橋梁檢測與加固.ppt

橋梁檢測與加固 廣東工業(yè)大學(xué)管民生 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 1 補(bǔ)課通知 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)改上理論課 時(shí)間 第4 5周三6 7節(jié)地點(diǎn) 教1 304望同學(xué)們周知 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 2 第一講橋梁檢測與監(jiān)測技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用第二講橋梁病害診斷第三講混凝土結(jié)構(gòu)承載能力及耐久性評估第四講橋梁改造加固方案設(shè)計(jì)第五講橋梁加固薄弱受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)計(jì)算 講授提綱 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 3 橋梁結(jié)構(gòu)檢查的重要性橋梁結(jié)構(gòu)的使用性能及耐久年限 主要由設(shè)計(jì) 施工和所用材料的質(zhì)量等諸多因素共同確定 由于設(shè)計(jì) 施工和材料可能存在某些缺陷 而這些缺陷會使橋梁結(jié)構(gòu)先天存在著某些薄弱之處 此外 橋梁在營運(yùn)使用中又會受到不可避免的人為損傷及各種大自然侵蝕 帶來后天病害 先天缺陷和后天病害的不利影響往往會結(jié)合在一起 如果再遇上荷載和外力的臨界組合 則很容易使橋梁發(fā)生不可預(yù)見的損壞 橋梁結(jié)構(gòu)中的一處或某幾處局部的損壞又可能產(chǎn)生連鎖反應(yīng) 波及到更多的位置 發(fā)展成更大的損壞 乃至危及橋梁的安全 所以 確保建成的橋梁保持良好的運(yùn)營狀態(tài)和正常的使用功能 當(dāng)務(wù)之急是及時(shí)發(fā)現(xiàn)早期病害 在尚未出現(xiàn)更大的損傷之前采取維修養(yǎng)護(hù)措施 以控制病害發(fā)展或把病害清除 而要達(dá)到此目的 就必須對橋梁進(jìn)行檢查 橋梁結(jié)構(gòu)的檢查是保證橋梁正常使用 進(jìn)行維修加固的重要依據(jù) 檢查橋梁結(jié)構(gòu)的目的在于隨時(shí)掌握結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀況和安全狀態(tài) 總結(jié)設(shè)計(jì) 施工 使用和維修的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn) 鑒定現(xiàn)有橋梁的承載力和通過能力 指導(dǎo)對橋梁的正確使用 管理和維修 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 4 橋面結(jié)構(gòu)的檢測用于預(yù)測橋面病害的一般方法是 測量氯化物含量和電勢 并進(jìn)行肉眼觀測 但此種方法既費(fèi)時(shí)間 又妨礙交通 而且更遺憾的是 這種方法不能就瀝青橋面鋪裝的整個(gè)病害情況提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù) 因?yàn)樵摲椒ㄖ话炎⒁饬性谟捎诟g而導(dǎo)致的頂面鋼筋保護(hù)層的層裂上 而忽視了由于凍融循環(huán)造成的瀝青鋪裝層下的混凝土裂崩的檢測 然而值得慶幸的是 使用雷達(dá) 紅外熱象儀 激光光學(xué) 超聲波和其它一些新的技術(shù)手段可在僅僅一天之內(nèi)就能準(zhǔn)確地測量成百上千公里路面或幾十座橋的橋面 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 5 橋梁結(jié)構(gòu)體系的監(jiān)測一般用于結(jié)構(gòu)監(jiān)測的傳統(tǒng)傳感器 其測量能力只局限于逐點(diǎn)檢測 當(dāng)臨界斷面檢測得不準(zhǔn)確時(shí) 其效果就會很不理想 當(dāng)需要對大型結(jié)構(gòu) 如橋梁的狀況進(jìn)行評估時(shí) 具有大面積檢測能力的傳感器就顯得尤為重要 任何監(jiān)測系統(tǒng)都必須具備在較長時(shí)期內(nèi)提供可靠 精確和長期的檢測結(jié)果 這樣才能保證結(jié)構(gòu)處于高度的安全狀態(tài) 安裝了這種監(jiān)測系統(tǒng) 就可以較早地發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)存在的任何問題 以便采取必要的修復(fù)措施 從而保證結(jié)構(gòu)使用的連續(xù)安全性 使結(jié)構(gòu)的性能得到最佳利用 并減少使用費(fèi)用 混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的監(jiān)測用于混凝土橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測的一種新技術(shù)是光纖傳感器技術(shù) 它運(yùn)用了光纖的兩個(gè)特性來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測量 1光損矢量的測量 即利用纖維某些局部產(chǎn)生微小彎曲后所產(chǎn)生光矢量變化的效應(yīng)原理 2光傳輸時(shí)間原理 即 光沿傳感器到達(dá)反射鏡 再反射回到光源處的傳輸時(shí)間 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 6 鋼橋結(jié)構(gòu)的監(jiān)測美國聯(lián)邦公路局開發(fā)的無線電橋梁檢測和評估系統(tǒng) 是一個(gè)便攜的 電池供電 使用無線電遙控技術(shù)的數(shù)據(jù)收集系統(tǒng) 它非常像一個(gè)數(shù)字式多分支的電話網(wǎng)絡(luò) 用以收集數(shù)據(jù)并傳遞到一個(gè)筆記本電腦上 這種特殊的無線電網(wǎng)絡(luò)對靜電和障礙物是 免疫 的 靜電和障礙物對這種特殊的無線電網(wǎng)絡(luò)沒有影響 除了收集數(shù)據(jù)之外 每個(gè)模塊充當(dāng)了地區(qū)無線電網(wǎng)絡(luò)中無線電波上的一個(gè)結(jié)點(diǎn) 這對于鋼橋是十分重要的 鋼橋在長度上往往大于1 6公里 而較長的橋上往往有大量的電磁干擾和復(fù)合反射 用這種技術(shù)可以迅速地測量出一座鋼橋上每個(gè)有疲勞傾向的部位 破損及危險(xiǎn)的部位 或者探測出橋梁在車載和風(fēng)載作用下的工作狀況 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 7 智能型支座智能支座能通過支座上活載和恒載的分布 發(fā)現(xiàn)并判斷出橋梁結(jié)構(gòu)體系的工作狀況 因?yàn)?如果結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度因遭受斷裂 沖擊或其他影響而有明顯變化時(shí) 也會使支座上的荷載分布發(fā)生改變 智能支座可以 感受到 橋梁的破壞 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 8 橋梁基礎(chǔ)的監(jiān)測橋梁結(jié)構(gòu)水面或地面以上部分的材料狀況和整體性能狀況的檢測及評價(jià)方法與上部結(jié)構(gòu)類似 水面或地面以下基礎(chǔ)狀況的診斷 對于明顯的病害 一般只能通過觀測墩臺的沉降 傾斜 位移和裂縫等變形狀況來分析判斷 對已建橋梁結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)沉降觀測 有的采用激光系統(tǒng)和連通管水平測量裝置 在基礎(chǔ)不均勻沉降引起的傾斜測量中 采用水準(zhǔn)式 擺式傾斜儀 以及各種電測的測斜儀 在法國 將側(cè)向超聲波測位儀安裝在船上曳引 檢測橋梁結(jié)構(gòu)物的浸水部分 能獲得水下結(jié)構(gòu)的雙向圖像 用來檢查橋墩 板樁 基礎(chǔ)沖刷 填石和石籠的范圍與位移狀況 以及繪制河床或海底圖 美國的馬薩諸塞洲 采用貫入地面雷達(dá)檢測橋臺的外形及其穩(wěn)定性 檢測結(jié)果用圖形顯示 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 9 其他新技術(shù)在世界上許多地方 對整座橋梁狀況的監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到在大型結(jié)構(gòu)物上安裝系列大規(guī)模的監(jiān)測系統(tǒng) 例如 橫跨特拉華連接賓夕法尼亞和新澤西的巴里橋上就已經(jīng)安裝并運(yùn)行著這樣的一個(gè)系統(tǒng) 然而 