桥梁病害专题知识专家讲座

桥梁结构病害分析与改造加固设计哈尔滨工业大学张树仁教授年1月0哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第1页

我国桥梁改造加固任务繁重，据交通部统计至年底，全国公路网中还有危桥10443座，378439延米。要实现交通部规划年底基本毁灭国、省干线公路危桥目标，所需资金约为90亿元。中国桥梁改造加固市场巨大潜力，吸引了国内外众多有远见卓识工程技术人员和企业家把注意力转移到这方面来，国外先进加固技术大量涌进中国加固市场，各种加固企业像雨后春笋对应而生，成功地创建了一批桥梁改造加固优异范例，推进了我国桥梁改造工作发展。提升桥梁改造加固设计质量，是确保加固工程质量前提和基础。桥梁改造加固设计是比新建桥梁设计复杂得多系统工程。我国当前情况是“有实力大设计院无暇顾及，不愿意干，技术力量较差小型设计单位又干不了”，桥梁改造加固设计基本上由科研单位、高等院校和。年1月1哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第2页各类专业企业来负担。各类专业企业技术水平差异较大，值得庆幸是，近几年来我国确已出现一批技术能力较高专业化加固企业，完成一批桥梁加固工程优异范例，他们代表了中国桥梁改造加固主导方向。不过，有些专业企业以销售加固材料为主，业务单一，对桥梁加固设计不熟悉。桥梁改造加固设计审核制度不规范，没有明确加固设计资质要求，桥梁加固设计市场管理混乱。整理和规范桥梁加固市场，提升桥梁改造加固设计质量是提升桥梁改造加固工程质量主要办法之一。从技术角度分析，当前我国桥梁改造加固设计存在主要问题是：（1）基层养护管理和设计部门，桥梁病害诊疗技术力量微弱，桥梁检测伎俩落后。桥梁病害诊疗是进行桥梁加固设计前提和基础，只有诊疗清楚，才能对症下药。桥梁检测是桥梁病害诊疗与分析主要伎俩，检测应重在年1月2哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第3页分析，并应与桥梁加固设计相结合。（2）考虑结构损伤影响承载力评定方法还不够完善。（3）桥梁改造加固总体设计方案设计思绪不够开阔，应用技术单一，设计深度不够。（4）个别桥梁加固设计生搬硬套国外或国内其它行业设计方法，忽略了桥梁带载加固分阶段受力特点。有些加固设计只做宏观定性分析，缺乏科学地定量分析计算，设计带有很大随意性。针对我国当前桥梁改造加固加固市场混乱局面，加强桥梁养护、管理及设计与施工技术队伍建设是整理桥梁加固市场主要内容之一。尤其是在全国基层桥梁养护、管理及设计与施工人员中，普及桥梁病害诊疗与加固设计知识是十分必要。年1月3哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第4页第一章桥梁病害诊疗第二章混凝土结构承载能力及耐久性评定第三章桥梁改造加固方案设计第四章桥梁加固微弱受弯构件设计计算讲授提要年1月4哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第5页第一章桥梁病害诊疗§1-1环境原因引发混凝土结构损伤或破坏§1-2混凝土结构裂缝分析基本内容年1月5哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第6页混凝土结构病害表现形式各种多样，引发病害原因错综复杂，从引发病害原因来分析，能够将其划分为两大类：第一类为由环境作用引发混凝土结构损伤与破坏。因为混凝土缺点（比如裂隙、孔道、汽泡、孔穴等），环境中水及侵蚀性介质就可能渗透混凝土内部，与混凝土中一些成份发生化学、物理反应，引发混凝土损伤，影响结构受力性能和耐久性。第二类为由荷载作用或设计、施工不妥造成混凝土结构损伤。