橋梁檢測(cè)與加固廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)習(xí)教案

會(huì)計(jì)學(xué)1橋梁檢測(cè)與加固廣東工業(yè)大學(xué)2007年3月2第一講橋梁檢測(cè)與監(jiān)測(cè)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(píng)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)算講授提綱第1頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月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(huì)使橋梁結(jié)構(gòu)先天存在著某些薄弱之處。此外,橋梁在營(yíng)運(yùn)使用中又會(huì)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(huì)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(yíng)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(duì)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(duì)橋梁的正確使用、管理和維修。第2頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月4橋面結(jié)構(gòu)的檢測(cè)

用于預(yù)測(cè)橋面病害的一般方法是:測(cè)量氯化物含量和電勢(shì),并進(jìn)行肉眼觀測(cè)。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(cè)。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(cè)量成百上千公里路面或幾十座橋的橋面。

第3頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月5橋梁結(jié)構(gòu)體系的監(jiān)測(cè)一般用于結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的傳統(tǒng)傳感器,其測(cè)量能力只局限于逐點(diǎn)檢測(cè),當(dāng)臨界斷面檢測(cè)得不準(zhǔn)確時(shí),其效果就會(huì)很不理想。當(dāng)需要對(duì)大型結(jié)構(gòu),如橋梁的狀況進(jìn)行評(píng)估時(shí),具有大面積檢測(cè)能力的傳感器就顯得尤為重要。任何監(jiān)測(cè)系統(tǒng)都必須具備在較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)提供可靠、精確和長(zhǎng)期的檢測(cè)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(cè)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(cè)用于混凝土橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)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(cè)量：1光損矢量的測(cè)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。

第4頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月6鋼橋結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)美國(guó)聯(lián)邦公路局開發(fā)的無線電橋梁檢測(cè)和評(píng)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(duì)靜電和障礙物是“免疫”的(靜電和障礙物對(duì)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(duì)于鋼橋是十分重要的,鋼橋在長(zhǎng)度上往往大于1.6公里,而較長(zhǎng)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(cè)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(cè)出橋梁在車載和風(fēng)載作用下的工作狀況。第5頁(yè)/共131頁(yè)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(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(huì)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。第6頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月8橋梁基礎(chǔ)的監(jiān)測(cè)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(cè)及評(píng)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(duì)于明顯的病害,一般只能通過觀測(cè)墩臺(tái)的沉降、傾斜、位移和裂縫等變形狀況來分析判斷。對(duì)已建橋梁結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)沉降觀測(cè),有的采用激光系統(tǒng)和連通管水平測(cè)量裝置。在基礎(chǔ)不均勻沉降引起的傾斜測(cè)量中,采用水準(zhǔn)式、擺式傾斜儀,以及各種電測(cè)的測(cè)斜儀。在法國(guó),將側(cè)向超聲波測(cè)位儀安裝在船上曳引,檢測(cè)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(guó)的馬薩諸塞洲,采用貫入地面雷達(dá)檢測(cè)橋臺(tái)的外形及其穩(wěn)定性,檢測(cè)結(jié)果用圖形顯示。第7頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月9其他新技術(shù)在世界上許多地方,對(duì)整座橋梁狀況的監(jiān)測(cè)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(cè)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(chǔ)存、分析、檢索等,然后提供檢測(cè)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(cè)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。第8頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月10此外,對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力的“非侵入式”檢測(cè)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(guó)聯(lián)邦公路局為此將激光檢測(cè)系統(tǒng)用于檢測(cè)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(huì)對(duì)人眼產(chǎn)生危險(xiǎn))瞄準(zhǔn)橋梁上的某點(diǎn)。當(dāng)激光檢測(cè)到橋梁結(jié)構(gòu)上的某個(gè)點(diǎn),系統(tǒng)就會(huì)馬上給出該點(diǎn)相對(duì)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(cè)量橋結(jié)構(gòu)上不同的點(diǎn)幾百次。它對(duì)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(cè)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(duì)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(cè)到沉降或預(yù)應(yīng)力損失。第9頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月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)的裂縫分析第10頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月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。第11頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月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(huì)發(fā)生銹蝕。2氯離子的侵蝕氯離子對(duì)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(duì)混凝土的侵蝕屬于化學(xué)侵蝕，對(duì)結(jié)構(gòu)的危害是多方面的，但最終表現(xiàn)為鋼筋的銹蝕。第12頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月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(huì)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：第13頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月15§2-1環(huán)境因素引起的混凝土結(jié)構(gòu)損傷或破壞①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(tái)）；是堿骨料反應(yīng)裂縫的特有現(xiàn)象；②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。③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)破壞的混凝土第14頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月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：