盡管這種方法很有前途 但這種技術(shù)的全部潛在可能尚沒有被完全發(fā)現(xiàn)或肯定 并且其重要的部分仍處于研究階段 這種系統(tǒng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)傳遞出的大量數(shù)據(jù)信息 由計(jì)算機(jī)進(jìn)行收集 儲存 分析 檢索等 然后提供檢測信息 事實(shí)已經(jīng)證明 該系統(tǒng)所提供的信息是非常有用的 例如 這些系統(tǒng)檢測到了未曾預(yù)料到的受彎構(gòu)件由于暴露在陽光下 所受光照輻射程度不同而產(chǎn)生的彎起 并且確定了彎起量的大小 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 10 此外 對橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力的 非侵入式 檢測也是橋梁工程界的迫切需求 通常 一座橋梁如果不符合標(biāo)準(zhǔn)承載要求 說明該橋有某種結(jié)構(gòu)上的缺陷 美國聯(lián)邦公路局為此將激光檢測系統(tǒng)用于檢測橋梁的承載能力 這套系統(tǒng)由一個(gè)電腦控制的反射器將紅外線的激光束 注 該激光束不會對人眼產(chǎn)生危險(xiǎn) 瞄準(zhǔn)橋梁上的某點(diǎn) 當(dāng)激光檢測到橋梁結(jié)構(gòu)上的某個(gè)點(diǎn) 系統(tǒng)就會馬上給出該點(diǎn)相對于當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系統(tǒng)的三維坐標(biāo) 僅幾分鐘的時(shí)間內(nèi) 系統(tǒng)可以測量橋結(jié)構(gòu)上不同的點(diǎn)幾百次 它對目標(biāo)沒有特別的規(guī)定 在普通鋼材 混凝土和木材表面上都可以很好的工作 利用這個(gè)系統(tǒng) 可以迅速地測量出大型卡車作用在橋上使其產(chǎn)生的三維變形 這個(gè)系統(tǒng)還可以用于迅速確定橋上每一部分對應(yīng)先前 上次 檢查的位移 變位 情況 結(jié)果可以精確到毫米 該系統(tǒng)還能探測到沉降或預(yù)應(yīng)力損失 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 11 第二講橋梁病害診斷 2 1環(huán)境因素引起的混凝土結(jié)構(gòu)損傷或破壞 2 2混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫分析 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 12 混凝土結(jié)構(gòu)的病害表現(xiàn)形式多種多樣 引起病害的原因錯(cuò)綜復(fù)雜 從引起病害的原因來分析 可以將其劃分為兩大類 第一類為由環(huán)境作用引起的混凝土結(jié)構(gòu)損傷與破壞 由于混凝土的缺陷 例如裂隙 孔道 汽泡 孔穴等 環(huán)境中的水及侵蝕性介質(zhì)就可能滲入混凝土內(nèi)部 與混凝土中某些成份發(fā)生化學(xué) 物理反應(yīng) 引起混凝土損傷 影響結(jié)構(gòu)的受力性能和耐久性 第二類為由荷載作用或設(shè)計(jì) 施工不當(dāng)造成的混凝土結(jié)構(gòu)損傷 例如 由于超載作用引起的裂縫 動(dòng)力沖擊作用引起疲勞破壞 構(gòu)造措施和施工方法不當(dāng)引起結(jié)構(gòu)裂縫等 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 13 2 1環(huán)境因素引起的混凝土結(jié)構(gòu)損傷或破壞 1混凝土的碳化混凝土的碳化是指混凝土中氫氧化鈣與滲透進(jìn)混凝土中的二氧化碳或其它酸性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程 一般情況下混凝土呈堿性 在鋼筋表面形成堿性薄膜 保護(hù)鋼筋免遭酸性介質(zhì)的侵蝕 起到了 鈍化 保護(hù)作用 碳化的實(shí)質(zhì)是混凝土的中性化 使混凝土的堿性降低 鈍化膜破壞 在水分和其它有害介質(zhì)侵入的情況下 鋼筋就會發(fā)生銹蝕 2氯離子的侵蝕氯離子對混凝土的侵蝕是氯離子從外界環(huán)境侵入已硬化的混凝土造成的 海水是氯離子的主要來源 北方寒冷地區(qū)冬季道路 橋面撒鹽化雪除冰都有可能使氯離子滲入混凝土中 氯離子對混凝土的侵蝕屬于化學(xué)侵蝕 對結(jié)構(gòu)的危害是多方面的 但最終表現(xiàn)為鋼筋的銹蝕 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 14 2 1環(huán)境因素引起的混凝土結(jié)構(gòu)損傷或破壞 3堿 骨料反應(yīng)堿 骨料反應(yīng)一般指水泥中的堿和骨料中的活性硅發(fā)生反應(yīng) 生成堿 硅酸鹽凝膠 并吸水產(chǎn)生膨脹壓力 造成混凝土開裂 堿 骨料反應(yīng)引起的混凝土結(jié)構(gòu)破壞程度 比其他耐久性破壞發(fā)展更快 后果更為嚴(yán)重 堿 骨料反應(yīng)一旦發(fā)生 很難加以控制 一般不到兩年就會使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯開裂 所以有時(shí)也稱堿骨料反應(yīng)是混凝土結(jié)構(gòu)的 癌癥 堿 骨料反應(yīng)破壞的最重要特征之一是混凝土表面開裂 裂縫的形態(tài)與結(jié)構(gòu)中鋼筋形成的限制和約束狀態(tài)有關(guān) 鋼筋限制 約束力強(qiáng)的混凝土形成順筋裂縫 鋼筋限制約束作用弱的混凝土形成網(wǎng)狀或地圖狀裂縫 在裂縫處有白色凝膠物滲出 堿 骨料反應(yīng)裂縫與其他原因裂縫的主要區(qū)別是 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 15 2 1環(huán)境因素引起的混凝土結(jié)構(gòu)損傷或破壞 堿 骨料反應(yīng)引起混凝土局部膨脹 裂縫的兩個(gè)邊緣出現(xiàn)不平狀態(tài) 錯(cuò)臺 是堿骨料反應(yīng)裂縫的特有現(xiàn)象 堿 骨料反應(yīng)與環(huán)境濕度有關(guān) 在同一工程中潮濕部位出現(xiàn)裂縫 而干燥部位卻安然無恙 是堿 骨料反應(yīng)裂縫區(qū)別與其他原因裂縫的外觀特征差別之一 從裂縫出現(xiàn)的時(shí)間來判斷 堿 骨料反應(yīng)裂縫出現(xiàn)的時(shí)間較晚 多在施工后5 10年內(nèi)出現(xiàn) 而混凝土收縮裂縫出現(xiàn)的時(shí)間較早 一般在施工后若干天內(nèi)出現(xiàn) 4凍融循環(huán)破壞滲入混凝土中的水在低溫下結(jié)冰膨脹 從內(nèi)部破壞混凝土的微觀結(jié)構(gòu) 經(jīng)多次凍融循環(huán)后 損傷積累將使混凝土剝落酥裂 強(qiáng)度降低 凍融循環(huán)破壞的混凝土 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 16 2 1環(huán)境因素引起的混凝土結(jié)構(gòu)損傷或破壞 剝落 開始時(shí)在混凝土表面出現(xiàn)粒徑為2 3mm的小片剝落 隨著使用年限的增加 剝落量及剝落塊直徑增大 剝落由表及里 發(fā)展速度很快 一經(jīng)發(fā)現(xiàn)凍融引起的混凝土剝落 必需密切注意剝落的發(fā)展情況 及時(shí)采取修補(bǔ)措施 北方地區(qū)采用撒鹽除冰 由于鹽類與凍融循環(huán)的共同作用引起的鹽凍破壞是凍融循環(huán)破壞的一種特殊形式 鹽凍破壞是靜水壓及鹽溶液的滲透壓和結(jié)晶壓共同作用的結(jié)果 因此 鹽凍破壞要比單純的凍融破壞嚴(yán)酷得多 鹽凍破壞區(qū)別于其他破壞形式的主要特征是 表面分層剝落 骨料暴露 但剝落層下面的混凝土完好 破壞速度快 對未采用防鹽凍措施而使除冰鹽者 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 17 2 1環(huán)境因素引起的混凝土結(jié)構(gòu)損傷或破壞 少則一冬 多則幾冬 即可產(chǎn)生嚴(yán)重鹽凍破壞 在沒有干擾的剝蝕表面或裂縫中可見到白色鹽結(jié)晶體 5鋼筋銹蝕混凝土中鋼筋腐蝕的首要條件是鈍化膜壞 混凝土的碳化及氯離子侵蝕都會造成覆蓋鋼筋表面的堿性鈍化膜的破壞 加之有水分和氧的侵入 就可能引起鋼筋的腐蝕 鋼筋腐蝕伴有體積膨脹 使混凝土出現(xiàn)沿鋼筋的縱向裂縫 造成鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力破壞 鋼筋截面面積減少 使結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力降低 變形和裂縫增大等一系列不良后果 并隨著時(shí)間的推移 腐蝕會逐漸惡化 