1、華南理工大學土木與交通學院 黃培彥 2013年1月,公路橋梁維修加固與改造技術,1,特備參考,目 錄,一、橋梁加固技術指南 1 加固的基本原則與加固程序 2 加固設計方案的比選原則與要求 3 橋梁加固技術經濟指標論證分析方法與 評定原則 4 加固方法 5 加固效果評價方法,2,特備參考,一、橋梁加固技術指南,1 加固的基本原則與加固程序 1.1 基本原則 （1）盡量減少對原結構的損傷； （2）技術可靠，具有長期加固效應，能滿足結構耐久性要求； （3）施工設備簡單，施工操作方便； （4）材料用量少，費用低； （5）養護工作量少； （6）加固施工時盡量不中斷交通； （7）加固設計應與施工方法緊密結

2、合； （8）加固設計應進行承載力驗算 * ； （9）加固施工對新發現缺陷的處理,3,特備參考,加固設計應按下列原則進行承載力驗算： 結構的受力計算應根據加固后結構的實際應力情況和實際的邊界條件進行。 關于結構的截面積計算，保留的構件采用基于檢測結果的截面積計算，新增構件采用實際有效截面積，并考慮結構在加固后的實際受力程度及加固部分的應變滯后特點，以及加固部分與原結構協同工作的程度。 加固后使構件重量增大時，應對被加固的相關構件及基礎進行驗算,4,特備參考,1.2 加固程序,1)橋梁現狀評價,2)加固工程可行性研究報告,3)加固工程施工圖設計,4)加固工程施工、監理招標,5)施工組織設計,6)施

3、工,7)驗收,5,特備參考,1）橋梁現狀評價,使用功能評價： 技術標準 構件完好程度 橋梁養護狀況及意外事故分析 承載能力評價： 原結構復算 基于檢測結果的承載能力評定 荷載試驗鑒定,6,特備參考,2）加固工程可行性研究報告,概述 橋梁現狀評價及發展環境 * 交通量預測 * 加固技術標準 建設條件與加固方案選擇 投資估算及資金籌措 實施方案 經濟評價 問題與建議,7,特備參考,橋梁現狀評價及發展環境,原設計概況 在交通運輸網中的作用 存在的問題 基于檢測結果的使用功能評價 基于檢測結果的承載能力評價 加固的必要性和緊迫性,8,特備參考,交通量預測,擬加固橋梁所在地區的經濟特征 橋上通行車輛調查

4、及分析 相關路線交通量調查與分析 交通量預測思路與方法 加固期交通量預測 加固后交通量預測 活載折減系數的確定,9,特備參考,7）驗 收,一般規定： 橋梁加固工程只分為竣工驗收一個階段 竣工驗收工程質量等級分為合格和不合格 竣工驗收工程質量評定采用100分制 驗收條件：試運營1年后 對加固工程已進行全面檢測 竣工決算、審計已完成 各參建單位完成工作報告 工程質量評定： 加固工程竣工驗收工程質量采取加權平均法計算得分， 質量監督部門根據施工過程中的抽檢資料評定得分權 值為0.3，竣工驗收工程質量鑒定得分權值為0.7,10,特備參考,2 加固設計方案比選原則與要求,2.1 比選原則 結構檢算分析簡

5、單、構造措施合理、設計經驗成熟; 施工過程中粉塵、噪音、廢棄物等對環境影響小; 施工難度小、工藝成熟、質量和工期易于控制; 施工過程對人身安全、行車安全和結構安全影響小; 工程費用經濟合理; 加固后結構耐久性好，后期養護費用少,11,特備參考,2.2 比選要求,各加固設計方案應進行同等深度的比選； 針對上述比選原則，要求列表進行綜合比選,12,特備參考,3 橋梁加固技術經濟指標論證分析方法 與評定原則,3.1 一般規定 為項目決策提供依據; 本辦法適用于橋梁加固工程中的大中型項目; 宏觀經濟分析與微觀經濟分析; 技術經濟評價采用加固費用系數和加固壽命系 數,13,特備參考,3.2 橋梁改造的宏

