（水工结构工程专业论文）百色澄碧河桥的检测与加固.pdf

百色澄碧河桥的检测与加固 摘要 随着我国国民经济的发展，交通运输量急剧上升，桥梁负荷运营日趋 加重，加之设计、施工及老龄化等原因，使得运营中的桥梁病害不断出现， 承载能力降低，严重的已经影晌到桥梁的正常使用，急需进行维修加固处 理。本文以百色澄碧河桥为背景，探讨了对于这些严重缺乏设计和施工资 料的旧桥，如何有效的进行加固改造，提高承载能力等级。文章对旧桥的 加固方法，以及加固后的效果研究进行了总结和发展，主要包括以下内容： 1 、总结了旧桥加固工程设计的注意事项，加固设计的基本程序，特别 是对于建造年代较为久远，严重缺乏设计和施工等相关资料的旧桥，研究 了如何通过加固改造，有效的提高其承载能力等级。 2 、进行了旧桥加固改造后的效果研究，总结了桥梁结构荷载试验的一 般流程方法，以及研究了通过对有限元分析计算理论值和荷载试验实测值 的对比分析，来判断结构加固后的运行状态。 3 、结合百色澄碧河桥加固工程实例，研究探讨7 有限元计算软件 m i d a s c i v 1 在桥梁加固计算中的应用方法。 本文不仅具有一定的理论意义，而且有实用价值，可供其他同类旧桥 加固工程作借鉴。 关键词：旧桥荷载试验加固设计加固效果研究 d e t e c t10 na n dr ein f o r c e m e n to fc h e n g blh e b r i d g ei nb a i s e a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h en a t i o n se c o n o m i c s ，t h et r a f f i ca m o u n ti n c r e a s e s r a p i d l ya n dt h el o a d so ft h eb r i d g c sb e a r i n ga r em o r ea n dm o r ea g g r a v a t i n g c o n s i d e r i n gt h eh c t o 瑙o fd e s i g nc o n s t r u c t i o na n da g ee r e , al o to fb r i d g e sh a v eb e e n d a m a g e do v e rt h ed a y sa n d t h e i rc a r r y i n gc a p a c i t yh a v eb e e ng e td o w n ，g o i n gs of a r a st oi n f l u e n c et h e i rs e r v i c ea n dn e e dt ob em a i n t a i n e do rs t r e o r g t h e n e di nt i m e w i t h t h ee x a m p i eo fc h e n g b i h eb r i d g ei nb a i s e ，t h i sp a p e rd i s c u s s e dh o we f f e c t i v ec a r r i e d o nt h er e i n f o r c e m e n ta n de n h a n c e dt h eb e a r i n gc a p a c i t y ，r e g a r d i n gt h e s ee x i s t i n g b r i d g es e r i o u s l yl a c k e dt h ed e s i g na n dt h ec o n s t r u c t i o nm a t e r i a l a l s ot h ep a s s a g e s u m m a r ya n dd e v e l o pt h er e i n f o r c e m e n tm e t h o d 嬲w e l la st h er e i n f o r c e m e n te f f e c t r e s e a r c ht ot h ee x i s t i n gb r i d g e , m a i n l yi n c l u d i n ga sf o l l o w ： 1 、t h i s p a p e r s u m m a r i z e d t h e m a t t e r so f e x i s t i n g b r i d g er e i n f o r c e m e n t a s w e l l a sm a i nr o u t i n eo ft h er e i n f o r c e m e n td e s i g n t h i sp a p e rd i s c u s s e dh o we f f e c t i v e c a r r i e do nt h er e i n f o r c e m e n ta n de n h a n c e dt h eb e a r i n gc a p a c i t y ，e s p e