最終可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的完全破壞 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 18 2 1環(huán)境因素引起的混凝土結(jié)構(gòu)損傷或破壞 值得注意的是 上述所有侵蝕混凝土和鋼筋的作用都需要有水作介質(zhì) 另一方面 幾乎所有的侵蝕作用對混凝土結(jié)構(gòu)的破壞都與侵蝕作用引起的混凝土膨脹 最終導(dǎo)致混凝土的開裂有關(guān) 而且當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)開裂后 腐蝕速度將大大加快 形成導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性進(jìn)一步退化的惡化循環(huán) 因此 對新建結(jié)構(gòu)而言 提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的基本途徑是增強(qiáng)混凝土的密實(shí)度 防止和控制混凝土開裂 阻止水分的侵入 加大混凝土保護(hù)層的厚度 防止由于混凝土保護(hù)層碳化引起鋼筋鈍化膜的破壞 對于在役結(jié)構(gòu)而言 提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的基本思路是在清除病害根源的基礎(chǔ)上 封堵裂縫 修補(bǔ)破損混凝土 增設(shè)防水層 防止水分的侵入 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 19 2 2混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫分析 實(shí)踐表明 混凝土結(jié)構(gòu)的任何損傷與破壞 一般都是首先在混凝土中出現(xiàn)裂縫 裂縫是反映混凝土結(jié)構(gòu)病害的晴雨表 所以 對混凝土結(jié)構(gòu)的損傷檢測 首先應(yīng)從對結(jié)構(gòu)的裂縫調(diào)查 檢測與分析入手 混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫是由材料內(nèi)部的初始缺陷 微裂縫的擴(kuò)展而引起的 引起裂縫的原因很多 但可歸納為兩大類 第一類 由外荷載引起的裂縫 稱為結(jié)構(gòu)性裂縫 又稱為受力裂縫 其裂縫的分布及寬度與外荷載有關(guān) 這種裂縫的出現(xiàn) 預(yù)示結(jié)構(gòu)承載力可能不足或存在其他嚴(yán)重問題 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 20 2 2混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫分析 第二類 由變形引起的裂縫 稱為非結(jié)構(gòu)性裂縫 如溫度變化 混凝土收縮等因素引起的結(jié)構(gòu)變形受到限制時(shí) 在結(jié)構(gòu)內(nèi)部就會產(chǎn)生拉應(yīng)力 當(dāng)此應(yīng)力達(dá)到混凝土抗拉強(qiáng)度極限值時(shí) 即會引起混凝土裂縫 裂縫一旦出現(xiàn) 變形得到釋放 拉應(yīng)力也就消失了 兩類裂縫有明顯的區(qū)別 危害效果也不相同 有時(shí)兩類裂縫融在一起 調(diào)查資料表明 在兩類裂縫中以變形引起的裂縫占主導(dǎo)的約占80 以荷載引起的裂縫占主導(dǎo)的約占20 對裂縫原因的分析是裂縫危害性評定 裂縫修補(bǔ)和加固的依據(jù) 若對裂縫不經(jīng)分析研究就盲目進(jìn)行處理 不僅達(dá)不到預(yù)期的效果 還可能潛藏著突發(fā)性事故的危險(xiǎn) 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 21 2 2混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫分析 1 結(jié)構(gòu)性裂縫 受力裂縫 眾所周知 混凝土的抗拉強(qiáng)度很低 抗拉極限應(yīng)變大約為 換句話說 混凝土即將開裂的瞬間 鋼筋的應(yīng)力只有 事實(shí)上 在正常使用階段鋼筋的應(yīng)力遠(yuǎn)大于此值 所以說在正常使用階段鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫是避不可免的 因而 習(xí)慣上又將這種裂縫稱為正常裂縫 實(shí)踐證明 在正常條件下 裂縫寬度小于0 3mm時(shí) 鋼筋不致生銹 為確保安全 允許裂縫寬度還應(yīng) 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 22 小一些 新頒布的JTGD62 2004 以下簡稱 規(guī)定 鋼筋混凝土構(gòu)件計(jì)算的特征裂縫寬度不應(yīng)超過下列規(guī)定的限值 類及 類環(huán)境0 2mm 類及 類環(huán)境0 15mm圖1 1所示為鋼筋混凝土簡支梁的典型結(jié)構(gòu)性裂縫分布示意圖 2 2混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫分析 圖1 1鋼筋混凝土梁結(jié)構(gòu)裂縫 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 23 圖1 1中 所示的跨中截面附近下緣受拉區(qū)的豎向裂縫 是最常見的結(jié)構(gòu)性裂縫 在正常設(shè)計(jì)和使用情況下 裂縫寬度不大 間距較密 分布均勻 若豎直裂縫寬度過大 預(yù)示結(jié)構(gòu)正截面承載力不足 圖1 1中 所示為支點(diǎn) 或腹板寬度變化處 附近截面由主拉應(yīng)力引起的斜裂縫 在正常設(shè)計(jì)和使用情況下很少出現(xiàn)斜裂縫 即使出現(xiàn)裂縫寬度也很小 若斜裂縫寬度過大 預(yù)示結(jié)構(gòu)的斜截面承載力不足 存在發(fā)生斜截面脆性破壞的潛在危險(xiǎn) 應(yīng)引起足夠的重視 另外 鋼筋混凝土墩柱受壓構(gòu)件由于縱向壓力過大引起的縱向裂縫 預(yù)應(yīng)力筋錨固區(qū)由于局部應(yīng)力過大引起的劈裂裂縫等都屬于結(jié)構(gòu)性裂縫 2 2混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫分析 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 24 有些結(jié)構(gòu)性裂縫 受力裂縫 是由設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和施工方法不當(dāng)所造成的 例如 鋼筋錨固長度不足 計(jì)算圖式與實(shí)際受力不符 次內(nèi)力考慮不全面和施工安裝構(gòu)件支承吊點(diǎn)錯(cuò)誤等都可以使構(gòu)件產(chǎn)生裂縫 在超靜結(jié)構(gòu)中基礎(chǔ)不均勻沉降 將引起結(jié)構(gòu)的內(nèi)力變化 可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫 基礎(chǔ)不均沉降引起的上部結(jié)構(gòu)的裂縫 實(shí)質(zhì)上是屬于結(jié)構(gòu)性裂縫 受力裂縫 范疇 裂縫的分布和寬度與結(jié)構(gòu)形式 基礎(chǔ)不均沉降情況及大小等多種因素有關(guān) 這種裂縫對結(jié)構(gòu)安全性影響很大 應(yīng)在基礎(chǔ)不均勻沉降停止或采用加固地基方法消除后 才能進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)的裂縫處理 2 2混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫分析 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 25 2 非結(jié)構(gòu)性裂縫混凝土的非結(jié)構(gòu)性裂縫根據(jù)其形成的時(shí)間可分為 混凝土硬化前裂縫 硬化過程裂縫和完全硬化后裂縫 非結(jié)構(gòu)性裂縫的產(chǎn)生受混凝土材料組成 澆筑方法 養(yǎng)護(hù)條件和使用環(huán)境等等多種因素影響 1 收縮裂縫在混凝土凝固過程中 由于多余水分蒸發(fā) 引起的混凝土體積縮小稱為干縮 同時(shí) 水泥與水起水化作用逐漸硬化而形成的水泥骨架不斷緊密 引起的混凝土體積縮小稱為凝縮 收縮中以干縮為主 占總收縮量的8 10 9 10 收縮量隨時(shí)間增長而不斷加大 初期收縮較快 爾后日趨緩慢 普通混凝土在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的極限收縮變形約為 3 4 10 4 2 