6、觀經濟分析,1) 客貨運輸成本損失 (2) 客貨運輸時間損失 (3) 附近相關道路的擁擠損失 (4) 車輛繞行里程增加導致的繞行損失 (5) 事故損失 * 橋梁改造的宏觀經濟費用 =(1)+(2)+(3)+(4)+(5,14,特備參考,3.3 橋梁改造的微觀經濟分析,1）收費公路上橋梁由于車輛繞行或限速造成的收費損失： 收費損失=日平均收費損失額施工工期 （2）橋梁加固或新建工程費用： 完成該技術標準加固或新建方案的投資估算，依照有關定額進行，新建方案還應包括拆除橋梁 構件所涉及到的費用。 * 橋梁改造的微觀經濟費用=收費損失+工程費用,15,特備參考,3.4 橋梁加固技術經濟評定原則,加固費

7、用系數=加固費用/新建費用 加固費用=宏觀經濟總損失+ 微觀經濟總損失 新建費用=宏觀經濟總損失+ 微觀經濟總損失 加固壽命系數=（橋梁原設計使用壽命-橋梁已運營時間）/橋梁原設計使用壽命,16,特備參考,評定原則,加固技術經濟確定原則為：加固壽命系數=n2時，加固費用系數n1,17,特備參考,橋梁上部結構加固常用方法 （1）粘貼鋼板加固技術； （2）FRP粘貼加固技術； （3）增大構件截面加固技術； （4）體外預應力加固技術； （5）改變結構體系加固技術； （6）增設主梁加固技術； （7）增強橋梁整體性加固技術； （8）裂縫修補加固技術,二. 橋梁上部結構加固改造技術,18,特備參考,1.

8、粘貼鋼板加固技術 1）特點及適用范圍 受力特點： 將鋼板或鋼筋粘貼于構件受拉部位或者薄弱部位的面層，使其與結構形成整體，共同承受荷載。原結構的恒載內力由原構件承擔，新增鋼板或鋼筋只承受粘貼加固后的荷載產生的應力。一般情況下，由于加固前一期恒載等作用，原構件混凝土及鋼筋的應力、應變已經有了相當的儲備，在加固后的二期恒載及活載作用下，原構件混凝土及,19,特備參考,鋼筋的應力、應變積累值往往大于在新增混凝土及鋼板或鋼筋內產生的相應值，使得原構件的鋼筋達到破壞時，新增鋼板或鋼筋的強度還達不到充分發揮，只有當原受拉鋼筋屈服后，新增鋼板或鋼筋的應變、應力才迅速增加。此外，受壓區混凝土的壓應力也是主要的控

9、制因素,20,特備參考,實際上，運營中的橋梁無論是受彎構件，還是大偏心受壓構件，混凝土受力裂縫過多、過寬，并不一定就是承載能力不足，往往是正常使用狀態下混凝土的正拉應力或主拉應力過大，造成了截面受拉邊緣橫向裂縫或腹板斜向裂縫。產生這一病害的原因很多，如截面尺寸不足、材料強度不合格、鋼筋配置偏少、混凝土強度不足、超載等等，但一般只有在使用荷載下受拉鋼筋配置偏少時才適合采用粘貼附加物（如鋼板、鋼筋及各種纖維增強復合材料）加固,21,特備參考,其他特點（略） 優點：簡單、快速、施工較方便； 缺點：易腐蝕，需長期養護、增加構件自重、價格偏高；加固部位受限,22,特備參考,適用范圍： 粘貼鋼板加固法是將