c i a l l y r e g a r d i n gt h e s ee x i s t i n gb r i d g es e r i o u s l yl a c k e dt h ed e s i g na n dt h ec o n s t r u c t i o n m a t e r i a l 2 、a l s ot h i sp a p e rc a r r i e do nt h es t r e n g t h e n i n ge f f e c tr e s e a r c h a n ds u m m a r i z e d t h eg e n e r a lm e t h o di nb r i d g el o a dt e s t ，a sw e l la ss t u d i e dh o wt oj u d g et h er u n n i n g s t a t u sb yt h ec o m p a r i s o no ft h ef m i t ee l e m e n ta n a l y s i sc o m p u t a t i o nt h e o r yv a l u e a n dt h e1 0 a dt e s ta c t u a lv a l u e 3 、w i t ht h ee x a m p l eo fc h e n g b i h eb r i d g ei nb a i s e ，t h i sp a s s a g ed i s c u s s e dt h e a p p l i c a t i o nm e t h o do ft h ef i n i t ee l e m e n tc o m p u t a t i o ns o f t w a r em i d a s c i v i li n b r i d g er e i n f o r c e m e n td e s i g n t h i sp a p e rn o to n l yh a st h et h e o r i e ss i g n i f i c a t i o nb u ta l s oh a st h ep r a c t i c a l v a l u e , a n do f f e r ss o m ev a l u a b l e d a t af o ro t h e rh o m o g e n e o u se n g i n e e r i n g k e yw o r d s ：e x i s t i n gb r i d g e ，l o a d t e s t ，s t r e n g t h e n i n gd e s i g n ， s t r e n g t h e n i n ge f f e c tr e s e a r c h i i 广西大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得的成果和 相关知识产权属广西大学所有，本人保证不以其它单位为第一署名单位发表或使用本 论文的研究内容。除已注明部分外，论文中不包含其他人已经发表过的研究成果，也 不包含本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研究工作提供过重要帮助的个 人和集体，均已在论文中明确说明并致谢。 论文储签名去苏搬 一年，月多日 学位论文使用授权说明 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本： 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 请选择发布时间： 口即时发布口解密后发布 ( 保密论文需注明，并在解密后遵守此规定) 论文作者签名去狮师签名 萨7 月j 日 ，1 可大学嘱曩士掌位论文 第一章绪论 1 ，1 引言 桥梁是国家基础投资建设项目的重点之一，是交通的枢纽工程。桥梁的建成，对当 地交通，经济等各方面影响深远，我国的桥梁建设事业在建国以来取得了巨大成就。然 而，桥梁是一个不可逆结构，建成以后，随着时间的推移，会不同程度的出现老化、破 损、开裂等现象，承载能力明显下降。特别是随着国民经济和公路交通的高速发展，交 通量剧增，重荷载车辆也随之大幅增加，对公路安全、快速、重载行驶的要求也越来越 高。桥梁也是确保公路畅通的重要环节，其承载能力和通行能力又是贯通全线的关键。 因此，对发生重大病害和不能满足运输要求的桥梁进行加固、改善和维修，以恢复原有 桥梁结构的使用效能和延长使用年限，提高原有桥梁结构的荷载等级和通行能力是非常 必要的。 1 2 桥梁加固改造的意义 近年来，我国公路建设高速发展，新建公路里程不断增长。但随着交通量剧增，重 载车辆也随之大幅增加，由此出现了大量的危旧桥。至2 0 0 0 年底，我国估计有危桥5 1 7 6 座，1 8 7 万延米“1 。另外，桥梁设计荷载标准低的情况也很严重，全国大、中桥荷载标 准为汽一1 0 级以下的占8 6 ，有儿7 万延米。3 ，同时现有桥梁行车道宽度不够的问题也 很严重。 