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(duì)未采用防鹽凍措施而使除冰鹽者，第15頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月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；③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(huì)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(huì)逐漸惡化，最終可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的完全破壞。第16頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月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(duì)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(duì)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(duì)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。第17頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月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(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的損傷檢測(cè)，首先應(yīng)從對(duì)結(jié)構(gòu)的裂縫調(diào)查、檢測(cè)與分析入手?；炷两Y(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。第18頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月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(huì)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(huì)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(duì)裂縫原因的分析是裂縫危害性評(píng)定，裂縫修補(bǔ)和加固的依據(jù)，若對(duì)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)。第19頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月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)第20頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月22小一些。新頒布的<公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范>JTGD62-2004（以下簡(jiǎn)稱<橋規(guī)JTGD62>）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：Ⅰ類及Ⅱ類環(huán)境0.2mmⅢ類及Ⅳ類環(huán)境0.15mm圖1-1所示為鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁的典型結(jié)構(gòu)性裂縫分布示意圖?！?-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)裂縫第21頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月23圖1-1中①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②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混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫分析第22頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月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(zhǎng)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(duì)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)的裂縫分析第23頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月252．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(zhǎng)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混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫分析第24頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月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?；炷帘砻媸湛s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(duì)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(duì)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)的裂縫分析第25頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月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(duì)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(huì)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(huì)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(chǎng)不同、溫度變形、溫度應(yīng)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(jié)構(gòu)的裂縫分析第26頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月28一般橋梁結(jié)構(gòu)為桿件體系長(zhǎng)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(zhǎng)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(huì)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(zhǎng)受到約束，上部橋跨結(jié)構(gòu)就會(huì)出現(xiàn)這種截面均勻溫差裂縫，嚴(yán)重者還可能造成墩臺(tái)的破壞。②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)的裂縫分析第27頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月29變化時(shí)，會(huì)造成箱內(nèi)外的溫度差，考慮到橋梁為長(zhǎng)細(xì)結(jié)構(gòu)，可以認(rèn)為在沿梁長(zhǎng)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(jiǎn)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混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫分析第28頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月30③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(huì)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(zhǎng)將受到約束，產(chǎn)生溫度自應(yīng)力。對(duì)超靜定結(jié)構(gòu)還會(huì)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混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫分析第29頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月31混凝土溫度裂縫有以下特點(diǎn)：①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。②梁板式結(jié)構(gòu)或長(zhǎng)度較大的結(jié)構(gòu)，裂縫多是平行于短邊。③大面積結(jié)構(gòu)（例如橋面鋪裝）裂縫多是縱橫交錯(cuò)。④裂縫寬度大小不一，且沿結(jié)構(gòu)全長(zhǎng)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混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫分析第30頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月32Theend第31頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月33第三講混凝土結(jié)構(gòu)承載能力及耐久性評(píng)估§3-1在役混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力與耐久性評(píng)估的基本概念§3-2考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力評(píng)估方法基本內(nèi)容第32頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月34§3-1在役混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力與耐久性評(píng)估的基本概念混凝土結(jié)構(gòu)受到損傷后，需要對(duì)結(jié)構(gòu)損傷的原因和程度進(jìn)行分析，對(duì)損傷對(duì)結(jié)構(gòu)承載能力及耐久性的影響進(jìn)行評(píng)估，其主要內(nèi)容是：①考慮結(jié)構(gòu)損傷影響的承載能力評(píng)估②在役結(jié)構(gòu)剩余使用壽命評(píng)估在評(píng)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(píng)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(píng)定通常采用以下三個(gè)途徑：①根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求對(duì)照橋梁的存在的缺陷及病害進(jìn)行綜合評(píng)定例如我國(guó)<公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范>中對(duì)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)第33頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月35§3-1在役混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力與耐久性評(píng)估的基本概念管理部門推廣使用的<橋梁技術(shù)狀況評(píng)估專家系統(tǒng)>也屬于綜合評(píng)估方法，這種評(píng)估方法只能給出宏觀的分析結(jié)果。②現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)評(píng)估方法通過現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)（靜載試驗(yàn)和動(dòng)載試驗(yàn)）可直接檢測(cè)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(píng)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。③理論計(jì)算分析評(píng)估方法在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和病害檢測(cè)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(guó)內(nèi)采用的承載力評(píng)估的主要方法。第34頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月36§3-1在役混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力與耐久性評(píng)估的基本概念結(jié)構(gòu)的剩余使用壽命預(yù)測(cè)是耐久性評(píng)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)?；炷两Y(jié)構(gòu)剩余壽命評(píng)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(duì)在役結(jié)構(gòu)的耐久性評(píng)估和剩余壽命預(yù)測(cè)，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(píng)價(jià)和處理意見。第35頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月37已有結(jié)構(gòu)的耐久性檢測(cè)與評(píng)估：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)踏勘和檢測(cè)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(píng)估的重要依據(jù)。檢測(cè)的內(nèi)容和方法如下，應(yīng)盡可能地采用非破損性的檢測(cè)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(cè)試混凝土性能4、檢測(cè)鋼筋5、調(diào)研和測(cè)試環(huán)境條件第36頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月38將全部的結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)觀察調(diào)研和試驗(yàn)室檢測(cè)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(píng)定各部分的耐久性的損傷等級(jí)。第37頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月39§3-2考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力評(píng)估方法1、鋼筋銹蝕對(duì)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：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(xué)性能劣化，強(qiáng)度降低；③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；④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(duì)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。第38頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月40§3-2考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力評(píng)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）