10、48mm厚的鋼板粘貼于構件受拉區表面，再進行防銹處理。如果是先鑿開舊鋼筋的混凝土保護層，露出一部分主鋼筋，將新增鋼筋焊接于舊主鋼筋上，再澆筑小石子混凝土或砂漿將所有的鋼筋保護起來，也屬此類。主要適合于以下情況,23,特備參考,1） 現行使用荷載下，原受彎構件或大偏心受壓構件受拉主筋或斜筋配筋不足，如果是超筋梁構件，則應同時增加受壓區面積，如增加橋面厚度等； （2） 原構件受拉主鋼筋嚴重腐蝕或受損； （3） 為增加構件的抗裂性和剛度。 （4） 提高偏心受壓構件的承載力，對構件進行封閉圍套包鋼加固，但對小偏心受壓構件不適宜采用單邊粘鋼加固,適用范圍,24,特備參考,2) 材料要求（鋼板-3#,16

11、Mn、砼、粘膠劑） 3）加固設計（鋼筋砼或預應力砼受彎、大偏心構件，主要計算內容） 4）施工要點 （主要工序,梁底及支承端附近粘貼鋼板,梁底及支承端附近粘貼纖維片材,25,特備參考,2. 粘貼FRP加固法,1）特點及適用范圍 受力特點： 將纖維增強復合材料（簡稱FRP）粘貼于構件受拉部位或者薄弱部位的面層，使其與結構形成整體，共同承受荷載。原結構的恒載內力由原構件承擔，新增FRP只承受粘貼加固后的荷載產生的應力。通常由于加固前一期恒載等作用，原構件混凝土及鋼筋的應力、將FRP粘貼于構件受拉部位或者薄弱部位的面層，使其與結構形成整體，共同承受荷載。原,26,特備參考,結構的恒載內力由原構件承擔，

12、新增FRP只承受粘貼加固后的荷載產生的應力。通常由于加固前一期恒載等作用，原構件混凝土及鋼筋的應力、應變已經有了相當的儲備，在加固后的二期恒載及活載作用下，原構件混凝土及鋼筋的應變積累值往往大于新增混凝土及FRP的應變，使得原構件的鋼筋達到屈服時，新增FRP的強度還達不到其抗拉強度,27,特備參考,粘貼FRP加固構件與粘鋼加固又有所不同，因纖維的彈性模量與混凝土及鋼材的彈性模量有所不同，相當于混凝土截面內由三種材料復合而成。由于加固常用的碳纖維、芳綸纖維和玻璃纖維片材的抗拉強度遠大于鋼材的抗拉強度，一般情況下要讓原受拉鋼筋達到屈服后，FRP的高強度才能發揮出來，這其中受壓區混凝土及原配受拉鋼筋

13、是否破壞起著控制作用。設計時應考慮分階段受力的特點,28,特備參考,適用范圍： 粘貼FRP（主要指碳纖維-CFRP、芳綸纖維-AFRP及玻璃纖維-GFRP）加固混凝土結構是將厚度為0.1111.2mm的纖維板或纖維布通過配套粘結材料粘貼于構件的表面，使FRP承受拉力，并與混凝土變形協調，共同受力，類似粘鋼加固，主要適合以下情況,29,特備參考,1）現行使用荷載下，原構件受拉主筋或斜筋配筋不足;如果是超筋梁構件，則應同時增加受壓區面積，如增加橋面厚度等； 2）原構件受拉鋼筋嚴重腐蝕或受損； 3）為增加構件的抗裂性； 4）被加固構件的實測混凝土強度等級不得低于C20，截面縱向受力鋼筋配筋率大于公橋

14、規規定的最小配筋率的鋼筋混凝土構件。并且加固后其正截面抗彎承載力提高幅度不應過大,30,特備參考,2）材料要求（纖維材料、砼、粘膠劑） （3）設計內容: 可對以下構件進行加固： 1）在梁、板受彎構件的受拉區粘貼FRP，使纖維方向與加固處的受拉方向一致進行抗彎加固； 2）采用封閉式粘貼、U型粘貼或側面粘貼，纖維方向與構件軸向垂直進行抗剪加固； 3）采用封閉式粘貼，纖維方向與構件軸向垂直對受壓構件進行加固,31,特備參考,4）施工要點（主要工序） 優點： 1）高強、高效（高強度、高彈模，提高承載力 和延性，改善受力性能）； 2）耐腐蝕及耐久性（化學性質穩定）； 3）不增加構件的自重和體積（質量輕、

