桥梁结构安全评价及加固

桥梁结构安安全评价及及加固讲授：张彬彬2012.03图1k0+368-k0+384面路裂缝图2中央大街靠靠环心岛处处路面磨损损严重，加加强筋外露露图3桥面伸缩缝缝铁板多处处缺损图4桥台B处桥头跳车车图5人行道面层层破损图6S20-11-D支座破损图7S21-12-U支座破损图8S1桥面板下表表面混凝土土被侵蚀图9S19-1梁体混凝土土中度剥落落图10S39梁体混凝土土严重剥离离图11S20-7-4附近主梁裂裂缝图12S20悬臂端露筋筋锈蚀图13S5-7梁处外侧内内漏图14S7-4-2,3,4横隔梁露筋筋图15桥台B护墙处沉降降图16P16-1柱体表皮脱脱落图17桥板悬空(支座损伤伤）图18桥板漏水图19桥板露筋图20露筋桥台沉沉降图21高高宋桥桥班班板塌陷图22框框架结构主主梁裂缝（（沉降）图23基基础沉降图24盘锦大桥跨跨塌图25盘锦大桥跨跨塌（细部部）2004年年6月，盘盘锦市田庄庄台大桥垮垮塌事故，，专家组认认为这次事事故是由于于一辆超载载货车的重重压从而造造成了大桥桥北起第十十五孔（桥桥中部）的的悬臂端突突然断裂,从而导致致了桥板脱脱落。该桥桥属T型刚构桥桥，牛腿处裂裂缝导致断断裂。发发生事故的的田庄台大大桥,建建于72年年，77年年投入使用用，全长长878米米，横跨辽辽河，是辽辽宁省屈指指可数的大大型桥梁之之一。由于于设计问题题及运营中中的超载、、超速，95年（18年）即定为危危桥，限载载15吨的的标志。给给钱就过，，60吨以以上照过，，严重超负负荷运营，，导致跨塌塌．图26綦江虹桥垮垮塌前原貌貌图27綦江虹桥垮垮塌现场1999年年１月４日日发生的綦綦江虹桥垮垮塌事件，，这座长102米、、宽10米米多的中承承式拱形桥桥（该桥建建成还不足足3年）造造成死４００人、伤１１４人的惨惨剧和６０００多万元元的重大经经济损失。。从虹桥事事件中揭露露出来的腐腐败、渎职职等问题，，对基本建建设战线严严肃法纪、、保证工程程质量，具具有深刻的的警示意义义。国家检检察机关近近几年查处处的10多多万件贿赂赂案件，涉涉及建筑业的竟竟占73％％。可见加强强建筑立法法，加强建建筑市场管管理是多么么重要！（（后期的招招标）图28广广东东莞莞商业街房房屋大坍塌塌事故发生在1999.12.1广广东东莞商商业街房屋屋大坍塌事事故，造成成10余人人死亡（不不完全统计计），这是是典型的人人为灾害。。房屋倒塌塌后覆盖了了整个商业业街。据查查该工程是是典型的““豆腐渣””工程。无无办理报建手续、、无国土证证、无规划划许可证、、无施工许许可证。2001年年11月7日凌晨4点半，全全长约1000米左左右，投资资几千万元元，如飞虹虹般横跨金金沙江的提篮中承式式大桥——四川宜宜宾市南门门大桥，在在十几分钟钟里，轰然然断裂，成成为三截，，造成2人人死亡2人人受伤。1990年年竣工刚通通车时日车车流量不过过1000辆辆左右，仅过两年年，到1992年5月，南岸岸成立经济济开发区，，至今居民民人数已有有7万余，，很多单位位也建在或或迁至南岸岸，南北两两岸的过桥桥车流量在在11年里里急剧增长长，至今每每日过桥车车流量已达达3万辆左左右。也就就是说，11年里车车流量急剧剧增长30倍。设计前瞻瞻性；两边边的断裂处处都是在主主桥与引桥桥的结合点点，恰也是是吊桥动态与与静态的结结合点．