在役桥梁承载力评价方法与加固研究

1、在役桥梁承载力评价方法与加固研究 长安大学公路学院 宋一凡 教授、博导在役桥梁承载力检测评定评定方法桥梁调查与一般评定桥梁结构检算评定桥梁结构静动载试验评定桥梁一般评定依据桥梁一般评定的规范、规程、方法交通部公路桥涵养护规范JTG H11-2004交通部公路旧桥承载能力鉴定方法（试行）1988交通部公路桥梁承载力检测评定规程JTG xxx-200 x (报批稿）2004建设部城市桥梁养护技术规范CJJ 99-2003铁道部铁路桥梁检定规范铁运函2004120号桥梁调查与一般评定公路桥梁养护规范JTG H11-2004公路桥梁技术状况一般评定目前施行的评定方法依据公路桥梁养护规范JTG H11-

2、2004与公路法相适应与公路桥梁养护管理工作制度相适应桥梁评定一般规定桥梁一般评定依据桥梁定期检查资料，通过对桥梁各部件技术状况的综合评定，确定桥梁的技术状况等级，提出各类桥梁的养护措施由负责定期检查者进行-普及性桥梁适应性评定依据桥梁定期及特殊检查资料，结合试验与结构受力分析，评定桥梁实际承载能力、通行能力、抗洪能力，提出桥梁养护、改造方案。委托有相应资质及能力单位进行-专业性桥梁检测评定一般规程结构实地考察（快速扫视检查）收集基本数据和资料动态调查确定检测目的制订检测计划建立检测组织检查技术和设备的准备照相一般检查详细检查无损或半破损检测取样检测样品分析（化学、物理）室内材料试验损坏原因评

3、估耐久性分析损坏发展趋势研究材料实际强度结构评定缺陷损坏评估检测评定结果维修处治措施建议加固措施建议桥梁历史与现状调查检测规划现场检测试验室分析检测结果评定报告编制桥梁检测主要技术指标桥梁总体技术状况评定方法推荐方法考虑桥梁部件权重综合评定方法亦可采用方法重要构件最差的缺损状况评定对照桥梁技术状况评定标准评定桥梁部件缺损状况评定方法缺损状况及标度组合评定标度缺损程度及标度程度小大少多轻度严重标度0 1 2缺损对结构使用功能的影响程度无、不重要00 1 2 小、次要11 2 3 大、重要22 3 4 以上两项评定组合标准0 1 2 3 4 缺损发展变化状况的修正趋向稳定-10 1 2 3 发展缓

4、慢0 1 2 3 4 发展较快+11 2 3 4 5 最终评定的标度0 1 2 3 4 5 桥梁技术状况及分类 完好 良好 较好 较差 差的 危险 一类 二类 三类 四类 五类“0”表示完好状态，或表示没有设置的构造部件，如调治构造物“5”表示危险状态，或表示原无设置，而调查表明需要补设的部件桥梁部件权重综合评定方法部件部件名称权重Wi桥梁技术状况评定办法1翼墙、耳墙1式中RI按桥梁部件缺损状况评定表方法对各部件的评定标度（05）；WI各部件权重，WI=100；Dr全桥结构技术状况评分（0100）；评分高表示结构状况好，缺损少。（2）评定分类采用下列界限 Dr88 一类88Dr60 二类60D

5、r40 三类40Dr 四类、五类Dr60的桥梁，并不排除其中有评定标度Ri3的部件，仍有维修的需要2锥坡、护坡13桥台及基础234桥墩及基础245地基冲刷86支座37上部主要承重构件208上部一般承重构件59桥面铺装110桥头跳车311伸缩缝312人行道113栏杆、护栏114照明、标志115排水设施116调治构造物317其它1 全桥技术状况评分（0100） 按规范方法对各部件评定标度（05）；对于标度 的定量描述 各部件权重 88 一类桥梁好：正常保养60 88 二类桥梁较好：小修40 60 三类桥梁差：中修 40 四类桥梁危险：大修或改造 五类桥梁危险：改建或重建 桥梁技术状况综合评定桥梁技

