桥梁检测与维修加固讲座课件.ppt

1、兰 州 交 通 大 学桥梁事故与启示 我国现处于大规模建设的高潮期，但由于桥梁工程的耐久性设计标准过低，施工质量较差，所建工程大量存在缺陷和安全隐患。并且交通量与日俱增，车辆载重不断提升，加上缺乏例行维修，多数桥梁处于带病超负 荷的工作状态，因而进一步加快其损坏速度。截至2000年底，我国公路危桥已有9597座，达323451延米，部分桥梁无力养护维修频频发生桥梁事故。深圳深惠路龙岗平湖路口段一桥在车水龙马的时候，突然发生坍塌，桥面下陷3米左右。一辆大巴和一辆小车身陷其中，所幸没有造成人员伤亡。2007年6月15日上午5时许，广东，325国道九江大桥被一艘运输船撞击桥墩，造成200多米桥面坍塌

2、。2010年1月5日巴西南部南里奥格兰德州雅库伊河上桥梁垮塌，10名行人在近河岸处落水，其中2人获救，另外8人被河水冲走 2010年5月26日，全长约90米的红泥石拱桥发生主跨垮塌，该桥位于国道319线重庆彭水县境内。一辆从高谷方向驶往县城的红岩牌大货车掉入桥下。2009年6月29日2时40分许，黑龙江省伊春市铁力市西大桥发生桥体垮塌事故，共有8台车辆和车上21人落水，造成4人死亡、4人受伤。2007年10月23日23时许，内蒙古自治区包头市民族东路高架桥桥面发生倾斜，行驶在桥上的两辆重型货车和一辆轿车随路面侧滑到桥底，造成桥下包环（绕城环线）铁路专用线中断。美国明尼苏达州明尼阿波利斯市位于密

3、西西比河上的高速桥于当地时间2007年8月1日下午6:05突然坍塌。桥面坍塌已造成至少7人死亡，另据当地医院方面的数据目前已有至少37人受伤。2010年7月2日山西吕梁市兴县忻黑公路九龙湾大桥（1号桥）发生垮塌，致使陕、晋、蒙运煤大道忻黑县段全线封闭禁止通行，逼使过往车辆绕道通行。2010年7月24日下午5时20分潭头镇汤营村伊河汤营大桥整体垮塌，桥上众多滞留人员不幸落入水中。运村大桥为系杆拱桥，分东西两幅。该桥日车流量5万量，并且拱肋也随之倒塌东柳林桥由两个独立桥面组成，东半幅为桥墩承重结构，西半幅为单拱无桥墩结构。一辆总重达183.2吨的货车经过该桥，重压之下，东柳林桥西半幅桥面整体垮塌。

4、这辆六轴货车，超限运输比率为233.1%，实际载货量接近三个火车皮。该桥为一人行景观桥，长120米，宽5米，桥面坡度2.56%，半坡长70.4米，中间拱高1.488米。桥面由双体箱形钢结构钢悬索承重。主索两端汇合一点固定，主缆正中与桥面两边平行悬索桥原貌10辆测重卡车随桥坠入减河桥体与路基间裂缝达一尺宽一根吊索被连根拔起 桥梁结构检测主要包括桥梁结构外观检查(量测)和桥梁结构荷载试验两部分。一、桥梁外观检查(量测)主要内容及病害成因分析 桥梁结构外观检查(量测)主要有以下几个方面：(一)桥头引道、河床及桥址 (二)线型和标高 (三)桥梁上部结构 桥梁上部结构是桥梁的主要承重结构，也是桥梁结构外

5、观检查的重点。1.基本构件缺陷及损伤检查 对于混凝土桥梁的基本构件，缺陷主要包括：裂缝、蜂窝、麻面、露筋、剥落、游离石灰、孔洞、缝隙夹层等。2.基本构件的横向联系检查3.基本构件的主要几何尺寸及纵轴线检查 基本构件的主要几何尺寸包括构件的实际长度及截面尺寸、混凝土保护层实际厚度等。基本构件纵轴线的检查,对梁式桥来讲，是指主梁纵轴线下挠度的测量；对拱桥来讲，是指主拱圈的实际拱轴线及拱顶下沉量的测量。(四)墩台及地基基础 1.墩台 观察墩台及其承台圬工有 无风化剥落、裂缝及破损。此 外，还须了解墩台有无下沉、位移和倾侧变位等情况。2.地基基础 对于地基基础的检查，主要指地基基础的冲刷情况和缺陷情况

