會計學1橋梁檢測與加固廣東工業大學2007年3月2第一講橋梁檢測與監測技術的開發和應用第二講橋梁病害診斷第三講混凝土結構承載能力及耐久性評估第四講橋梁改造加固方案設計第五講橋梁加固薄弱受彎構件設計計算講授提綱第1頁/共131頁2007年3月3橋梁結構檢查的重要性橋梁結構的使用性能及耐久年限,主要由設計、施工和所用材料的質量等諸多因素共同確定。由于設計、施工和材料可能存在某些缺陷,而這些缺陷會使橋梁結構先天存在著某些薄弱之處。此外,橋梁在營運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,則很容易使橋梁發生不可預見的損壞。橋梁結構中的一處或某幾處局部的損壞又可能產生連鎖反應，波及到更多的位置,發展成更大的損壞,乃至危及橋梁的安全。所以,確保建成的橋梁保持良好的運營狀態和正常的使用功能,當務之急是及時發現早期病害,在尚未出現更大的損傷之前采取維修養護措施,以控制病害發展或把病害清除,而要達到此目的,就必須對橋梁進行檢查。橋梁結構的檢查是保證橋梁正常使用、進行維修加固的重要依據。檢查橋梁結構的目的在于隨時掌握結構的技術狀況和安全狀態,總結設計、施工、使用和維修的經驗和教訓,鑒定現有橋梁的承載力和通過能力,指導對橋梁的正確使用、管理和維修。第2頁/共131頁2007年3月4橋面結構的檢測

用于預測橋面病害的一般方法是:測量氯化物含量和電勢,并進行肉眼觀測。但此種方法既費時間,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病害情況提供準確數據。因為該方法只把注意力集中在由于腐蝕而導致的頂面鋼筋保護層的層裂上,而忽視了由于凍融循環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、紅外熱象儀、激光光學、超聲波和其它一些新的技術手段可在僅僅一天之內就能準確地測量成百上千公里路面或幾十座橋的橋面。

第3頁/共131頁2007年3月5橋梁結構體系的監測一般用于結構監測的傳統傳感器,其測量能力只局限于逐點檢測,當臨界斷面檢測得不準確時,其效果就會很不理想。當需要對大型結構,如橋梁的狀況進行評估時,具有大面積檢測能力的傳感器就顯得尤為重要。任何監測系統都必須具備在較長時期內提供可靠、精確和長期的檢測結果,這樣才能保證結構處于高度的安全狀態。安裝了這種監測系統,就可以較早地發現結構存在的任何問題,以便采取必要的修復措施,從而保證結構使用的連續安全性,使結構的性能得到最佳利用,并減少使用費用。混凝土橋梁結構的監測用于混凝土橋梁結構監測的一種新技術是光纖傳感器技術。它運用了光纖的兩個特性來實現動態測量：1光損矢量的測量,即利用纖維某些局部產生微小彎曲后所產生光矢量變化的效應原理。2光傳輸時間原理,即:光沿傳感器到達反射鏡,再反射回到光源處的傳輸時間。

第4頁/共131頁2007年3月6鋼橋結構的監測美國聯邦公路局開發的無線電橋梁檢測和評估系統,是一個便攜的、電池供電、使用無線電遙控技術的數據收集系統。它非常像一個數字式多分支的電話網絡,用以收集數據并傳遞到一個筆記本電腦上。這種特殊的無線電網絡對靜電和障礙物是“免疫”的(靜電和障礙物對這種特殊的無線電網絡沒有影響)。除了收集數據之外,每個模塊充當了地區無線電網絡中無線電波上的一個結點。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合反射,用這種技術可以迅速地測量出一座鋼橋上每個有疲勞傾向的部位、破損及危險的部位,或者探測出橋梁在車載和風載作用下的工作狀況。第5頁/共131頁2007年3月7智能型支座智能支座能通過支座上活載和恒載的分布,發現并判斷出橋梁結構體系的工作狀況。因為,如果結構構件的強度因遭受斷裂、沖擊或其他影響而有明顯變化時,也會使支座上的荷載分布發生改變。智能支座可以“感受到”橋梁的破壞。第6頁/共131頁2007年3月8橋梁基礎的監測橋梁結構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方法與上部結構類似。水面或地面以下基礎狀況的診斷,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。對已建橋梁結構基礎沉降觀測,有的采用激光系統和連通管水平測量裝置。在基礎不均勻沉降引起的傾斜測量中,采用水準式、擺式傾斜儀,以及各種電測的測斜儀。在法國,將側向超聲波測位儀安裝在船上曳引,檢測橋梁結構物的浸水部分,能獲得水下結構的雙向圖像。用來檢查橋墩、板樁、基礎沖刷、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,采用貫入地面雷達檢測橋臺的外形及其穩定性,檢測結果用圖形顯示。第7頁/共131頁2007年3月9其他新技術在世界上許多地方,對整座橋梁狀況的監測技術已經發展到在大型結構物上安裝系列大規模的監測系統。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安裝并運行著這樣的一個系統。然而,盡管這種方法很有前途,但這種技術的全部潛在可能尚沒有被完全發現或肯定,并且其重要的部分仍處于研究階段。這種系統的傳感器網絡傳遞出的大量數據信息,由計算機進行收集、儲存、分析、檢索等,然后提供檢測信息。事實已經證明,該系統所提供的信息是非常有用的。例如,這些系統檢測到了未曾預料到的受彎構件由于暴露在陽光下,所受光照輻射程度不同而產生的彎起,并且確定了彎起量的大小。第8頁/共131頁2007年3月10此外,對橋梁結構的承載能力的“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準承載要求,說明該橋有某種結構上的缺陷。美國聯邦公路局為此將激光檢測系統用于檢測橋梁的承載能力。這套系統由一個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生危險)瞄準橋梁上的某點。當激光檢測到橋梁結構上的某個點,系統就會馬上給出該點相對于當地坐標系統的三維坐標。僅幾分鐘的時間內,系統可以測量橋結構上不同的點幾百次。它對目標沒有特別的規定,在普通鋼材、混凝土和木材表面上都可以很好的工作。利用這個系統,可以迅速地測量出大型卡車作用在橋上使其產生的三維變形。這個系統還可以用于迅速確定橋上每一部分對應先前(上次)檢查的位移(變位)情況,結果可以精確到毫米。該系統還能探測到沉降或預應力損失。第9頁/共131頁2007年3月11第二講橋梁病害診斷§2-1環境因素引起的混凝土結構損傷或破壞§2-2混凝土結構的裂縫分析第10頁/共131頁2007年3月12混凝土結構的病害表現形式多種多樣，引起病害的原因錯綜復雜，從引起病害的原因來分析，可以將其劃分為兩大類：第一類為由環境作用引起的混凝土結構損傷與破壞。由于混凝土的缺陷（例如裂隙、孔道、汽泡、孔穴等），環境中的水及侵蝕性介質就可能滲入混凝土內部，與混凝土中某些成份發生化學、物理反應，引起混凝土損傷，影響結構的受力性能和耐久性。第二類為由荷載作用或設計、施工不當造成的混凝土結構損傷。例如，由于超載作用引起的裂縫，動力沖擊作用引起疲勞破壞。構造措施和施工方法不當引起結構裂縫等。第11頁/共131頁2007年3月13§2-1環境因素引起的混凝土結構損傷或破壞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混凝土中的二氧化碳或其它酸性氣體發生化學反應的過程。一般情況下混凝土呈堿性，在鋼筋表面形成堿性薄膜，保護鋼筋免遭酸性介質的侵蝕，起到了“鈍化”保護作用。碳化的實質是混凝土的中性化，使混凝土的堿性降低，鈍化膜破壞，在水分和其它有害介質侵入的情況下，鋼筋就會發生銹蝕。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侵蝕，對結構的危害是多方面的，但最終表現為鋼筋的銹蝕。第12頁/共131頁2007年3月14§2-1環境因素引起的混凝土結構損傷或破壞3堿—骨料反應堿—骨料反應一般指水泥中的堿和骨料中的活性硅發生反應，生成堿—硅酸鹽凝膠，并吸水產生膨脹壓力，造成混凝土開裂。堿—骨料反應引起的混凝土結構破壞程度，比其他耐久性破壞發展更快，后果更為嚴重。堿—骨料反應一旦發生，很難加以控制，一般不到兩年就會使結構出現明顯開裂，所以有時也稱堿骨料反應是混凝土結構的“癌癥”。堿—骨料反應破壞的最重要特征之一是混凝土表面開裂，裂縫的形態與結構中鋼筋形成的限制和約束狀態有關：鋼筋限制、約束力強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狀或地圖狀裂縫，在裂縫處有白色凝膠物滲出。堿—骨料反應裂縫與其他原因裂縫的主要區別是：第13頁/共131頁2007年3月15§2-1環境因素引起的混凝土結構損傷或破壞①堿—骨料反應引起混凝土局部膨脹，裂縫的兩個邊緣出現不平狀態（錯臺）；是堿骨料反應裂縫的特有現象；②堿—骨料反應與環境濕度有關，在同一工程中潮濕部位出現裂縫，而干燥部位卻安然無恙，是堿—骨料反應裂縫區別與其他原因裂縫的外觀特征差別之一。③從裂縫出現的時間來判斷，堿—骨料反應裂縫出現的時間較晚，多在施工后5~10年內出現，而混凝土收縮裂縫出現的時間較早，一般在施工后若干天內出現。4凍融循環破壞滲入混凝土中的水在低溫下結冰膨脹，從內部破壞混凝土的微觀結構。經多次凍融循環后，損傷積累將使混凝土剝落酥裂，強度降低。凍融循環破壞的混凝土第14頁/共131頁2007年3月16§2-1環境因素引起的混凝土結構損傷或破壞剝落，開始時在混凝土表面出現粒徑為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，發展速度很快。一經發現凍融引起的混凝土剝落，必需密切注意剝落的發展情況，及時采取修補措施。北方地區采用撒鹽除冰，由于鹽類與凍融循環的共同作用引起的鹽凍破壞是凍融循環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晶壓共同作用的結果，因此，鹽凍破壞要比單純的凍融破壞嚴酷得多。鹽凍破壞區別于其他破壞形式的主要特征是：