2混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫分析 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 26 當(dāng)混凝土成形后 表面水份蒸發(fā) 這種水份蒸發(fā)總是由表及里逐步發(fā)展 截面內(nèi)外溫度不等 內(nèi)外收縮量不一樣 混凝土表面收縮變形受到混凝土內(nèi)部約束或其他約束限制時(shí) 即在混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力 引起混凝土開裂 尤其是混凝土早期養(yǎng)護(hù)不當(dāng) 混凝土表面直接受到風(fēng)吹日曬的影響 表面水份蒸發(fā)過快 產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力 混凝土早期強(qiáng)度低 很容易出現(xiàn)收縮裂縫 收縮裂縫發(fā)生在混凝土面層 裂縫淺而細(xì) 寬度多在0 05 0 2mm之間 對板類構(gòu)件多沿短邊方向 均勻分布于相鄰兩根鋼筋之間 方向與鋼筋平行 對高度較大的鋼筋混凝土梁 由于腰部水平鋼筋間距過大 在腰部 或腹板 產(chǎn)生豎向收縮裂縫 但多集中在構(gòu)件中部 2 2混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫分析 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 27 中間寬兩頭細(xì) 至梁的上 下緣附近逐漸消失 梁底一般沒有裂縫 大體積混凝土在平面部位收縮裂縫較多 側(cè)面也有所見 收縮裂縫對構(gòu)件承載力影響不大 主要影響結(jié)構(gòu)外觀和耐久性 2 溫度裂縫鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)隨著溫度變化將產(chǎn)生熱脹冷縮變形 這種溫度變形受到約束時(shí) 在混凝土內(nèi)部就會產(chǎn)生拉應(yīng)力 當(dāng)此應(yīng)力達(dá)到混凝土的抗拉強(qiáng)度極限值時(shí) 即會引起混凝土裂縫 這種裂縫稱為溫度裂縫 按結(jié)構(gòu)的溫度場不同 溫度變形 溫度應(yīng)力不同 溫度裂縫可分為三種類型 截面均勻溫差裂縫 2 2混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫分析 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 28 一般橋梁結(jié)構(gòu)為桿件體系長細(xì)結(jié)構(gòu) 當(dāng)溫度變化時(shí) 構(gòu)件截面受到均勻溫差的作用 可忽略橫截面兩個(gè)方向的變形 只考慮沿梁長度方向的溫度變形 當(dāng)這種變形受到約束時(shí) 在混凝土內(nèi)部就會產(chǎn)生拉應(yīng)力 出現(xiàn)裂縫 例如 連續(xù)梁預(yù)留伸縮縫的伸縮量過小 或有施工時(shí)散落的混凝土碎塊等雜物嵌入伸縮縫 或堆集于支座處沒有及時(shí)清理 使伸縮縫和支座失靈等 當(dāng)溫度急劇變化時(shí) 結(jié)構(gòu)伸長受到約束 上部橋跨結(jié)構(gòu)就會出現(xiàn)這種截面均勻溫差裂縫 嚴(yán)重者還可能造成墩臺的破壞 截面上 下溫差裂縫以橋梁結(jié)構(gòu)中大量采用的箱形梁為例 當(dāng)外界溫度驟然 2 2混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫分析 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 29 變化時(shí) 會造成箱內(nèi)外的溫度差 考慮到橋梁為長細(xì)結(jié)構(gòu) 可以認(rèn)為在沿梁長方向箱內(nèi)外的溫差是一致的 沿水平橫向沒有溫差 將三維熱傳導(dǎo)問題簡化為沿梁的豎向溫度梯度來確定 一般假設(shè)梁的截面高度方向 溫差呈線性變化 在這種溫差作用下 梁不但有軸向變形 還伴隨產(chǎn)生彎曲變形 梁的彎曲變形在超靜定結(jié)構(gòu)中不但引起結(jié)構(gòu)的位移 而且因多余約束存在 還要產(chǎn)生結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度應(yīng)力 當(dāng)上 下溫差變形產(chǎn)生的應(yīng)力達(dá)到混凝土抗拉強(qiáng)度極限值時(shí) 混凝土就要出現(xiàn)裂縫 這種裂縫稱為截面上 下溫差裂縫 2 2混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫分析 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 30 截面內(nèi)外溫差裂縫水泥在水化過程產(chǎn)生一定的水化熱 其大部分熱量是在混凝土澆筑后3天以內(nèi)放出的 大體積混凝土產(chǎn)生的大量水化熱不容易散發(fā) 內(nèi)部溫度不斷上升 而混凝土表層散熱較快 使截面內(nèi)部產(chǎn)生非線性溫度差 另外 預(yù)制構(gòu)件采用蒸氣養(yǎng)護(hù)時(shí) 由于混凝土升溫或降溫過快 致使混凝土表面劇烈升溫或降溫 也會使截面內(nèi)部產(chǎn)生非線性溫度差 在這種截面內(nèi)外溫差作用下 結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生彎曲變形 截面縱向纖維因溫差的伸長將受到約束 產(chǎn)生溫度自應(yīng)力 對超靜定結(jié)構(gòu)還會產(chǎn)生阻止撓曲變形的約束應(yīng)力 有時(shí)此溫度應(yīng)力是相當(dāng)大的 尤其是混凝土早期強(qiáng)度比較較低 很容易造成混凝土裂縫 2 2混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫分析 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 31 混凝土溫度裂縫有以下特點(diǎn) 裂縫發(fā)生在板上時(shí) 多為貫穿裂縫 發(fā)生在梁上多為表面裂縫 梁板式結(jié)構(gòu)或長度較大的結(jié)構(gòu) 裂縫多是平行于短邊 大面積結(jié)構(gòu) 例如橋面鋪裝 裂縫多是縱橫交錯(cuò) 裂縫寬度大小不一 且沿結(jié)構(gòu)全長沒有多大變化 預(yù)防溫度裂縫的主要措施是合理設(shè)置溫度伸縮縫 在混凝土組成材料中摻入適量的磨細(xì)粉煤灰 減少水化熱 加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù) 嚴(yán)格控制升溫和降溫速度 2 2混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫分析 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 32 Theend 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 33 第三講混凝土結(jié)構(gòu)承載能力及耐久性評估 3 1在役混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力與耐久性評估的基本概念 3 2考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力評估方法 基本內(nèi)容 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 34 3 1在役混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力與耐久性評估的基本概念 混凝土結(jié)構(gòu)受到損傷后 需要對結(jié)構(gòu)損傷的原因和程度進(jìn)行分析 對損傷對結(jié)構(gòu)承載能力及耐久性的影響進(jìn)行評估 其主要內(nèi)容是 考慮結(jié)構(gòu)損傷影響的承載能力評估 在役結(jié)構(gòu)剩余使用壽命評估在評估分析的基礎(chǔ)上 根據(jù)經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件 制定科學(xué)的維修加固方案 提出結(jié)構(gòu)處理措施 評估現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的安全可靠性的核心問題是確定考慮結(jié)構(gòu)病害損傷后的結(jié)構(gòu)承載能力 橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力評定通常采用以下三個(gè)途徑 