桥梁加固设计及设计规范上宋宁.ppt

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1、中交第一公路勘察设计研究院有限公司 宋宁,桥梁加固设计及设计规范（上）,内容提要,1,2,3,4,5,规范编制的依据、原则和指导思想,公路桥梁加固设计规范的主要内容,设计规范的总则和基本规定,6,5,7,体外预应力加固法,6,改变体系加固法,8,改变体系加固法,增大截面加固法,粘贴钢板加固法,粘贴纤维复合材料加固法,规范编制的原则,1.总结国内桥梁加固设计、施工之成熟经验，同时借鉴吸收国外的先进经验;,2.技术上既要采纳成熟理论、新方法、新材料、新工艺，还要考虑到国内现状。3.充分考虑与其它相关标准、规范的协调性。,一、规范编制的原则和指导思想,规范编制的指导思想,公路桥梁加固设计规范、公路桥

2、梁加固施工技术规范是公路桥梁系列规范的重要组成部分。以承载力不足及已产生病害的桥梁为对象，以现场所取得的检测评估或荷载试验等资,料为依据，以桥梁加固常用的基本方法为主线，对桥梁加固方案的选择、主要材料、主要工艺、主要计算方法、细部构造设计及施工过程起指导作用的具有中国特色的、操作性较强的重要技术法规，也是进行桥梁加固质量验收与评价的重要依据。,一、规范编制的原则和指导思想,二、公路桥梁加固设计规范的主要内容,正文：1 总则2 术语、符号3 基本规定4 加固用材料5 增大截面加固法 6 粘贴钢板加固法 7 粘贴纤维复合材料加固法 8 体外预应力加固法 9 改变体系加固法 10 梁桥加固11 拱桥

3、加固12 悬索桥、斜拉桥加固13 钢桥及钢-混组合结构桥梁加固14 桥梁下部结构及基础加固设计15 桥梁抗震加固16 混凝土裂缝处理17 支座、伸缩缝更换,附录：附录A 植筋技术附录B 锚栓技术附录C 钢筋混凝土矩形截面偏心受 压构件应力（应变）计算附录D 碳纤维片材加固混凝土结构 施工质量现场检验方法附录E 体外索加固体系结构分析方 法和简支体系的内力计算附录F 简单支撑加固法计算步骤附录G 圆形和矩形截面屈服曲率和 极限曲率计算,规范共17章和7篇附录,混凝土梁桥常见缺陷,1 跨中挠度过大；2 跨中底板开裂；3 靠支点或跨中腹板开裂；4 齿板或其附近区域开裂；5 箱梁顶板渗水、钢筋锈蚀；6

4、 支座剪坏，支座脱空，锁死；7 箱梁底板局部开裂；8 边支点附近底板腹板开裂；9.,产生缺陷主要原因,1 结构尺寸不合理(设计)2 计算差错、漏算(设计)3 力筋布置不合理(设计)4 构造筋不足(设计)5 局部、细节研究不够(设计)6 混凝土施工质量不好(施工)7 施工方法、顺序不当(设计、施工)8 支架变形、变位(施工)9 缺少养护（管养）10,裂缝分类及成因,结构裂缝,设计应力超限配筋不当预应力锚固不当基础沉降意外事故,支架变形混凝土收缩化学作用热量变化,钢筋锈蚀碱性骨料反应混凝土炭化,早期水化热冰冻、融化,非结构裂缝,1、总则,三、设计规范的总则和基本规定,桥梁加固设计目标,安全适用,经

5、久耐用,环境保护,技术可靠,经济合理,规范适用范围,恢复桥梁使用功能,增强桥梁的耐久性,提高桥梁承载能力,各类桥梁,增强桥梁安全性,1、总则,三、设计规范的总则和基本规定,表观检测,荷载试验,综合评估,无损检测,结构验算,桥梁加固设计,社会比较,技术比较,经济比较,1.0.4 有特殊使用要求的桥梁,其荷载标准、设计基准期、功能要求通过专题研究确定,1.0.5 加固设计除满足本规范外，尚应符合国家、行业相关标准、规范的规定,三、设计规范的总则和基本规定,2、基本规定,加固前提,经技术状况 评定和承载 载力鉴定确 认了可行性,设计主要依据,设计图竣工图检测评 估报告必要时 现场 核对,计算参数,病

6、害影响材料劣化新旧材料结合性能新旧材性差异实测几何参数,对于缺乏设计及竣工资料的 大桥或技术复杂桥梁，应考虑采用荷载试验的方法来确定其实际承载能力，依此作为加固设计的依据。,三、设计规范的总则和基本规定,2、基本规定,需考虑因素,3.1.2 尽可能不损伤原构件，防止新的损伤或病害；3.1.3 高温、冻融、腐蚀环境影响，针对性措施；3.1.4 桥梁有抗震要求，验算抗震能力；3.1.5 施工方法、工艺、流程应考虑结构倾斜、失稳、坍塌可能 性。3.1.6 特大桥、大桥主要承重构件多方案技术、经济比较。,三、设计规范的总则和基本规定,加固设计计算内容,各施工阶段构件强度、稳 定性和结构变形；加固后验算