15、厚度?。?4）適用面廣（纖維布為柔性材料）； 5）施工方便（不需大型施工機械，施工場地少）； 6）價格適中,32,特備參考,存在的主要問題,1）纖維布：彈性階段的工作性能提高幅度不大，一般需粘貼2-3層，導致界面多、粘結膠用量大、施工時間較長； 2）纖維板：施工性不好、材料規格少； 3）碳纖維：價格較貴； 4）核心技術：無自主知識產權,華南理工大學交通學院，廣州,33,特備參考,新型FRP片材纖維薄板加固技術簡介,纖維薄板(Fiber laminate)：新型FRP片材（碳纖維，芳綸纖維，玻璃纖維）（發明專利號：ZL200410026742.8 ） 集纖維布和纖維板兩者的優點于一身：不需要粘

16、貼多層（厚度等尺寸可自由變化）；柔軟性好；施工方便、周期短；成本低；能靈活應用于混凝土結構的抗彎、抗剪、抗壓加固,34,特備參考,工程應用實例,35,特備參考,加固方案與施工工藝,36,特備參考,37,特備參考,38,特備參考,預應力纖維薄板加固,39,特備參考,預應力纖維薄板加固,40,特備參考,3. 增大截面加固法 （1）受力特點及適用范圍 受力特點： 增大截面法加固受彎構件及大偏心受壓構件的核心是增加受拉區的鋼筋和增大受壓區面積，從而增大抗彎慣性矩，提高構件的抗彎剛度及強度，由于增加構件的寬度對加固效果較差，有條件時盡量少增加或不增加構件的寬度，多增加高度,41,特備參考,增大截面法加固

17、小偏心受壓構件時，可全截面增大面積，但還是以增加偏心壓力方向的尺寸為主，并增配受壓、受拉鋼筋，增強構件的剛度和強度，從而提高承載力及穩定性,42,特備參考,偏心受壓構件在拱式橋、桁架式梁橋及其下部結構較為常見。純軸心受壓構件在橋梁上較為少見，就算恒載作用下為軸心受壓，活載作用下也往往會偏心。此外對桁架構件，由于節點次彎矩的影響也會造成偏心。 增大截面加固法也屬于被動加固法，構件原截面要承受加固前本身的自重及因增大截面產生的自重作用，截面拉、壓邊的混凝土及鋼筋已有初始應力或應變，加固后的總截面中，新增部分只承受加固后的荷載作用，而原截面則要承受加固前、后的恒、活載作用。截面拉、壓邊的混凝土及鋼筋

18、應力也分為兩次疊加,43,特備參考,適用范圍： 增大截面法加固構件時，對受彎構件來說增加抗彎剛度的效果好，但增加的尺寸有限，且應當合理選擇。對偏心受壓構件來說，在增加強度、剛度、穩定性方面效果都較好，但有一共同的缺點是新增混凝土會增加原構件的負擔，養護時間長、澆筑不便、工期相對長些。如果全跨增加重量較多，如拱橋加固，還要考慮下部結構及基礎的承受力是否滿足。主要適合于以下情況,44,特備參考,1）使用荷載下，原構件的抗彎或抗剪強度不足，或剛度不足；如果是超筋梁構件，則應避免加大截面后仍是超筋梁； 2）使用荷載下，受壓構件強度、剛度、穩定性不足； 3）墩柱的主鋼筋外露、銹蝕、混凝土空洞或破碎、墩柱

