（林业工程专业论文）旧桥检测与加固技术研究.pdf

摘要 随着交通事业的发展，道路交通量愈来愈大，普遍发生桥梁承载 力不足的情况，特别是2 0 世纪6 0 7 0 年代修建的桥梁，设计荷载标 准较低，而且火部分公路桥梁仍在服役，已不适应交通量日益增长的 需要，全部重建的思想不现实，也不科学，为此，迫切需要对旧危桥 进行维修与加固。本课题对桥梁结构现场检测技术与评定及旧桥改 造、维修加固技术进行了认真的研究，并进行了实桥验证。实践证明， 采用适当的加固技术，对恢复和提高旧桥的承载力及通行能力，延长 桥梁的使用寿命，以满足现代化交通运输的需要，是可行的。通过维 修和改造旧桥，是消除交通安全隐患，提高公路通行能力t 和服务水平 的有效途径，亦是检验公路部门管养水平的重要标准，对公路桥梁建 设可持续发展将起到重大意义。 关键词：旧桥检测与加固研究 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc a r e e ro fc o m m u n i c a t i o n ，h i g h w a yt r a f f i c i sl a r g e ra n dl a r g e r , t h e r ei sc o m m o n l ys h o r to f b r i d g ec a r r y i n gc a p a c i t y , e s p e c i a l l yi n19 6 0 sa n d19 7 0 s ，l o a ds t a n d a r do fb r i d g ed e s i g nw a sl o w e r , a n dl a r g ep a r t so fh i g h w a yb r i d g e sw e r ei ns e r v i c e ，t h e yc o u l dn o tm e e t t h en e e d so fi n c r e a s i n gt r a f f i c ，w h o l er e c o n s 扛u c t i o nf o rt h e mw a sn e i t h e r i nr e a l i t yn o ri ns c i e n c e ，s o ，o l da n dd a n g e r o u sb r i d g e sa r en e e d e dt ob e r e p a i r e da n dr e i n f o r c e d ，u r g e n t l y t h ep a p e rs t u d i e ss p o td e t e c t i o na n d e v a l u a t i o no fb r i d g e ss t r u c t u r ea n do l db r i d g er e f o r m a t i o n ，m a i n t e n a n c e a n dr e i n f o r c e dt e c h n o l o g y , a n dt e s t sf o ra c t u a lb r i d g e s ，i ti sp r o v e df r o m p r a c t i c et h a t ，i ti sf e a s i b l et oa d o p ta p p r o p r i a t er e i n f o r c e dt e c h n o l o g y , r e s t o r ea n dr a i s ec a r r y i n g c a p a c i t ya n dt r a f f i cc a p a c i t yo fo l db r i d g e s ， p r o l o n g u s el i f eo f b r i d g e s a n dm e e tt h en e e d so fm o d e m i z e d c o m m u n i c a t i o n sa n dt r a n s p o r t a t i o n i ti sa ne f f e c t i v ew a yt oe l i m i n a t e t r a f f i cs a f e t yh i d d e nd a n g e r , r a i s et r a f f i cc a p a c i t yo fh i g h w a ya n ds e r v i c e s t a n d a r d ，a n di t i s a l s oa ni m p o r t a n tc r i t e r i o nt oi n s p e c tm a n a g e m e n t s t a n d a r do fh i g h w a yd e p a r t m e n t s ，s oi tw i l lp l a yam a j o rs i g n i f i c a n c ef o r c o n t i n u o u sd e v e l o p m e n to fh i g h w a ya n db r i d g ec o n s t r u c t i o n k e yw o r d s ：o l db r i d g e d e t e c t i o na n dr e i n f o r c e ds t u d i e s h 乔检测与加同技术研究 1 前言 1 1综述 交通运输事业的飞速发展，为公路桥粱建设提供了良好的发展 机遇。