6、术状况评定标准总体评定一类：完好、良好状态二类：较好状态三类：较差状态（承载力降低10%以内）四类：差的状态（承载力降低10%-25%）五类：危险状态（承载力降低25%以上）桥梁结构分项评定对照桥梁技术状况评定标准评定桥梁养护规范评定优点一般评定可以直接给出桥梁技术状况等级外观检查技术难度相对较小，适应于普及检测一般不需要中断桥上正常交通花费相对较少可以方便建立正常的桥梁技术状况-时间历程档案桥梁养护规范评定缺点总体评定、桥梁结构分项评定与部件权重综合评定结果有不协调可能部件权重综合评定更适应于多跨桥梁，对单跨桥梁评价存在缺墩项扣分不准问题桥梁技术状况评定标准中桥梁承载能力缺失比率难以量化确定

7、一般评定给出桥梁技术状况等级更合理，不能给定桥梁所具备的服务车辆荷载或车道荷载等级桥梁部件权重修正建议单跨桥梁部件权重修正 单跨桥梁部件数 规范中涉及的部件数 单跨桥梁缺少部件数 大中跨径混凝土桥梁预应力检测技术研究预应力管道偏位预应力管道压浆密实性检测预应力钢绞线锈蚀检测预应力有效值检测预应力混凝土梁桥承载力评价大中跨径混凝土桥梁预应力检测技术研究长安大学研制预应力索力仪国外产品索力仪城市桥梁养护技术规范CJJ99-2003城市桥梁养护技术规范桥面系评估要素（铺装、桥头平顺、伸缩缝、排水、人行道、栏杆）桥面系第类要素中第j项损坏的扣分值桥面系第类要素中第j项损坏的权重桥面系第类要素中第j项损

8、坏的总扣分值桥面系第类要素权重桥面系状况城市桥梁养护技术规范桥梁第k跨上部构件L的损坏类型桥梁第k跨上部构件L在损坏类型x时的扣分值桥梁第k跨上部构件L在损坏类型x时的的权重构件L的综合扣分值构件L的权重第跨上部结构的桥梁构件数第跨上部结构技术状况指数桥梁跨数桥梁上部结构技术状况指数上部结构状况城市桥梁养护技术规范桥梁第墩（台）中构件L的损坏类型桥梁第墩（台）中构件L在损坏类型x时的扣分值桥梁第墩（台）中L在损坏类型y时的的权重构件L的综合扣分值构件L的权重第墩（台）中结构的桥梁构件数第墩（台）中结构技术状况指数桥梁下部结构技术状况指数下部结构状况城市桥梁养护技术规范先分部位再综合的评定方法B

9、CIBCI9090BCI8080BCI6666BCI50BCI50评估等级A完好B良好C合格D不合格E危险备注BCI可表示桥梁综合、桥面系、上部结构、下部结构等桥梁状况指数特大桥及特殊结构城市快速路网城市主干路道城市次主干路城市支路和街坊路桥梁结构静动载试验评定桥梁静动载试验必要性桥梁的施工质量合格，使用状况良好，主要检算指标虽不符合要求，但超限幅度较小：钢结构在15%以内；配筋混凝土梁式结构在25%以内；砖石及混凝土与配筋混凝土拱式结构在30%以内。桥梁的施工质量很差，可能存在安全隐患，仅用调查、检测与检算分析难以确定其实际承载力。桥梁在运营过程中损坏严重，可能影响桥梁承载力。缺乏设计、施工

10、资料或桥梁的结构受力不明确，不便准确进行桥梁承载力检算。为科研或积累资料的需要。 桥梁荷载试验评定静载试验控制截面测点应变或挠度、变位动载试验运行汽车作用下冲击系数桥梁结构自振特性跳车激振法制动激振法环境激励法中华人民共和国交通部标准公路旧桥承载能力鉴定方法（试行）1988中华人民共和国行业标准公路桥梁承载力检测评定规程JTG xxx-200 x (报批稿）2004交通部公路科学研究所、交通部公路局技术处、交通部公路规划设计院大跨径混凝土桥梁的试验方法1982年10月中华人民共和国铁道部铁路桥梁检定规范铁运函2004120号桥梁荷载试验评定依据桥梁类型应变（或应力）校验系数挠度校验系数桥梁类型