①表面分層剝落，骨料暴露，但剝落層下面的混凝土完好；②破壞速度快，對未采用防鹽凍措施而使除冰鹽者，第15頁/共131頁2007年3月17§2-1環境因素引起的混凝土結構損傷或破壞

少則一冬，多則幾冬，即可產生嚴重鹽凍破壞；③在沒有干擾的剝蝕表面或裂縫中可見到白色鹽結晶體；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，使混凝土出現沿鋼筋的縱向裂縫，造成鋼筋與混凝土之間的粘結力破壞，鋼筋截面面積減少，使結構構件的承載力降低，變形和裂縫增大等一系列不良后果，并隨著時間的推移，腐蝕會逐漸惡化，最終可能導致結構的完全破壞。第16頁/共131頁2007年3月18§2-1環境因素引起的混凝土結構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。另一方面，幾乎所有的侵蝕作用對混凝土結構的破壞都與侵蝕作用引起的混凝土膨脹，最終導致混凝土的開裂有關。而且當混凝土結構開裂后，腐蝕速度將大大加快。形成導致混凝土結構的耐久性進一步退化的惡化循環。因此，對新建結構而言，提高混凝土結構耐久性的基本途徑是增強混凝土的密實度，防止和控制混凝土開裂，阻止水分的侵入；加大混凝土保護層的厚度，防止由于混凝土保護層碳化引起鋼筋鈍化膜的破壞。對于在役結構而言，提高混凝土結構耐久性的基本思路是在清除病害根源的基礎上，封堵裂縫，修補破損混凝土；增設防水層，防止水分的侵入。第17頁/共131頁2007年3月19§2-2混凝土結構的裂縫分析實踐表明，混凝土結構的任何損傷與破壞，一般都是首先在混凝土中出現裂縫，裂縫是反映混凝土結構病害的晴雨表。所以，對混凝土結構的損傷檢測，首先應從對結構的裂縫調查、檢測與分析入手?；炷两Y構的裂縫是由材料內部的初始缺陷、微裂縫的擴展而引起的。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，稱為結構性裂縫（又稱為受力裂縫），其裂縫的分布及寬度與外荷載有關。這種裂縫的出現，預示結構承載力可能不足或存在其他嚴重問題。第18頁/共131頁2007年3月20§2-2混凝土結構的裂縫分析第二類：由變形引起的裂縫，稱為非結構性裂縫，如溫度變化、混凝土收縮等因素引起的結構變形受到限制時，在結構內部就會產生拉應力，當此應力達到混凝土抗拉強度極限值時，即會引起混凝土裂縫，裂縫一旦出現，變形得到釋放，拉應力也就消失了。兩類裂縫有明顯的區別，危害效果也不相同，有時兩類裂縫融在一起。調查資料表明，在兩類裂縫中以變形引起的裂縫占主導的約占80%；以荷載引起的裂縫占主導的約占20%。對裂縫原因的分析是裂縫危害性評定，裂縫修補和加固的依據，若對裂縫不經分析研究就盲目進行處理，不僅達不到預期的效果，還可能潛藏著突發性事故的危險。第19頁/共131頁2007年3月21§2-2混凝土結構的裂縫分析1．結構性裂縫（受力裂縫）眾所周知，混凝土的抗拉強度很低，抗拉極限應變大約為換句話說，混凝土即將開裂的瞬間，鋼筋的應力只有