图29宜宾南门大大桥垮塌事事故2005年年，江苏省省吴江市梅梅堰镇一座座桥梁突然然坍塌，造造成４人受受伤。坍坍塌的大桥桥建造于８８０年代中中期，为简支空心板板桥，距今已有有２０年左左右的历史史，是座危危桥。图30江苏省吴江江市梅堰镇镇一座桥梁梁坍塌事故内蒙包头高高架倒塌图31台湾高屏大大桥断裂2000年年8月，连连接高雄与与屏东的重重要通道高高屏大桥，，突然拦腰腰断裂，16辆大大大小小的车车辆坠入河河中，22人受伤。。桥面突突然从中间间下陷断裂裂，下陷的的部分长达达一百米左左右，其中中一部分桥桥面还被河河水冲走。。高屏大桥桥已通车22年。湖南省株洲洲市红旗路路一座待拆拆除的高架架桥突然发发生坍塌，，现场超过过20台车车辆被砸坏坏或掩埋。。对震害作出出鉴定，并并制定修复复、加固方方案。图为为高架桥支支柱震害。。混凝土桥墩墩震害山西应县木木塔，建于于公元1056年，，塔高67.3m，，八角形，，底层直径径30.27m。该该塔共9层层，是我国国保存至今今的唯一木木塔，也是是现存的最最高的木结结构之一。。它虽经多多次大地震震仍完整无无损，足以以证明我国国历史上木木结构的辉辉煌成就。。图32比萨斜塔(姑建于1174年，竣工于于1350年，白色大大理石建造，现以每每年8cm的速度向南南面下沉，，塔顶已超超出基边线线大约4．9M。)图33赵洲桥被国际桥梁梁和建筑协协会列为重重点保护文文物的世界界署名的““赵州桥””(曾名““安济桥””)--大弧形敞肩肩式石拱桥桥，却则有一一番风采。。赵州桥位位于河北省省赵县南门门外约3km的皎河河上，建于于隋朝开皇皇大业年间间(公元590一608年)，在1400年中中，作为我我国南北交交通一条主主要干道上上的一座石石拱桥，没没右间断地地为南来北北往的行旅旅客商以及及各种运输输服务。而而且，在邢邢台大地震震、唐山大大地震时．．它虽受到到波击．但但仍属良好好。一．桥梁病病患的基本本概念１．在役桥桥梁也叫“即有有桥梁”、、“已有桥桥梁”或““旧有桥梁梁”，是指指正在发挥挥其使用功能的桥梁。桥桥梁是经过过规划、设设计及施工工而形成，，必须满足足使用功能、美观观、舒适和和安全的要要求。２．桥梁寿寿命人有生、老老、病、死死，包括自然寿命（从生到死死未受到外外界任何损损害，老死死的）、生理寿命（实际寿命命，病死的的——无缘缘无故死的的很少，大大多是癌症症、心脑血血管等）和和随机寿命（天灾人祸祸，如战争争、地震、、海啸、矿矿难、交通通、犯罪———枪毙）。因此，，人的寿命命影响因素素错综复杂杂，难于预预测，除非非自杀。第一部分概概论桥梁也相近近，有设计寿命、、使用寿命命、随机寿寿命和剩余余寿命。设计寿命:是在设计时时根据标准准定出的，，固定的，，如50年年100年年等。使用寿命:即使用期限限（即实际寿寿命），是与桥梁梁的初始状状况(包括设计、、施工、结结构、材料料等)、使用维维修情况、、自然环境境等诸多因因素都密切切相关的模糊数字。是一个多多种学科交交叉，实践践、理论、、计算全都都用上而不不能给出确确切答案的的问题———热点问题题（使用寿命命预测）。。至今．世界界各国的建建筑物法规规对桥梁使使用期限有有明确规定定的并不多多。随机寿命:是指受某种种外因作用用，突然失失去使用功功能，如火火灾、水灾灾、地震、、违章建筑筑的强制拆拆毁、房屋屋沉陷倒塌塌、超速超超载桥梁跨跨塌等。剩余寿命:即设计寿命命减去使用用寿命，由由于使用寿寿命的不确确定，则不不可能简单单计算，是是建筑工程程的研究热热点之一，，同上属于于同一问题题。我们最关心心的是对建建筑“健康康”状况的的把握和使使用寿命的的预测。发发现“病情情”如何诊诊治的问题题，即对剩剩余寿命的的预测，检检测评估，，对症下药药——病患患治理。3．