7、需考虑附加荷 载（温度变化、混凝土收 缩、徐变等）影响；考虑桥梁建设年代的设计 荷载和材料性能。,2、基本规定,三、设计规范的总则和基本规定,加固设计计算基本假定,在新加材料与原结构（构件）未有效结合前，其恒载（含新加材料重量）应由原结构承担。,有效结合后施加的荷载（恒载、活载、附加荷载）由加固后的组合截面承担。,加固应充分考虑分阶段受力、结构有损伤的特点,1,三、设计规范的总则和基本规定,加固设计计算基本假定,在不同受力阶段，截面变形符合平截面假定,2,在极限状态下，原结构受压区边缘混凝土应变达到极限值，截面受压区应力简化为矩形计算，抗压强度取混凝土设计强度。,3,三、设计规范的总则和基本规

8、定,在极限状态下，原结构受拉区钢筋仍为理想弹塑性，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以原结构截面中混凝土或钢筋强度设计值控制。,加固设计计算基本假定,直接加筋类加固构件特点是后加补强材料只承担车辆荷载及后加荷载产生的内力，与原结构钢筋相比，其应变（应力）相对滞后，一般情况下在极限状态时，其应力达不到抗拉强度设计值。,5,4,工程可行性研究（估算）,三、设计规范的总则和基本规定,2、基本规定,加固方案、初步设计（概算）,加固施工图设计（预算）,加固设计程序,特大桥、大桥或技术复杂桥梁应根据桥梁技术状况及承载能力评定结论，综合考虑各种因素编制加固工可，按本条程序进行加固设计；一

9、般性桥梁可不做工可，但在初设中对桥梁主要承重部分的加固应有不少于两个方案比较，择优选推荐方案进行施工图设计。,四、设计规范的总则、术语符号和基本规定,检测（定期、特殊）,评估,方案设计,施工图设计,施工,加固后评估,桥梁加固常用方法,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,规范中相应的构件加固法,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：,四、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）,四、增大截面加固法,主要加固结构型式,设计规范针对上述构件的增大

10、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。,四、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；,四、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。,四、增大截面加固法,（二）混凝土受弯构件加固设计计算,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

11、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。,四、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,四、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,（）,（）,四、增大截面加固法,（二）混凝土受弯构件加固设计计算,新增纵向普通钢筋拉应变,截面应变图,四、增大截面加固法,（二）混凝土受弯构件加固设计计算,4）斜截面抗剪承载力计算,（）,四、增大截面加固法,（二）混凝土受弯构件加固设计计算,与原梁斜裂缝相关的修正系数

12、:1.没有斜裂缝,取1.0 2.斜裂缝缝宽小于0.2,取0.835 3.斜裂缝缝宽大于0.2,取0.78,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:,（）,四、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

13、，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。,四、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:宜比原结构提高一级且不低于C25；厚度:板不小于100mm;梁和受压构件不小于150mm。（2）新增钢筋及布置 受力钢筋不小于12mm，不宜大于25mm;构造筋不小于10mm。（3）界面处理及植筋 原构件表面应凿成凹凸差不小于6mm的粗糙面；种植相应的钢筋。,四、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、

14、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。,五、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。,五、粘贴钢板加固法,（二）构造技术要求,五、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。,五、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

15、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。,五、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主要用于桥梁的受压构件加固。虽然也适用于梁、板加固。但在设计计算方法上有不同处理。,六、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。,六、粘贴纤维复合材料加固法,（一）加固设计计算,1）一般规定（1

16、）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。,六、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。,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,六、粘贴纤维复合材料加固法,（二）构造技术要求,当纤维

17、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：,六、粘贴纤维复合材料加固法,（二）构造技术要求,体外预应力索应具有防腐能力，且可更换转向装置与梁体连接可靠，应进行强度验算自由长度超过10m时应设置定位装置结构混凝土强度低于C25时不宜采用体外预应加固。,七、体外预应力加固法,一般规定（要求）,连续梁的体外预应力加固,七、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。,七、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

18、间无粘，同一截面内的体外预应力钢束与混凝土之间变形不协调。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。,七、体外预应力加固法,（二）加固体系结构特点,七、体外预应力加固法,（三）体外预应力加固梁的设计计算,转向装置宜采用钢部件、现浇混凝土块体或附加钢锚箱结构。规范根据结国内外相关试验研究资料，对转向装置的局部计算提出了相应计算公式。,七、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。,八

19、、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：,八、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。,八、改变体系加固法,（一）加固原理,八、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；,八、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。,八、改变体系加固法,（二）多跨简支梁改变为连续梁,