事實上，在正常使用階段鋼筋的應力遠大于此值，所以說在正常使用階段鋼筋混凝土結構出現裂縫是避不可免的。因而，習慣上又將這種裂縫稱為正常裂縫。實踐證明，在正常條件下，裂縫寬度小于0.3mm時，鋼筋不致生銹。為確保安全，允許裂縫寬度還應第20頁/共131頁2007年3月22小一些。新頒布的<公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范>JTGD62-2004（以下簡稱<橋規JTGD62>）規定：鋼筋混凝土構件計算的特征裂縫寬度不應超過下列規定的限值：Ⅰ類及Ⅱ類環境0.2mmⅢ類及Ⅳ類環境0.15mm圖1-1所示為鋼筋混凝土簡支梁的典型結構性裂縫分布示意圖?！?-2混凝土結構的裂縫分析圖1-1鋼筋混凝土梁結構裂縫第21頁/共131頁2007年3月23圖1-1中①所示的跨中截面附近下緣受拉區的豎向裂縫，是最常見的結構性裂縫。在正常設計和使用情況下，裂縫寬度不大，間距較密，分布均勻。若豎直裂縫寬度過大，預示結構正截面承載力不足；圖1-1中②所示為支點（或腹板寬度變化處）附近截面由主拉應力引起的斜裂縫。在正常設計和使用情況下很少出現斜裂縫，即使出現裂縫寬度也很小。若斜裂縫寬度過大，預示結構的斜截面承載力不足，存在發生斜截面脆性破壞的潛在危險，應引起足夠的重視。另外，鋼筋混凝土墩柱受壓構件由于縱向壓力過大引起的縱向裂縫、預應力筋錨固區由于局部應力過大引起的劈裂裂縫等都屬于結構性裂縫?！?-2混凝土結構的裂縫分析第22頁/共131頁2007年3月24有些結構性裂縫（受力裂縫）是由設計錯誤和施工方法不當所造成的。例如：鋼筋錨固長度不足、計算圖式與實際受力不符、次內力考慮不全面和施工安裝構件支承吊點錯誤等都可以使構件產生裂縫。在超靜結構中基礎不均勻沉降，將引起結構的內力變化，可能導致結構出現裂縫?；A不均沉降引起的上部結構的裂縫，實質上是屬于結構性裂縫（受力裂縫）范疇，裂縫的分布和寬度與結構形式、基礎不均沉降情況及大小等多種因素有關。這種裂縫對結構安全性影響很大，應在基礎不均勻沉降停止或采用加固地基方法消除后，才能進行上部結構的裂縫處理。§2-2混凝土結構的裂縫分析第23頁/共131頁2007年3月252．非結構性裂縫混凝土的非結構性裂縫根據其形成的時間可分為：混凝土硬化前裂縫、硬化過程裂縫和完全硬化后裂縫。非結構性裂縫的產生受混凝土材料組成、澆筑方法，養護條件和使用環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，引起的混凝土體積縮小稱為干縮。同時，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。普通混凝土在標準狀態下的極限收縮變形約為(3~4)×10－4。§2-2混凝土結構的裂縫分析第24頁/共131頁2007年3月26當混凝土成形后，表面水份蒸發，這種水份蒸發總是由表及里逐步發展，截面內外溫度不等，內外收縮量不一樣?；炷帘砻媸湛s變形受到混凝土內部約束或其他約束限制時，即在混凝土中產生拉應力，引起混凝土開裂。尤其是混凝土早期養護不當，混凝土表面直接受到風吹日曬的影響，表面水份蒸發過快，產生較大的拉應力，混凝土早期強度低，很容易出現收縮裂縫。收縮裂縫發生在混凝土面層，裂縫淺而細，寬度多在0.05~0.2mm之間。對板類構件多沿短邊方向，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）產生豎向收縮裂縫，但多集中在構件中部，§2-2混凝土結構的裂縫分析第25頁/共131頁2007年3月27中間寬兩頭細，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，側面也有所見。收縮裂縫對構件承載力影響不大，主要影響結構外觀和耐久性。（2）溫度裂縫鋼筋混凝土結構隨著溫度變化將產生熱脹冷縮變形，這種溫度變形受到約束時，在混凝土內部就會產生拉應力，當此應力達到混凝土的抗拉強度極限值時，即會引起混凝土裂縫，這種裂縫稱為溫度裂縫。按結構的溫度場不同、溫度變形、溫度應力不同，溫度裂縫可分為三種類型：①截面均勻溫差裂縫§2-2混凝土結構的裂縫分析第26頁/共131頁2007年3月28一般橋梁結構為桿件體系長細結構，當溫度變化時，構件截面受到均勻溫差的作用，可忽略橫截面兩個方向的變形，只考慮沿梁長度方向的溫度變形，當這種變形受到約束時，在混凝土內部就會產生拉應力，出現裂縫。例如：連續梁預留伸縮縫的伸縮量過小，或有施工時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清理，使伸縮縫和支座失靈等，當溫度急劇變化時，結構伸長受到約束，上部橋跨結構就會出現這種截面均勻溫差裂縫，嚴重者還可能造成墩臺的破壞。②截面上、下溫差裂縫以橋梁結構中大量采用的箱形梁為例，當外界溫度驟然§2-2混凝土結構的裂縫分析第27頁/共131頁2007年3月29變化時，會造成箱內外的溫度差，考慮到橋梁為長細結構，可以認為在沿梁長方向箱內外的溫差是一致的，沿水平橫向沒有溫差。將三維熱傳導問題簡化為沿梁的豎向溫度梯度來確定，一般假設梁的截面高度方向、溫差呈線性變化。在這種溫差作用下，梁不但有軸向變形，還伴隨產生彎曲變形。梁的彎曲變形在超靜定結構中不但引起結構的位移，而且因多余約束存在，還要產生結構內部溫度應力。當上、下溫差變形產生的應力達到混凝土抗拉強度極限值時，混凝土就要出現裂縫，這種裂縫稱為截面上、下溫差裂縫?！?-2混凝土結構的裂縫分析第28頁/共131頁2007年3月30③截面內外溫差裂縫水泥在水化過程產生一定的水化熱，其大部分熱量是在混凝土澆筑后3天以內放出的。大體積混凝土產生的大量水化熱不容易散發，內部溫度不斷上升，而混凝土表層散熱較快，使截面內部產生非線性溫度差。另外，預制構件采用蒸氣養護時，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，也會使截面內部產生非線性溫度差。在這種截面內外溫差作用下，結構將產生彎曲變形，截面縱向纖維因溫差的伸長將受到約束，產生溫度自應力。對超靜定結構還會產生阻止撓曲變形的約束應力。有時此溫度應力是相當大的，尤其是混凝土早期強度比較較低，很容易造成混凝土裂縫?！?-2混凝土結構的裂縫分析第29頁/共131頁2007年3月31混凝土溫度裂縫有以下特點：①裂縫發生在板上時，多為貫穿裂縫；發生在梁上多為表面裂縫。②梁板式結構或長度較大的結構，裂縫多是平行于短邊。③大面積結構（例如橋面鋪裝）裂縫多是縱橫交錯。④裂縫寬度大小不一，且沿結構全長沒有多大變化。預防溫度裂縫的主要措施是合理設置溫度伸縮縫，在混凝土組成材料中摻入適量的磨細粉煤灰，減少水化熱，加強混凝土養護，嚴格控制升溫和降溫速度?！?-2混凝土結構的裂縫分析第30頁/共131頁2007年3月32Theend第31頁/共131頁2007年3月33第三講混凝土結構承載能力及耐久性評估§3-1在役混凝土結構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容第32頁/共131頁2007年3月34§3-1在役混凝土結構的承載能力與耐久性評估的基本概念混凝土結構受到損傷后，需要對結構損傷的原因和程度進行分析，對損傷對結構承載能力及耐久性的影響進行評估，其主要內容是：①考慮結構損傷影響的承載能力評估②在役結構剩余使用壽命評估在評估分析的基礎上，根據經濟技術條件，制定科學的維修加固方案，提出結構處理措施。評估現有結構的安全可靠性的核心問題是確定考慮結構病害損傷后的結構承載能力。橋梁結構的承載能力評定通常采用以下三個途徑：①根據相關規范要求對照橋梁的存在的缺陷及病害進行綜合評定例如我國<公路養護技術規范>中對橋梁技術狀態標準和裂縫寬度，都做了規定。依此標準將橋梁技術狀況劃分為四類。公路養護第33頁/共131頁2007年3月35§3-1在役混凝土結構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<橋梁技術狀況評估專家系統>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果。②現場荷載試驗評估方法通過現場荷載試驗（靜載試驗和動載試驗）可直接檢測結構的實際承載力。荷載試驗與理論計算分析相結合是比較符合實際的承載力評定方法，但試驗設備復雜，技術難度高，經費支出大，目前尚難以大規模推廣應用。③理論計算分析評估方法在現場調查和病害檢測分析的基礎上，考慮結構病害、損傷的影響，按現行規范計算結構承載力是國內采用的承載力評估的主要方法。第34頁/共131頁2007年3月36§3-1在役混凝土結構的承載能力與耐久性評估的基本概念結構的剩余使用壽命預測是耐久性評估的核心內容。結構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，結構可能繼續使用的年限。鋼筋銹蝕是影響混凝土結構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構使用壽命終結的標準。混凝土結構剩余壽命評估是個目前尚未很好解決的科研課題，它涉及到鋼筋銹蝕破壞機理和鋼筋銹蝕脹力模型的研究和耐久性終結標準的確定。目前，對在役結構的耐久性評估和剩余壽命預測，大多還是依賴有經驗的工程技術人員作出經驗性評價和處理意見。第35頁/共131頁2007年3月37已有結構的耐久性檢測與評估：鋼筋混凝土結構的現場踏勘和檢測是了解結構現狀和耐久性損傷程度的重要手段，是進行耐久性評估的重要依據。檢測的內容和方法如下，應盡可能地采用非破損性的檢測手段：1、調查結構和構件的全貌2、檢查外觀損傷3、測試混凝土性能4、檢測鋼筋5、調研和測試環境條件第36頁/共131頁2007年3月38將全部的結構現場觀察調研和試驗室檢測的詳細結果匯總后進行統計分析，按照結構的損傷和性能化的嚴重程度，評定各部分的耐久性的損傷等級。第37頁/共131頁2007年3月39§3-2考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力評估方法1、鋼筋銹蝕對結構承載力的影響混凝土中的鋼筋腐蝕是造成混凝土結構損傷，影響結構承載能力的最主要因素，其主要表現是：①鋼筋腐蝕后，使鋼筋的有效截面面積減少；②鋼筋腐蝕后，力學性能劣化，強度降低；③鋼筋腐蝕后，混凝土保護層開裂甚至脫落，使混凝土的有效斷面減少；④鋼筋腐蝕后，鋼筋與混凝土之間的粘結性能退化，影響鋼筋與混凝土的共同工作。（1）腐蝕鋼筋的屈服強度和極限強度鋼筋腐蝕對其力學性能的影響取決于腐蝕程度。試驗研究表明，腐蝕鋼筋的屈服強度與相應的截面損失率之間的關系，基本上服從線性關系。第38頁/共131頁2007年3月40§3-2考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力評估方法牛荻濤[]在綜合分析試驗資料的基礎上，給出了腐蝕鋼筋實際屈服強度和極限強度計算表達式為（3-1）