第39頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月41§3-2考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力評(píng)估方法（2）腐蝕鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)性能退化對(duì)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(duì)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(duì)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，梁的受力第40頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月42§3-2考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力評(píng)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(duì)鋼筋腐蝕引起的粘結(jié)力退化規(guī)律及其對(duì)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<橋規(guī)JTGD62>規(guī)定，構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)的基本方程式為：第41頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月43§3-2考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力評(píng)估方法（3-3）

第42頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月44§3-2考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力評(píng)估方法對(duì)使用多年的在役結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載能力評(píng)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

第43頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月45§3-2考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力評(píng)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(jiǎn)圖第44頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月46§3-2考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力評(píng)估方法（3-4）

（3-5）

公式的適用條件是

（3-6）

第45頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月47§3-2考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力評(píng)估方法（3-7）第46頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月48§3-2考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力評(píng)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(jiǎn)圖第47頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月49§3-2考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力評(píng)估方法（3-4）

（3-5）

公式的適用條件是

（3-6）

第48頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月50§3-2考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力評(píng)估方法（3-7）第49頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月51§3-2考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力評(píng)估方法應(yīng)該指出，公式（3-4）和（3-5）是針對(duì)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(duì)承載力的影響。2、斜截面抗剪承載力對(duì)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(duì)混凝土抗剪承載力的影響，及鋼筋銹蝕對(duì)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。第50頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月52§3-2考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力評(píng)估方法（3-10）（3-9）（3-8）式中

csb——考慮斜裂縫對(duì)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(qiáng)度折減系數(shù)，其數(shù)值按公式（3-7）計(jì)算。

第51頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月53§3-2考慮鋼筋腐蝕影響的承載能力評(píng)估方法公式（3~8）~（3-10）中其他符號(hào)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)<JTGD62>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Mdu和斜截面抗剪承載力Vdu，并將其與按擬提高的荷載等級(jí)計(jì)算的彎矩組合設(shè)計(jì)值0dMg和剪力組合設(shè)計(jì)值0dVg加以比較，則得：

正截面抗彎承載力檢算系數(shù)

0dumdMKMg=

斜截面抗彎承載力檢算系數(shù)

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(yīng)予加固補(bǔ)強(qiáng)。

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(yīng)予加固補(bǔ)強(qiáng)。

第52頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月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(píng)述基本內(nèi)容第53頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月55基本內(nèi)容在對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)病害檢測(cè)分析和鑒定評(píng)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(duì)性地制定加固方案。第54頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月56§4-1橋梁改造加固方案設(shè)計(jì)的原則1．我國(guó)橋梁加固的現(xiàn)狀我國(guó)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(guó)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(guó)、省干線公路危橋的目標(biāo)，所需資金約為90億元。中國(guó)橋梁改造加固市場(chǎng)的巨大潛力，吸引了國(guó)內(nèi)外眾多有遠(yuǎn)見卓識(shí)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(guó)外的先進(jìn)加固技術(shù)大量涌進(jìn)中國(guó)加固市場(chǎng)，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(guó)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(guó)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、高等院校和第55頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月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(guó)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(guó)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(duì)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(chǎng)管理混亂。整頓和規(guī)范橋梁加固市場(chǎng)，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(guó)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(cè)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(duì)癥下藥。橋梁檢測(cè)是橋梁病害診斷與分析的重要手段，檢測(cè)應(yīng)重在第56頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月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(píng)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(guó)外或國(guó)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(duì)我國(guó)目前橋梁改造加固加固市場(chǎng)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(chǎng)的重要內(nèi)容之一。特別是在全國(guó)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(shí)是十分必要的。第57頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月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(cè)分析和鑒定評(píng)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(duì)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。第58頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月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(duì)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(zhǎng)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。第59頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月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(jiǎn)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(duì)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：第60頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月62§4-1橋梁改造加固方案設(shè)計(jì)的原則①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。②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(guó)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。第61頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月63SRAP工藝的原理介紹韓國(guó)M&S工業(yè)株式會(huì)社的專利技術(shù)SRAP工藝是采用鍍鋅軟鋼絲束（簡(jiǎn)稱SR加固材料）對(duì)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(jiǎn)稱AP樹脂砂漿）對(duì)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。