11、应变（或应力）校验系数挠度校验系数钢筋混凝土板桥0.200.400.200.50预应力混凝土桥0.600.900.701.00钢筋混凝土梁桥0.400.800.500.90圬工拱桥0.701.000.801.00桥梁校验系数常值表公路旧桥承载能力鉴定方法桥梁类型应变（或应力）校验系数挠度校验系数桥梁类型应变（或应力）校验系数挠度校验系数钢筋混凝土板桥0.30.70.40.8预应力混凝土桥0.500.900.61.00钢筋混凝土梁桥0.400.800.500.90圬工拱桥0.61.000.61.00桥梁校验系数常值表-(公路桥梁承载能力检测评定规程）荷载试验评定特点缺点实施风险大、费用高封闭交通

12、时间较长优点真实了解结构受力性能分析判断桥梁承载潜力最直接、最可信 在役桥梁承载力评定旧体系桥梁结构检算公路旧桥承载能力鉴定方法圬工结构承载力检算配筋混凝土结构承载力检算在役桥梁承载力评定新体系在役桥梁承载力评定计算方法砖、石及混凝土桥钢筋混凝土及预应力混凝土桥圬工或混凝土截面折减系数（材料风化、碳化及物理与化学损伤）钢筋截面折减系数（钢筋腐蚀）承载力恶化系数（环境条件、钢筋混凝土结构与构件检测指标）承载力检算系数（桥梁外观质量0.4、混凝土强度0.3、结构模态参 数0.3。与结构或构件类型相关）在役旧桥承载力评估困难较大、专业性很强将桥梁检测与结构仿真分析结合起来是在役桥梁承载力评估的一种重

13、要途径建立桥梁损伤模型即结构性能随时间的变化规律具有重要意义在役桥梁评价是加固前必须进行的一项专业技术工作，从而确保桥梁加固的有效性和结构安全在役桥梁承载力评价综述在役桥梁加固研究 长安大学公路学院 宋一凡 教授 对于旧桥的加固改造技术方法的研究和应用，交通部在“六五”和“七五”期间的重点科研项目计划中都安排了一定数量的研究课题。经过大量的试验研究和实际工程应用，国内外都取得了不少的成功经验和成果，积累了丰富的经验。前言 旧桥加固改造工程同其它任何事情一样，有其内在的规律，在做某座桥梁的具体加固设计时都有一定的技巧，都要遵循一定的步骤，同时又极具创造性。所以，我们应通过创造性的工作去尽力解决旧

14、、危桥的加固改造工作。尽管每座桥梁的修复工程具有各自的特点，但前言 存在可进行比较、评价的一般性概念，以决定采用最实用的技术。由于这些特点，总是需要在桥梁修复工程中进行创造性的思考和技术革新。新的产品和技术的不断发展，又提供了更有效、更耐久的维修方法。前言 常用的改造有缺陷桥梁所用的加固改造技术，包括减轻恒载、加固临界杆件、提供新的补充杆件和改善原来结构体系的方法，以增大桥梁承受活载的能力。此外，下部结构的稳定、支座和车行道伸缩缝的适当清洁、几何形状的改善以及前言 安全性的改善(如人行道、栏杆柱及扶手的改善)，也在改善服务性能和延长现有结构使用寿命中起着重要作用。前言安全 经济 科学 规范安全

15、：桥梁加固后结构安全性保证经济：尽可能节约加固工程造价科学：险桥认证科学化规范：技术评定、验收规范化桥梁加固基本原则 加固工作程序应按下图所示进行桥梁现状评价加固工程可行性研究报告加固工程施工图设计加固工程施工、监理招标施工组织设计施工验收桥梁加固增大惯矩法单侧增大双侧增大粘 贴贴（锚）钢板贴钢筋贴纤维预应力法改变体系法简支变连续简支变刚架简单结构变组合结构回顶法拱桥水平变位回顶综合法 桥梁加固方案 几种常用加固方法比较项 目钢筋混凝土增厚法体外预应力法外包钢和钢板粘结张贴法隔震减震法FRP片材粘贴法增加体积大小小大小增加重量大小大小小施工时间长较长较长较长短需要工人数多多多多少施工空间大大大