桥梁梁的建设程程序形成一定规规模、满足足使用要求求及安全要要求的建筑筑，必须遵遵循建设程程序，程序序是：规划审批→→论证决策策→设计施施工→竣工工验收→保保养、维维修（加固固）。所谓程序序就包含两两层含义，，既不能缺缺项，也不不能前后颠颠倒。二.我国在在役桥梁的的现状1．工业与民民用建筑我国城镇累累积100余亿平方米米的工业与与民用建筑筑，并且以以每年近6～7个亿平方米米的速度增增长。然而而，现有的的建筑60％以上超期期服役．已已步入老龄龄化或末老老先衰。解解危资金杯杯水车薪，，使解危速速度远低于于增危速度度。大量危危房已成了了沉重的包包袱，房屋屋坍塌而房房毁人亡的的惨锅时有有发生。新新建房屋的的质量事故故也给用户户带来诸多多烦恼．而而且使用寿寿命大为降降低。03年大小的的倒塌事故故500余起。最近北京媒媒体报道说说，统计数数据显示，，我国房屋屋建筑寿命命较短，北北京尤其明明显，平均下来还还不到３００年，仅为为设计寿命命５０年到到７０年的的一半，带病服役役。半官方方的建设部部住宅产业业化促进中中心副主任任童悦仲说说：“我国国城市住宅宅寿命低于于５０年的的情况相当当普遍”，，“使用寿寿命短已成成为我国住住宅的突出出问题”。。2.公路桥桥与铁路桥桥梁截止到2008年，，各种桥型型总和约有有40余万万座。存在安全隐隐患和耐久久性问题的的桥梁占总总数的50%，个别别地方甚至至超过了70%，在在这些桥中中危桥又占占20%——30%，，几万余座之多。•铁路桥梁梁总数41727座座，2637.384km,其中解放放前桥梁6360座座，197.7km,座数和和长度分别别占15.24%和和7.5%。桥梁长长度占全部部线路长度度（7.3万km））的3.61%。•混凝土桥(2245.383km)座座数占全部部桥梁总数数94.38%，钢桥（152.566km)占全部部桥梁总数数4.24%，混合合桥(237.692km)占1.13%，临临时桥(1.743km)占占0.25%。•各种公路路桥梁总数数约36万余座座。急需维修加加固的桥梁梁超过20000座座，总投资资超过1000亿亿，检测、维维修、加固固的经济、、社会价值值，甚至超超过了新桥桥的规划与与建设，该该领域研究究开发具有有光明的前前景。学科科的定位为为：混凝土梁式式桥检测、、评估（安安全、寿命命预测）及及加固。三.结构安安全1.结构安全性性：结构安全性性是一个综综合性的概念、是结构防止破破坏或倒塌的能力力，是结构工程程最重要的的质量指标标。它取决决于结构的的整体稳定性性（牢固性性）、结构构的耐久性性、使用状态、、时间及正常使用用阶段的检测维修，决定于结结构的设计计与施工安安全水准（（标准或目目标）。2.安全全设置水准准：与设计寿命命有关，水水准高寿命命长。与结结构构件安安全水准关关系最大的的二个因素素是：1）规范规规定结构需需要承受多多大的荷载载（荷载标标准值），比如我国国规范自1959年年以来均规规定楼板承承受的活荷荷载是每平平方米150公斤(现已确定定在新的规规范里将改改回到200公斤)，而美、、英则为240和250公斤斤；桥梁的最最不利布载载、车辆类类型等；2)