第62頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月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(duì)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(duì)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Ⅰ級(jí)），可采用加厚橋面的方法同時(shí)對(duì)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，第63頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月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。第64頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月66作業(yè)：1、橋梁檢測(cè)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)康氖鞘裁矗?、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：下周二上課第65頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月67§4-2典型橋梁加固方案評(píng)述1．鞍千9號(hào)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(hào)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(jiǎn)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(tái)。鞍千公路擴(kuò)建為二級(jí)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。第66頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月68圖4-1鞍千9號(hào)橋加固方案示意圖第67頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月69§4-2型橋梁加固方案評(píng)述（2）橋梁現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和承載力檢算現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)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(cè)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(chǎng)實(shí)際核對(duì)，原橋?yàn)樽溆趲r盤上的小沉井基礎(chǔ)，橋臺(tái)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。第68頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月70§4-2型橋梁加固方案評(píng)述（3）加固設(shè)計(jì)要點(diǎn)

①利用原橋基礎(chǔ)的承載潛力，采用插入錨固鋼筋，加大橋臺(tái)蓋梁懸臂長(zhǎng)度。②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。③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。第69頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月71§4-2型橋梁加固方案評(píng)述（4）方案評(píng)述①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(zhǎng)墩臺(tái)蓋梁懸臂，節(jié)省了大量的下部結(jié)構(gòu)工量費(fèi)用。②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①蓋梁懸臂接長(zhǎng)，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。②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。第70頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月72§4-2型橋梁加固方案評(píng)述2．洪河1號(hào)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(hào)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(jiǎn)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(tái)，擴(kuò)大基礎(chǔ)。二撫公路擴(kuò)建為二級(jí)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。第71頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月73圖4-2洪河1號(hào)橋加固方案示意圖(圖中尺寸單位為cm)第72頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月74§4-2型橋梁加固方案評(píng)述（2）橋梁現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和承載力檢算現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)原梁的混凝土質(zhì)量良好，經(jīng)回彈測(cè)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%?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，原橋橋臺(tái)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。第73頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月75§4-2型橋梁加固方案評(píng)述（3）加固設(shè)計(jì)要點(diǎn)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(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(hào)和7號(hào)）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。②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。③原橋橋臺(tái)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(tái)臺(tái)身新舊混凝土之間的連接，在原橋臺(tái)臺(tái)身插入錨固鋼筋。第74頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月76§4-2型橋梁加固方案評(píng)述（4）方案評(píng)述①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。②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。③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。第75頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月77§4-2型橋梁加固方案評(píng)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(píng)估板頭大橋位于國(guó)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(jiǎn)支梁，其跨度劃分及橋梁橫斷面如圖4-3所示。第76頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月78圖4-3坂頭大橋的一般構(gòu)造圖第77頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月79§4-2型橋梁加固方案評(píng)述原橋的設(shè)計(jì)荷載為汽—13級(jí)。國(guó)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(jí)。為了探討原橋加固利用的可行性，1995年對(duì)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：①橋梁主體結(jié)構(gòu)未發(fā)現(xiàn)明顯的破損和裂縫，混凝土質(zhì)量較好，強(qiáng)度等級(jí)均在C25以上；②連續(xù)梁各支點(diǎn)截面抗彎承載較高可以滿足汽—超20的承載要求。