16、大小是否需要大型设备需要需要需要需要不需要抗腐蚀性、耐久性差良好（FRP）差(钢板)差差良好桥梁加固方案比较桥梁加固方案试验研究抗弯加固试验研究纤维布脱胶砼表层脱落砼破碎脱落 试验表明，采用粘贴工艺加固砼梁时，梁体砼标号不宜太低。桥梁加固方案试验研究抗剪加固试验研究 编号粘贴方式层数加载方式锚固破坏形式试验值(KN)理论值ANSYS计算值(KN)误差计算值(KN)误差T-1/116/109-6%T-29002无预载无粘贴破坏111.3100.85-9.4%1186.06%T-39002有预载无粘贴破坏113.7104.60-8%1259.9%T-44501无预载有碳纤维拉断143.3145.9

17、51.9%1504.69%T-54501有预载有碳纤维拉断159.1154.3-3.1%1632.44%对 比 分 析桥梁加固方案试验研究桥梁加固方案试验研究桥梁加固方案试验研究构件编号加固位置加固材料开裂荷载（kN）屈服荷载（kN）极限荷载（kN）破坏位置破坏原因试验值相对提高试验值相对提高G-1/未加固10.8357/62.17/跨中G-2拱顶下缘碳纤维布11.176412.28%71.1714.47%跨中及四分点混凝土剥离G-3拱顶下缘钢板1164.513.16%72.1716.08%跨中及四分点钢板开胶G-4拱顶及四分点碳纤维布10.8375.6732.75%79.3327.60%跨中

18、混凝土剥离G-5拱顶及四分点钢板12.1775.532.46%81.1730.56%跨中及四分点钢板端锚固处钢板屈服桥梁加固方案试验研究增大混凝土截面加固方法增大混凝土截面加固特点更多应用于混凝土拱桥显著增大原构件的截面刚度提高构件的承载能力更新钢筋混凝土桥面铺装层更新钢筋混凝土桥面铺装层方法加固对象混凝土梁桥及圬工拱桥（设置拱上填料）的桥面技术要点桥面铺装层应先拆除原桥面板上表面植筋，并连接铺装层钢筋网设置预制翼缘板时凿除部分混凝土，并连接铺装层钢筋网现浇混凝土厚度最小为8厘米以上注意事项新增砼截面施工工艺应不使原结构截面受到严重破坏新旧结构材料之间应有可靠连接如剪力键、传力销、锚固筋等增大

19、混凝土截面加固要点加固对象双曲拱桥、桁架拱桥、肋拱桥等上部结构和墩台技术要点桥面铺装层应先拆除如采用卸载或有支架施工时，将由新旧组合结构承担恒载及活荷载如采用不卸载无支架施工时，旧桥结构应能承担新增加的施工及永久荷载，新旧组合结构承担二期恒载及活荷载加固设计时应考虑原结构钢筋及混凝土的分阶段受力问题注意事项新增砼截面施工工艺应不使原结构截面受到严重破坏新旧结构材料之间应有可靠连接如剪力键、传力销、锚固筋等粘贴钢板或纤维片材加固方法粘贴片材的混凝土等级粘贴钢板混凝土品质较好的梁（板）桥，混凝土等级C25以上均适应粘贴碳纤维布混凝土品质很好的梁（板）桥，混凝土等级C40以上更适应粘贴玻璃纤维布混凝

20、土品质一般的梁（板）桥，主要目的为约束混凝土裂缝CFRP片材对于各种加固类型的适应性CFRP片材加固类型CFRP板CFRP织物梁桥加固抗弯最佳适用适用抗剪适用最佳适用板梁加固抗弯最佳适用适用抗剪墩柱加固抗剪适用最佳适用抗偏压适用最佳适用抗震适用薄壁墙加固抗弯最佳适用适用抗剪最佳适用抗震适用适用钢板 厚度：48mm，计算确定 宽度：结构受力面宽 位置：尽量远离中性轴的加固区 粘结：粘结强度可按计算确定或符合有关规定 锚栓：相间50厘米设置一个胀栓 防腐：油漆材料及工艺按相关要求 纤维 层数：24层 宽度：与结构同宽或略窄 位置：尽量远离中性轴的加固区 涂色：表面涂装砼同色涂料粘贴材料选用建议 粘