规范范规定的荷荷载分项系系数与材料料强度分项项系数的大大小，前者是放大的一个系数数，后者是是缩小的一个系数数。尽管我国设设计规范所所设定的安安全贮备较较低，但是是某些工程程的材料用用量反而有有高于国外外同类工程程的，这里里的问题主主要在于设设计墨守陈陈规，在结结构方案、、材料选用用、分析计计算、结构构构造上缺缺乏创新，，以高消耗确确保结构安安全。3.整体牢牢固性：是指结构出出现某处的的局部破坏坏不至于导导致大范围围连续破坏坏倒塌的能能力，或者者说是结构构不应出现现与其原因因不相称的的破坏后果果。结构的整体体牢固性主主要依靠结结构具有良良好的延性性和和必必要要的的冗冗余余度度，木木结结构构、、钢钢结结构构、、砖砖混混及及钢钢混混。汶川川、、玉玉树树大大地地震震造造成成的的巨巨大大伤伤亡亡与与当当地地房房屋屋结结构构缺缺乏乏整整体体牢牢固固性性有有很很大大关关系系。。2001年年石石家家庄庄发发生生故故意意破破坏坏的的恶恶性性爆爆炸炸事事件件(分4次次数数栋栋楼楼房房倒倒塌塌，，死死亡亡108人人、、伤伤38人人）。。4.结结构构的的耐耐久久性性（（T)：：是工工程程结结构构使使用用期期内内结结构构保保持持正正常常功功能能的的能能力力，，这这一一正正常常功功能能包包括括结结构构的安安全全性性和和结结构构的的适适用用性性，，而而且且更更多多地地体体现现在在适适用用性性上上。。注：：结构构耐耐久久性性、、强强度度及及使使用用寿寿命命的的关关系系：：强强度度是是指指结结构构承承载载能能力力的的瞬瞬间间指指标标，，耐耐久久性性是是与与使使用用的的荷荷载载（（静静载载或或动动载载））和和环环境境条条件件相相关关的的延延时时性性（（时时间间））定定性性指指标标，，与使使用用寿寿命命紧紧密密相相关关。以以往往注注重重强强度度忽忽视视耐耐久久性性的的研研究究，，导导致致大大量量的的结结构构安安全全隐隐患患，，是是造造成成建建筑筑病病害害的的主主要要原原因因之之一一（（如如干干湿湿、、冻冻融融等等大大气气侵侵蚀蚀以以及及工工程程周周围围水水、、土土中中有有害害化化学学介介质质侵侵蚀蚀，，导导致致混凝凝土土炭炭化化等的的耐耐久久性性要要求求则则相相对对考考虑虑较较少少））。。问题题：：结构构耐耐久久性性的的研研究究是是进进行行桥桥梁梁健健康康评评价价和和剩剩余余寿寿命命研研究究的的重重要要课课题题之之一一。。#砼碳碳化化指指砼砼中中的的Ca(OH)2与空空气气中中CO2或水水中中的的CO2或其其它它酸性性物物质质反应应变变成成CaCO3而失失去去碱性性的过过程程，，Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O。砼砼的的碳碳化化值值指指砼砼自自表表面面的的碳化化深深度度。它它是是确确定定钢钢筋筋保保护护层层厚厚度度的的依依据据。。当当砼砼失失去去碱碱性性环环境境，，钢钢筋筋就就易易锈锈蚀蚀膨膨胀胀并并胀胀裂裂砼砼，，最最终终削削弱弱砼砼对对钢钢筋筋的的握握裹裹力力，，导导至至钢钢筋筋砼砼构构件件的的破破坏坏，碳碳化化与与地地区区与与环环境境关关系系密密切切。。5.结结构构的的可可靠靠性性：：包括括安安全全性性、、适适用用性性和和耐耐久久性性三三项项要要素素，，是是衡衡量量结结构构稳稳定定的的综合合性性定定性性指标。6.