連續(xù)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(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)。③各跨中截面的實(shí)測(cè)撓度值，均小于規(guī)范規(guī)定允許值。第78頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月80§4-2型橋梁加固方案評(píng)述（2）加固設(shè)計(jì)要點(diǎn)針對(duì)原橋?yàn)樽兏叨冗B續(xù)梁的特點(diǎn)和只需對(duì)跨中正截面抗彎承載力進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)的要求，采用沿橋梁全長(zhǎng)布置的直線型體外預(yù)應(yīng)力束加固。在每個(gè)梁肋兩側(cè)跨中截面下緣處對(duì)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(hù)。（見圖4-4）該橋第一次加固于1995年完成，據(jù)文獻(xiàn)[5]介紹，橋梁加固后使用情況良好，但1999年4月檢查發(fā)現(xiàn)有一根鋼絞線束下垂，進(jìn)一步調(diào)查發(fā)現(xiàn)有一根鋼絞線在橋頭端斷裂，有二根鋼絞線在游動(dòng)錨板處斷裂。第79頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月81圖4-4坂頭大橋加固方案示意圖第80頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月82§4-2型橋梁加固方案評(píng)述應(yīng)該指出文獻(xiàn)[5]介紹的橋梁加固施工的情況與文獻(xiàn)[4]介紹的加固設(shè)計(jì)方案（圖4-4）略有不同。實(shí)際實(shí)施時(shí)，體外預(yù)應(yīng)力筋束張拉改為采用自行設(shè)計(jì)的游動(dòng)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(xiàn)[5]認(rèn)為施工中采用的錨具選型不當(dāng)，游動(dòng)錨板固定差，鋼絞線防護(hù)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(shí)，做了以下改進(jìn)：①取消中間的游動(dòng)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(tái)張拉，另一端為固定端，采用OVM錨具。第81頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月83§4-2型橋梁加固方案評(píng)述②取消鋼鉸線束外面的防護(hù)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(jìn)方案對(duì)所有8根體外預(yù)應(yīng)力筋束進(jìn)行了更換。到目前使用情況良好。（3）方案評(píng)述①該加固設(shè)計(jì)巧妙地利用了原橋?yàn)樽兏叨冗B續(xù)梁的縱向布置特點(diǎn)和只需對(duì)跨中截面抗彎承載力加固的設(shè)計(jì)要求，采用靠近跨中截面下邊緣通常布置的直線型體外預(yù)應(yīng)力筋加固補(bǔ)強(qiáng)的原設(shè)計(jì)方案基本上是合理的。第82頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月84§4-2型橋梁加固方案評(píng)述②施工中采用游動(dòng)錨中間張拉方案，構(gòu)造不夠合理。中間游動(dòng)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(yù)應(yīng)力值降低的直接原因。為了避免在橋臺(tái)端進(jìn)行張拉的施工不便，可在連續(xù)梁支點(diǎn)截面下方設(shè)置錨固裝置，預(yù)應(yīng)力鋼筋分段設(shè)置，分段張拉。③體外預(yù)應(yīng)力筋錨固的可靠性是保證全橋安全工作的基礎(chǔ)。應(yīng)用采用具有防松動(dòng)裝置的專用OVM錨具，錨孔端部應(yīng)擴(kuò)孔為喇叭型，以防止鋼筋振動(dòng)時(shí)，卡緊斷絲。④為了減少體外預(yù)應(yīng)力筋束的振動(dòng)影響，對(duì)于較長(zhǎng)的體外預(yù)應(yīng)力筋束，每隔6~10m，應(yīng)設(shè)置一個(gè)固定裝置。⑤體外預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)采用專門生產(chǎn)的具有防腐蝕保護(hù)鋼絞線，我國(guó)一般采用PE管外套，內(nèi)裝黃油保護(hù)層。第83頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月85§4-2型橋梁加固方案評(píng)述4．安徽五河淮河大橋加固加寬設(shè)計(jì)[10]（1）加固加寬設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)五河淮河公路大橋于1978年建成，60m+4×90m+60m帶掛孔T形剛構(gòu)。懸臂長(zhǎng)度30m，橫斷面為變高度單箱雙室箱梁，掛孔30m簡(jiǎn)支T梁5片，高1.9m，間距2.0m，頂寬同箱梁，見圖4-5。設(shè)計(jì)荷載汽車—15級(jí)，掛—80，人群荷載2.5kN/m2，設(shè)計(jì)行車速度60km/h。該橋使用狀態(tài)良好，只是T構(gòu)懸臂撓度略大。營(yíng)運(yùn)23年之后，2001年計(jì)劃利用舊橋，加寬到4車道橋面總寬17.8m，荷載標(biāo)準(zhǔn)提高到汽車—超20級(jí)，掛車—120，人群荷載3.5kN/m2，設(shè)計(jì)車速100km/h。幾經(jīng)研究，擬采用在箱梁兩側(cè)將懸臂板加厚并加寬到4.72m，T構(gòu)墩頂設(shè)一矮塔，兩邊張拉斜拉索加固的方法，如圖4-6所示。第84頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月86a)一個(gè)T構(gòu)側(cè)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(yè)/共131頁(yè)2007年3月87a)矮塔斜拉橋，兩對(duì)索；b)矮塔斜拉橋，一對(duì)索圖4-6五河淮河橋改造方案第86頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月88§4-2型橋梁加固方案評(píng)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(hù)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(lián)系，卸下T梁；③鑿除原橋T構(gòu)箱梁的部分?jǐn)嗝?，在箱?nèi)增設(shè)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(zhǎng)度，加大T構(gòu)懸臂端支承橫梁（牛腿）的長(zhǎng)度。澆筑T構(gòu)墩頂主塔；④安裝和張拉懸臂端斜拉索；第87頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月89§4-2型橋梁加固方案評(píng)述⑤安裝掛孔T梁；⑥澆筑橋面鋪裝混凝土，設(shè)置防水層和瀝青混凝土面層，安裝人行道及欄護(hù)。計(jì)算結(jié)果表明，由于斜拉索的作用，改變了原梁T構(gòu)的受力狀態(tài)，減輕了原梁T構(gòu)的負(fù)擔(dān)，在不增加原梁T構(gòu)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(gòu)懸臂的活載撓度值明顯減少。第88頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月90§4-2型橋梁加固方案評(píng)述（2）方案評(píng)述①將斜拉索結(jié)構(gòu)用于橋梁改造加固，結(jié)構(gòu)構(gòu)思新穎，加固效果顯著。由于斜拉索的作用，改變了結(jié)構(gòu)體系和截面應(yīng)力分布狀態(tài)，減輕了原結(jié)構(gòu)的負(fù)擔(dān)，在保持原結(jié)構(gòu)斷面尺寸和配筋基本不變的前提下，可以大幅度地提高設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)。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(dān)，充分發(fā)揮了斜拉索的作用。如果將原橋的掛孔30m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁改為鋼或鋼—混凝土組合梁結(jié)構(gòu)，將橋面鋪裝層改為輕質(zhì)陶礫混凝土可以大幅度的降低二期恒載，將原橋T構(gòu)的加固工作量壓縮到最小。③重視T構(gòu)箱梁內(nèi)部新加結(jié)構(gòu)的構(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，采用植筋技術(shù)，保證新加鋼筋的牢固錨固。是新舊結(jié)構(gòu)整體工作的基礎(chǔ)。箱梁翼板加長(zhǎng)部分，應(yīng)配置橫向預(yù)應(yīng)力鋼筋。