据统计，上海市至1 9 9 4 年7 月止有桥梁1 8 0 0 多座，其中有结构性缺损的1 7 7 座， 功能性缺陷的3 0 8 座，结构性缺陷率约为9 8 ，功能性缺陷率约为1 7 1 ，两者合计 约占桥梁总数的2 7 旧；另据广东省交通厅对广东省内现有、在建桥技术状况进行普查， 结果发现1 8 7 万余座桥梁中，属于三、四类不良状况或承载力不足问题的桥有4 2 4 4 座， 占总数的2 2 7 ，长达1 0 96 1 6 1 0 96 1 6 m “。 在广西境内，至2 0 0 0 年底自治区全区桥梁( 不包括高速公路) 总计达8 2 6 3 座2 9 0 0 4 0 延米，特大桥1 4 座1 4 9 l o 延米，大桥4 0 5 座6 3 3 7 3 延米，中桥1 7 0 1 座9 7 3 0 9 延米，小 桥6 1 2 3 座1 1 4 4 4 8 延米，全区危桥共有4 5 7 座1 5 2 7 9 延米，分别占全区桥梁总数和总延 米长度的5 5 3 和5 2 7 。至2 0 0 2 年底，广西壮族自治区全区桥梁总计达8 5 2 5 座、2 9 9 9 8 2 延米，其中特大桥3 6 座、1 8 3 7 8 延米，大桥4 1 1 座、6 3 7 1 1 延米，而在这些桥梁中，除 广百大掣啊曩士掣啦 穹曙 了高速公路上的桥梁外，国省道桥梁只有2 6 0 4 座，只占全区桥梁总数的3 0 5 5 ，其它 大部分为县乡道路桥梁。这些桥梁荷载等级较低，大部分都存在宽度不够的问题，而且 这些桥梁的危险等级基本是根据经验和肉眼观察来判断，所以实际危桥的数量还会更 多。 以上各个地区公路桥梁调查资料表明，由于早期修建的桥梁荷载等级低，受现代重 交通运营后病害严重。近年来，路网工程以沿旧路为主进行改造升级，原有大部分公路 桥梁仍被利用，但未得到同步改造。对改造路段利用的部分旧桥未做系统的检测评价， 只是简单的加宽桥面，新建加宽部分桥梁荷载等级为汽一2 0 ，挂- 1 0 0 ，而原旧桥部分荷 载等级是汽一1 3 ，拖一6 0 或汽一1 5 ，拖一8 0 ，公路上普遍存在新、旧桥共存的奇特现象，旧 桥已经成为新路上等级的瓶颈。 因此，为实现公路建设的目标，对旧桥进行检测、评估和加固改造工作已经迫在眉 睫。有必要对仍在运行的旧桥进行破损诊断与承载能力的可靠性评估，然后有针对性的 对旧桥进行必要的加固维修，以达至8 投资少、时间省、提高公路旧桥的技术等级和荷载 等级，全面提高公路通行能力的目标。综上所述，当前加强桥梁检测和加固工作的紧要 性和迫切性可以概括为以下方面： ( 1 ) 一般来说，桥梁工程工程量大，投入大，建成后对当地经济，交通等诸多方 面影响深远。但近几年来国际、国内发生的桥梁垮塌事故触目惊心。如1 9 9 4 年1 0 月韩 国汉城圣水大桥中央断塌5 0 m ，造成3 2 人死亡，1 7 人重伤；1 9 9 6 年1 2 月2 0 日，广 东韶关特大桥梁坍塌，造成3 2 人死亡，5 9 人重伤；1 9 9 9 年1 月4 日重庆綦江县彩虹桥 坍塌，造成4 0 人死亡，l o 多人受伤“1 。这些恶性事故对当地经济和人们生活等各方面 都造成了极其恶劣的影响，都时刻提醒我们必须要重视危桥的检测和监控，重视旧桥的 维修和加固。 ( 2 ) 随着经济的发展，交通运输量大幅度增长，行车密度及车辆载重都越来越大， 尤其是推行托挂运输和集装箱运输后，重型车辆日益增多，现有相当一部分桥梁都满足 不了使用要求，这是世界各国普遍面临的问题。并且在运行路段上，不少车辆都存在着 超载情况，甚至问题严重，这也对桥梁建筑损害甚大。这样的一些问题都对桥梁的承载 能力提出了严峻挑战，也是我们必须要面对和解决的问题。 ( 3 ) 桥梁自建造到运行后一段时间内，绝大多数都将面临着陈旧，老化，强度降 低的问题，新桥也总会变成老桥。在新桥验收阶段，需要对桥梁进行检测，运行时曰后 2 百色譬碧河桥的检测与加圈 同样需要检测验算。对于一些特别重要的桥梁，在整个施工和运行阶段都有必要进行监 测。资料显示，美国早在8 0 年代作过统计，其国内共有公路桥梁5 6 6o o o 座，曾调查了 5 1 4o o o 座，其中9 80 0 0 座必须关闭交通，或降低使用标准或立即修整，约占总数的2 0 ，1 0 2o o o 座桥老化，桥面太窄或承载能力偏低，约占总数的2 0 。随着世界上许 多发达国家公路网络的日趋完善，新建桥梁逐渐减少，桥梁的维修，养护，加固，改造 已成为交通部门的工作中心。 ( 4 ) 对于不能满足现代交通运输的桥梁，如果全部拆除重建，不仅资金耗费巨大， 而且在时间上也不允许。据资料介绍，旧桥的加固改造费用仅为新建桥梁的1 0 2 0 左 右。在一般情况下拱式梁桥的加固费用约为重建新桥的2 0 3 0 ，；梁桥的加固费用略 高于拱桥，通常为3 0 4 0 ，较重建新桥来讲，可以为国家节省大量的资金，社会，经 济效益十分明显。即使经济发达的美国，若将上述4 0 的桥梁推倒重建，大约需要 3 0 0 0 堋0 亿美元，也是不现实的“1 。因此，应当把加强现有桥梁的维修，养护；加强 旧桥的加固与改造，使其恢复设计承载能力或提高荷载标准，延长桥梁的使用年限，作 为我们的一项基本政策。 1 3 研究概况 2 0 世纪7 0 年代，国际上已经组织完成了有关桥梁检测、承载能力评估和桥梁养护 等研究报告。