21、贴钢板或纤维布加固要点加固对象砼肋板式梁桥、双曲拱桥、桁架拱桥、刚架拱桥技术要点桥面铺装层应先拆除计算确定粘贴部位、范围及粘贴材料截面积端部锚固措施合理确定接触面应力以避免粘结力失效破坏粘贴材料几乎不增加结构自重，如不卸载则组合结构仅承受二期恒载及活荷载，如卸载则组合结构承受恒载及活荷载加固设计时应考虑结构的分阶段受力问题注意事项具有锚固条件时，应尽量两端锚固砼表面必须凿毛、打磨并露出骨料，清洁后方可实施涂胶等施工钢材表面喷砂除锈，并作永久防腐 （a） （b） （c） （d） （e） （f） 纤维片材粘贴端点锚固措施锚栓钢板法加固对象砼梁桥技术要点桥面铺装层应先拆除计算确定锚固部位、范围及钢板

22、截面积仅靠钢板两端胀栓锚固，无粘结胶要求几乎不增加结构自重，如不卸载则组合结构仅承受二期恒载及活荷载，如卸载则组合结构承受恒载及活荷载加固设计时应考虑结构的分阶段受力问题注意事项钢板两端胀栓锚固必须牢固，同时应保证对原砼结构的保护钢板厚度尽量厚一些，应作永久防腐I I I I 加固对象较高标号砼梁桥为主技术要点几乎不增加结构自重，组合结构承受恒载及活荷载预应力筋用量通过计算确定，但不应小于最小锚固束值加固设计时应考虑结构的分阶段受力问题锚固位置适当而可靠梁地滑块特殊设计加工注意事项预应力筋类型可为高强度精轧螺纹钢筋、钢铰线、高强钢丝预应力筋必须作永久防腐体外预应力法要点改变结构体系加固对象梁桥

23、、拱桥、桁架桥技术要点简支变连续将墩顶原简直梁支座更换成单排支座铰接变固结封闭原剪力铰简支变刚架新增斜杆形成斜撑刚架增设新的受力体系新加承重结构体系取代原结构受力减小跨径新增永久桥墩横桥向增设横隔板、加大边梁或边肋改善横向分布系数注意事项结构体系改变会导致结构内力发生变化，应在改变体系前或同时完成相应安全措施其他加固方法减载法将桥面铺装或拱上填料更换为轻质材料反向加载法按结构影响线正负号配重回顶法拱桥两拱脚相对回顶更换杆（构）件法斜拉索换索、吊桥换吊索、桁架桥换杆件、多肋梁桥换某片梁等梁移位法加宽结合加固同时进行桥梁加固方案建议梁式桥支座、桥面铺装层更换仅提高承载力提高承载力并改善主梁刚度可改

24、善横向分布贴钢板贴纤维贴钢板增加横隔板增大主梁截面加固横隔板体外预应力体系转换加大边梁增强桥面铺装桥梁加固方案建议拱式桥桥面铺装层更换仅提高承载力同时提高承载力及刚度可改善横向分布贴钢板贴纤维贴钢板增加横隔板、剪刀撑增大拱肋截面增设大边肋改换拱上建筑结构改换拱肋截面型式增强桥面铺装桥面植筋在原桥面板上，沿桥梁纵横向相间40-60厘米钻孔植筋，并与桥面铺装钢筋网连接桥面防水层在砼桥面铺装层上面喷涂防水层后再铺沥青砼拱上填料拆除拱上原填料层部分，新铺20厘米砼层作填料，保持恒载变化较小桩柱加固桩柱周围新加钢筋箍筋网，现浇砼柱周缠绕纤维布或套钢管内填砼防撞墙拆除原桥人行道构造，改为防撞墙以增加桥梁行车道宽度桥梁加固方案建议加宽加固加宽加固同时进行时，宜将加宽部分上部结构与原桥连为整体新增设加宽部分基础及桥墩构造加固方案优化各种方法可