第89頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月91第五講橋梁加固薄弱受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)計(jì)算

§5-1橋梁加固薄弱構(gòu)件分階段受力特點(diǎn)

§5-2橋梁加固薄弱受彎構(gòu)件正截面抗彎承載力計(jì)算

§5-3橋梁加固薄弱構(gòu)件斜截面抗剪承載力計(jì)算§5-4體外預(yù)應(yīng)力加固鋼筋混凝土受彎構(gòu)件實(shí)用設(shè)計(jì)方法基本內(nèi)容第90頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月92§5-1橋梁加固薄弱構(gòu)件分階段受力特點(diǎn)橋梁結(jié)構(gòu)自重較大，一般均采用帶載加固。構(gòu)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(gòu)件承載力計(jì)算，應(yīng)考慮分階段受力的特點(diǎn)，按兩階段受力構(gòu)件計(jì)算。橋梁加固薄弱受彎構(gòu)件正截面補(bǔ)強(qiáng)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(fù)合材料，對(duì)構(gòu)件的受拉區(qū)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，或采用體外預(yù)應(yīng)力對(duì)構(gòu)件受拉區(qū)進(jìn)行間接補(bǔ)強(qiáng)。第91頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月93§5-1橋梁加固薄弱構(gòu)件分階段受力特點(diǎn)