比如，因为超载作用引发裂缝，动力冲击作用引发疲劳破坏。结构办法和施工方法不妥引发结构裂缝等。第一章桥梁病害诊疗年1月6哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第7页§1-1环境原因引发混凝土结构损伤或破坏1混凝土碳化混凝土碳化是指混凝土中氢氧化钙与渗透进混凝土中二氧化碳或其它酸性气体发生化学反应过程。普通情况下混凝土呈碱性，在钢筋表面形成碱性薄膜，保护钢筋免遭酸性介质侵蚀，起到了“钝化”保护作用。碳化实质是混凝土中性化，使混凝土碱性降低，钝化膜破坏，在水分和其它有害介质侵入情况下，钢筋就会发生锈蚀。2氯离子侵蚀氯离子对混凝土侵蚀是氯离子从外界环境侵入已硬化混凝土造成。海水是氯离子主要起源，北方严寒地域冬季道路

、桥面撒盐化雪除冰都有可能使氯离子渗透混凝土中。氯离子对混凝土侵蚀属于化学侵蚀，对结构危害是多方面，但最终表现为钢筋锈蚀。第一章桥梁病害诊疗年1月7哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第8页§1-1环境原因引发混凝土结构损伤或破坏3碱—骨料反应碱—骨料反应普通指水泥中碱和骨料中活性硅发生反应，生成碱—硅酸盐凝胶，并吸水产生膨胀压力，造成混凝土开裂。碱—骨料反应引发混凝土结构破坏程度，比其它耐久性破坏发展更加快，后果更为严重。碱—骨料反应一旦发生，极难加以控制，普通不到两年就会使结构出现显著开裂，所以有时也称碱骨料反应是混凝土结构“癌症”。碱—骨料反应破坏最主要特征之一是混凝土表面开裂，裂缝形态与结构中钢筋形成限制和约束状态相关：钢筋限制、约束力强混凝土形成顺筋裂缝；钢筋限制约束作用弱混凝土形成网状或地图状裂缝，在裂缝处有白色凝胶物渗出。碱—骨料反应裂缝与其它原因裂缝主要区分是：第一章桥梁病害诊疗年1月8哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第9页§1-1环境原因引发混凝土结构损伤或破坏①碱—骨料反应引发混凝土局部膨胀，裂缝两个边缘出现不平状态（错台）；是碱骨料反应裂缝特有现象；②碱—骨料反应与环境湿度相关，在同一工程中潮湿部位出现裂缝，而干燥部位却安然无恙，是碱—骨料反应裂缝区分与其它原因裂缝外观特征差异之一。③从裂缝出现时间来判断，碱—骨料反应裂缝出现时间较晚，多在施工后5~10年内出现，而混凝土收缩裂缝出现时间较早，普通在施工后若干天内出现。4冻融循环破坏渗透混凝土中水在低温下结冰膨胀，从内部破坏混凝土微观结构。经屡次冻融循环后，损伤积累将使混凝土剥落酥裂，强度降低。冻融循环破坏混凝土第一章桥梁病害诊疗年1月9哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第10页§1-1环境原因引发混凝土结构损伤或破坏剥落，开始时在混凝土表面出现粒径为2-3mm小片剥落，伴随使用年限增加，剥落量及剥落块直径增大，剥落由表及里，发展速度很快。一经发觉冻融引发混凝土剥落，必需亲密注意剥落发展情况，及时采取修补办法。北方地域采取撒盐除冰，因为盐类与冻融循环共同作用引发盐冻破坏是冻融循环破坏一个特殊形式。盐冻破坏是静水压及盐溶液渗透压和结晶压共同作用结果，所以，盐冻破坏要比单纯冻融破坏严酷得多。盐冻破坏区分于其它破坏形式主要特征是：

①表面分层剥落，骨料暴露，但剥落层下面混凝土完好；②破坏速度快，对未采取防盐冻办法而使除冰盐者，第一章桥梁病害诊疗年1月10哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第11页§1-1环境原因引发混凝土结构损伤或破坏