1 9 8 0 年和1 9 8 2 年分别在巴黎和华盛顿召开了关于旧桥问题的国际讨论会 议。2 0 世纪9 0 年代以来，既有桥梁的检测，状态评估和加固问题越来越受到公路管理 部门、研究者和工程师的重视，除了大量的研究文献外，已经出版了若干关于桥梁检测 方面的规程或规范嗍。 1 3 1 桥梁的承载能力评估方法 1 、外观调查法脚 外观调查法就是由有经验的技术人员对带损伤的桥梁进行详细的检查，根据检查的 结果对桥梁质量进行评定。我国于2 0 0 4 年重新修订并发布了公路桥涵养护规范( j t g h 1 1 - 2 0 0 4 ) ，规范将桥梁的日常检查分为经常检查、定期检查和特殊检查，详细规定了 y - r 夫尊q 蠢j 壮位论文 1 r 邑蠹薯词r 桥的检涮与加蕾 三类检查的间隔时间，检查的内容和方法。根据桥梁各部件的缺损程度、缺损对结构使 用功能的影响程度和缺损发展变化状况等三个方面，采用加权平均的方法综合考虑桥梁 各部件的损伤对桥梁整体的影响，提出了推荐的桥梁各部件权重及综合评定方法。 根据评分情况，将桥梁技术状况划分为五个等级，再根据桥梁状况提出相应的养护措施。 美国联邦公路局将桥梁外观检查的损伤由坏到好划分为十个等级，技术人员可以根据损 伤位置和损伤程度综合评分，再与标准对照确定桥梁的技术状况。 2 、分析计算法 分析计算法就是通过对实际桥梁进行详尽的外观调查，并以调查资料为基础，对桥 梁结构加以分析和计算，以计算结果做为桥梁结构的评价依据。各国评定带损伤桥梁承 载力的方法不尽相同，以下是两种较为典型的的评定方法。 ( 1 ) 美国联邦公路局用下式评定带损伤桥梁承载力“” 怛助。( 1 + ，) + ，n 日 式中r ：结构承载能力； 由：承载能力折减系数； 风；允许通过桥梁的荷载等级系数； yl ：活载系数； l ：活载； i ：冲击系数； y d ：第i 类恒载安全系数； d i ：恒载。 ( 2 ) 交通部标准公路旧桥承载能力鉴定方法( 试行) ( 1 9 8 8 年) 带损伤公路桥 梁承载力鉴定公式。 s a r d ：r 。q ) - r 彤( 足儿；墨九) z l 式中z l 的数值取决于桥梁设计状况，这就使得承载力评估与桥梁的状态建立起一 定的联系。 4 百葺澹囊阿桥的检测胃加固 3 、荷载试验法 荷载试验法最大的优点是直观，桥梁能承受多大的荷载，用相应的重量加载，看桥 梁各种结构是否处于正常的工作状态。荷载试验又分为静荷载试验和动荷载试验。 ( 1 ) 静载试验“1 所谓桥梁静载试验就是将静止的荷载作用在桥梁的指定位置，然后利用观测仪器对桥梁 结构关键部位的位移、应变、裂缝开展情况等基本参数进行测量，再利用这些数据对桥 梁结构在荷载作用下的工作性能进行分析、评价的一种方法。桥梁结构所承受的汽车荷 载虽然是移动荷载，但是，桥梁结构的自重属于静力荷载，而汽车荷载在设计规范中也 是按静力荷载来进行计算的。因此，静载试验是桥梁结构试验中最常见也是采用最多的 基本试验。 评定桥梁的工作状态用校验系数法进行： n = s j s t s 。：荷载作用下测量的变位( 或应变) 值 s 。：荷载作用下理论计算的变位( 或应变) 值 i i ：结构校验系数 结合荷载试验所计算得的结构校验系数r l 值的大小，结合公路旧桥承载能力鉴定 方法( 试行) 中的承载能力鉴定公式换算结构检算系数，从而对桥梁结构的承载能力 进行评估。 ( 2 ) 动载试验 桥梁的动载试验就是利用某种激振方法引起桥梁结构的振动，然后测定结构的固有 频率、阻尼、振型、动力冲击系数等动力参数，从而判断桥梁结构的整体刚度、行车性 能。动载试验的方法有以下三种： 1 、行车试验的试验荷载一般采用接近于检算荷载( 标准荷载) 重车的单辆载重汽 车来充当。试验时，让单辆载重汽车分偏载和中载两种情形，以不同车速匀速通过桥跨 结构，测定桥跨结构主要控制截面测点的动应力和动挠度时间历程响应曲线； 2 、脉动试验是指在桥面无任何交通荷载以及桥址附近无规则振源的情况下，测定 5 j 。冒大萼u 曩士聋啦论文百色警| 蕾r 辑的世簟- 与0 口 桥跨结构由于桥址处风荷载、地脉动、水流等随机荷载激振而引起的桥跨结构微小的振 动响应； 3 、跳车激振的试验荷载，一般采用近于检算荷载( 标准荷载) 重车的单辆载重汽 车来充当。试验时，让单辆载重汽车的后轮在指定位置从高度为1 5 厘米的三角形垫木 突然下落对桥梁产生冲击作用，激起桥梁的竖向振动。 4 、综合的桥梁承载能力评估法 以交通部公路科学研究所公路桥梁承载能力检测评定规程( 征求意见稿) 中的 评定方法为代表。规程基于桥粱定期检查评定结果，通过对桥梁的质量检测、结构检算， 必要时再进行荷载试验，确定桥梁工作状况，评定其承载能力及其使用条件。 1 、针对确定的承载能力检测评定对象，开展深入细致的桥梁调查与检测工作，并 根据桥梁结构或构件的实际检测结果，对分项检测指标作出评判。 2 、基于桥梁结构或构件的检测评判结果，确定承载能力检算系数、恶化系数和截 面折减系数以及活载影响系数的合理取值。依据桥梁结构或构件的设计或竣工技术资 料，通过结构检算分析、必要时辅以荷载试验鉴定的方法，评定桥梁结构或构件的承载 能力及其使用条件。 