6、的检查。(五)支座 由于支座种类、类型繁多，对支座进行检查应根据实际情况办理。(六)桥面系统 一座完好的桥，除了其基础、墩台及上部结构等必须完好外，桥面铺装、伸缩缝、栏杆、防撞装置、照明及排水设施等必须也是完好的。1.桥面铺装 桥面铺装检查的重点是桥面的纵坡横坡，桥面平整度、磨耗及损坏等情况。现有的桥面铺装材料主要有混凝土和沥青类材料两大类。2.伸缩缝 伸缩缝的宽度是否合适，有无拉开或抵拢现象，是否平整，是否完整，有无磨耗、损坏，有关设备、构件是否完善，能否活动自如，工作状况是否正常。3.栏杆、扶手及人行道 4.防撞装置 5.照明设施 6.排水设施 (七)材料强度的检测 对桥梁结构各主要受力部

7、位应进行材料强度检查。对混凝土和预应力混凝土结构，主要检查主梁、主桁、主拱圈、墩、台身、墩台帽的强度等。钢材强度一般以设计、施工有关资料为依据，但年久失修，缺乏维护，应进行检测。二、桥梁结构荷载试验主要内容 根据试验荷载的作用性质，桥梁荷载试验可分为静载试验和动载试验。(一)静载试验 静载试验是结构试验中最常见的基本试验。桥梁结构的静载试验是通过在桥上施加静力荷载来测试桥梁结构的一些静力参数。主要包括：a.指定截面上的应力(应变)b.指定截面上的位移(挠度)c.裂缝及其扩展情况 d.荷载横向分布情况 一般静载试验过程分为下面几个步骤：1.试验荷载等级的确定 (1)控制荷载的确定 为了保证荷载试

8、验的效果，必须先确定试验的控制荷载。控制桥梁设计的荷载有 下列几种：a.汽车和人群 b.挂车或履带车 c.需通行的特殊重型车辆 分别计算以上几种荷载对结构控制截面产生的内力（或变形）的最不利值，进行比较，取其中最不利者对应的荷载作为控制荷载。(2)静载试验效率 静载试验效率为:式中：静载试验荷载作用下控制截面内力计算值；控制荷载作用下控制截面最不利内力计算值；)1(SSsqsSS0.8 1.2 q 按规范采用的冲击系数，对于平板挂车、履带车和重型车辆，取 =0。(3)动载试验效率 动载试验效率为 式中：动载试验荷载作用下 控制截面最大计算内力值 SSdddS 标准汽车荷载作控制截面最大计算内力

9、值（不计入汽车荷载冲击系数）2.静载试验工况的确定 为了满足检定桥梁承载力的要求，静载工况选择应反映桥梁设计的最不利受力状态。S a.简支梁桥一般荷载工况：跨中截面最大正弯矩工况 截面最大正弯矩工况 支点截面最大剪力工况 桥墩最大竖向反力工况4l b.连续梁桥一般荷载工况：主跨跨中最大正弯矩工况 主跨支点负弯矩工况 主跨支点最大剪力工况 主跨桥墩最大竖向反力工况 边跨最大正弯矩工况 3.测点布设 一般情况下，对主要测点布设应能控制结构的最大应力(应变)和最大挠度(位移）。简支梁桥：跨中挠度，支点沉降，跨中截面应变。连续梁桥：跨中挠度，支点沉降，跨中截面和支点应变 4.现场准备 (1)荷载准备