截止到2 0 世纪末，我国公路总里程达到l4 0 万公里，居世 界第四位；高速公路总里程达到1 5 万公里，居世界第三位。已建 成永久性公路桥梁2 2 5 万余座，总长度达8 0 0 万延米以上。我国 依靠自己的技术力量，建成了不同结构形式的大跨径悬索桥、斜拉 桥、拱桥、连续刚构桥，取得了成功的经验。已建成和即将建成的 一批大跨径桥梁，技术复杂，科技含量高，施工难度大，标志着我 国桥梁技术己进入世界先进行列。 公路桥梁造价昂贵，在公路运输中发挥着重要作用，因此，人 们在桥梁建设过程中，总是采取各种措施，千方百计确保工程质量。 尽管如此，公路桥梁长期在自然环境( 大气腐蚀、温度、湿度变化) 和使用环境( 荷载作用与频率的增加、材料与结构的疲劳) 的作用 下，总会逐渐产生损坏现象，这是一个不可逆的过程。2 0 世纪5 0 、 6 0 甚至7 0 年代建设的桥梁，已经运营3 0 一4 0 年，这些桥梁己不 适应当今经济快速发展的需要，病害和缺陷累累，因此加固、维修 便成为一个十分突出的亟待研究解决的课题。 1 2旧桥与加固技术现状 1 2 1我国及本省旧桥现状 根据19 8 2 年全国公路普查资料，我国公路现有桥梁中危桥约 占3 5 4 ，其中国道干线上的危桥约占24 。在现有桥梁中， 除按19 7 2 年交通部颁布的公路工程技术标准和19 8 2 年以来 按部颁公路工程技术标准( j t j 0 0 1 8 1 ) 设计建造的桥梁， 尚能基本满足近期交通要求外，在此之前，特别是5 0 年代后期及 6 0 年代的一些桥梁大都发生载荷吨位不足，甚至有干线公路的桥 梁重车无法通过的情况。目前，在国道干线桥梁中，设计荷载等级 在汽车一10 级以下者占5 4 。加之好些桥梁的桥龄较长，质量不 高。有的桥面净宽不足，有的发生老化、破损、裂缝等等。这一问 题是全国性的，就黑龙江省而言，截止2 0 0 0 年底，我省干线公路 中已达到四类标准的危桥已达到8 0 余座，对于这些桥梁无疑必须 及时进行维修加固。 1 2 2桥梁检测技术现状 桥梁检查是进行桥梁养护、维修与加固的前期工作，是决定维 修与加固方案可行和正确与否的可靠基础。其目的在于：通过对桥 彖北林业大学坝j 学位论文 梁的技术? 状况、缺陷和损伤进行全面、细致、深入地现场检鹰，查 明缺陷或潜在缺陷和损伤的性质、所在部位、严重程度及发展趋势 弄清产生缺陷、发生损伤的原因，以便能分析、评价缺陷和损伤对 桥梁质量及承载能力产生的影响，并为桥梁加固和改造设计提供具 体技术资料。自2 0 世纪至5 0 年代中期，我国已展开了对混凝土 结构现场无破损或半破损检测方法的研究，7 0 年代以后发展尤为 迅速。目前己广泛用于工程测试，并已制定、若干项目的技术规程。 在工程实践中，还经常采用实桥荷载测试来评定旧桥的承载能 力与安全度并由此确定出加固或改建的方案。特别是划于那些缺 乏原始设计资料和图纸的旧桥，用荷载试验方法来确定能否提高承 载能力就是切实可行的方法。荷载试验评定是对桥梁结构物进行直 接加载测试的一项科学试验工作，可直接了解桥梁在试验荷载作用 下的实际工作状态及一些理论上难以计算部位的受力状态，判别桥 梁结构的安全承载能力和使用条件；也可以确定一些理论上无法考 虑的因素，如所用材料的相对匀质性、不同龄期的不同力学特性和 修建质量等，对结构受力的影响。此外，荷载试验还常常有助于发 现在一般性桥梁检查中难以发现的隐蔽病害。所以，目前我国仍然 普遍采用荷载试验评定方法来鉴定旧桥的质量与可靠程度，并确定 其实际承载能力及其运用条件。 1 2 3 桥梁加固技术现状 在“六五”和“七五”期间，关于旧桥加固，改造技术的研究 和应用课题，自列入了交通部重点科研项目计划后，经过一系列试 验研究和旧桥加固改造工程实践取得了可喜的成果，积累了丰富的 经验。 目前，就结构加固和改造技术而言，通常可分为钢筋混凝土增 厚法、体外预加力法、片材加固法及消震法等四大方法，是最基本 的传统加固法。 纤维增强复合材料对混凝土、铡和其它材料构件进行修复、加 固的新技术，在国际上深受重视并已经获得较多的应用。其优越性 己在美国、日本等发达国家应用中得到验证。 我国近几年从国外比如日本、美国引进纤维增强复合材料，并 应用于建筑结构的补强加固，随着科学技术和经济的发展，研究和 开发桥梁加固新技术应用于我国旧桥改造是发展的必然趋势。 1 3 旧桥检测、评价和加固技术研究的重要意义 桥梁结构现场检测技术是对桥梁结构进行现场试验的一种实 践方法。通过现场实验，为正确评定现有桥梁的综合评价和确定桥 梁的承载能力提供科学依据，而且还可为建设中的桥梁提供可靠的 观测资料，以保证其施工安全和工程质量，更重要的是为改进桥梁 l h 杉r 检测与加固技术研究 结构及其设计方法积累经验。 目前我国相当一部分岘有公路桥梁已无洼满足交通事业发展 的需要，如桥梁陈旧、老化承载能力不足等一些普遍性的问题愈 来愈引起人们的高度重视。