（3-2）

第39頁/共131頁2007年3月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性能退化對承載力的影響?；炷林械匿摻罡g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膠結力，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械咬合力，保護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致鋼筋與混凝土之間的粘結性能退化。鋼筋腐蝕引起的鋼筋與混凝土之間粘結性能退化，將導致鋼筋與混凝土不能很好的協同工作。鋼筋發生嚴重腐蝕時，鋼筋與混凝土之間的粘結力顯著降低，鋼筋與混凝土之間共同工作能力減弱，梁的受力第40頁/共131頁2007年3月42§3-2考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力評估方法

特征接近于無粘結預應力拉桿或配有普通鋼筋的無粘結預應力梁。由于目前人們對鋼筋腐蝕引起的粘結力退化規律及其對受拉鋼筋強度發揮的影響程度還不十分清楚，因此，現今只能用一個協同工作降低系數來考慮粘結退化的影響。協同工作降低系數與鋼筋銹蝕量或銹脹裂縫寬度有關。冶金建筑科學研究院的試驗研究表明，鋼筋的截面損失率大于10%時，鋼筋與混凝土之間的粘著力顯著降低，應考慮鋼筋與混凝土協同工作降低系數的影響，建議將其承載力乘以0.8~0.9的系數。2、考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力計算（1）正截面抗彎承載力按<橋規JTGD62>規定，構件承載能力極限狀態的基本方程式為：第41頁/共131頁2007年3月43§3-2考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力評估方法（3-3）

第42頁/共131頁2007年3月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構進行承載能力評估時，應考慮鋼筋腐蝕的影響。其承載力計算基本方程與一般鋼筋混凝土構件基本相同，只是在計算鋼筋應力項時，應采用腐蝕鋼筋的實際屈服強度和腐蝕后的有效截的面積，并計入協同工作降低系數，考慮鋼筋與混凝土之間粘結性能退化的影響。

考慮鋼筋銹蝕影響的受彎構件正截面承載力計算的基本方程可由內力平衡條件求得

第43頁/共131頁2007年3月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件正截面承載力計算簡圖第44頁/共131頁2007年3月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）

第45頁/共131頁2007年3月47§3-2考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力評估方法（3-7）第46頁/共131頁2007年3月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件正截面承載力計算簡圖第47頁/共131頁2007年3月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）

第48頁/共131頁2007年3月50§3-2考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力評估方法（3-7）第49頁/共131頁2007年3月51§3-2考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力評估方法應該指出，公式（3-4）和（3-5）是針對受拉鋼筋腐蝕的單筋T形截面導出的，由于計算中不考慮受拉區混凝土的抗拉作用，因此，在公式中未計入鋼筋腐蝕引起的混凝土截面損傷。如果受壓區混凝土截面損失較大時，則應考慮其對承載力的影響。2、斜截面抗剪承載力對在役結構的斜截面抗剪承載力計算，應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算表達式可改寫為下列形式。第50頁/共131頁2007年3月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

csb——考慮斜裂縫對混凝土抗剪承載力影響的修正系數，根據試驗研究結果，建議：

斜裂縫寬度小于0.2mm者，取csb=0.835；

斜裂縫寬度大于0.2mm者，取csb=0.78。

sva、sba——分別為考慮鋼筋腐蝕影響的箍筋和彎起鋼筋屈服強度折減系數，其數值按公式（3-7）計算。

第51頁/共131頁2007年3月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。

在考慮結構病害損傷的基礎上，按橋規<JTGD62>的有關公式，求得現有構件所能承擔的正截面抗彎承載力Mdu和斜截面抗剪承載力Vdu，并將其與按擬提高的荷載等級計算的彎矩組合設計值0dMg和剪力組合設計值0dVg加以比較，則得：

正截面抗彎承載力檢算系數

0dumdMKMg=

斜截面抗彎承載力檢算系數

0duvdVKVg=

若1mK>，說明正截面抗彎承載力可以滿足要求，若1mK<，說明正截面抗彎承載力不足，應予加固補強。

若1vK>，說明斜截面抗彎承載力可以滿足要求，若1vK<，說明正截面抗彎承載力不足，應予加固補強。

第52頁/共131頁2007年3月54第四講橋梁改造加固方案設計

§4-1橋梁改造加固方案設計的原則§4-2型橋梁加固方案評述基本內容第53頁/共131頁2007年3月55基本內容在對橋梁結構病害檢測分析和鑒定評估的基礎上，根據技術經濟條件和使用要求，有針對性地制定加固方案。第54頁/共131頁2007年3月56§4-1橋梁改造加固方案設計的原則1．我國橋梁加固的現狀我國橋梁改造加固任務繁重，據交通部統計至2003年底，全國公路網中尚有危橋10443座，378439延米。要實現交通部規劃的2005年底基本消滅國、省干線公路危橋的目標，所需資金約為90億元。中國橋梁改造加固市場的巨大潛力，吸引了國內外眾多有遠見卓識的工程技術人員和企業家把注意力轉移到這方面來，國外的先進加固技術大量涌進中國加固市場，各種加固公司像雨后春筍相應而生，成功地創建了一批橋梁改造加固的優秀范例，推進了我國橋梁改造工作的發展。提高橋梁改造加固設計質量，是確保加固工程質量的前提和基礎。橋梁改造加固設計是比新建橋梁設計復雜得多的系統工程。我國目前的狀況是“有實力的大設計院無暇顧及，不愿意干，技術力量較差的小型設計單位又干不了”，橋梁改造加固設計基本上由科研單位、高等院校和第55頁/共131頁2007年3月57§4-1橋梁改造加固方案設計的原則