19、傾斜； 4）拱圈因施工質量造成主筋外露、混凝土空洞、破碎、強度不夠等缺陷時,45,特備參考,2）材料要求（鋼筋、砼） （3）加固設計（鋼筋砼或預應力砼受彎、偏心構件， 主要計算內容） （4）施工要點 （主要工序） 增大截面加固法 優點：經濟、工藝較成熟； 缺點：增加構件自重、減少使用空間、 工期較長 特別需要注意：鋼筋的焊接、新舊混凝土面的結合,46,特備參考,4. 改變結構體系法 （1） 簡支梁改連續梁法 （2） 多跨簡支梁改橋面連續簡支梁法 （3） 增加輔助墩法 （4） 八字支撐法 （5） 梁式橋轉梁拱組合體系法 （6）鋼索斜拉加固法 （7）橋改為涵洞法,47,特備參考,5. 預應力加固法

20、 （1）受力特點及適用范圍 受力特點: 預應力加固法屬主動加固法，有體外預應力加固法和體內預應力加固法。 體外預應力是將預應力鋼材布置在原加固構件的混凝土體外，或者是為了保護預應力鋼材，張拉后澆筑或噴射混凝土覆蓋，構件截面尺寸雖有增加，但新增混凝土部分并無預加力作用，若預,48,特備參考,應力筋與混凝土為無粘結形式，相當于對原構件施加外作用力后，再用鋼筋混凝土增大截面，或者是先布置無粘結預應力筋，澆筑混凝土覆蓋后再對新、舊混凝土施加預加力，相當于用預應力混凝土增大截面，也屬體外預加力的性質,49,特備參考,體內預應力有兩種情況： 一是在截面受拉邊體外布置預應力筋，增大截面覆蓋混凝土并待新增混凝

21、土達強度后再對新、舊混凝土施加預應力，而后對預應力筋孔道灌漿，預應力筋與混凝土是有粘結的，但同一截面高度處新、舊混凝土及鋼筋的應力并不相同，應分階段計算應力強度，相當于用預應力混凝土增大截面。承載力計算時與新橋設計時一樣； 二是先張拉預應力筋后覆蓋混凝土，新混凝土雖然沒有預加力，但與預應力筋有粘結，相當于對原結構施加,50,特備參考,預應力后，再用鋼筋混凝土增大截面，其受力性能和計算方法與增大截面加固預應力混凝土結構大致相同，只是加固時張拉階段的截面各材料應力要計入體外預加力的作用。以上兩種情況時，新、舊混凝土的結合是相當講究的。 總之，體外預應力與體內預應力的主要區別在于后加預應力筋是否與混

22、凝土有粘結,51,特備參考,體外預應力加固橋梁的目的是利用預加力產生的內力來抵消結構控制截面的部分或全部恒、活載內力，由于受到原結構尺寸、外形、體外布索及錨固條件、現場施工條件等等的影響，以及體外預加力的副作用，如增大受壓區混凝土的負擔、在超靜定結構中產生對非計算截面不利的次內力等影響，所以體外預加力不可能施加得太大，一般是抵消部分恒、活載內力,52,特備參考,采用加固普通鋼筋混凝土構件，加固后的構件可成為各種預應力混凝土構件，可按偏心受壓構件計算應力強度及承載力。 采用體外預應力加固預應力混凝土構件，相當于對原構件補加預應力，加固后的構件可為全預應力或部分預應力混凝土構件。也可按偏心受壓構件計算應力強度及承載力,53,特備參考,總之，體外預應力加固橋梁結構的實質是對控制截面進行卸載，是一種較有效的主動加固方法，而前幾節的粘貼附加物和增大截面加固法均屬被動加固方法。該方法自重增加很少，卻能夠大幅改善和調整原結構的受力狀況，提高承重結構的剛度和抗裂性能，對墩臺及基礎的受力影響很小，同時對橋梁運營影響也較小，可大大減少交通損失及交通維護費用。體外預應力加固方法雖然效果較好，但也有其適用條件，且設計及施工都較前幾種方法復雜些，技術要求也更高些,54,特備參考,適用范圍： （1）使用荷載下，原受彎構件抗彎、抗剪強度不足，或剛度不足，裂縫過多、過寬； （2）使用荷載