10、(2)测点布置 a.应变测量准备 b.变形测点准备 (3)其他准备 (4)测取初读数 5.加载实施与控制 (1)加载实施 (2)加载稳定时间控制 (3)加载过程的观察 (4)终止加载控制条件 6.试验观测与记录(二)动载试验 桥梁结构动载试验是通过在桥上施加动力荷载来测试桥梁结构的一些动力参数。动力参数主要包括：a.测量移动车辆荷载作用下桥梁指定断面上的动应变或指定点的动挠度 b.测量桥梁结构的自振特性和动力响应 1.桥梁结构激振方法的选择 (1)自振法(瞬态激振法)(2)共振法(强迫振动法)(3)脉动法 2.测点设置 测点拾振器布置一般按照结构振型形状，在变位较大的部位布置测点，尽可能避开各

11、阶振型的节点。3.冲击系数的测定 通过动载试验测试桥梁结构冲击系数,是目前获取冲击效应的唯一可靠的方法。(1)跑车方式 (2)冲击系数 活载冲击系数(动力系数)可根据控制截面测点在跑车试验记录的动应变或动挠度曲线分析处理而得，按下式计算式中：动载作用下该点最大应变(或挠度)值；相应的静载作用下该测点最大应变(或挠度)值meanyymax1maxymeany三、桥梁结构工作状况评定(一)根据外观调查进行评定 根据外观调查结果，结合 我国公路养护技术规范中 的桥梁技术状况评定标准，对 桥梁工作状况评定。该规范将桥梁的技术状态分四类，若为一类，则进行正确保养；若为二类，则需进行小修；三类要进行中、大

12、修或加固；四类需通过桥梁检验确定加固或改建。综合评定法算式式中：全桥技术状况评分（0100)高分表示桥梁技术状况好 对各部件评定标度（05），对于标度的定量描述为桥梁技术状况，分为四类五种 各部件权重niiirWRD151100rDiRiW60rD 综合评定分类界限：根据全桥技术状况评分的多少分为以下四类：一类桥梁好 二类桥梁较好 三类桥梁差 四类桥梁危险 当桥梁的 时，不排除其中有评定标度 的部件，仍有维修的需求。88rD6088rD4060rDrD403iR（二）根据分析计算进行评定 采用以分析计算为主的评定方法，仍然是首先通过对实际桥梁进行详尽的外观调查，然后将调查到的资料，根据桥梁结构

13、理论加以分析和计算，以其结果对旧桥结构进行评定。这是目前在桥梁结构评定中运用较多的一种方法。1.既有桥梁（旧桥）(1)检算荷载 (2)检算要点 (3)检算承载能力的折减或 提高 a.上部结构 钢筋混凝土及预应力混凝土桥1),(),(ZRRRQGSssccdbqgd式中：永久荷载（结构重力）永久荷载（结构重力）安全系数 可变荷载及永久荷载中混凝土收缩、徐变影响力，基础变位影响力 荷载的安全系数 结构工作条件系数 gQqbG 混凝土强度设计采用值 在混凝土强度设计采用值基础上的混凝土安全系数 预应力钢筋或非预应力钢筋强度设计采用值 在钢筋强度设计采用值基础上的钢筋安全系数sRscRc 旧桥检算系数

14、 梁桥Z1值 b.地基与基础 2.新建桥梁 由于新建桥梁无桥梁检算系数可供查用,可借用既有桥梁（旧桥）中荷载试验后的旧桥检算方法，用系数Z2代替Z1。检算系数Z2值1Z（三）根据荷载试验进行评定（三）根据荷载试验进行评定 1.桥梁静力工作状况 (1)校验系数 校验系数是评定结构工作状况、确定桥梁承载能力的一个重要指标。不同结构形式的桥梁其值一般不相同。(2)相对残余变形（或应变）测点在控制荷载工况作用下的相对残余变形越小，说明结构越接近弹性工作状况，一般要求值不大于20 (3)横向增大系数 反映桥梁结构荷载横向不均匀分布的程度及横向联结的工作状况。(4)实测值与理论值的关系曲线 2.结构静刚度