各類專業公司來承擔。各類專業公司的技術水平差異較大，值得慶幸的是，近幾年來我國確已出現一批技術能力較高的專業化加固公司，完成一批橋梁加固工程的優秀范例，他們代表了中國橋梁改造加固的主導方向。但是，有些專業公司以銷售加固材料為主，業務單一，對橋梁加固設計不熟悉。橋梁改造加固設計審核制度不規范，沒有明確的加固設計資質要求，橋梁加固設計市場管理混亂。整頓和規范橋梁加固市場，提高橋梁改造加固設計質量是提高橋梁改造加固工程質量的重要措施之一。從技術角度分析，目前我國橋梁改造加固設計存在的主要問題是：（1）基層養護管理和設計部門，橋梁病害診斷技術力量薄弱，橋梁檢測手段落后。橋梁病害診斷是進行橋梁加固設計的前提和基礎，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，檢測應重在第56頁/共131頁2007年3月58§4-1橋梁改造加固方案設計的原則分析，并應與橋梁加固設計相結合。（2）考慮結構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計方案的設計思路不夠開闊，應用技術單一，設計深度不夠。（4）個別橋梁加固設計生搬硬套國外或國內其他行業的設計方法，忽略了橋梁帶載加固分階段受力的特點。有些加固設計只做宏觀的定性分析，缺少科學地定量分析計算，設計帶有很大的隨意性。針對我國目前橋梁改造加固加固市場的混亂局面，加強橋梁養護、管理及設計與施工技術隊伍建設是整頓橋梁加固市場的重要內容之一。特別是在全國基層的橋梁養護、管理及設計與施工人員中，普及橋梁病害診斷與加固設計知識是十分必要的。第57頁/共131頁2007年3月59§4-1橋梁改造加固方案設計的原則2．分清加固的性質根據橋梁病害檢測分析和鑒定評估結果，橋梁結構加固設計應分為：承載力加固（強度加固）、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構安全工作的基礎，是橋梁改造加固設計的核心內容，其內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。承載力加固應考慮分階段受力的特點，注意新加補強材料與原結構的整體工作。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過大的構件，加大截面尺寸，增加截面剛度，以滿足結構使用功能要求。第58頁/共131頁2007年3月60§4-1橋梁改造加固方案設計的原則耐久性加固是指對結構損傷部位進行修復和補強，以阻止結構損傷部分的性能繼續惡化，消除損傷隱患，提高結構的可靠性，提高結構的使用功能，延長結構使用壽命。3．橋梁加固與加寬設計相結合在公路改造設計中，很多情況下橋梁加固和加寬是同時進行的。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，調整原橋內力，減輕原梁負擔，間接達到加固補強的目的。第59頁/共131頁2007年3月61§4-1橋梁改造加固方案設計的原則4．注意各種加固補強方法的綜合應用

橋梁加固補強的方法很多，但是基本上可以劃分為兩大類：第一類為改變結構體系，調整結構內力、減輕原梁負擔。例如：加斜撐減少梁的跨度、簡支梁改為連續結構、增加縱梁數目、調換梁位、加大新建邊梁截面尺寸，調整橫向分布系數，減輕原梁負擔等。第二類為加大截面尺寸和配筋，加固薄弱構件。對薄弱構件進行加固補強的方法很多，從作用原理可分為兩大類：第60頁/共131頁2007年3月62§4-1橋梁改造加固方案設計的原則①在受拉區直接增設抗拉補強材料，例如：補焊鋼筋，粘貼鋼板，粘貼高強復合纖維（碳纖維、芳綸纖維）等。這種加固方法，設計時，必須考慮橋梁帶載加固分階段受力特點。后加補強材料的強度發揮程度受原梁變形的限制，一般情況下是達不到其抗拉強度設計值。特別是采用直接粘貼高強復合纖維加固時，在極限狀態下，復合纖維的高強抗拉性能根本無法充分發揮作用，“大馬拉小車”是一種極大的浪費。若不考慮分階段受力特點，過高的估計了后加補強材料的作用，設計是不安全的。②采用預加力原理進行加固補強，例如：體外預應力加固，韓國M.S公司的SRAP加固工藝等。由于預加力的作用，改善了原梁的應力狀態，提高了原梁的承載能力和抗裂性能。采用預加力加固，可以充分發揮加固補強材料的力學性能，提高了材料的利用效率。第61頁/共131頁2007年3月63SRAP工藝的原理介紹韓國M&S工業株式會社的專利技術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應力，采用多功能氧化鋁聚糖樹脂砂漿（簡稱AP樹脂砂漿）對混凝土結構進行修補的綜合加固技術。鍍鋅軟鋼絲束靠錨固于混凝土梁體上的角鋼固定，采用螺旋扣環拉緊器進行張拉。為了增強鍍鋅軟鋼絲束與修補砂漿的粘著力，在軟鋼絲束上纏繞彈簧線圈。軟鋼絲束張拉后，由于預加力的作用，使梁體反向彎曲，在混凝土中產生預壓應力。然后，噴注AP樹脂砂漿，將預應力鋼筋與梁體混凝土連為一體，兩者共同工作，使結構的承載能力提高，工作性能改善。

第62頁/共131頁2007年3月64§4-1橋梁改造加固方案設計的原則應該指出，在進行橋梁加固方案設計時，應特別注意的是：在保持原梁截面尺寸不變的前提下，采用上述對受拉區進行補強的方法，加固后截面所能承擔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。在某些情況下，由于原梁的高度較小，相對配筋率較大，單純采用受拉區加固補強，仍不能滿足設計荷載要求時（例如：設計荷載由汽—15，提高到公路Ⅰ級），可采用加厚橋面的方法同時對梁的受壓區加固，增加梁的有效高度，亦可達到提高原梁承載力的目的。通常的作法是結合橋面鋪裝層維修，采取有效的構造措施，第63頁/共131頁2007年3月65§4-1橋梁改造加固方案設計的原則加強橋面鋪裝層與原梁翼板的整體連接，設計中可考慮部分橋面鋪裝層混凝土參與主梁共同工作。此外，橋梁加固設計應注意各種加固方法的綜合利用，通過調整結構內力，盡量地減輕原梁的負擔，將加固補強工作量壓縮到最少。第64頁/共131頁2007年3月66作業：1、橋梁檢測的目的意義是什么？2、橋梁檢查分為哪幾種？每種檢查的工作內容是什么？3、什么是靜力荷載試驗？其試驗目的是什么？4、什么是動力荷載試驗？其試驗目的是什么？交作業時間：下周二上課第65頁/共131頁2007年3月67§4-2典型橋梁加固方案評述1．鞍千9號橋加固設計設計單位：原哈爾濱建筑工程學院實施時間：1987年（1）原橋的基本情況和加固設計要求鞍千9號橋位于遼寧省鞍山至千山公路上見圖4－1，原橋為跨徑L=12m的單跨二梁式鋼筋混凝土簡支梁橋，設計荷載為汽—15，掛—80，橋面凈空為凈—7，下部結構為座落于巖盤上的沉井基礎，重力式混凝土橋臺。鞍千公路擴建為二級路，路基寬度為12m，行車道寬度為9m，在橋位處道路雙側加寬，橋面凈空為凈－9+2×1.5m，橋梁的設計荷載提高為汽—20，掛—100。第66頁/共131頁2007年3月68圖4-1鞍千9號橋加固方案示意圖第67頁/共131頁2007年3月69§4-2型橋梁加固方案評述（2）橋梁現場調查和承載力檢算現場檢測發現，原梁混凝土質量良好，未有發現可見裂縫，實測混凝土強度在26Mpa以上。經檢算原梁可以滿足原設計荷載汽—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%。查閱原設計圖紙和現場實際核對，原橋為座落于巖盤上的小沉井基礎，橋臺混凝土質量良好，經檢算認為原橋基礎具有較大的超載潛力。第68頁/共131頁2007年3月70§4-2型橋梁加固方案評述（3）加固設計要點