因此，桥梁结构现场试验检测技术以及 旧桥改造、维修、加固技术非常重要。而且，对可利用的公路旧桥 进行维修，加固改造，提面其承载能力和通行能力，可大大节省资 金，具有重大的社会价值和技术经济价值。 2 桥梁的技术检验与评定 桥梁的检定，包括桥梁检查和桥梁荷载试验两个方面。 桥梁检查是进行桥梁养护、维修与加固的前期上作，是决定维 修与加固方案可行和正确与否的可靠基础。其目的在于：通过对桥 梁的技术状况、缺陷和损伤进行全面、细致、深入地现场检查，查 明缺陷或潜在缺陷和损伤的性质，所在部位、严重程度及发展趋势， 弄清产生缺陷、发生损伤的原因，以便能分析、评价缺陷和损伤对 桥梁质量及承载能力产生的影响，并为桥梁加固和改造设计提供具 体技术资料。自2 0 世纪5 0 年代中期，我国已展开了对混凝土结 构现场无破损或半破损检测方法的研究，7 0 年代以后发展尤为迅 速。目前已广泛用于工程测试，并已制定了若干项目的技术规程。 通常在桥梁检查之后，再安排桥梁的荷载试验。荷载试验根据 荷载的种类及性质，又可分为静载试验和动载试验。 21 砼无损检测技术 2 1 1 砼无损检测技术的意义 混凝土的无损检测技术，是指在不影响结构构件受力性能或其 它使用功能的前提下，直接在构件上通过测定某些适当的物理量， 推定混凝土的强度、均匀性、连续性、耐久性等一系列性能的检测 方法。 早在2 0 世纪3 0 年代，人们就开始探索混凝土无损检测技 术。l9 3 0 年首先出现了表面压痕法。19 4 8 年瑞士人施密特 ( e s c h m i d ) 研制成功回弹仪。19 4 9 年加拿大的苹斯利( l es 1 i e ) 等运用超声脉冲进行混凝土检测获得成功。6 0 年代罗马尼亚的费 格瓦洛( i f a c a o a r u ) 提出超声回弹综合法。随后，许多国家也 相继开展了这方面的研究工作，制订了有关的技术标准。我国在2 0 世纪5 0 年代引进瑞士、英国、波兰等国的回弹仪和超声仪，并结 合工程应用丌展了许多研究工作。经过几十年的研究和工程应用， 我国研制了系列的无损检测仪器设备，结合工程实践进行了大量 的应用研究，逐步形成了回弹法检测混凝土抗压强度技术规程 f j g j t 2 3 9 2 ) ，超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程 ( c e c s 0 2 8 8 ) ，后装拔出法检测混凝土强度技术规程 r c e c s 6 9 9 4 ) ，超声法检测混凝土缺陷技术规程( c e c s 0 2 9 0 ) 等技术规程，并由此解决了工程实践中的问题，并生了巨 大的社会经济效益。 目前，混凝十无损检测技术主要用于既有构件的强度推定、施 1 质量检验、结构内部缺陷检测等方面。随着对混凝土制作全过程 质量控制要求的不断提高，对既有结构物维修养护的日益重视，无 1 日轿检测与加崮技术研究 损检测技术在工程建设中会发挥越来越重要的作用。 2 1 2混凝土强度的无损检测方法 混凝土强度的无损检测方法根据原理可分为三种。 ( 1 ) 半破损法 半破损法是以不影响构件的承载能力为前提，在构件上直接进 行局部破坏性试验，或直接钻取芯样进行破坏性试验。属于这类方 法的有钻芯法、拔出法、射击法等。这类方法的特点是以局部破坏 性试验获得混凝土强度，因而较为直观可靠。其缺点是造成结构的 局部破坏，需进行修补，因而不宜用于大面积的全面检测。 钻芯法是利用专用钻机，从结构混凝土中钻取芯样以检测混凝 土强度或观察混凝土内部质量的方法。钻芯法检测混凝土强度具有 直观准确的优点，但其缺点是对构件的损伤较大，检测成本较高。 因此，一般宜将钻芯法与其它非破损方法结合使用。 拔出法是使用仪器拉拔埋在混凝土表层内的锚固件，将混凝土 拔出一锥形体，根据混凝土抗拔力推算其抗压强度的方法。该法分 为预埋法和后装法两种，前者是浇筑混凝土时预先将锚杆埋入，后 者是在硬化后的混凝土上钻孔，装入( 粘结或胀嵌) 锚杆。 射击法也称穿透探针法或贯入阻力法，是采用一种称为温泽探 针( w i n d o r pr o d e ) 的射击装置，将硬质合金钉打入混凝土中， 根据钉的外露长度作为混凝土贯入阻力的度量并以此推算混凝土 强度，钉的针露长度愈多，表明其混凝土强度愈高。这种方法适宜 于混凝土早期强度发展情况的测定，也适用于同一结构不同部位混 凝土强度的相对比较。该法的优点是测量迅速简便，由于有一定的 射入深度( 2 0 7 0 m m ) ，受混凝土表面状况及碳化层影响较小， 但受混凝土粗骨料的影响十分明显。 ( 2 ) 非破损法 非破损法以混凝土强度与某些物理量之间的相关性为基础，检 测时在不影响混凝土任何性能的前提下，测试这些物理量，然后根 据相关关系推算被测混凝土的强度。属于这类方法的有回弹法、超 声脉冲法、射线吸收与散射法、成熟度法等等。这类方法的特点是 测试方便、费用低廉，但其测试结果的可靠性主要取决于混凝土的 强度与所测试物理量之间的相关性。 回弹法是采用回弹仪进行混凝土强度测定，属于表面硬度法的 一种。其原理是回弹仪中运动的重锤以一定冲击动能撞击顶在混凝 土表面的冲击杆后，测出重锤被反弹回来的距离，以回弹值作为与 强度相关的指标，来推定混凝土强度的一种方法。 