根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求對照橋梁的存在的缺陷及病害進(jìn)行綜合評定例如我國中對橋梁技術(shù)狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)和裂縫寬度 都做了規(guī)定 依此標(biāo)準(zhǔn)將橋梁技術(shù)狀況劃分為四類 公路養(yǎng)護(hù) 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 35 3 1在役混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力與耐久性評估的基本概念 管理部門推廣使用的也屬于綜合評估方法 這種評估方法只能給出宏觀的分析結(jié)果 現(xiàn)場荷載試驗(yàn)評估方法通過現(xiàn)場荷載試驗(yàn) 靜載試驗(yàn)和動(dòng)載試驗(yàn) 可直接檢測結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載力 荷載試驗(yàn)與理論計(jì)算分析相結(jié)合是比較符合實(shí)際的承載力評定方法 但試驗(yàn)設(shè)備復(fù)雜 技術(shù)難度高 經(jīng)費(fèi)支出大 目前尚難以大規(guī)模推廣應(yīng)用 理論計(jì)算分析評估方法在現(xiàn)場調(diào)查和病害檢測分析的基礎(chǔ)上 考慮結(jié)構(gòu)病害 損傷的影響 按現(xiàn)行規(guī)范計(jì)算結(jié)構(gòu)承載力是國內(nèi)采用的承載力評估的主要方法 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 36 3 1在役混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力與耐久性評估的基本概念 結(jié)構(gòu)的剩余使用壽命預(yù)測是耐久性評估的核心內(nèi)容 結(jié)構(gòu)的剩余壽命系指在不加維修或正常維修及正常使用條件下 結(jié)構(gòu)可能繼續(xù)使用的年限 鋼筋銹蝕是影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性和使用壽命的重要因素 因此 一般將鋼筋銹蝕作為判斷混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命終結(jié)的標(biāo)準(zhǔn) 混凝土結(jié)構(gòu)剩余壽命評估是個(gè)目前尚未很好解決的科研課題 它涉及到鋼筋銹蝕破壞機(jī)理和鋼筋銹蝕脹力模型的研究和耐久性終結(jié)標(biāo)準(zhǔn)的確定 目前 對在役結(jié)構(gòu)的耐久性評估和剩余壽命預(yù)測 大多還是依賴有經(jīng)驗(yàn)的工程技術(shù)人員作出經(jīng)驗(yàn)性評價(jià)和處理意見 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 37 已有結(jié)構(gòu)的耐久性檢測與評估 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場踏勘和檢測是了解結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀和耐久性損傷程度的重要手段 是進(jìn)行耐久性評估的重要依據(jù) 檢測的內(nèi)容和方法如下 應(yīng)盡可能地采用非破損性的檢測手段 1 調(diào)查結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的全貌2 檢查外觀損傷3 測試混凝土性能4 檢測鋼筋5 調(diào)研和測試環(huán)境條件 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 38 將全部的結(jié)構(gòu)現(xiàn)場觀察調(diào)研和試驗(yàn)室檢測的詳細(xì)結(jié)果匯總后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析 按照結(jié)構(gòu)的損傷和性能化的嚴(yán)重程度 評定各部分的耐久性的損傷等級 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 39 3 2考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力評估方法 1 鋼筋銹蝕對結(jié)構(gòu)承載力的影響混凝土中的鋼筋腐蝕是造成混凝土結(jié)構(gòu)損傷 影響結(jié)構(gòu)承載能力的最主要因素 其主要表現(xiàn)是 鋼筋腐蝕后 使鋼筋的有效截面面積減少 鋼筋腐蝕后 力學(xué)性能劣化 強(qiáng)度降低 鋼筋腐蝕后 混凝土保護(hù)層開裂甚至脫落 使混凝土的有效斷面減少 鋼筋腐蝕后 鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)性能退化 影響鋼筋與混凝土的共同工作 1 腐蝕鋼筋的屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度鋼筋腐蝕對其力學(xué)性能的影響取決于腐蝕程度 試驗(yàn)研究表明 腐蝕鋼筋的屈服強(qiáng)度與相應(yīng)的截面損失率之間的關(guān)系 基本上服從線性關(guān)系 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 40 3 2考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力評估方法 牛荻濤 在綜合分析試驗(yàn)資料的基礎(chǔ)上 給出了腐蝕鋼筋實(shí)際屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度計(jì)算表達(dá)式為 3 1 3 2 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 41 3 2考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力評估方法 2 腐蝕鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)性能退化對承載力的影響 混凝土中的鋼筋腐蝕后 在鋼筋與混凝土接口上生成疏松的銹層 破壞鋼筋表面與混凝土之間的化學(xué)膠結(jié)力 并降低了鋼筋與混凝土之間的摩擦力 對變形鋼筋橫肋的銹蝕將降低鋼筋和混凝土之間的機(jī)械咬合力 保護(hù)層混凝土銹脹開裂甚至脫落 則降低外圍混凝土對鋼筋的約束 所有這些因素都將導(dǎo)致鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)性能退化 鋼筋腐蝕引起的鋼筋與混凝土之間粘結(jié)性能退化 將導(dǎo)致鋼筋與混凝土不能很好的協(xié)同工作 鋼筋發(fā)生嚴(yán)重腐蝕時(shí) 鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力顯著降低 鋼筋與混凝土之間共同工作能力減弱 梁的受力 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 42 3 2考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力評估方法 特征接近于無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力拉桿或配有普通鋼筋的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力梁 由于目前人們對鋼筋腐蝕引起的粘結(jié)力退化規(guī)律及其對受拉鋼筋強(qiáng)度發(fā)揮的影響程度還不十分清楚 因此 現(xiàn)今只能用一個(gè)協(xié)同工作降低系數(shù)來考慮粘結(jié)退化的影響 協(xié)同工作降低系數(shù)與鋼筋銹蝕量或銹脹裂縫寬度有關(guān) 冶金建筑科學(xué)研究院的試驗(yàn)研究表明 鋼筋的截面損失率大于10 時(shí) 鋼筋與混凝土之間的粘著力顯著降低 應(yīng)考慮鋼筋與混凝土協(xié)同工作降低系數(shù)的影響 建議將其承載力乘以0 8 0 9的系數(shù) 2 考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力計(jì)算 1 正截面抗彎承載力按規(guī)定 構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)的基本方程式為 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 43 3 2考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力評估方法 3 3 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 