1 3 ，2 常用的桥梁加固方法 1 、外包混凝土加固法 外包混凝土加固旧桥也是加大构件截面的加固方法。其采用增大构件的截面和配 筋，从而提高构件的强度、刚度和抗裂性能，梁式桥和拱桥均可采用这种方法加固“”。 例如广州市增步大桥( 3 5 + 5 0 + 3 5 m 桁架拱) 加固中进行了5 个方案的比较，最终采用了 增大拱肋截面的加固方法，认为这种方法具有施工难度小，便于控制质量的优点“。但 是，外包混凝土加固法对于表面形状比较复杂的桥梁结构旌工起来比较困难，且在施工 时往往需要搭设支架及模板，对于一些地形条件受限制的桥梁不太合适。 2 、锚喷混凝土加固法 “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 6 广西大掣q 直士掌位论文 百色殪- 鼻 河裤的检测与加固 补强钢筋网，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 速喷射到己锚固好钢筋网的受喷面上，待其凝结硬化形成的一种钢筋混凝土。通过锚喷 加固层与原结构紧密粘结在一起，既阻止了原结构继续变形和开裂，又充分发挥原结构 的作用，共同承受外荷载。锚喷混凝土加固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的病害，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“”。 根据加固原理，锚喷混凝土加固旧桥实际上是加大构件截面的加固方法。如江西省 香屯大桥为5 x4 5 m 双曲拱，采用锚喷混凝土加固方法在拱肋及拱波上喷射6 c m 厚2 5 号 混凝土，使香屯大桥从原设计汽车一1 3 ，拖一6 0 荷载等级提高到汽车一超2 0 ，挂车一1 2 0 “”。 在西藏昌都西大桥( 7 5 米跨双曲拱) 的加固中，在原拱圈拱腹扎入锚杆，布置钢筋网格， 然后喷射混凝土，形成一层钢筋混凝土，与原拱圈一起形成复合拱圈，起加固补强作用， 从而提高拱圈的承载能力“”。 3 、改变结构体系加固法 改变结构体系加固法是指通过改变桥梁结构体系( 如在简支梁下增设支架或桥墩； 把简支梁加以连接，使其变为连续梁；在梁下增设加劲梁或者叠合梁等) 以减小梁内应 力，从而提高桥梁承载能力的加固方法“”。 改变结构体系往往需要在桥下进行，因而会影响桥下净空，因此要在不影响通航及 桥梁排洪能力的情况下进行。但是，由于这种方法加固效果明显，因此常常被用作临时 加固措施，用在解决临时通行超重车辆的情况，临时结构可在使用后拆除。 4 、体外预应力加固法 体外预应力加固法常用来加固梁式桥。通常是在梁底或梁侧下部增设预应力加劲钢 绞线或预应力粗钢筋，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，起到卸载作用， 达到较大幅度提高桥梁承载能力的目的，主要有两预应力钢筋加固和预应力钢丝束加固 两种方式“7 ”。 体外预应力加固法不需清凿混凝土保护层，且损伤梁体程度小，加固时基本不影响 厂翟r 大掣q i n e 掣啦论文百色穗h 河桥的检测与加i 交通，经济效果比较明显。但是体外预应力构造受环境影响较大，必须采取切实有效的 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“”。 5 、粘贴钢板加固方法 粘贴钢板加固法一般是采用建筑结构胶将钢板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。 钢板过粘结剂在混凝土表面形成一种三相“混凝土、胶、钢”复合体系，钢板固定受拉 混凝土表面可以增加混凝土结构弯刚度。使结构挠度减小，能有效限制缝的发展。由于 高质量结构胶的发展采用，以及简单而迅速的施工方法，加固后基本不破坏原有结构物， 几乎不增大原结构的截面尺寸，因而在桥梁加固中应用广泛。 6 、粘贴纤维材料加固法 目前应用在工程实践中的纤维材料主要有3 种：玻璃纤维( g f r p ) 、碳纤维( c f r p ) 和芳纶纤维( a f r p ) 。纤维材料的主要力学特点就是其应力、应变量完全线弹性，不存 在屈服点或塑性区。由于纤维材料具有高强、轻质、耐腐蚀和耐疲劳等优异的物理、力 学特性，因此是旧桥加固补强的理想材料。 纤维材料加固混凝土是指在构件表面粘贴碳纤维材料，使碳纤维与混凝土牢固的粘 结在一起并共同工作，达到加固结构，提高结构承载力和抗震性能，修补构件缺陷的目 的。该种方法具有施工工艺简便，强度高，自重轻，耐腐蚀性，运输装卸施工方便，易 于操作、经济性好，基本不占用原建筑空间，施工工期也较短的优点跚1 。 1 4 本文主要研究内容与研究方法 本文针对百色市澄碧河桥展开研究，该桥建造年代较为久远，至今已运行超过5 0 年，存在着诸多病害和不安全因素，且该桥基本丢失了设计和施工资料。在我国，和澄 碧河桥情况相似的旧桥在较大范围内存在。如何有效的对这些旧桥进行加固改造，提高 承载能力，有着较为可观的经济和社会效益。文章对旧桥的加固方法，以及加固后的 效果研究进行了总结和发展，主要包括以下内容： 穿夫掌司e 士掣啦崔曙乞置1 1 邑嗣 碧河期- 的检营，与加宙 l 、总结了旧桥加固工程设计的注意事项，加固设计的基本程序。