结构可可靠度：结构在规定的的时间内（设计基准期50年），在规定的的条件下（正常设计、正正常施工和正正常的使用条条件，不包括括人为的过失失影响），完成预定定功能（能承受在正常常施工和正常常使用时可能能出现的各种种作用的能力力——即安全全性）的概率，是结构可靠靠性的概率度度量——模糊预测。结构安全是一一个综合指标标，是变量。以桥梁为例例是随着荷载载增加、交通通量增加而降降低，随结构构物的使用年年限而降低（（材料碳化、、老化）。构构件或单元结结构的安全性性关联整体安安全，如前面面桥梁倒塌、、破坏实例。。问题：桥梁结结构可靠度的的研究四.桥梁检测测评估的主要要问题1、目前旧桥桥的检测评估估仍处于半经经验、半理论论状态，其计计算分析的理理论依据还不不甚完善，对对其评定方法法的研究迫在在眉睫。2、损伤识别（就就诊）是旧桥评定的的基础工作，，但目前的损损伤识别理论论距实际应用用尚有一定的的距离。高灵灵敏度的损伤伤识别指标、、传感器优化化布置、误差差分析等问题题需进一步研研究。3、剩余极限承载载力评定是旧桥加加固工作的关关键步骤，目目前的理论不能准确的的计算结构的的剩余极限承承载力。利用用损伤识别的的结果，结合人人工检测的手手段，查明材材料退化情况况，以此作为为基础来分析剩剩余承载力，，是研究承载载力的一种方方法。4、目前的检检测手段还有有待于完善，，如：预应力力钢绞线的锈锈蚀程度量测、锚头头的锈蚀无损损探测等。5、建立完善善的检测、评评估及加固构构架体系。6、安全监测和剩剩余寿命预测测，是该领域的的难点和研究究方向。第二部分桥桥梁检测内容容与方法综述述目前，桥梁的的检测评估技技术发展很快快，尤其是无损检测新技术的应用用，如:X射射线（物探技术））、红外成像、雷雷达探测、固固定激光全桥桥扫描技术、、精确差分GPS监测桥桥梁变形技术术（边坡监测技技术）、超声波磁性裂裂纹分析法、、电磁法测钢钢筋锈蚀等技技术在桥梁结结构检测中得得到了充分应应用，提高了了测试的精度度和准确性。。是评价依据。。一.桥梁检测测主要内容与室内试验不同，室内试验是指对材材料的试块或或构件的力学学性能验证，，如抗压、抗抗折、抗拉、、抗剪、抗弯弯及抗渗等。。检测是指对实体构筑物的力学功能的的现场检验(试验），检检验的主要内内容包括：强强度、混凝土土裂缝（长度度、宽度、深深度、间距、、位置、方向向和形状等））、混凝土炭炭化深度等。。另外，桥梁梁还有两项重重要的检测内内容：动载检测（试验））和静载检测（试验））。二、桥梁检测测方法简介（实体强度与与试件强度））1.回弹法（间接）回弹法是用回回弹仪弹击混混凝土表面,由仪器重锤锤回弹能量的的变化,反映映混凝土的弹弹性和塑性性性质,测量混凝土的表面面硬度来推算抗压强强度,是混凝凝土桥梁现场场检测中常用用的一种非破破损试验方法法.我国已编编制了《回弹弹法评定混凝凝土抗压强度度技术规程》》ＧＪ/Ｔ23—92(正在使用)，属估算.回弹法的主要要优点是:仪仪器构造简单单,方法易于于掌握,检测测效率高,费费用低廉,影影响因素较少少,几十年来来回弹法已成成为结构混凝凝土检测中最最常用的一种种无损检测方法。但还存在一定定不足:回弹弹值受碳化深深度、测试角角度的影响,石子种类对对其也有影响响,要对回弹弹值进行不同同的修正.对对存在有质量量疑问区域的的混凝土,需需用其它方法法进行进一步步检测。*混凝土强度度的影响因素素:裂隙（空空隙）、级配配、密实度、、骨料及水泥泥种类等。人们通过试验验发现，混凝凝上的强度与与其表面硬度度存在内在联联系．通过测测量混凝土表表面硬度，来来推定混凝土抗压强强度，可作为混凝土土强度检验的的辅助手段。由瑞士科学家家史密特发明明了回弹仪。。回弹法的基本本原理：是使使用回弹仪的的弹击拉簧驱驱动仪器内的的弹击重锤，，通过中心导导杆，弹击混混凝土的表面面．并测出重重锤回弹的距距离．以反弹弹距离与弹簧簧初始长度之之比为回弹值值．由其与混混凝土强度的的相关关系来来推定混凝土土抗压强度。。2.超声脉冲冲法用超声脉冲法法检测混凝土土强度是测试试超声波在混混凝土中的传播参数(声速、衰减减等)，找出出混凝土抗压压强度与这些些参数的关系系，确定其抗抗压强度。也也可应用于桩桩基检测。混凝土是各向向异性的多相复合材料料，内部存在广广泛分布的砂砂浆与骨料的的界面和各种种缺陷(微裂裂、蜂窝、孔孔洞等)，使使超声波在混混凝土中的传传播要比在均均匀介质中复复杂得多,产产生反射、折折射和散射现现象，并出现现较大衰减。。因此，超声声脉冲法检测测混凝土强度度虽然能够检检测出混凝土土内部存在的的问题，但是是对测