裂缝 。,当裂缝区的钢筋锈蚀时，应先对钢筋进行除锈，再进行裂缝修补 。,裂缝修补后，可进行表观处理 。,桥梁混凝土构件裂缝的处理，应分析裂缝的成因。,130,裂缝处理,根据裂缝性质，随宽度、深度不同选择不同处理方法,131,谢 谢 ！,132,谢谢！,