特别是对这些建 。代较为久远，严重缺乏设计和施工等相关资料的旧桥，研究了如何通过加固改造， 的提高其桥梁承载能力等级。 2 、进行了旧桥加固改造后的效果研究，总结了桥梁结构荷载试验的一般流程方法 惹事项，以及研究了通过对有限元分析计算理论值和荷载试验实测值的比较，来判 构加固后的运行状态。 3 、结合百色澄碧河桥加固工程实例，研究探讨了有限元计算软件m d a s c 砌在 加固计算中的应用方法，包括单元的选取，旧桥有限元模型的建立，恒载、活载的 模拟方法，以及加固桥梁施工阶段模拟等。通过对加固后桥梁的现场调查，以及理 算值与试验实测值的对比分析表明，对澄碧河桥的加固改造是成功的。 9 广r ，o 擎习仕肖叫立嗣演百葺墉t 河桥的r 翱与加固 1 、桥梁调查 ( 1 ) 对需要鉴定的桥梁应进行实地考察，以初步了解桥梁的技术状况和主要存在 的问题； ( 2 ) 全面搜集有关桥梁设计、施工、监理和运营、养护、试验检测以及维修加固 等方面的技术资料； ( 3 ) 向相关人员调查了解桥梁病害史、使用中的特别事件、限重限速的原因、交 通状况、今后改扩建计划、水文、气候、环境等方面的资料。 2 、计算分析 ( 1 ) 以交通部颁布的现行公路、桥涵类设计规范为依据进行计算； ( 2 ) 桥梁结构的检算主要依据设计资料( 包括变更设计) 或竣工资料进行，对缺 失资料的桥梁，则根据桥梁的实际测量结果，参考同年代类似桥梁的设计资料或标准定 型图进行检算； ( 3 ) 检算荷载等级一般应按现行的公路桥涵设计通用规范的规定取用，如果 对车辆通行有特殊要求的桥梁，应按照实际情况进行计算，但必须满足规范规定的相应 荷载等级的要求。 2 2 2 桥梁承载能力检测评定” 根据桥梁调查与桥梁养护管理系统的评定结果，通过桥梁结构质量状况的检测、结 构检算，评定桥梁承载能力及使用条件，编写桥梁承载能力评定报告，填写桥梁承载能 力鉴定表。 当根据桥梁检测与检算结果尚不能确定桥梁承载能力时，应进行荷载试验。 表2 1 1 曲2 1 桥梁承载能力鉴定表 1 kb r i d g el o a d m gc 印a c 竹e v m l l a f i o nm b l c 路线名称桥位里程 桥名l 桥长净宽j 跨径及孔数 上部结构跨径及孔数 结构形式 下部结构 1 曩，4 誊鼍l 士堪4 t 论文百色整阿桥的检澍与0 口 桥梁概况： 鉴定原因： 原设计承载能 力 鉴定的承载能 标准荷载 力 特殊荷载 鉴定方法 鉴定有效期限 附加条件： 鉴定单位 鉴定负责人 鉴定日期 桥梁承载能力鉴定基本方法如下： 1 、对需要进行承载能力检测评定的桥梁，根据桥梁档案资料和桥梁养护管理系统 的检查评定结果，选择最不利或有代表性的桥跨结构或构件作为承载能力检测评定的对 象，并通过结构计算分析，初步了解桥梁结构或构件的承载能力。 2 、针对确定的承载能力检测评定对象，开展深入细致的桥梁调查与检测工作，并 根据桥梁结构或构件的实际检测结果，对分项检测指标作出评判。 3 、基于桥梁结构或构件的检测评判结果，确定承载能力检算系数、恶化系数和截 面折减系数以及活载影响系数的合理取值，依据桥梁结构或构件的设计或竣工技术资 料，通过结构检算分析、必要时辅以荷载试验鉴定的方法，评定桥梁结构或构件的承载 能力及其使用条件。 2 2 3 加固设计计算及加固方案的选定 1 、加固设计时应注意的计算要点 1 2 百童摩謦河梯的：瞻铡与0 b 矗 ( 1 ) 加固设计计算应该以旧桥的调查结果以及承载能力评定结果为依据； ( 2 ) 结构检算时，宜参照设计采用的计算模型进行建模，当边界条件发生改变或 受力体系出现转换时，应根据桥梁实际状况重新建立计算模型； ( 3 ) 加固后的桥梁，在使用荷载作用下，原有结构和新增结构各部分的强度、刚 度及裂缝宽度均应符合现行规范的要求； ( 4 ) 由于加固改造工作一般是在保持原结构的恒载应力状态下进行的，因此，在 计算中应该注意到，原有结构承担全部恒载和加固后所增加的恒载，活载由原结构和新 增结构共同承担。 ，2 、加固方案的选定圆 桥梁加固方案的选定应该遵循以下原则： ( 1 ) 桥梁加固改造应该针对全桥所有构件进行，包括上部构造和下部构造以及下 部构造中的隐蔽工程，保证全桥的承载能力得到同步提升； ( 2 ) 桥梁加固后，不论结构性能、承载能力等均应该达到现行规范的要求； ( 3 ) 桥梁加固必须进行多方案比较，包括对加固和新建方案的经济性比较； ( 4 ) 桥梁加固方案的选定中还应该考虑到加固后的养护费用，加固对对交通的影 响而造成的运输成本的增加，施工的安全性以及对环境的影响等因素。 2 3 历年设计规范的演变对桥梁加固设计的影响 任何一座桥梁从诞生到破坏自始至终都贯穿了最初设计者的设计意图。也就是说， 桥梁的通行能力和承载能力在最初设计时就已经确定，即桥梁设计时所采用的荷载等 级，桥面宽度等基本设计参数。同时，由于受时代的限制，桥梁修建的材料性能也在不 断演变，这也导致桥梁的承载潜力与桥梁的修建时代联系紧密。这些差异大多由各个时 期所颁布的公路工程技术标准和桥梁设计规范所确定，因此研究历年设计规范的演变对 判断桥梁的承载能力，特别是一些缺少基本资料的桥梁承载能力有很大的意义。 2 3 1 我国曾经颁布的规范、规程“ 公路工程技术标准随着科学技术的进步以及社会的发展，有过多次修订。