15、 3.裂缝 新建桥梁，试验荷载作用下全预应力混凝土结构不应出现裂缝，钢筋混凝土结构裂缝不超过公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范的容许值。对于旧桥，试验荷载作用下绝大部分裂缝宽度应不大于裂缝限值表规定允许值 4.桥梁动力工作状况 (1)振动频率和动刚度 中小跨径桥梁一阶自振频率 测定值一般应大于3.0Hz，否则认为桥梁的总体刚度较差。(2)振幅 重量为40kN120kN的载重汽车行车激振试验测得的垂直振幅标准值宜小于振幅标准值评定指标。(3)阻尼比 在小振幅振动时，钢筋混凝土桥第一振型阻尼比的经验值为0.032。(4)冲击系数 查冲击系数计算表 5.地基与基础 6.综合评定 桥梁养护为保持

16、桥涵及 其附属物的正常使用而进行 的经常性保养及维修作业；预防和修复桥涵的灾害性损 坏及为提高桥涵使用质量和 服务水平而进行的改造。一、桥梁检查的一般规定 桥梁检查分为经常检查、定期检查和特殊检查。（1）经常检查：主要指对桥面设施、上部结构、下部结构及附属构造物的技术状况进行的检查。（2）定期检查：为评定桥梁使用功能，制定管理养护计划提供基本数据，对桥梁主体结构及其附属构造物的技术状况进行的全面检查，它为桥梁养护管理系统搜集结构技术状态的动态数据。（3）特殊检查：特殊检 查是查清桥梁的病害原因、破损程度、承载能力、抗灾 能力，确定桥梁技术状况的 工作。特殊检查分为专门检 查和应急检查。二、桥梁

17、上部结构的养护（一）桥面系的养护与维修 (1)桥面铺装 1 桥面应经常清扫，排除积水，清除泥土、杂物、冰棱和积雪，保持桥面平整、清洁 2 沥青混合料桥面出现泛 油、拥包、裂缝、波浪、坑槽、车辙等病害时，应及时处治。当损坏面积较小时，可局部修补；损坏面积较大时，可将整跨铺装层凿除，重铺新的铺装层。3 水泥混凝土桥面出现断缝、拱胀、错台、起皮、露骨等病害时，应及时处理。损坏面积较大时，应将原铺装整块或整跨凿除，重铺新的铺装层。4 桥面防水层如有损坏，应及时修复。(2)排水系统 1 桥面的泄水管、排水槽应保持经常畅通。2 桥面应保持大于1.5的横坡，以利于桥面排水。3 桥梁上设置的封闭式排水系统，应

18、保持各排水管道畅通。(3)人行道、栏杆、护栏、防 撞墙。(4)桥上灯柱应保持完好状态 (5)伸缩装置 1 应经常清除缝内积土、垃圾等杂物，使其发挥正常作用。2 以下几种伸缩装置出现下列病害时，应及时进行更换 1)U形锌铁皮伸缩装置的锌铁皮老化、开裂、断裂。2）钢板伸缩装置或锯齿钢板伸缩装置的钢板变形，螺栓脱落，伸缩不能正常进行。3）橡胶条伸缩装置的橡胶条老化、脱落，固定角钢变形、松动。4）板式橡胶伸缩装置的橡胶板老化开裂，预埋螺栓松脱，伸缩失效。(6)桥头搭板脱空、断裂或枕梁下沉，出现桥头跳车时，应进行维修处理。(7)标志、标线和交通安全设施应齐全、醒目、牢固。（二）钢筋混凝土及预应力混凝土梁

19、桥的养护 (1)清除表面污垢；修补混凝土空洞、破损、剥落、表面风化以及裂缝；清除暴露钢筋的锈渍、恢复保护层；处理各种横、纵向构件的开裂、开焊和锈蚀。(2)保持箱梁的箱内通风，未设通风孔的应补设。(3)空气、雨水、河流水中含有对混凝土和钢筋有侵蚀的化学成分时，应对桥梁结构进行防护。(4)钢筋混凝土构件的修补 1)在昼夜平均气温低于5的冬季维修桥梁时，对修补的混凝土构件应采取保温措施，保证混凝土的凝固硬化。2)用于修补加固的混凝土、钢材，其强度和其他质量指标应不低于原桥材料。3)受拉区修补用的混凝土用环氧树脂配制，受压区修补用的混凝土可用膨胀水泥配制 4)对预应力锚固区的破损及开裂、沿预应力钢束纵