超声波法检测混凝土强度的基本依据是超声波传播速度与混 凝土弹性性质的密切关系。在实际检测中，超声声速又通过混凝土 弹性模量与其力学强度的内在联系，与混凝土抗压强度建立相关关 东i t 林业人学坝j 。学位论文 系并籍以推定混凝上的强度。 成熟度法芋要以”度时积”m ( t ) = ( t s t o ) t 作为推定强度的 依据f 式中mtt ) 为成熟度，t o 为基准温度，丁s 为时f 目t 区间 内混凝土的平均温度) 。主要用于现场测量控制混凝土早期强度发 展状况，一般多作为施工质量控制手段。 射线法主要根据y 射线在混凝土中的穿透衰减或散射强度推 算混凝土的密实度，并据此推定混凝土的强度。这种方法由于涉及 射线防护问题，目前在国内外应用较少。 ( 3 ) 综合法 所谓综合法就是采用两种或两种以上的无损检测方法，获取多 种物理参量，并建立强度与多项物理参量的综合相关关系，以便从 不同角度综合评价混凝土的强度。由于综合法采用多项物理参数， 能较全面地反映构成混凝土强度的各种因素，并且还能抵消部分影 响强度与物理量相关关系的因素，因而它比单一物理量的无损检测 方法具有更高的准确性和可靠性。目前已被采用的综合法有超声回 弹综合法、超声钻芯综合法、超声衰减综合法等等，其中超声回弹 综合法已在国内外获得广泛应用。 2 1 3混凝土缺陷无损检测方法 所谓混凝土的缺陷，是指那些在宏观材质不连续、性能参数有 明显变异，而且对结构的承载能力和使用性能产生影响的区域。即 使整个结构的混凝土的普遍强度已达到设计要求，这些缺陷的存在 也会使结构整体承载力严重下降，或影响结构的耐久性。因此，必 须探明缺陷的部位、大小和性质以便采取切实的处理措施，排除工 程隐患。混凝土缺陷的成斟十分复杂，检测要求也各不相同。混凝 土缺陷现象大致有：内部空洞、蜂窝麻面、疏松、断层( 桩) 、结 合面不密实、裂缝、碳化、冻融、化学腐蚀等。 混凝土缺陷的无损检测方法主要有超声脉冲法、脉冲回波法、 雷达扫描法、红外热谱法、声发射法等等。 超声脉冲法检测内部缺陷分为穿透法和反射法。穿透法是根据 超声脉冲穿过混凝土时，在缺陷区的声时、波幅、波形、接收信号 的频率等参数所发生的变化来判断缺陷的，因此它只能在结构物两 个相对面上或在同一面上进行测试。目前超声脉冲穿透法已较为成 熟，并已普遍用于工程实践，许多国家都已编制了相应的技术规程。 反射法则根据超声脉冲在缺陷表面产生反射波的现象进行缺陷判 断。由于它不必像穿透法那样在两个测试面上进行，因此对某些只 能在一个测试面上检测的结构物( 如桩基础、路面等) 具有特殊意 义，也取得了广泛的工程应用。 脉冲回波法是采用落球、锤击等方法在被测物件中产生应力 波，用传感器接收回波，然后采用时域或频域方法分析刚波的反射 日桥检测与加i 刮技术研究 位置，以判断混凝土中缺陷位置的方法。其特点是激励力足以产生 较强的回波因而可检测尺寸较大的构件如深度达数十米的基桩 或厚度较大的混凝土板等。 雷达扫描法是利用混凝土反射电磁波的原理，先向被检测的结 构物发射电磁波，在电特性( 电容率及导电率) 不同的物质界面产 生反射波，再根据反射波的性质，分析反射波的影像，便可检测山 结构的内部缺陷。其特点是可迅速对被测结构进行扫描，适用于道 路、机场等结构物的大面积快速扫测。 红外热谱法是测量或记录混凝土热发射的方法。当混凝土中存 在缺陷时，这些有缺陷的部位与正常部位相比，温度上升与下降的 状况是不同的，其外表面会产生温度差。所以，从红外线照相机所 测得的温度分布图像中，便能推断出缺陷的位置和大小。 声发射法是利用混凝土受力时因内部微小区域破坏而发声的 现象，根据声发射信号分析混凝土损伤程度的一种方法，这种方法 常用于混凝土受力破坏过程的监视，用以确定混凝土的受力历史和 损伤程度。 2 1 4混凝土其它性能的无损检测方法 除了强度和缺陷检测以外，混凝土还有许多其它性能可用无损 检测方法予以测定。其它性能主要是指与结构物使用功能有关的各 种性能。主要有碳化深度、保护层厚度、受冻层深度、含水率、钢 筋位置与钢筋锈蚀状况、水泥含量等。现代工程结构物所处的环境 越来越复杂，对其它性能的要求越来越高，人们也越来越清楚地认 识到其它性能与强度相关性的局限性很大，强度高未必其它性能就 好，因此，其它性能的无损检测技术正引起重视。常用的检测方法 有共振法、敲击法、磁测法、电测法、微波吸收法、中子散射法、 中子活化法、渗透法等。 2 2桥梁荷载试验 2 2 1荷载试验的目的和意义 桥梁结构荷载试验就是对桥梁结构物进行直接加载测试的一 项科学试验工作，其目的是通过荷载试验，了解桥梁结构在试验荷 载作用下的实际工作状态度，从而判断桥梁结构的安全承载能力及 评价桥梁的营运质量。对于一些在理论上难以计算的部位，通过荷 载试验可达到直接了解其受力状态的目的；通过荷载试验常常有助 于发现在一般性检查中难以发现的隐蔽病害；通过荷载试验可以检 验桥梁结构的设计与施工质量；通过荷载试验可以确定旧桥结构实 际的承载能力，为制定桥梁加固或改建技术方案提供依据。此外， 通过对新建桥梁结构的竣工荷载试验以及针对性很强的研究性试 验，则可为发展桥梁设计理论和提高施工工艺水平，不断地积累技 术数据并提供科学依据。 