直接加筋類加固構(gòu)件的受力特點(diǎn)是，后加鋼筋（或其他纖維復(fù)合材料）只承受活載引起的拉應(yīng)力，在一般情況下，后加補(bǔ)強(qiáng)材料的強(qiáng)度不能充分發(fā)揮作用，加固構(gòu)件的破壞由原梁受拉鋼筋控制，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮分階段受力的特點(diǎn)。體外預(yù)應(yīng)力加固構(gòu)件應(yīng)按混凝土梁與體外預(yù)應(yīng)力筋組成的組合體系計(jì)算，并應(yīng)考慮分階段受力特點(diǎn)。②加砼類：采用加厚橋面板的方法，對(duì)混凝土受壓區(qū)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，增加梁的有效高度，亦可達(dá)到提高構(gòu)件承載力的目的。對(duì)受壓區(qū)加砼類構(gòu)件來說，由于考慮混凝土的塑性發(fā)展，分階段受力影響不大，其承載力可按一般鋼筋混凝土構(gòu)件計(jì)算。橋梁加固薄弱受彎構(gòu)件斜截面一般采用粘貼鋼板（或其它纖維復(fù)合材料）增加斜筋或箍筋截面面積進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。后加鋼板（或其他纖維復(fù)合材料）只承受活載引起的剪力，設(shè)計(jì)時(shí)亦應(yīng)考慮分階段受力特點(diǎn)。第92頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月94§5-2橋梁加固薄弱受彎構(gòu)件正截面抗彎承載力計(jì)算在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，引入下列基本假設(shè)作為直接加筋類橋梁加固薄弱受彎構(gòu)件正截面抗彎承載力計(jì)算的依據(jù)：①橋梁帶載加固應(yīng)考慮分階段受力特點(diǎn)。一期荷載效應(yīng)（自重及恒載效應(yīng)）由原梁承擔(dān)，構(gòu)件處于彈性工作階段，截面應(yīng)力（或應(yīng)變）按材料力學(xué)公式計(jì)算；二期荷載效應(yīng)（活載效應(yīng)）由加固后的截面承擔(dān)；②不同受力階段的截面變形均符合平截面假設(shè)；第93頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月95§5-2橋梁加固薄弱受彎構(gòu)件正截面抗彎承載力計(jì)算圖5-1加筋類橋梁加固薄弱受彎構(gòu)件正截面抗彎承載力計(jì)算圖式④在極限狀態(tài)下原梁受拉鋼筋應(yīng)力取抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（或），受壓鋼筋的應(yīng)力取抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；⑤在極限狀態(tài)下，后加鋼筋（或其它纖維復(fù)合材料）的應(yīng)力由其應(yīng)變確定，即取，但應(yīng)小于其抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。后加鋼筋（或其它纖維復(fù)合材料）的應(yīng)變，根據(jù)分階段受力特點(diǎn)，由截面變形條件確定。根據(jù)上述基本假定建立的加筋類橋梁加固薄弱受彎構(gòu)件正截面抗彎承載力計(jì)算圖式示于圖5-1。第94頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月96§5-2橋梁加固薄弱受彎構(gòu)件正截面抗彎承載力計(jì)算加固薄弱構(gòu)件正截面抗彎承載力計(jì)算公式，由內(nèi)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(yè)/共131頁(yè)2007年3月97§5-2橋梁加固薄弱受彎構(gòu)件正截面抗彎承載力計(jì)算第96頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月98§5-2橋梁加固薄弱受彎構(gòu)件正截面抗彎承載力計(jì)算（5-4）

（5-5）

（5-6）

（5-7）

（5-8）

（5-9）

第97頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月99§5-2橋梁加固薄弱受彎構(gòu)件正截面抗彎承載力計(jì)算第98頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月100§5-2橋梁加固薄弱受彎構(gòu)件正截面抗彎承載力計(jì)算第99頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月101§5-2橋梁加固薄弱受彎構(gòu)件正截面抗彎承載力計(jì)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(guān)，承載力提高的幅度受原梁受拉鋼筋配筋率控制。設(shè)計(jì)時(shí)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?yàn)檫@樣的構(gòu)件將發(fā)生脆性破壞，設(shè)計(jì)是不安全的。第100頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月102§5-2橋梁加固薄弱受彎構(gòu)件正截面抗彎承載力計(jì)算二、加砼類加固簿弱受彎構(gòu)件正截面抗彎承載力計(jì)算特點(diǎn)加厚橋面板類橋梁加固薄弱構(gòu)件的承載力計(jì)算，從原理上講，亦應(yīng)考慮分階段受力的特點(diǎn)，按兩階段受力構(gòu)件計(jì)算。但是，由于受橋面標(biāo)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(huì)進(jìn)入新舊混凝土連接面，新舊混凝土共同承擔(dān)壓力，受壓區(qū)混凝土的應(yīng)變圖存在兩個(gè)峰值，考慮到混凝土的塑性影響，在極限狀態(tài)下后加混凝土層的應(yīng)力亦可達(dá)到抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。這樣，加厚橋面板類加固薄弱受彎構(gòu)件正截面抗彎承載力即可按一般鋼筋混凝土構(gòu)件計(jì)算。應(yīng)該指出，采用加厚混凝土橋面板（即加大受壓區(qū)混凝土厚度）的辦法加固薄弱構(gòu)件，其最大允許加厚厚度主要受原梁的配筋率控制。設(shè)計(jì)時(shí)且不可不加分析的盲目加大受壓區(qū)混凝土層厚度來無限制的提高構(gòu)件的承載力，因?yàn)檫@樣的構(gòu)件可能發(fā)生少筋脆性破壞，設(shè)計(jì)是不安全的。第101頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月103§5-3橋梁加固薄弱構(gòu)件斜截面抗剪承載力計(jì)算橋梁加固薄弱構(gòu)件一般采用粘貼鋼板（或其它纖維復(fù)合材料）增加斜筋或箍筋截面面積的方法進(jìn)行斜截面補(bǔ)強(qiáng)加固。后加鋼板只承受活載引起的剪力，設(shè)計(jì)時(shí)亦應(yīng)考慮分階段受力。為了與現(xiàn)行橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范相適應(yīng)，加固薄弱構(gòu)件的斜截面抗剪承載力的計(jì)算表達(dá)式可寫成下列形式：第102頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月104§5-3橋梁加固薄弱構(gòu)件斜截面抗剪承載力計(jì)算第103頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月105§5-3橋梁加固薄弱構(gòu)件斜截面抗剪承載力計(jì)算（5-13）第104頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月106§5-3橋梁加固薄弱構(gòu)件斜截面抗剪承載力計(jì)算（5-14）第105頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月107§5-3橋梁加固薄弱構(gòu)件斜截面抗剪承載力計(jì)算第106頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月108§5-3橋梁加固薄弱構(gòu)件斜截面抗剪承載力計(jì)算（5-15）