从中华民 , p - 西j 叫乒司仕掌位慑! 文百蕾螺董奠峙可桥的控嗣i 与加固 国至今总共颁布、推行了1 2 部之多，平均每8 年修订一次。历年颁布的规范、规程 如下表： 表2 - 2历年来采用的主要规范及标准 t a b 2 2t h em a i nb r i d g ec o d eo rs t a n d a r do v e rt h ey e a m 序号颁布年度规范或标准的名称制定者 全国经济委员 11 9 3 6公路桥梁涵洞工程设计暂行准则 会公路处 交通部公路总 21 9 4 0交通部公路桥梁涵洞工程设计暂行准则( 草案) 管理处 交通部公路总 31 9 4 1公路桥梁涵洞工程设计准则 管理处 41 9 5 4 公路工程设计准则中央交通部 5 1 9 5 6公路工程设计准则( 修订草案) 交通部 61 9 6 7公路桥涵车辆荷载及净空标准暂行规定 交通部 71 9 7 2公路工程技术标准( 试行) 交通部 81 9 8 l 公路工程技术标准( j t j 卜8 1 ) 交通部 91 9 8 8公路工程技术标准( j t 20 1 8 8 ) 交通部 1 01 9 8 5公路桥涵设计通用规范( j t j0 2 1 - 8 5 ) 交通部 1 11 9 8 9 公路桥涵设计通用规范( j t j0 2 1 8 9 ) 交通部 1 22 0 0 4 公路桥涵设计通用规范( j t gd 6 0 2 0 0 4 )交通部 2 3 2 各时期设计荷载的演变 表2 3主要规范的公路桥梁汽车荷载技术指标 t a b 2 - 3 t h el o a d i n g sf o rt h eh i g h w a yb r i d g e so f t h em a i nc o d e s 一辆汽一列车 前轴重力中轴重力后轴重力 规范荷载等级车总重队中重 ( k n )( k n )( i 州) 轴距 力( 删)车数量 汽- 6 标准车 6 0 不跟制 1 84 24 1 9 5 4 年公 加重车 7 81 2 1 5 74 路工程设计 汽咱 标准车 8 0 不限制 2 45 64 准则及 加重车1 0 4 12 87 6 4 1 9 5 6 年公汽一1 0 标准车1 0 0不限制 3 07 0 4 路工程设计 加重车 1 3 0l3 59 54 准则( 修订 汽一1 3 标准车 1 3 0 不限制 3 99 】 4 草案) 加重车1 6 9i 4 5 51 2 3 5 4 标准车 1 8 0 不限制 6 01 2 06 汽一1 8 加重车 3 0 016 02 1 2 06 8 1 9 6 7 年公 汽一1 0 主车1 0 0 13 07 04 路桥涵车辆列车 6 5 不限制 2 04 5 4 1 4 荷载及净空 汽- 1 5 主车 1 5 014 51 0 5 4 标准暂行规列车 1 0 0 不限制 3 0 7 04 定主车 2 6 016 02 l o o4 + 1 3 汽- 2 6 列车1 5 0不限制 4 51 0 54 主车1 0 0不限制 3 07 04 1 9 7 2 年公 汽一1 0 重车 6 5l5 01 0 0 4 路工程技术 汽- 1 5 主车 1 5 0 不限制 5 01 0 04 标准( 试重车1 0 0l7 0 1 3 04 行) 主车 2 6 0 不限制 7 01 3 0 4 汽一2 0 重车 1 5 0l6 02 1 2 04 + 1 4 主车1 0 0 3 07 04 汽一1 0 级 重车 1 5 0l5 01 0 04 1 9 8 9 年公 汽- 1 5 级 主车1 5 0 5 01 0 04 路工程技术 重车 2 0 0l 7 01 3 04 标准( j t j汽- 2 0 级 主车 2 0 07 01 3 04 0 2 1 8 9 ) 重车3 0 0l 6 02 x 1 2 04 + 1 4 汽一超2 0 主车3 0 06 0 2 1 2 04 + 1 4 3 + 1 4 + 级重车 5 5 013 02 x 1 2 02 1 4 0 7 + 1 4 2 3 3 各时期设计规范所采用的设计理论 从公路桥涵设计规范的演变来看，我国规范所规定的设计计算理论可分为两个部 分，即1 9 7 2 年的公路工程技术标准( 试行) 之前的设计规范均采用容许应力法的设 计理论；1 9 8 5 年推行的公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范( j z j0 2 3 8 5 ) 则开始采用极限状态的设计方法，这在当时是一个大的创举，使我国公路桥梁设计提高 到了一个新的水平之上。 1 、按容许应力法设计计算的基本原理嘲 容许应力法是钢筋混凝土结构最早采用的一种经典方法，其计算特点是： ( 1 ) 根据钢筋混凝土结构的第二工作阶段，即带裂缝工作阶段，建立强度计算公 式； ( 2 ) 不计混凝土的抗拉强度； ( 3 ) 视钢筋混凝土为弹性匀质材料，服从平截面假定和虎克定律； ( 4 ) 根据同一受力纤维处的钢筋与混凝土的应变相等，将钢筋混凝土复合材料截 面换算成单一材料的截面，并按弹性体计算材料的应力。 