22 2 荷载试验的内容 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。 桥梁结构的静钱试验和动载试验，虽然在试验目的和内容匕都 很不相同，但对承受以车辆荷载为主的桥梁结构来说，这两种性质 的荷载试验对于全面分析和了解桥梁结构的工作状态是同样重要 的。静载试验可在结构上御置较多的测点，便于更全面的分析结构 的受力情况。动载试验则是研究分析桥梁结构在车辆荷载或其他动 力荷载作用下的振动特性所必须的。 桥梁的荷载试验是一项复杂而细致的工作，技术含量高，应根 据荷载试验的目的认真调查分析，必要时进行相关理论分析。荷载 试验的主要内容为： ( 1 1 荷载试验的方案拟定( 包括静载试验与动载波试验测试项目) ； f 2 ) 荷载试验的测点设置与测试仪器、设备组配： f 3 ) 荷载试验的加载等级控制与试验过程安全控制i f 4 ) 试验数据分析与结构性能评定； f 5 ) 试验报告编写。 2 3 桥梁承载能力评定 经过荷载试验的桥梁，应根据整理的试验资料分析结构的工作 状况，进一步评定桥梁承载能力，为新建桥梁验收做出鉴定结论， 或作为旧桥承载力鉴定检算的依据，并纳入桥梁承载能力鉴定报告 和桥梁承载能力鉴定表。一般进行下列分析评定工作： 2 3 1结构工作状况 1 ) 校验系数r l 校验系数r t 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q 值一般不相同，n 值常见的范围 可参考表2 2 1 。 桥梁校验系数常值表表2 - 2 1 应变( 或 挠度校验系 应变( 或 挠度校验 桥梁类型 应力) 校 数 桥粱类型 应力) 系数 验系数校验系数 钢筋混凝预应力混 土扳桥 0 2 0 04 0o2 0 0 5 00 6 0 0 9 00 7 0 1 0 0 凝土桥 钢筋混凝 土粱桥 o 4 0 o8 005 0 0 9 0 圬工拱桥 o7 0 1 o oo 8 0 1 0 0 一般要求q 值不大于1 ，q 值越小结构的安全储备越大，n 值过大或过小都应该从多方面分析原因。如n 值过大可能说明组成 结构的材料强度较低，结构各部分联结性较差，刚度较低等等。q 值过小可能说明材料的实际强度及弹性模量较高，梁桥的混凝土桥 面铺装及人行道等与主梁共同受力，拱桥的拱上建筑与拱圈共同作 用，支座摩阻力对结构受力的有利影响，计算理论或简化的计算图 式偏于安全等等。试验加载物的称量误差、仪表的观测误差等也对 n 值有定影响。总之，影响n 值的因素较复杂，必须进行详细分 析。 2 ) 实测值与理论值的关系j _ j 线 由于理论变位( 或应变) 一般系按线性弹性理论计算，所以， 如测点实测弹性变位( 或应变) 与理论计算值成正比，其关系曲线 旧桥检测与加吲技术研究 接近于直线，说明结构处于良好的弹性工作状况。 3 ) 相剥残余变位( 或应变) 测点在控制茼载1 况作用f 的相对残余( 或应变)s p s ! 越 小，说明结构越接近弹性工作状况，一般要求s p s t 值不大于 2 0 。当s p s t 大于2 0 时，应查明原因，如确系桥梁强度不 足，应在结构评定时酌情降低桥梁的承载能力。 4 ) 横向增大系数 主要测点在控制荷载工况作用下的横向增大系数l ，反映了桥 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。e 值越 小，说明荷载横向分布越均匀，横向联结构造越可靠；值越大， 说明荷载横向分布越不均匀，横向联结越薄弱，结构受力越不利。 5 ) 动载性能 根据动载试验成果，当动载试验效率nd 接近1 时，不同车速 下实测的冲击系数最大值可用于结构的强度及稳定性检算。 2 3 2结构强度及稳定| 生 当荷载试验项目比较全面时，可采用荷载试验主要挠度测点的 校验系数q 来评定结构的强度和稳定性。 对于一般新建桥梁，在荷载试验后尚无桥梁检算系数可供查用 。为了评定的需要，可借用公路旧桥承载能力鉴定方法( 试行) 中荷载试验后的旧桥检算系数z 2 ，按式( 2 21 ) 或式( 2 2 2 ) 对桥梁结构抗力效应予以提高或折减后检算。 对于旧桥，根据公路旧桥承载能力鉴定方法( 试行) 采用z l 值检算不符合要求，但采用z 2 值根据式( 2 2 1 ) 或式( 2 2 2 ) 检算符合要求时，可评定桥梁承载能力满足检算荷载要求。 砖石和混凝土桥： sd ( ys 0v ys l q ) r d ( r j ym 钢筋混凝土及预应力混凝土桥： s d ( yg g ，yq q ) yb r d ( r c yc ，1 ls ys ) xz2 ( 2 22 ) 根据n 值由表2 2 2 查取z 2 的取值范围，再根据下列条件 确定z2 值。符合下列条件时，z 2 值可取高限，否则应酌减，直 至取低限。 ( 1 ) 加载内力与总内力( 加载内力+ 恒载内力) 的比值较大，荷载试 验效果较好。 ( 2 ) 实测值与理论值线性关系较好，相对残余变位( 或应变) 较小。 ( 3 ) 桥梁结构备部位无损伤，风化、锈蚀、裂缝等较轻微。 