20、向的开裂进行修补。（三）拱桥的养护 (1)经常清除表面污垢及圬工砌体因渗水而在表面附着的游离物。(2)经常疏通泄水管孔，保持桥面及实腹拱拱腔排水畅通 (3)主拱及拱式腹拱的拱铰及变形缝应保持正常工作状态。清除弧面铰及变形缝内嵌人的杂物，保持能自由转动、变形。（四）钢桥的养护 (1)清除钢结构的表面污垢，保持杆件清洁。(2)更换所有松动和损坏的铆钉。(3)普通螺栓或高强螺栓连接的构件，若发现松动应及时加以拧紧，对于高强螺栓必须施加设计的预拉应力。(4)焊接连接的构件，焊缝处若发现裂纹、未熔合、夹渣、未填满、弧坑等缺陷时，应进行返修焊，焊后的焊缝应随即铲磨匀顺。(5)钢杆件受到冲击造成局部弯曲时，

21、可用撬棍、弓形螺旋顶或油压千斤顶进行冷矫，禁止用锻钢烧材的方法来矫正。(6)对整座钢桥，应视油漆失效情况，定期进行涂装防锈；部分油漆失效应及时除锈补漆。（五）悬索桥（吊桥）的养护 (1)主缆各索股的受力应保持均匀，如有偏差应进行调整 (2)防止主缆索股的锚头、锚杆、裸露索股、分索器、散索鞍等锈蚀。主缆索的防护层如有开裂、剥落，应尽快修复。(3)索鞍应经常清扫，防止尘土杂物堆积、积水（雪）及锈蚀。锚室及封闭的索鞍罩内应保持干燥。(4)索夹、索鞍、吊杆等的紧固螺栓应保持其原设计受力状态，视其工作情况，每半年至两年定期紧固，若发现松动应及时紧固。若吊杆有明显摆动、倾斜或检查发现其受力变化，应查明原因

22、。三、桥梁下部结构养护（一）墩台基础的养护 (1)应采取措施保持桥梁墩台基础附近河床的稳定。(2)若基础冲刷过深或基底局部掏空，应立即抛填块石、片石、铅丝石笼等进行维护。(3)桥下河床铺砌出现局部损坏时应及时维修。(4)对设置的防撞、导航、警示等附属设施应保持良好状态。（二）墩台的养护 (1)保持墩台表面整洁。(2)对发生灰缝脱落的污工砌体，应清除缝内杂物，重新用水泥砂浆勾缝。(3)墩台身污工砌体的砌块如出现裂缝，应拆除后重新砌筑。(4)污工砌体镶面部分严重风化和损坏时，应用石料或混凝土预制块补砌、更换。(5)墩、台表面发生侵蚀剥落、蜂窝麻面、裂缝、露筋等病害时，应采用水泥砂浆修补。一、混凝土

23、桥梁结构表层病 害的维修 1.混凝土加固法 2.水泥砂浆修补法二、混凝土桥梁结构裂缝及其维修1.裂缝产生的原因 (1)自身应力形成的裂缝 a收缩裂缝 b温度裂缝(2)荷载作用下产生的裂缝 a弯曲裂缝 b剪切裂缝 c断开裂缝 d扭曲裂缝 e局部应力引起的裂缝2.混凝土桥梁结构裂缝的修补(1)涂抹法或凿槽嵌补法 (一般对细的浅裂缝)(2)注胶法 (一般对较深裂缝)加固前主梁裂缝加固后主梁裂缝注胶封闭 三、上部结构加固方法桥梁加固一般有如下几种方法：1.增大构件截面和配筋加固法 2.粘贴钢板（筋）加固法 3.体外预应力加固法 4.碳纤维布加固法 5.增加主梁加固法及上部结 构的拓宽改建 6.植筋加固