①利用原橋基礎的承載潛力，采用插入錨固鋼筋，加大橋臺蓋梁懸臂長度。②新加寬部分與原梁整體工作，適當加大新增主梁的截面尺寸，增加邊梁剛度，調整荷載橫向分布系數，減輕原梁的負擔。為了加強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；在支點和跨中增設連接橫梁。③清除原橋面鋪裝層，全橋統一加鋪10cm厚的橋面鋪裝混凝土，為了加強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。計入6cm橋面鋪裝層參與主梁工作，即梁的有效高度增加6cm。第69頁/共131頁2007年3月71§4-2型橋梁加固方案評述（4）方案評述①該方案充分利用了原橋沉井基礎的承載潛力，采用插入錨固鋼筋，接長墩臺蓋梁懸臂，節省了大量的下部結構工量費用。②采用加大新建邊梁剛度，調整荷載橫向分布系數，減輕原梁負擔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）改進建議①蓋梁懸臂接長，若采用體外預應力筋或預應力錨筋技術施工更為方面，結構更為可靠。②為保證橋面鋪裝混凝土與橋面板的共同工作，加強兩者之間的連接，應設置錨固短鋼筋，橋面鋪裝層應設置鋼筋網或摻入高強復合纖維，增強混凝土的抗裂能力。第70頁/共131頁2007年3月72§4-2型橋梁加固方案評述2．洪河1號橋設計單位：原哈爾濱建筑工程學院實施時間：1988年（1）原橋的基本情況和加固設計要求

洪河1號橋位于黑龍江省二龍山至撫遠公路，原橋為跨徑8m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。設計荷載為汽—15，掛—80，橋面凈空為凈—7，下部結構為混凝土輕型橋臺，擴大基礎。二撫公路擴建為二級公路，路基寬度為12m，行車道寬度為9m，在橋位處道路雙側加寬，橋面凈空為凈9+2×1.5m，橋梁的設計荷載提高為汽—20，掛—100。第71頁/共131頁2007年3月73圖4-2洪河1號橋加固方案示意圖(圖中尺寸單位為cm)第72頁/共131頁2007年3月74§4-2型橋梁加固方案評述（2）橋梁現場調查和承載力檢算現場檢測發現原梁的混凝土質量良好，經回彈測定混凝土強度在28Mpa以上。經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%?，F場調查發現，原橋橋臺前墻混凝土質量良好，未發現基礎不均勻沉降現象。第73頁/共131頁2007年3月75§4-2型橋梁加固方案評述（3）加固設計要點①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。②將原橋面鋪裝混凝土鑿除，全橋統一加鋪10cm的C30陶礫混凝土。為了加強新舊混凝土之間的聯系，在原橋面應鑿成齒槽。③原橋橋臺及基礎雙側加寬，新加基礎部分基底設50cm的水撼砂（所謂“水撼砂”法就是利用水的流動性和砂礫的透水性，在松散砂礫的表面灌上水，依靠水的下滲使砂礫孔隙被細砂填滿，從而達到最大密實度。這種方法在房屋建筑施工中是經常采用的，而在公路施工中卻很少采用。）墊層。為了加強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。第74頁/共131頁2007年3月76§4-2型橋梁加固方案評述（4）方案評述①采用調換梁位的方法，合理利用原板的承載潛力，最大限度地發揮新板的作用。②改用輕質陶礫混凝土橋面鋪裝，減輕橋梁恒載內力。采用上述綜合措施，在保持原梁配筋不增加的前提下，達到了汽—20，掛—100的承載要求。③陶礫混凝土橋面鋪裝中應設置鋼筋網或摻入適量的高強復合短纖維，提高橋面鋪裝的抗裂能力。第75頁/共131頁2007年3月77§4-2型橋梁加固方案評述3．坂頭大橋設計單位：交通部第一公路工程總公司設計所[4]