44 3 2考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力評估方法 對使用多年的在役結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載能力評估時(shí) 應(yīng)考慮鋼筋腐蝕的影響 其承載力計(jì)算基本方程與一般鋼筋混凝土構(gòu)件基本相同 只是在計(jì)算鋼筋應(yīng)力項(xiàng)時(shí) 應(yīng)采用腐蝕鋼筋的實(shí)際屈服強(qiáng)度和腐蝕后的有效截的面積 并計(jì)入?yún)f(xié)同工作降低系數(shù) 考慮鋼筋與混凝土之間粘結(jié)性能退化的影響 考慮鋼筋銹蝕影響的受彎構(gòu)件正截面承載力計(jì)算的基本方程可由內(nèi)力平衡條件求得 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 45 3 2考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力評估方法 圖3 1考慮鋼筋腐蝕影響的受彎構(gòu)件正截面承載力計(jì)算簡圖 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 46 3 2考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力評估方法 3 4 3 5 公式的適用條件是 3 6 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 47 3 2考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力評估方法 3 7 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 48 3 2考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力評估方法 圖3 1考慮鋼筋腐蝕影響的受彎構(gòu)件正截面承載力計(jì)算簡圖 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 49 3 2考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力評估方法 3 4 3 5 公式的適用條件是 3 6 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 50 3 2考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力評估方法 3 7 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 51 3 2考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力評估方法 應(yīng)該指出 公式 3 4 和 3 5 是針對受拉鋼筋腐蝕的單筋T形截面導(dǎo)出的 由于計(jì)算中不考慮受拉區(qū)混凝土的抗拉作用 因此 在公式中未計(jì)入鋼筋腐蝕引起的混凝土截面損傷 如果受壓區(qū)混凝土截面損失較大時(shí) 則應(yīng)考慮其對承載力的影響 2 斜截面抗剪承載力對在役結(jié)構(gòu)的斜截面抗剪承載力計(jì)算 應(yīng)考慮斜裂縫對混凝土抗剪承載力的影響 及鋼筋銹蝕對箍筋和彎起鋼筋抗剪承載力的影響 斜截面抗剪承載力計(jì)算表達(dá)式可改寫為下列形式 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 52 3 2考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力評估方法 3 10 3 9 3 8 式中 cs b 考慮斜裂縫對混凝土抗剪承載力影響的修正系數(shù) 根據(jù)試驗(yàn)研 究結(jié)果 建議 斜裂縫寬度小于 0 2mm 者 取 cs b 0 835 斜裂縫寬度大于 0 2mm 者 取 cs b 0 78 sv a sb a 分別為考慮鋼筋腐蝕影響的箍筋和彎起鋼筋屈服強(qiáng)度折減系數(shù) 其數(shù)值按公式 3 7 計(jì)算 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 53 3 2考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力評估方法 公式 3 8 3 10 中其他符號的意義與 橋規(guī) JTGD62 給出一般鋼筋混凝 土斜截面抗剪承載力公式相同 在考慮結(jié)構(gòu)病害損傷的基礎(chǔ)上 按橋規(guī) 的有關(guān)公式 求得現(xiàn)有構(gòu)件所 能承擔(dān)的正截面抗彎承載力 M du 和斜截面抗剪承載力 V du 并將其與按擬提高的荷載 等級計(jì)算的彎矩組合設(shè)計(jì)值 0 d M g 和剪力組合設(shè)計(jì)值 0 d V g 加以比較 則 得 正截面抗彎承載力檢算系數(shù) 0 du m d M K M g 斜截面抗彎承載力檢算系數(shù) 0 du v d V K V g 若 1 m K 說明正截面抗彎承載力可以滿足要求 若 1 m K 說明正截面抗彎承 載力不足 應(yīng)予加固補(bǔ)強(qiáng) 若 1 v K 說明斜截面抗彎承載力可以滿足要求 若 1 v K 說明正截面抗彎承載力 不足 應(yīng)予加固補(bǔ)強(qiáng) 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 54 第四講橋梁改造加固方案設(shè)計(jì) 4 1橋梁改造加固方案設(shè)計(jì)的原則 4 2型橋梁加固方案評述 基本內(nèi)容 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 55 基本內(nèi)容 在對橋梁結(jié)構(gòu)病害檢測分析和鑒定評估的基礎(chǔ)上 根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件和使用要求 有針對性地制定加固方案 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 56 4 1橋梁改造加固方案設(shè)計(jì)的原則 1 我國橋梁加固的現(xiàn)狀我國橋梁改造加固任務(wù)繁重 據(jù)交通部統(tǒng)計(jì)至2003年底 全國公路網(wǎng)中尚有危橋10443座 378439延米 要實(shí)現(xiàn)交通部規(guī)劃的2005年底基本消滅國 省干線公路危橋的目標(biāo) 所需資金約為90億元 中國橋梁改造加固市場的巨大潛力 吸引了國內(nèi)外眾多有遠(yuǎn)見卓識的工程技術(shù)人員和企業(yè)家把注意力轉(zhuǎn)移到這方面來 國外的先進(jìn)加固技術(shù)大量涌進(jìn)中國加固市場 各種加固公司像雨后春筍相應(yīng)而生 成功地創(chuàng)建了一批橋梁改造加固的優(yōu)秀范例 推進(jìn)了我國橋梁改造工作的發(fā)展 提高橋梁改造加固設(shè)計(jì)質(zhì)量 是確保加固工程質(zhì)量的前提和基礎(chǔ) 橋梁改造加固設(shè)計(jì)是比新建橋梁設(shè)計(jì)復(fù)雜得多的系統(tǒng)工程 我國目前的狀況是 有實(shí)力的大設(shè)計(jì)院無暇顧及 不愿意干 技術(shù)力量較差的小型設(shè)計(jì)單位又干不了 橋梁改造加固設(shè)計(jì)基本上由科研單位 高等院校和 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 57 4 1橋梁改造加固方案設(shè)計(jì)的原則 各類專業(yè)公司來承擔(dān) 各類專業(yè)公司的技術(shù)水平差異較大 值得慶幸的是 近幾年來我國確已出現(xiàn)一批技術(shù)能力較高的專業(yè)化加固公司 完成一批橋梁加固工程的優(yōu)秀范例 他們代表了中國橋梁改造加固的主導(dǎo)方向 但是 有些專業(yè)公司以銷售加固材料為主 業(yè)務(wù)單一 對橋梁加固設(shè)計(jì)不熟悉 橋梁改造加固設(shè)計(jì)審核制度不規(guī)范 沒有明確的加固設(shè)計(jì)資質(zhì)要求 橋梁加固設(shè)計(jì)市場管理混亂 整頓和規(guī)范橋梁加固市場 提高橋梁改造加固設(shè)計(jì)質(zhì)量是提高橋梁改造加固工程質(zhì)量的重要措施之一 從技術(shù)角度分析 目前我國橋梁改造加固設(shè)計(jì)存在的主要問題是 1 基層養(yǎng)護(hù)管理和設(shè)計(jì)部門 橋梁病害診斷技術(shù)力量薄弱 橋梁檢測手段落后 橋梁病害診斷是進(jìn)行橋梁加固設(shè)計(jì)的前提和基礎(chǔ) 只有診斷清楚 才能對癥下藥 橋梁檢測是橋梁病害診斷與分析的重要手段 