少则一冬，多则几冬，即可产生严重盐冻破坏；③在没有干扰剥蚀表面或裂缝中可见到白色盐结晶体；5钢筋锈蚀混凝土中钢筋腐蚀首要条件是钝化膜坏，混凝土碳化及氯离子侵蚀都会造成覆盖钢筋表面碱性钝化膜破坏，加之有水分和氧侵入，就可能引发钢筋腐蚀。钢筋腐蚀伴有体积膨胀，使混凝土出现沿钢筋纵向裂缝，造成钢筋与混凝土之间粘结力破坏，钢筋截面面积降低，使结构构件承载力降低，变形和裂缝增大等一系列不良后果，并伴随时间推移，腐蚀会逐步恶化，最终可能造成结构完全破坏。第一章桥梁病害诊疗年1月11哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第12页§1-1环境原因引发混凝土结构损伤或破坏值得注意是，上述全部侵蚀混凝土和钢筋作用都需要有水作介质。另首先，几乎全部侵蚀作用对混凝土结构破坏都与侵蚀作用引发混凝土膨胀，最终造成混凝土开裂相关。而且当混凝土结构开裂后，腐蚀速度将大大加紧。形成造成混凝土结构耐久性深入退化恶化循环。所以，对新建结构而言，提升混凝土结构耐久性基本路径是增强混凝土密实度，预防和控制混凝土开裂，阻止水分侵入；加大混凝土保护层厚度，预防因为混凝土保护层碳化引发钢筋钝化膜破坏。对于在役结构而言，提升混凝土结构耐久性基本思绪是在去除病害根源基础上，封堵裂缝，修补破损混凝土；增设防水层，预防水分侵入。第一章桥梁病害诊疗年1月12哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第13页§1-2混凝土结构裂缝分析实践表明，混凝土结构任何损伤与破坏，普通都是首先在混凝土中出现裂缝，裂缝是反应混凝土结构病害晴雨表。所以，对混凝土结构损伤检测，首先应从对结构裂缝调查、检测与分析入手。混凝土结构裂缝是由材料内部初始缺点、微裂缝扩展而引发。引发裂缝原因很多，但可归纳为两大类：第一类：由外荷载引发裂缝，称为结构性裂缝（又称为受力裂缝），其裂缝分布及宽度与外荷载相关。这种裂缝出现，预示结构承载力可能不足或存在其它严重问题。第一章桥梁病害诊疗年1月13哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第14页§1-2混凝土结构裂缝分析第二类：由变形引发裂缝，称为非结构性裂缝，如温度改变、混凝土收缩等原因引发结构变形受到限制时，在结构内部就会产生拉应力，当此应力到达混凝土抗拉强度极限值时，即会引发混凝土裂缝，裂缝一旦出现，变形得到释放，拉应力也就消失了。两类裂缝有显著区分，危害效果也不相同，有时两类裂缝融在一起。调查资料表明，在两类裂缝中以变形引发裂缝占主导约占80%；以荷载引发裂缝占主导约占20%。对裂缝原因分析是裂缝危害性评定，裂缝修补和加固依据，若对裂缝不经分析研究就盲目进行处理，不但达不到预期效果，还可能潜藏着突发性事故危险。第一章桥梁病害诊疗年1月14哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第15页§1-2混凝土结构裂缝分析1．结构性裂缝（受力裂缝）众所周知，混凝土抗拉强度很低，抗拉极限应变大约为第一章桥梁病害诊疗换句话说，混凝土即将开裂瞬间，钢筋应力只有

实际上，在正常使用阶段钢筋应力远大于此值，所以说在正常使用阶段钢筋混凝土结构出现裂缝是避不可免。因而，习惯上又将这种裂缝称为正常裂缝。实践证实，在正常条件下，裂缝宽度小于0.3mm时，钢筋不致生锈。为确保安全，允许裂缝宽度还应年1月15哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第16页小一些。新颁布<公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范>JTGD62-（以下简称<桥规JTGD62>）要求：钢筋混凝土构件计算特征裂缝宽度不应超出以下要求限值：Ⅰ类及Ⅱ类环境0.2mmⅢ类及Ⅳ类环境0.15mm图1-1所表示为钢筋混凝土简支梁经典结构性裂缝分布示意图。