经过荷载试验的桥梁检算系数z 2 值表 2 2 2 挠度校验系数n z2 挠度校验系数n z2 o ，4 以下 l ，20 l3 0 051l5 1 25 0 8 1o o 1 10 o6】l o l2 0 o 9 o 9 7 1 0 7 l0 o 95 l05 07l05 115 注：n 值应经校核确保计算及实测无误 n 值在表列之问时可内插； 当1 值犬丁i 时应隋明原因，如确系经结构木身强度不够，府适当 降低检算承载能乃。 q 值应取控制截面内力最不利荷载一l ：况时最大挠度测点进行 计算。对梁桥，可采用跨中最大正弯矩荷载工况的跨中挠度；对拱 桥检算拱顶截面时，r 叮采用拱顶最大正弯矩荷载：i 一况时的跨中挠度 ；检算拱脚截面时，可采用拱脚最人负弯矩荷载工况时l 4 截面 处挠度；检算1 4 截面时则可用上述两者平均值；如已安排l 4 截面最大i 卜、负弯矩荷载工况，则可采用该荷载工况时l 4 截面 挠度。但拱桥在采用n 值根据表23 2 进行检算时，应不再另行 考虑拱上建筑的联合作用。 2 3 3结构刚度 试验荷载作用下，主要测点挠度校验系数r t 应不大于l 。各 点的挠度不超过公路砖石及混凝土桥涵设计规范( j t j 0 2 28 5 ) ，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范( j t j 0 2 3 8 5 ) 利公路桥涵钢结构及木结构设计规范( j t j 一8 6 ) 规定的允许 值。 ( 1 ) 如控制荷载为标准计算荷载，则不计冲击力的挠度允许值之分 别为： 圬工拱桥 一个桥跨范围内正，负挠度的最大绝对值之和不大于l l0 0 0 钢筋混凝土与预应力混凝土桥梁桥主梁跨中 粱桥主粱跨中 l 6 0 0 梁桥主梁悬臂端l 。3 0 0 桁架、拱 l 8 0 0 斜拉桥预应力混凝土主梁 l 5 0 0 悬索桥预应力混凝土加劲梁( 参考值)l 5 0 0 钢桥 简支或连续桁架 l 80 0 简支或连续板梁l 6 0 0 斜拉桥钢主梁 1 4 0 0 悬索桥铡加劲梁1 4 0 0 其中：1 分别为简支梁的计算跨径，桁架，拱的计算跨径，斜拉桥的中跨 计算跨径，悬索桥的中跨计算跨径；1 为悬臂端长度。 试验荷载下如一个桥跨范围内有正负挠度，则上述允许值为正 、负挠度的最大绝对值之和的限值。 ( 2 ) 如控制荷载为标准验算荷载，则上述允许值可提高20 。 2 3 4裂缝 对于新建桥梁试验荷载作用f 全预应力混凝土结构不应出现 裂缝，钢筋混凝土结构超过公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵 设计规范( j f j 0 2 3 85 ) 容许值，即： 6 最大 6 ( 2 2 3 ) 对于旧桥，试验荷载作用下绝大部分裂缝宽度应不大于表2 2 3 规定的允许值，荷载试验后所有裂缝应不大于表2 2 3 规 定的允许值 i h 桥检测与加固技术研究 裂缝限值表表2 2 3 允许最大缝宽 结构类别裂缝部位其他要求 ( i l l m l 主筋附近竖向裂缝 o 25 腹板斜向裂缝0 3 0 钢筋混 凝十粱 组合粱结合面0 5 0不允许贯通结合面 横隔扳与梁体端部o30 支座垫石 05 0 预应力混凝 梁体竖向裂缝不允许 土粱 梁体纵向裂缝 0 2 0 裂缝高小于截面高 拱圈横向 o3 0 的一半 砖、石、混凝 裂缝长小于跨径的 十拱 拱圈纵向 o5 0 1 8 拱波与拱肋结合处 o 2 0 墩台帽o3 0 经常受侵 有 蚀性环境 筋 o 2 0 墩墩 水影响 无 筋 o 3 0 厶 有不允许贯通墩口 常年有水o25 身筋台身截面的一半 厶 ，但无侵 口 蚀性影响 无 筋 0 3 5 干沟或季节性有 0 4 0 水河流 有冻结作用部分 0 20 注：表中所列除特指外适用于般条件，对于潮湿和空气中含有较多 腐蚀性气体等条件下的缝宽限制应要求严格一些。 2 3 5地基与基础 当试验荷载作用下墩台沉降、水平位移及倾角均较小，符合上 部结构检算要求，卸载后变位基本回复时，认为地基与基础在检算 荷载作用下能正常工作。 当试验荷载作用下墩台沉降、水平位移、倾角较大或不稳定， 卸载后变位不能回复时，应进一步对地基、基础进行探查、检算， 必要时应对地基基础进行加固处理。 通过对桥梁结构工作状况、强度与稳定性、刚度和抗裂性各项 指标进行综合评定，并结合下部结构和地基与基础工作状况评定， 以及动力性能评定，综合给出桥梁承载能力评定结论，并将评定结 沦写入桥梁承载能力鉴定报告。 j h 桥检测与加周技术研究 3 公路旧桥加固技术 3 1 锚喷混凝土加固桥梁 3 1 1锚喷混凝土特点 “锚喷混凝土”实际上由两部分组成，首先是将锚杆锚入拟补 强部位结构内，挂设补强钢筋阔，然后再喷射一定厚度的混凝土， 形成与原结构共同承受外载作用的组合结构。所以，锚喷混凝土是 借助喷射机械，利用压缩空气将新混凝土混合料，通过管道高速喷 射到已锚固好钢筋网的受喷面上，待其凝结硬化形成一种钢筋混凝 lo 锚喷混凝土不需振捣，而是在高速喷射时，由水泥与骨料的反 复连续撞击而使混凝土压密，同时又可采用较小的水灰比( 常为 04 0 4 5 ) ，使其与混凝士、砖石、钢材产生较高的粘结强度，所 以新旧混凝土结合面上能够传递拉应力和剪应力。 