廈門市公路局[5]實施時間：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，其結構為四跨鋼筋混凝土變高度連續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。第76頁/共131頁2007年3月78圖4-3坂頭大橋的一般構造圖第77頁/共131頁2007年3月79§4-2型橋梁加固方案評述原橋的設計荷載為汽—13級。國道324線廈門段改擴建工程要求將橋梁的設計荷載提高為汽—超20級。為了探討原橋加固利用的可行性，1995年對原橋進行詳細的外觀檢查和荷載試驗。試驗結果表明：①橋梁主體結構未發現明顯的破損和裂縫，混凝土質量較好，強度等級均在C25以上；②連續梁各支點截面抗彎承載較高可以滿足汽—超20的承載要求。連續梁各跨中截面抗彎承載力較低，不能滿足汽—超20的要求，必需進行加固補強。③各跨中截面的實測撓度值，均小于規范規定允許值。第78頁/共131頁2007年3月80§4-2型橋梁加固方案評述（2）加固設計要點針對原橋為變高度連續梁的特點和只需對跨中正截面抗彎承載力進行加固補強的要求，采用沿橋梁全長布置的直線型體外預應力束加固。在每個梁肋兩側跨中截面下緣處對稱布置515.2鋼絞線，鋼絞線束在梁端張拉，采用OVM錨錨固，鋼絞線束采用鋼套管保護。（見圖4-4）該橋第一次加固于1995年完成，據文獻[5]介紹，橋梁加固后使用情況良好，但1999年4月檢查發現有一根鋼絞線束下垂，進一步調查發現有一根鋼絞線在橋頭端斷裂，有二根鋼絞線在游動錨板處斷裂。第79頁/共131頁2007年3月81圖4-4坂頭大橋加固方案示意圖第80頁/共131頁2007年3月82§4-2型橋梁加固方案評述應該指出文獻[5]介紹的橋梁加固施工的情況與文獻[4]介紹的加固設計方案（圖4-4）略有不同。實際實施時，體外預應力筋束張拉改為采用自行設計的游動錨板在中間張拉的方案，鋼絞線束在橋梁的端部用墩頭錨固。文獻[5]認為施工中采用的錨具選型不當，游動錨板固定差，鋼絞線防護鋼套筒空隙過大是造成鋼絞線束下垂和斷裂的原因。在第二次加固時，做了以下改進：①取消中間的游動錨板，仍采用通常布置的直線鋼絞線束，鋼鉸線束在一端橋臺張拉，另一端為固定端，采用OVM錨具。第81頁/共131頁2007年3月83§4-2型橋梁加固方案評述②取消鋼鉸線束外面的防護鋼套管，改為聚乙烯塑料包裹，并做好固定措施。1999年按上述改進方案對所有8根體外預應力筋束進行了更換。到目前使用情況良好。（3）方案評述①該加固設計巧妙地利用了原橋為變高度連續梁的縱向布置特點和只需對跨中截面抗彎承載力加固的設計要求，采用靠近跨中截面下邊緣通常布置的直線型體外預應力筋加固補強的原設計方案基本上是合理的。第82頁/共131頁2007年3月84§4-2型橋梁加固方案評述②施工中采用游動錨中間張拉方案，構造不夠合理。中間游動錨板的雙向錨具變形損失過大是造成鋼絞線束下垂，有效預應力值降低的直接原因。為了避免在橋臺端進行張拉的施工不便，可在連續梁支點截面下方設置錨固裝置，預應力鋼筋分段設置，分段張拉。③體外預應力筋錨固的可靠性是保證全橋安全工作的基礎。應用采用具有防松動裝置的專用OVM錨具，錨孔端部應擴孔為喇叭型，以防止鋼筋振動時，卡緊斷絲。④為了減少體外預應力筋束的振動影響，對于較長的體外預應力筋束，每隔6~10m，應設置一個固定裝置。⑤體外預應力筋應采用專門生產的具有防腐蝕保護鋼絞線，我國一般采用PE管外套，內裝黃油保護層。第83頁/共131頁2007年3月85§4-2型橋梁加固方案評述4．安徽五河淮河大橋加固加寬設計[10]（1）加固加寬設計與施工要點五河淮河公路大橋于1978年建成，60m+4×90m+60m帶掛孔T形剛構。懸臂長度30m，橫斷面為變高度單箱雙室箱梁，掛孔30m簡支T梁5片，高1.9m，間距2.0m，頂寬同箱梁，見圖4-5。設計荷載汽車—15級，掛—80，人群荷載2.5kN/m2，設計行車速度60km/h。該橋使用狀態良好，只是T構懸臂撓度略大。營運23年之后，2001年計劃利用舊橋，加寬到4車道橋面總寬17.8m，荷載標準提高到汽車—超20級，掛車—120，人群荷載3.5kN/m2，設計車速100km/h。幾經研究，擬采用在箱梁兩側將懸臂板加厚并加寬到4.72m，T構墩頂設一矮塔，兩邊張拉斜拉索加固的方法，如圖4-6所示。第84頁/共131頁2007年3月86a)一個T構側視；b)主梁原斷面和加寬斷面圖4-5安徽五河淮河橋（1978）第85頁/共131頁2007年3月87a)矮塔斜拉橋，兩對索；b)矮塔斜拉橋，一對索圖4-6五河淮河橋改造方案第86頁/共131頁2007年3月88§4-2型橋梁加固方案評述

①方案1：索塔兩邊各拉兩根繞過矮塔的斜拉索，每根拉索由22束415.2mm外包PE防護層鋼絞線組成，OVM5-4夾片錨。②方案2：采用一根繞過矮塔的斜拉索，由2束OVM200-15-37型拉索組成，LSM15-37素錨具。

該橋采用部分卸載加固，主要施工步驟如下：①拆除原橋的人行道、欄桿及橋面鋪裝混凝土；②拆除原橋掛孔T梁的橫向聯系，卸下T梁；③鑿除原橋T構箱梁的部分斷面，在箱內增設用于錨固斜拉索的鋼筋混凝土錨固橫梁，加大箱梁翼緣板懸臂長度，加大T構懸臂端支承橫梁（牛腿）的長度。澆筑T構墩頂主塔；④安裝和張拉懸臂端斜拉索；第87頁/共131頁2007年3月89§4-2型橋梁加固方案評述⑤安裝掛孔T梁；⑥澆筑橋面鋪裝混凝土，設置防水層和瀝青混凝土面層，安裝人行道及欄護。計算結果表明，由于斜拉索的作用，改變了原梁T構的受力狀態，減輕了原梁T構的負擔，在不增加原梁T構斷面尺寸和配筋的情況下可以滿足汽—超20，掛—120的受力要求。加固后T構懸臂的活載撓度值明顯減少。第88頁/共131頁2007年3月90§4-2型橋梁加固方案評述（2）方案評述①將斜拉索結構用于橋梁改造加固，結構構思新穎，加固效果顯著。由于斜拉索的作用，改變了結構體系和截面應力分布狀態，減輕了原結構的負擔，在保持原結構斷面尺寸和配筋基本不變的前提下，可以大幅度地提高設計荷載標準。②該橋采用部分卸載加固方案，提高了加固材料——斜拉索的利用效率。二期恒載（掛孔T梁及橋面鋪裝、人行道攔桿梁）和活載由加固后的索—梁組合體系承擔，充分發揮了斜拉索的作用。如果將原橋的掛孔30m預應力混凝土T梁改為鋼或鋼—混凝土組合梁結構，將橋面鋪裝層改為輕質陶礫混凝土可以大幅度的降低二期恒載，將原橋T構的加固工作量壓縮到最小。③重視T構箱梁內部新加結構的構造細節設計，采用植筋技術，保證新加鋼筋的牢固錨固。是新舊結構整體工作的基礎。箱梁翼板加長部分，應配置橫向預應力鋼筋。

第89頁/共131頁2007年3月91第五講橋梁加固薄弱受彎構件設計計算

§5-1橋梁加固薄弱構件分階段受力特點

§5-2橋梁加固薄弱受彎構件正截面抗彎承載力計算

§5-3橋梁加固薄弱構件斜截面抗剪承載力計算§5-4體外預應力加固鋼筋混凝土受彎構件實用設計方法基本內容第90頁/共131頁2007年3月92§5-1橋梁加固薄弱構件分階段受力特點橋梁結構自重較大，一般均采用帶載加固。構件自重及恒載由原梁承受，活載由加固后的截面承受。橋梁加固薄弱受彎構件承載力計算，應考慮分階段受力的特點，按兩階段受力構件計算。橋梁加固薄弱受彎構件正截面補強加固方法很多，從加固部位上可劃分為加筋類和加砼類兩種：①加筋類：采用加焊鋼筋、粘貼鋼板或其他纖維復合材料，對構件的受拉區進行補強，或采用體外預應力對構件受拉區進行間接補強。第91頁/共131頁2007年3月93§5-1橋梁加固薄弱構件分階段受力特點