第一章桥梁病害诊疗§1-2混凝土结构裂缝分析图1-1钢筋混凝土梁结构裂缝年1月16哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第17页图1-1中①所表示跨中截面附近下缘受拉区竖向裂缝，是最常见结构性裂缝。在正常设计和使用情况下，裂缝宽度不大，间距较密，分布均匀。若竖直裂缝宽度过大，预示结构正截面承载力不足；图1-1中②所表示为支点（或腹板宽度改变处）附近截面由主拉应力引发斜裂缝。在正常设计和使用情况下极少出现斜裂缝，即使出现裂缝宽度也很小。若斜裂缝宽度过大，预示结构斜截面承载力不足，存在发生斜截面脆性破坏潜在危险，应引发足够重视。另外，钢筋混凝土墩柱受压构件因为纵向压力过大引发纵向裂缝、预应力筋锚固区因为局部应力过大引发劈裂裂缝等都属于结构性裂缝。第一章桥梁病害诊疗§1-2混凝土结构裂缝分析年1月17哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第18页有些结构性裂缝（受力裂缝）是由设计错误和施工方法不妥所造成。比如：钢筋锚固长度不足、计算图式与实际受力不符、次内力考虑不全方面和施工安装构件支承吊点错误等都能够使构件产生裂缝。在超静结构中基础不均匀沉降，将引发结构内力改变，可能造成结构出现裂缝。基础不均沉降引发上部结构裂缝，实质上是属于结构性裂缝（受力裂缝）范围，裂缝分布和宽度与结构形式、基础不均沉降情况及大小等各种原因相关。这种裂缝对结构安全性影响很大，应在基础不均匀沉降停顿或采取加固地基方法消除后，才能进行上部结构裂缝处理。第一章桥梁病害诊疗§1-2混凝土结构裂缝分析年1月18哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第19页2．非结构性裂缝混凝土非结构性裂缝依据其形成时间可分为：混凝土硬化前裂缝、硬化过程裂缝和完全硬化后裂缝。非结构性裂缝产生受混凝土材料组成、浇筑方法，养护条件和使用环境等等各种原因影响。（1）收缩裂缝在混凝土凝固过程中，因为多出水分蒸发，引发混凝土体积缩小称为干缩。同时，水泥与水起水化作用逐步硬化而形成水泥骨架不停紧密，引发混凝土体积缩小称为凝缩。收缩中以干缩为主，占总收缩量8/10~9/10。收缩量随时间增加而不停加大，早期收缩较快，尔后日趋迟缓。普通混凝土在标准状态下极限收缩变形约为(3~4)×10－4。第一章桥梁病害诊疗§1-2混凝土结构裂缝分析年1月19哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第20页当混凝土成形后，表面水份蒸发，这种水份蒸发总是由表及里逐步发展，截面内外温度不等，内外收缩量不一样。混凝土表面收缩变形受到混凝土内部约束或其它约束限制时，即在混凝土中产生拉应力，引发混凝土开裂。尤其是混凝土早期养护不妥，混凝土表面直接收到风吹日晒影响，表面水份蒸发过快，产生较大拉应力，混凝土早期强底低，很轻易出现收缩裂缝。收缩裂缝发生在混凝土面层，裂缝浅而细，宽度多在0.05~0.2mm之间。对板类构件多沿短边方向，均匀分布于相邻两根钢筋之间，方向与钢筋平行。对高度较大钢筋混凝土梁，因为腰部水平钢筋间距过大，在腰部（或腹板）产生竖向收缩裂缝，但多集中在构件中部，第一章桥梁病害诊疗§1-2混凝土结构裂缝分析年1月20哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第21页中间宽两头细，至梁上、下缘附近逐步消失，梁底普通没有裂缝。大致积混凝土在平面部位收缩裂缝较多，侧面也有所见。收缩裂缝对构件承载力影响不大，主要影响影响结构外观和耐久性。