锚喷混凝土在施工工艺、材料及结构等方面与普通现浇混凝土 相比有许多特点，例如：不用或只用单面模板，混凝土混合料的运 输、浇灌和捣固结合为一道工序；可通过输料软管在高空、深坑或 狭小的工作区间向任意方位旋作薄壁的或复杂造型的结构；设备与 工序简单、占地面积小、机动灵活、节省劳动力，具有广泛的适应 性。用于旧桥加固补强时，还具有施工快速简便、经济可靠、不中 断交通等特点。 锚喷混凝土在施工时，可在混合料中加入各种外加剂和外掺 料，大大改善喷射混凝土的性能，例如：加入速凝剂，则喷射混凝 土具有凝结快( 2 4 m i n 初凝，1 0 m i n 以内终凝) ，早期强度高( 一 昼夜比普通混凝土提高2 4 倍) 的特点。 喷射混凝土混合料时，由于高速高压作用，喷射出的混凝土能 射入宽度2 m m 以上的裂缝，并与被加固的结构紧密结合，形成整 体共同工作，阻止原结构继续变形位移和开裂。 锚喷混凝土加固桥梁的实质就是增大受力断面和补强钢筋、加 强结构的整体性，使其能承受更大的外荷载。其中增设的补强钢筋 主要是帮助原结构承受拉应力，同时成为新增混凝土部分的骨架； 喷射混凝土的作用则是将补强钢筋与原结构联结组成整体受力结 构，并与锚杆一道在结合面上传递拉应力和剪应力。 3 1 2加固原理 锚喷混凝土加固旧桥的方法是“新奥法”隧道施工法在桥梁加 固中的应用，其加固桥梁的原理就是通过新增加混凝土与受力钢筋 和原结构紧密结合，组成“喷射混凝土( 内含补强钢筋网) 一锚杆 原结构的整体绸台结构。通过锚喷加固层与原结构紧密粘结在 起既阻止了原结构继续变形位移和7 _ j _ = 裂又充分发挥原结构的作 用，共同承受外荷载作用。 锚喷混凝寸加崮旧桥所形成的组合结构，既根治了原结构由于 裂缝等原因造成的局部应力集中病害又恢复了原结构变形的协调 性，使其能够承受更大的外荷载。 3 13 设计原则 根据加固原理，锚喷混凝土加固旧桥实际上仍是加大构件截面 加固法，所以，加固设计原则仍按加大构件截面的方法进行内力计 算。其设计原则为： ( 1 ) 恒载内力( 包括新喷射的混凝土) 按原构件的截面模量进 行计算，即新喷上的混凝土恒载仍作用于原构件上： ( 2 ) 活载内力用加大后的组合体截面模量计算内力，即新旧混 凝土作为一个整体计算，对不同的混凝土标号和新增的补强钢筋按 其弹性模量进行截面换算； ( 3 ) 仍按弹性理论进行计算； ( 4 ) 强度验算按照喷射截面占原截面的比率，考虑是否按组合 截面进行有关验算； ( 5 ) 进行加固设计前，应弄清旧桥的原始情况以及病害原因， 对旧桥的基本承载能力作出评价； ( 6 ) 采用的喷射混凝土与钢筋的强度等级，不应低于原结构的 强度等级。对于结合界面处两种不同强度等级的混凝土共同作用 时，应以较低强度等级作为计算标准进来进行换算。 3 1 4 锚喷混凝土加固旧桥施工工艺 ( 1 ) 打毛并清洗被加固构件的表面； ( 2 ) 按设计要求在构件表面安设锚固钢筋； ( 3 ) 安设补强钢筋网。钢筋周围应有足够的间隙，以便喷射混 凝上能完全包裹钢筋。注意将钢筋网牢固地绑扎或点焊在锚固筋 上，以免喷射混凝土混合料时位置产生移动； ( 4 ) 喷射混凝上 首先检查喷射机是否正常，同时用高压水冲洗掉打毛时剩余 的碎碴，并充分湿润受喷面； 干喷法：将水泥、砂子、骨料按试验配合比在干燥时充分拌 和，内掺一定比例的速凝剂( 一般按水泥质量的2 5 ) ，然 后送进干喷机； 喷射混凝土 喷嘴与受喷面的最佳距离一般为0 8 1 5 m 左右，距离过 大将增加回弹量，并降低密实度，从而也降低了强度。喷嘴应尽量 旧桥检测与加吲技术仰究 与受喷面垂直，否则会降低混凝土密实度。当对配有钢筋网的受喷 面进行喷射时，喷嘴应更靠近受喷面。些且与垂直方向稍偏离一 个小角度，以便获得较好的握裹效果，同时便于排除回弹物。 喷射混凝土下垂脱落和回弹量过大，是向顶面喷射混凝土的两 大问题。f 垂常常是喷层过厚或过湿造成的。由于新喷上的混凝土 混合料，其抗拉及粘结强度都很低，1 旦喷身寸混凝土的自重大于其 与顶部受喷面的粘结强度时，即出现下垂或脱落。因此较厚的喷射 混凝土应分层喷射，前后层喷射的间隔时间应为2 4 h 。一次喷 射厚度以喷射混凝土不滑移，不坠落为度。既不能困喷层太厚而影 响喷射混凝土的粘结力和凝聚力，又不能因喷层太薄而增加回弹。 回弹物中水泥含量很少，主要为粗骨料，凝结硬化后则是一种 松散、多孔隙的块体。因此，应及时予以清除，不能使之聚集在结 构物内，更不能将其放入下批混合料中，否则将影响喷射混凝土的 质量。 ( 5 ) 表面修整 喷射面自然整平，不论从结构强度和耐久性方面来讲，都是可 取的。然而，喷射面过于粗糙，对于要求表面光滑和外形美观的桥 孔，应及时修整。般可在喷射混凝土初凝后( 即喷射后15 2 0 m i n ) 用刮刀将设讨线以外多余的材料刮掉，然后再喷或抹一层 砂浆；或在喷射面上直接喷或抹一层砂浆。 ( 6 ) 喷射混凝土的养生 喷射混凝土终凝两小时后，应及时喷水养生。养生时间应不少 于7 d 。对于水泥含量高、表面粗糙的薄层喷射混凝土结构的养生， 是确保其强度的形成和避免表面开裂的重要措施。 3 2 体外预应力加固方法 钢筋混凝土梁式桥通常包括简支梁( t 型梁，少筋微弯板组 合梁，n 形梁及板粱等) ，悬臂梁和连续粱等。当其存在结构缺陷， 尤其是承载力不足或需要提高荷载等级，即需要对桥梁主要受力结 构进行加固时，可在梁体外部( 梁底与梁两侧) 设置钢筋或钢丝束， 并施加预应力，以改善桥梁的受力状况，达到提高桥梁承载能力的 目的。 