第107頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月109§5-3橋梁加固薄弱構(gòu)件斜截面抗剪承載力計(jì)算公式（5-15）實(shí)際上是規(guī)定了采用粘貼鋼板（或其它纖維復(fù)合材料）進(jìn)行斜截面加固補(bǔ)強(qiáng)的上限值。設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)按公式（5-15）進(jìn)行截面尺寸復(fù)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(fù)合材料）進(jìn)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(fù)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(fā)生脆性斜壓破壞，設(shè)計(jì)是不安全的。第108頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月110§5-4體外預(yù)應(yīng)力加固鋼筋混凝土受彎構(gòu)件實(shí)用設(shè)計(jì)方法用體外預(yù)應(yīng)力筋加固的簡(jiǎn)支梁實(shí)際上是一個(gè)帶柔性拉桿的內(nèi)部超靜定混合體系。這種體系的最大特點(diǎn)是預(yù)應(yīng)力筋與梁體混凝土之間無粘結(jié)。同一截面內(nèi)的預(yù)應(yīng)力筋與混凝土之間不存在簡(jiǎn)單的變形協(xié)調(diào)關(guān)系。在外荷作用下，體外預(yù)應(yīng)力筋的伸長(zhǎng)取決于兩個(gè)錨固點(diǎn)間梁體的總變形。體外預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力，取決于梁體混凝土變形的發(fā)揮。一般情況下，在極限狀態(tài)時(shí)體外預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力達(dá)不到材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。體外預(yù)應(yīng)力加固設(shè)計(jì)的很多特殊問題都是從這一點(diǎn)引發(fā)的。一、活荷載作用下體外預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力增量計(jì)算體外預(yù)應(yīng)力加固體系結(jié)構(gòu)分析的核心問題是求解活載作用下體外預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力增量，一般采用力法求解。第109頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月111§5-4體外預(yù)應(yīng)力加固鋼筋混凝土受彎構(gòu)件實(shí)用設(shè)計(jì)方法近年來開展的<體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋設(shè)計(jì)理論與施工技術(shù)>課題研究中，提出了利用能量變分原理計(jì)算體外預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力增量的方法。分析中將體外預(yù)應(yīng)力體系看作是混凝土梁和體外預(yù)應(yīng)力筋組成的組合體系，充分考慮了混凝土梁與體外預(yù)應(yīng)力之間的相互作用，因而其計(jì)算結(jié)果更為精確，但計(jì)算過程較繁。為了滿足實(shí)際設(shè)計(jì)工作的需要，在理論分析的基礎(chǔ)上，對(duì)公式進(jìn)行簡(jiǎn)化處理。對(duì)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(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力增量的實(shí)用簡(jiǎn)化計(jì)算公式。（5-16）

第110頁(yè)/共131頁(yè)2007年3月112§5-4體外預(yù)應(yīng)力加固鋼筋混凝土受彎構(gòu)件實(shí)用設(shè)計(jì)方法第111頁(yè)/共131