檢測應(yīng)重在 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 58 4 1橋梁改造加固方案設(shè)計(jì)的原則 分析 并應(yīng)與橋梁加固設(shè)計(jì)相結(jié)合 2 考慮結(jié)構(gòu)損傷影響的承載力評估方法還不夠完善 3 橋梁改造加固總體設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì)思路不夠開闊 應(yīng)用技術(shù)單一 設(shè)計(jì)深度不夠 4 個(gè)別橋梁加固設(shè)計(jì)生搬硬套國外或國內(nèi)其他行業(yè)的設(shè)計(jì)方法 忽略了橋梁帶載加固分階段受力的特點(diǎn) 有些加固設(shè)計(jì)只做宏觀的定性分析 缺少科學(xué)地定量分析計(jì)算 設(shè)計(jì)帶有很大的隨意性 針對我國目前橋梁改造加固加固市場的混亂局面 加強(qiáng)橋梁養(yǎng)護(hù) 管理及設(shè)計(jì)與施工技術(shù)隊(duì)伍建設(shè)是整頓橋梁加固市場的重要內(nèi)容之一 特別是在全國基層的橋梁養(yǎng)護(hù) 管理及設(shè)計(jì)與施工人員中 普及橋梁病害診斷與加固設(shè)計(jì)知識是十分必要的 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 59 4 1橋梁改造加固方案設(shè)計(jì)的原則 2 分清加固的性質(zhì)根據(jù)橋梁病害檢測分析和鑒定評估結(jié)果 橋梁結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)應(yīng)分為 承載力加固 強(qiáng)度加固 使用功能加固 剛度加固 和耐久性加固等三種情況 承載力加固是確保結(jié)構(gòu)安全工作的基礎(chǔ) 是橋梁改造加固設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容 其內(nèi)容包括正截面抗彎承載力加固和斜截面抗剪承載力兩部分 承載力加固應(yīng)考慮分階段受力的特點(diǎn) 注意新加補(bǔ)強(qiáng)材料與原結(jié)構(gòu)的整體工作 使用功能加固是確保橋梁正常工作的需要 主要是對活載變形或振動(dòng)過大的構(gòu)件 加大截面尺寸 增加截面剛度 以滿足結(jié)構(gòu)使用功能要求 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 60 4 1橋梁改造加固方案設(shè)計(jì)的原則 耐久性加固是指對結(jié)構(gòu)損傷部位進(jìn)行修復(fù)和補(bǔ)強(qiáng) 以阻止結(jié)構(gòu)損傷部分的性能繼續(xù)惡化 消除損傷隱患 提高結(jié)構(gòu)的可靠性 提高結(jié)構(gòu)的使用功能 延長結(jié)構(gòu)使用壽命 3 橋梁加固與加寬設(shè)計(jì)相結(jié)合在公路改造設(shè)計(jì)中 很多情況下橋梁加固和加寬是同時(shí)進(jìn)行的 在加寬寬度不大的情況下 盡量將加寬部分與原橋連為一體 使新舊橋共同工作 利用新加寬部分 調(diào)整原橋內(nèi)力 減輕原梁負(fù)擔(dān) 間接達(dá)到加固補(bǔ)強(qiáng)的目的 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 61 4 1橋梁改造加固方案設(shè)計(jì)的原則 4 注意各種加固補(bǔ)強(qiáng)方法的綜合應(yīng)用橋梁加固補(bǔ)強(qiáng)的方法很多 但是基本上可以劃分為兩大類 第一類為改變結(jié)構(gòu)體系 調(diào)整結(jié)構(gòu)內(nèi)力 減輕原梁負(fù)擔(dān) 例如 加斜撐減少梁的跨度 簡支梁改為連續(xù)結(jié)構(gòu) 增加縱梁數(shù)目 調(diào)換梁位 加大新建邊梁截面尺寸 調(diào)整橫向分布系數(shù) 減輕原梁負(fù)擔(dān)等 第二類為加大截面尺寸和配筋 加固薄弱構(gòu)件 對薄弱構(gòu)件進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)的方法很多 從作用原理可分為兩大類 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 62 4 1橋梁改造加固方案設(shè)計(jì)的原則 在受拉區(qū)直接增設(shè)抗拉補(bǔ)強(qiáng)材料 例如 補(bǔ)焊鋼筋 粘貼鋼板 粘貼高強(qiáng)復(fù)合纖維 碳纖維 芳綸纖維 等 這種加固方法 設(shè)計(jì)時(shí) 必須考慮橋梁帶載加固分階段受力特點(diǎn) 后加補(bǔ)強(qiáng)材料的強(qiáng)度發(fā)揮程度受原梁變形的限制 一般情況下是達(dá)不到其抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 特別是采用直接粘貼高強(qiáng)復(fù)合纖維加固時(shí) 在極限狀態(tài)下 復(fù)合纖維的高強(qiáng)抗拉性能根本無法充分發(fā)揮作用 大馬拉小車 是一種極大的浪費(fèi) 若不考慮分階段受力特點(diǎn) 過高的估計(jì)了后加補(bǔ)強(qiáng)材料的作用 設(shè)計(jì)是不安全的 采用預(yù)加力原理進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng) 例如 體外預(yù)應(yīng)力加固 韓國M S公司的SRAP加固工藝等 由于預(yù)加力的作用 改善了原梁的應(yīng)力狀態(tài) 提高了原梁的承載能力和抗裂性能 采用預(yù)加力加固 可以充分發(fā)揮加固補(bǔ)強(qiáng)材料的力學(xué)性能 提高了材料的利用效率 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 63 SRAP工藝的原理介紹韓國M S工業(yè)株式會社的專利技術(shù)SRAP工藝是采用鍍鋅軟鋼絲束 簡稱SR加固材料 對混凝土梁體施加預(yù)應(yīng)力 采用多功能氧化鋁聚糖樹脂砂漿 簡稱AP樹脂砂漿 對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行修補(bǔ)的綜合加固技術(shù) 鍍鋅軟鋼絲束靠錨固于混凝土梁體上的角鋼固定 采用螺旋扣環(huán)拉緊器進(jìn)行張拉 為了增強(qiáng)鍍鋅軟鋼絲束與修補(bǔ)砂漿的粘著力 在軟鋼絲束上纏繞彈簧線圈 軟鋼絲束張拉后 由于預(yù)加力的作用 使梁體反向彎曲 在混凝土中產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力 然后 噴注AP樹脂砂漿 將預(yù)應(yīng)力鋼筋與梁體混凝土連為一體 兩者共同工作 使結(jié)構(gòu)的承載能力提高 工作性能改善 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 64 4 1橋梁改造加固方案設(shè)計(jì)的原則 應(yīng)該指出 在進(jìn)行橋梁加固方案設(shè)計(jì)時(shí) 應(yīng)特別注意的是 在保持原梁截面尺寸不變的前提下 采用上述對受拉區(qū)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)的方法 加固后截面所能承擔(dān)的最大承載力是有限的 承載力提高的幅度取決于原梁的配筋率 與所采用的加固方法無關(guān) 在某些情況下 由于原梁的高度較小 相對配筋率較大 單純采用受拉區(qū)加固補(bǔ)強(qiáng) 仍不能滿足設(shè)計(jì)荷載要求時(shí) 例如 設(shè)計(jì)荷載由汽 15 提高到公路 級 可采用加厚橋面的方法同時(shí)對梁的受壓區(qū)加固 增加梁的有效高度 亦可達(dá)到提高原梁承載力的目的 通常的作法是結(jié)合橋面鋪裝層維修 采取有效的構(gòu)造措施 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 65 4 1橋梁改造加固方案設(shè)計(jì)的原則 加強(qiáng)橋面鋪裝層與原梁翼板的整體連接 設(shè)計(jì)中可考慮部分橋面鋪裝層混凝土參與主梁共同工作 此外 橋梁加固設(shè)計(jì)應(yīng)注意各種加固方法的綜合利用 通過調(diào)整結(jié)構(gòu)內(nèi)力 盡量地減輕原梁的負(fù)擔(dān) 將加固補(bǔ)強(qiáng)工作量壓縮到最少 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 66 作業(yè) 1 橋梁檢測的目的意義是什么 2 橋梁檢查分為哪幾種 每種檢查的工作內(nèi)容是什么 3 什么是靜力荷載試驗(yàn) 其試驗(yàn)?zāi)康氖鞘裁?4 什么是動(dòng)力荷載試驗(yàn) 其試驗(yàn)?zāi)康氖鞘裁?