3 2 1 加固方法 对于需要加固的钢筋混凝土粱式桥，常在梁底或粱侧下部增设 预应力加劲钢丝索或预应力粗钢筋补强，并分别锚固在梁的两端， 通过设置一定的联结构件使预应力拉杆( 钢丝索或粗钢筋) 与梁体 构成一个桁架体系，成为一次超静定结构，从而抵消部分恒载应力， 起到卸载的作用，从而达到较大幅度地提高桥梁的承载能力。 体外预应力加固法比梁底增焊( 或粘贴) 钢筋( 或钢板) 的加 吲方法相比，不需清凿混凝土保护层，且损伤梁体程度小，加固时 不影响或少影响交通能恢复或提高桥梁的荷载等级经济效果较 明显。但对于梁体外的预应力筋和有关构件应采取切实有效的防护 措施，否则在温度、腐蚀等外界条件作用下，容易造成预应力筋断 裂而使加固工作失败。 体外预应力加固法适用于中小跨径梁式桥梁，对于较大跨径的 桥梁，采用本方法加固时，宜同时配合其它加固方法进行综合加固， 以达到较好的加固效果。 3 2 2加固类型与特性 体外预应力加固粱式桥，实际上亦是改变了粱体原有受力体系 的加固方法。所以，根据加固对象的不同，该加固法又可分为预应 力拉杆加固和预应力撑杆加固。其中，预应力拉杆加固主要用于受 弯构件，而预应力撑杆加固法适用于提高轴心受压以及偏心受压钢 筋混凝土柱的承载能力。例如，排架桩式桥墩、桥台以及拱桥的柱 式腹拱墩等。 根据被加固结构受力要求不同，预应力拉杆加固法又分为三 种，即水平拉杆、下撑式拉杆和组合式拉杆。水平拉杆适用于j e 截 面受弯承载力不足的加固，同时，可减小梁的挠度，缩小原构件的 裂缝宽度。下撑式拉杆适用于斜截面受剪承载力、正截面受弯承载 力均不足的受弯构件加固，同时又可减小粱的挠度，缩小原构件的 裂缝宽度。组合式拉杆一般用两根水平拉杆，两根下撑式拉杆，适 用于正截面受弯承载力严重不足而斜截面受剪承载力略为不足的 加剧同时亦可减小受弯构件的挠度、缩小裂缝的宽度。 1 预应力水平拉杆加固补强方法 对于钢筋混凝土t 梁或i 字梁桥，可采用在粱的受拉区，即 在梁底增设水平的预应力拉杆的补强方法进行加固。当安装好拉杆 并通过一定的装置进行收紧张拉，使得拉杆产生较大的纵向拉力并 传至梁底，使梁底受拉区受到拉杆顶压应力的作用，粱中受拉力也 就相应减少。 从上述加固原理来看，这种补强加固法可提高梁体的正截面抗 弯承载力，但不能提高支座附近截面抗剪承载能力。 2 预应力下撑式拉杆加固补强方法 该加固法的主要特点是，将水平的补强拉杆在接近支座处向上 弯起，然后将拉杆锚固于梁板支座的上部，弯起点处设置传力构造， 再施加预拉应力。补强拉杆一般用粗钢筋做成，办有用型钢的。 由于预应力下撑式拉杆补强布置较为合理，拉杆中施加预应力 后，通过拉杆弯起点的支托构件传力，于梁结构产生作用力，起到 卸载作用。这种加固方法的优点是对受弯构件垂直截面上的抗弯强 度和斜截面上的抗剪强度同时起到补强作用，构造做得妥善时可将 i r 桥检测与加固技术研究 原结构的承载能力提高较大。 3 ；预应力组合式拉杆加固补强方洼 该加固方法既布置有水平补强拉杆，义布置有下撑式补强拉 杆，使之能够同时提高桥梁结构的抗弯和抗剪强度，从而可更大幅 度地提高桥梁的承载能力。 3 2 3体外预应力加固法机理 通过在梁体外面设钢材的拉杆或撑杆，并与被加固的梁体锚固 联结，然后施加预应力，强迫后加的拉杆或撑杆受力，从而改变原 结构的内力分布，并降低原结构应力水平，使结构总承载力显著提 高，且可减少结构的变形、裂缝宽度缩小甚至完全闭合。这就是体 外预应力加固梁式桥梁，并能提高其承载能力的机理。 体外预应力下撑式拉杆加固补强方法是最常用的一种，它可视 为改简支粱为上承式桁架粱。桁架的上弦即为原结构主梁，下弦是 新增设的水平拉杆，腹杆是新增的斜拉杆，把与梁体接触的垫块视 为竖杆，单垫块为单柱式，双垫块为双柱式。斜杆的上端锚固位置 有两种：一种锚于梁端的顶部；另一种锚于靠近端梁处的梁肋顶部。 斜杆的下端与滑块连结，滑块依表面拉杆收紧后产生的上托力和滑 移时的摩擦力与上弦连结。对斜杆的张拉不是直接施加，而是随着 水平拉杆张拉力增加，下端滑块产生相应的移动，使它的长度增大。 当水平拉杆拉力达到设计量后，将它的两端锚圃，加固工作即告完 成。在斜杆顶端和梁底垫块上作用力的水平分力共同对梁体施加偏 心轴向压力。上述作用力的竖向分力所形成的力偶对梁端施加负弯 矩及竖向负剪力。这些预加力可以抵消或超过恒载作用力。在车辆 通过时，这些体外拉杆是上部结构的组成部分并与原有梁体共同受 力，形成超静定体系，各拉杆的张拉力将自动增加，进一步起到梁 体加强作用。 3 2 4 加固梁的内力分析 ( 1 ) 当采用预应力拉杆加固钢筋混凝土梁式桥时，加固结构的 性能和受力特征，与后张法无粘结部分预应力结构相似。张拉预应 力如同外力一样作用在原梁上，原梁仍承受着恒载内力；张拉预应 力筋在原梁上产生的预应力内力，基本上与恒载内力相反，所以， 体外预应力实际起到卸荷作用。 ( 2 ) 体外预应力筋张拉结束后，若将其用锚喷砼和梁体浇筑在 一起，形成了整体梁，则由于预应力筋处处被孝占结在原梁上，可与 之共同变形。所以，当随着作用在加固梁上的外荷载增加：预应力 筋和梁中原钢筋以及受压区砼的应力都在原基础上增大。和原梁体 的联结方式与程度