直接加筋類加固構件的受力特點是，后加鋼筋（或其他纖維復合材料）只承受活載引起的拉應力，在一般情況下，后加補強材料的強度不能充分發揮作用，加固構件的破壞由原梁受拉鋼筋控制，設計時應考慮分階段受力的特點。體外預應力加固構件應按混凝土梁與體外預應力筋組成的組合體系計算，并應考慮分階段受力特點。②加砼類：采用加厚橋面板的方法，對混凝土受壓區進行補強，增加梁的有效高度，亦可達到提高構件承載力的目的。對受壓區加砼類構件來說，由于考慮混凝土的塑性發展，分階段受力影響不大，其承載力可按一般鋼筋混凝土構件計算。橋梁加固薄弱受彎構件斜截面一般采用粘貼鋼板（或其它纖維復合材料）增加斜筋或箍筋截面面積進行補強。后加鋼板（或其他纖維復合材料）只承受活載引起的剪力，設計時亦應考慮分階段受力特點。第92頁/共131頁2007年3月94§5-2橋梁加固薄弱受彎構件正截面抗彎承載力計算在試驗研究的基礎上，引入下列基本假設作為直接加筋類橋梁加固薄弱受彎構件正截面抗彎承載力計算的依據：①橋梁帶載加固應考慮分階段受力特點。一期荷載效應（自重及恒載效應）由原梁承擔，構件處于彈性工作階段，截面應力（或應變）按材料力學公式計算；二期荷載效應（活載效應）由加固后的截面承擔；②不同受力階段的截面變形均符合平截面假設；第93頁/共131頁2007年3月95§5-2橋梁加固薄弱受彎構件正截面抗彎承載力計算圖5-1加筋類橋梁加固薄弱受彎構件正截面抗彎承載力計算圖式④在極限狀態下原梁受拉鋼筋應力取抗拉強度設計值（或），受壓鋼筋的應力取抗壓強度設計值；⑤在極限狀態下，后加鋼筋（或其它纖維復合材料）的應力由其應變確定，即取，但應小于其抗拉強度設計值。后加鋼筋（或其它纖維復合材料）的應變，根據分階段受力特點，由截面變形條件確定。根據上述基本假定建立的加筋類橋梁加固薄弱受彎構件正截面抗彎承載力計算圖式示于圖5-1。第94頁/共131頁2007年3月96§5-2橋梁加固薄弱受彎構件正截面抗彎承載力計算加固薄弱構件正截面抗彎承載力計算公式，由內平衡條件求得（圖4-1）：（5-1）

（5-2）

公式的適用條件：（5-3）

第95頁/共131頁2007年3月97§5-2橋梁加固薄弱受彎構件正截面抗彎承載力計算第96頁/共131頁2007年3月98§5-2橋梁加固薄弱受彎構件正截面抗彎承載力計算（5-4）

（5-5）

（5-6）

（5-7）

（5-8）

（5-9）

第97頁/共131頁2007年3月99§5-2橋梁加固薄弱受彎構件正截面抗彎承載力計算第98頁/共131頁2007年3月100§5-2橋梁加固薄弱受彎構件正截面抗彎承載力計算第99頁/共131頁2007年3月101§5-2橋梁加固薄弱受彎構件正截面抗彎承載力計算（5-10）

從上式可以看出，加固后梁的最大承載力主要與原梁的截面尺寸有關，承載力提高的幅度受原梁受拉鋼筋配筋率控制。設計時切不可不加分析的盲目加大后加鋼筋（或其他加固材料）截面面積，無限制的提高梁的承載力。因為這樣的構件將發生脆性破壞，設計是不安全的。第100頁/共131頁2007年3月102§5-2橋梁加固薄弱受彎構件正截面抗彎承載力計算二、加砼類加固簿弱受彎構件正截面抗彎承載力計算特點加厚橋面板類橋梁加固薄弱構件的承載力計算，從原理上講，亦應考慮分階段受力的特點，按兩階段受力構件計算。但是，由于受橋面標高的限制，后加橋面的厚度不可能太大，一般情況下加固后的截面中性軸不會進入新舊混凝土連接面，新舊混凝土共同承擔壓力，受壓區混凝土的應變圖存在兩個峰值，考慮到混凝土的塑性影響，在極限狀態下后加混凝土層的應力亦可達到抗壓強度設計值。這樣，加厚橋面板類加固薄弱受彎構件正截面抗彎承載力即可按一般鋼筋混凝土構件計算。應該指出，采用加厚混凝土橋面板（即加大受壓區混凝土厚度）的辦法加固薄弱構件，其最大允許加厚厚度主要受原梁的配筋率控制。設計時且不可不加分析的盲目加大受壓區混凝土層厚度來無限制的提高構件的承載力，因為這樣的構件可能發生少筋脆性破壞，設計是不安全的。第101頁/共131頁2007年3月103§5-3橋梁加固薄弱構件斜截面抗剪承載力計算橋梁加固薄弱構件一般采用粘貼鋼板（或其它纖維復合材料）增加斜筋或箍筋截面面積的方法進行斜截面補強加固。后加鋼板只承受活載引起的剪力，設計時亦應考慮分階段受力。為了與現行橋梁設計規范相適應，加固薄弱構件的斜截面抗剪承載力的計算表達式可寫成下列形式：第102頁/共131頁2007年3月104§5-3橋梁加固薄弱構件斜截面抗剪承載力計算第103頁/共131頁2007年3月105§5-3橋梁加固薄弱構件斜截面抗剪承載力計算（5-13）第104頁/共131頁2007年3月106§5-3橋梁加固薄弱構件斜截面抗剪承載力計算（5-14）第105頁/共131頁2007年3月107§5-3橋梁加固薄弱構件斜截面抗剪承載力計算第106頁/共131頁2007年3月108§5-3橋梁加固薄弱構件斜截面抗剪承載力計算（5-15）

第107頁/共131頁2007年3月109§5-3橋梁加固薄弱構件斜截面抗剪承載力計算公式（5-15）實際上是規定了采用粘貼鋼板（或其它纖維復合材料）進行斜截面加固補強的上限值。設計時，首先應按公式（5-15）進行截面尺寸復核，只有在滿足公式（5-15）要求的前提下，采用粘貼鋼板（或纖維復合材料）進行斜截面加固才是有效的。且不可不加分析的用盲目增加粘貼鋼板（或其它纖維復合材料）截面面積的方法，無限制地提高斜截面的抗剪承載力，這樣將發生脆性斜壓破壞，設計是不安全的。第108頁/共131頁2007年3月110§5-4體外預應力加固鋼筋混凝土受彎構件實用設計方法用體外預應力筋加固的簡支梁實際上是一個帶柔性拉桿的內部超靜定混合體系。這種體系的最大特點是預應力筋與梁體混凝土之間無粘結。同一截面內的預應力筋與混凝土之間不存在簡單的變形協調關系。在外荷作用下，體外預應力筋的伸長取決于兩個錨固點間梁體的總變形。體外預應力筋的應力，取決于梁體混凝土變形的發揮。一般情況下，在極限狀態時體外預應力筋的應力達不到材料強度設計值。體外預應力加固設計的很多特殊問題都是從這一點引發的。一、活荷載作用下體外預應力筋應力增量計算體外預應力加固體系結構分析的核心問題是求解活載作用下體外預應力筋的應力增量，一般采用力法求解。第109頁/共131頁2007年3月111§5-4體外預應力加固鋼筋混凝土受彎構件實用設計方法近年來開展的<體外預應力混凝土橋設計理論與施工技術>課題研究中，提出了利用能量變分原理計算體外預應力筋應力增量的方法。分析中將體外預應力體系看作是混凝土梁和體外預應力筋組成的組合體系，充分考慮了混凝土梁與體外預應力之間的相互作用，因而其計算結果更為精確，但計算過程較繁。為了滿足實際設計工作的需要，在理論分析的基礎上，對公式進行簡化處理。對圖5-2所示的折線形布索情況，給出了用能量變分法求解活荷載作用下體外預應力筋應力增量的實用簡化計算公式。（5-16）

第110頁/共131頁2007年3月112§5-4體外預應力加固鋼筋混凝土受彎構件實用設計方法第111頁/共131