交作業(yè)時(shí)間 下周二上課 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 67 4 2典型橋梁加固方案評述 1 鞍千9號橋加固設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)單位 原哈爾濱建筑工程學(xué)院實(shí)施時(shí)間 1987年 1 原橋的基本情況和加固設(shè)計(jì)要求鞍千9號橋位于遼寧省鞍山至千山公路上見圖4 1 原橋?yàn)榭鐝絃 12m的單跨二梁式鋼筋混凝土簡支梁橋 設(shè)計(jì)荷載為汽 15 掛 80 橋面凈空為凈 7 下部結(jié)構(gòu)為座落于巖盤上的沉井基礎(chǔ) 重力式混凝土橋臺 鞍千公路擴(kuò)建為二級路 路基寬度為12m 行車道寬度為9m 在橋位處道路雙側(cè)加寬 橋面凈空為凈 9 2 1 5m 橋梁的設(shè)計(jì)荷載提高為汽 20 掛 100 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 68 圖4 1鞍千9號橋加固方案示意圖 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 69 4 2型橋梁加固方案評述 2 橋梁現(xiàn)場調(diào)查和承載力檢算現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn) 原梁混凝土質(zhì)量良好 未有發(fā)現(xiàn)可見裂縫 實(shí)測混凝土強(qiáng)度在26Mpa以上 經(jīng)檢算原梁可以滿足原設(shè)計(jì)荷載汽 15 掛 80的要求 但距汽 20 掛 100的要求 正截面承載力相差約15 查閱原設(shè)計(jì)圖紙和現(xiàn)場實(shí)際核對 原橋?yàn)樽溆趲r盤上的小沉井基礎(chǔ) 橋臺混凝土質(zhì)量良好 經(jīng)檢算認(rèn)為原橋基礎(chǔ)具有較大的超載潛力 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 70 4 2型橋梁加固方案評述 3 加固設(shè)計(jì)要點(diǎn) 利用原橋基礎(chǔ)的承載潛力 采用插入錨固鋼筋 加大橋臺蓋梁懸臂長度 新加寬部分與原梁整體工作 適當(dāng)加大新增主梁的截面尺寸 增加邊梁剛度 調(diào)整荷載橫向分布系數(shù) 減輕原梁的負(fù)擔(dān) 為了加強(qiáng)新加寬部分與原梁的整體工作 將原梁懸臂混凝土鑿掉50cm 露出懸臂鋼筋與新加寬部分橋面板鋼筋焊接 在支點(diǎn)和跨中增設(shè)連接橫梁 清除原橋面鋪裝層 全橋統(tǒng)一加鋪10cm厚的橋面鋪裝混凝土 為了加強(qiáng)新舊混凝土之間的連接 將原橋面頂面鑿成齒槽 保證新舊混凝土共同工作 計(jì)入6cm橋面鋪裝層參與主梁工作 即梁的有效高度增加6cm 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 71 4 2型橋梁加固方案評述 4 方案評述 該方案充分利用了原橋沉井基礎(chǔ)的承載潛力 采用插入錨固鋼筋 接長墩臺蓋梁懸臂 節(jié)省了大量的下部結(jié)構(gòu)工量費(fèi)用 采用加大新建邊梁剛度 調(diào)整荷載橫向分布系數(shù) 減輕原梁負(fù)擔(dān)和橋面鋪裝層參與主梁工作 增加梁的有效高度等綜合措施 使原梁在不增加配筋的情況下 滿足汽 20 掛 100的承載要求 5 改進(jìn)建議 蓋梁懸臂接長 若采用體外預(yù)應(yīng)力筋或預(yù)應(yīng)力錨筋技術(shù)施工更為方面 結(jié)構(gòu)更為可靠 為保證橋面鋪裝混凝土與橋面板的共同工作 加強(qiáng)兩者之間的連接 應(yīng)設(shè)置錨固短鋼筋 橋面鋪裝層應(yīng)設(shè)置鋼筋網(wǎng)或摻入高強(qiáng)復(fù)合纖維 增強(qiáng)混凝土的抗裂能力 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 72 4 2型橋梁加固方案評述 2 洪河1號橋設(shè)計(jì)單位 原哈爾濱建筑工程學(xué)院實(shí)施時(shí)間 1988年 1 原橋的基本情況和加固設(shè)計(jì)要求洪河1號橋位于黑龍江省二龍山至撫遠(yuǎn)公路 原橋?yàn)榭鐝?m的單跨裝配式鋼筋混凝土簡支板梁橋 全橋由7塊寬度為100cm板組成 設(shè)計(jì)荷載為汽 15 掛 80 橋面凈空為凈 7 下部結(jié)構(gòu)為混凝土輕型橋臺 擴(kuò)大基礎(chǔ) 二撫公路擴(kuò)建為二級公路 路基寬度為12m 行車道寬度為9m 在橋位處道路雙側(cè)加寬 橋面凈空為凈9 2 1 5m 橋梁的設(shè)計(jì)荷載提高為汽 20 掛 100 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 73 圖4 2洪河1號橋加固方案示意圖 圖中尺寸單位為cm 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 74 4 2型橋梁加固方案評述 2 橋梁現(xiàn)場調(diào)查和承載力檢算現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)原梁的混凝土質(zhì)量良好 經(jīng)回彈測定混凝土強(qiáng)度在28Mpa以上 經(jīng)檢算原橋可以滿足汽 15 掛 80的承載要求 但距汽 20 掛 100的要求正截面承載力相差的18 現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn) 原橋橋臺前墻混凝土質(zhì)量良好 未發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)不均勻沉降現(xiàn)象 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 75 4 2型橋梁加固方案評述 3 加固設(shè)計(jì)要點(diǎn) 按加寬的橋面凈空要求 加寬部分采用2 2塊寬度為125cm的鋼筋混凝土矩形板 按新加寬部分與原橋共同工作計(jì)算 靠邊第2 3塊板受力最大 邊板位于人行道下面 受力較小 為此 將原橋邊板 1號和7號 塊分別移至新加寬部分的最外側(cè)位置 中間空出250cm的空隙 布置新制作的2塊125cm的鋼筋混凝土矩形板 A B或C D 新板的鋼筋按受力需要配置 將原橋面鋪裝混凝土鑿除 全橋統(tǒng)一加鋪10cm的C30陶礫混凝土 為了加強(qiáng)新舊混凝土之間的聯(lián)系 在原橋面應(yīng)鑿成齒槽 原橋橋臺及基礎(chǔ)雙側(cè)加寬 新加基礎(chǔ)部分基底設(shè)50cm的水撼砂 所謂 水撼砂 法就是利用水的流動(dòng)性和砂礫的透水性 在松散砂礫的表面灌上水 依靠水的下滲使砂礫孔隙被細(xì)砂填滿 從而達(dá)到最大密實(shí)度 這種方法在房屋建筑施工中是經(jīng)常采用的 而在公路施工中卻很少采用 墊層 為了加強(qiáng)橋臺臺身新舊混凝土之間的連接 在原橋臺臺身插入錨固鋼筋 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 76 4 2型橋梁加固方案評述 4 方案評述 采用調(diào)換梁位的方法 合理利用原板的承載潛力 最大限度地發(fā)揮新板的作用 改用輕質(zhì)陶礫混凝土橋面鋪裝 減輕橋梁恒載內(nèi)力 采用上述綜合措施 在保持原梁配筋不增加的前提下 達(dá)到了汽 20 掛 100的承載要求 陶礫混凝土橋面鋪裝中應(yīng)設(shè)置鋼筋網(wǎng)或摻入適量的高強(qiáng)復(fù)合短纖維 提高橋面鋪裝的抗裂能力 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 77 4 2型橋梁加固方案評述 3 坂頭大橋設(shè)計(jì)單位 交通部第一公路工程總公司設(shè)計(jì)所 4 廈門市公路局 5 實(shí)施時(shí)間 第一次加固1955年第二次加固1999年 1 原橋的基本情況及承載力評估板頭大橋位于國道324線廈門段 原橋建于1953年 其結(jié)構(gòu)為四跨鋼筋混凝土變高度連續(xù)T梁 外加一跨鋼筋混凝土簡支梁 其跨度劃分及橋梁橫斷面如圖4 3所示 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 78 圖4 3坂頭大橋的一般構(gòu)造圖 2007年3月 廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院管民生 79 4 2型橋梁加固方案評述 原橋的設(shè)計(jì)荷載為汽 13級 國道324線廈門段改擴(kuò)建工程要求將橋梁的設(shè)計(jì)荷載提高為汽 超20級 為了探討原橋加固利用的可行性 1995年對原橋進(jìn)行詳細(xì)的外觀檢查和荷載試驗(yàn) 試驗(yàn)結(jié)果表明 橋梁