1 5 百毫蟑董碧河棚岫检铡与加嗣 因此，按容许应力法计算的准则是：在规范规定的标准荷载作用下，结构构件截面 中的最大应力。不得超过材料的容许应力【o 】，其表达式为： o 【o 】 ( 2 1 ) 2 、按极限状态法设计计算的基本原理 根据c e b - f t p 制定的国际标准规范，极限状态的定义是：在设计基准期内，一 个结构或其一部分在承受作用力效应下达到一个特定的状态，此时结构或其一部分失去 了承载能力，或者不能满足使用条件的标准，则认为进入极限状态，不能满足预定设计 的要求而失效。为此，在结构设计中规定了两类极限状态： 第一类极限状态一承载能力极限状态； 第二类极限状态一正常使用极限状态。 第一类极限状态相当于结构或构件达到最大的承载能力，例如构件达到极限承载能 力或极限变形、构件失去稳定性、构件在重复荷载作用下，因材料疲劳而失去承载能力 等。第二类正常使用极限状态，如控制裂缝超过规定值、结构变形过大等等。 按极限状态法设计的特点如下： ( 1 ) 结构按两类极限状态进行设计，实质上提出了结构按“可靠度”设计的概念， 不仅考虑了结构的安全问题，还广泛地考虑了结构物的适用性和耐久性的问题； ( 2 ) 在计算中采用了荷载分项系数以考虑标准荷载的变异，采用材料分项系数以 考虑材料标准强度的变异； ( 3 ) 采用数理统计的方法规定荷载、材料、构件的安全系数等，确保构件具有足 够的安全保证率。 2 4 旧桥加固的设计计算方法一 桥梁加固一般是指，通过对构件的补强和结构性能的改善，以恢复或提高现有桥梁 的承载能力，延长使用寿命，以适应现代交通运输的要求铷。现在常用的加固方法有增 大截面法，粘贴钢板或纤维材料法，体外预应力加固法，改变结构体系法等。在桥梁加 固改造中，最为常用的加固方法就是增大截面法和粘贴钢板或纤维材料法。采用这两种 方法加固的桥梁，由于桥梁原有结构承担旧桥恒载以及加固改造后所增加的恒载，活载 1 6 由原结构和新增结构共同承担。因此，由施工顺序决定了在设计计算时有两种不同的计 算方法：内力叠加法和应力叠加法嘲。 内力叠加法是指在计算阶段以前的全部荷载按照当时所作用的截面计算应力，不考 虑叠加问题。我国公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范( 盯j 0 2 3 8 5 ) 中 普通钢筋混凝土构件的裂缝验算公式、以及钢筋混凝土叠合构件的计算没有进行专门规 定唧。以往桥涵设计中类似叠合弯压构件的强度计算和裂缝宽度验算多按内力叠加方法 进行内力叠加后，先按规范的普通钢筋混凝土弯压构件进行强度计算，再用叠加内力近 似计算出构件受拉钢筋应力后，套用规范受弯构件裂缝宽度验算公式进行裂缝验算。 应力叠加法是指考虑构件在形成过程中各个阶段的截面特性以及荷载情况而分别 计算其内力，然后在截面的相应纤维处叠加起来。应力叠加法和内力叠加法的比较示意 图如下： 扩 0 b 内力叠加法：应力图 应力力叠加法：应力图 图2 - 1第一阶段：新增截面施工中 f i g 2 1f i r s tp h a s e ：e n l a r g e dc r o $ - s e c t i o n c o n s t r u c t i n 1 7 ，哺丈胄嚏士学位论文 百色曹舅 词。棚的誓r 谢与加固 a 内力叠加法：应力图应力力叠加法 盯a 盯b 2 - 2 第二阶段：新增截面施工完毕 s e c o n dp h a s e ：e n l a r g e dc r o s s - s e e t i o l lc o n s t r u c t e d 应力图 盯0 内力叠加法：应力图 应力力叠加法：应力图 图2 - 3第三阶段：施加活荷载 f i g 2 3 t h i r dp h a s e ：t h el o a d i n ga c t i n g 第一阶段，内力叠加法与应力叠加法应力图相同： 驴世a i 半 第二阶段，内力叠加法应力计算式： = p 1 4 + p 2 半 应力叠加法应力计算式： 驴地a i 半 ( 2 - 2 ) ( 2 3 ) ( 2 - - 4 ) ，智犬肖翰曩士曹啦论文百色蕾哆r 期咱奎柏曩i 与加i 第三阶段，内力叠加法应力计算式： 仃。= 0 驴半半 应力叠加法应力计算式： ( 2 - 5 ) ( 2 - 6 ) = c 半半罢篑， 协， 呼笔鲁 ( 2 8 ) 内力叠加法认为混凝土是弹塑性材料，在施工中各组合截面的施工应力可由混凝土 塑性变形的影响使应力得到重分布，而跟整体截面一样。这样的计算没有很好的反映结 构的实际工作状态，会出现某些部件强度安全储备不足。应力叠加法认为混凝土负荷条 件是在弹性限度以内，因而在构件加固施工过程中产生的各阶段施工应力继续存在，并 忽略混凝土的徐变等影响，这样的计算在一定程度上反映了施工阶段的应力状况，但往 往会出现某些纤维的应力过高锄。 2 5 本章小结 通过本章的论述，可以了解到： l 、进行旧桥加固设计，不仅仅是针对旧桥的病害进行处理，而是要从旧桥的外观 调查开始，对旧桥的承载能力进行评估；根据旧桥的加固方案，通过经济性比较，对交 通的社会影响以及环境影响等作出综合评价，进而对旧桥提出决策方案。 2 、旧桥由于建设年代久远，桥梁基本资料缺失严重，通过对我国历年所颁布的桥 梁设计规范进行研究，可以在一定