24、法 1.增加主钢筋加固法和增大构 件截面方法 当梁的强度、刚度、稳 定性和抗裂性能不足时，通常可采用增大构件截面和增加配筋的加固方法。增大混凝土截面可采用：a.加厚桥面板 b.加大主梁梁肋的高度与宽度增加主钢筋法施工要点：a.增焊主筋 b.接长箍筋、恢复混凝土保护 层 2.粘贴钢板（筋）加固法 桥梁加固粘贴法一般采用环氧树脂或建筑结构胶将钢板或钢筋等抗拉强度高的材料粘贴在钢筋混凝土受弯构件表面，使之与结构物形成整体，从而取得提高构件的抗弯、抗剪能力，以及减少裂缝扩展的效果。拱肋粘钢加固梁底粘钢加固3.外部预应力钢丝束加固法采用外部预应力钢丝束加固梁式桥上部结构，一般沿梁肋侧面按某种曲线（常用的

25、有抛物线形等）线形设置预应力钢丝束。4.碳纤维布（CFRP）加固法 碳纤维材料的出现，使土木工程加固技术研究更上一个台阶。碳纤维因其质轻、耐腐蚀、片材很薄、抗拉强度高而被广泛应用。碳纤维布（片）加固法亦被视为梁式桥加固补强、提高承载能力，尤其是当高度受限时的首选加固方法。(1)碳纤维布加固原理 钢筋混凝土受弯构件的抗弯加固,是将碳纤维布粘贴于构件受拉区,代替或补充钢筋的受拉性能,从而提高构件的抗弯承载力。(2)碳纤维布加固设计计算要点 a.采用碳纤维布加固旧桥，目前一般的计算方法是将碳纤维布按照一定的标准近似换算成一定用量的钢筋，然后按照传统的钢筋混凝土受力分析模型进行理论分析。b.碳纤维布加

26、固用量，可按下式估算式中：碳纤维布用量（面积）为抵抗不足弯矩所需的 钢筋面积 钢筋的抗拉设计强度 碳纤维布抗拉设计强度)(cfyscfRRAAcfAsAyRcfR c.除按上式估算的碳纤维 布加固用量外，还必须考虑必要的锚固长度和搭接长度所需面积，以及必要的边、角废料等裁剪损耗等。(3)碳纤维布加固施工工艺 与要求 a.施工前的准备作业 b.基面处理 c.涂刷底胶 d.粘贴碳纤维布 e.罩面防护处理 梁底粘贴碳纤维布加固5.增加主梁及上部构造的拓宽改建 增加主梁及上部构造的拓宽改建 6.植筋加固法 植筋技术是一项新型的钢筋砼结构加固技术，是一项对砼结构较简捷、有效的连接与锚固技术不仅具有施工方

27、便、工作面小、工作效率高的特点。而且还具有适用范围广、锚固结构的整体性能良好等优点。(1)植筋工作原理 在加固过程中，新旧混凝土界面的抗剪力主要由以下几部分组成：界面混凝土内部结合力，界面摩擦力，植筋的抗剪力。当外力作用达到一定程度，界面混凝土内部结合力被抵消，新增的桥面混凝土 铺装层与原桥面理论上分离，产生相对位移，此时植筋受拉力和剪力产生的弯矩作用，作用值的大小依赖与界面的粗糙度和强度。如果界面足够粗糙,此时会产生附加的混凝土层间的内连锁作用(包括摩擦力和内部结合力),起到部分抵消外部剪力的功效。(2)施工要点 a.工艺流程 锚固钢筋设计定位钻孔清孔注胶除锈后在钢筋上标记埋深，植入钢筋留足够的时间固化，防止流胶检验固化效果，合格后，对表面进行凿毛处理，清洁表面浇筑新增结构混凝土。b.影响因素 植筋技术的成败主要取决于混凝土基材 质量、钢筋质量、粘结剂强度、钢筋植入混凝土深度(锚固长度)、施工温度等因素。三、桥梁下部结构的加固 下部结构加固的常用方法有:1.扩大基础加固法 2.增补桩基法 3.人工地基加固法(注浆法)4.钢筋混凝土套箍或护套加 固法 5.抛石加固(西沙桥)桥墩植筋增大截面加固谢谢大家！