（2）温度裂缝钢筋混凝土结构伴随温度改变将产生热胀冷缩变形，这种温度变形受到约束时，在混凝土内部就会产生拉应力，当此应力到达混凝土抗拉强度极限值时，即会引发混凝土裂缝，这种裂缝称为温度裂缝。按结构温度场不一样、温度变形、温度应力不一样，温度裂缝可分为三种类型：①截面均匀温差裂缝第一章桥梁病害诊疗§1-2混凝土结构裂缝分析年1月21哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第22页普通桥梁结构为杆件体系长细结构，当温度改变时，构件截面受到均匀温差作用，可忽略横截面两个方向变形，只考虑沿梁长度方向温度变形，当这种变形受到约束时，在混凝土内部就会产生拉应力，出现裂缝。比如：连续梁预留伸缩缝伸缩量过小，或有施工时散落混凝土碎块等杂物嵌入伸缩缝，或堆集于支座处没有及时清理，使伸缩缝和支座失灵等，当温度急剧改变时，结构伸长受到约束，上部桥跨结构就会出现这种截面均匀温差裂缝，严重者还可能造成墩台破坏。②截面上、下温差裂缝以桥梁结构中大量采取箱形梁为例，当外界温度骤然第一章桥梁病害诊疗§1-2混凝土结构裂缝分析年1月22哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第23页改变时，会造成箱内外温度差，考虑到桥梁为长细结构，能够认为在沿梁长方向箱内外温差是一致，沿水平横向没有温差。将三维热传导问题简化为沿梁竖向温度梯度来确定，普通假设梁截面高度方向、温差呈线性改变。在这种温差作用下，梁不但有轴向变形，还伴随产生弯曲变形。梁弯曲变形在超静定结构中不但引发结构位移，而且因多出约束存在，还要产生结构内部温度应力。当上、下温差变形产生应力到达混凝土抗拉强度极限值时，混凝土就要出现裂缝，这种裂缝称为截面上、下温差裂缝。第一章桥梁病害诊疗§1-2混凝土结构裂缝分析年1月23哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第24页③截面内外温差裂缝水泥在水化过程产生一定水化热，其大部分热量是在混凝土浇筑后3天以内放出。大致积混凝土产生大量水化热不轻易散发，内部温度不停上升，而混凝土表层散热较快，使截面内部产生非线性温度差。另外，预制构件采取蒸气养护时，因为混凝土升温或降温过快，致使混凝土表面猛烈升温或降温，也会使截面内部产生非线性温度差。在这种截面内外温差作用下，结构将产生弯曲变形，截面纵向纤维因温差伸长将受到约束，产生温度自应力。对超静定结构还会产生阻止挠曲变形约束应力。有时此温度应力是相当大，尤其是混凝土早期强度比较较低，很轻易造成混凝土裂缝。第一章桥梁病害诊疗§1-2混凝土结构裂缝分析年1月24哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第25页混凝土温度裂缝有以下特点：①裂缝发生在板上时，多为贯通裂缝；发生在梁上多为表面裂缝。②梁板式结构或长度较大结构，裂缝多是平行于短边。③大面积结构（比如桥面铺装）裂缝多是纵横交织。④裂缝宽度大小不一，且沿结构全长没有多大改变。预防温度裂缝主要办法是合理设置温度伸缩缝，在混凝土组成材料中掺入适量磨细粉煤灰，降低水化热，加强混凝土养护，严格控制升温和降温速度。第一章桥梁病害诊疗§1-2混凝土结构裂缝分析年1月25哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第26页第二章混凝土结构承载能力及耐久性评定§2-1在役混凝土结构承载能力与耐久性评定基本概念§2-2考虑钢筋腐蚀影响承载能力评定方法基本内容年1月26哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第27页§2-1在役混凝土结构承载能力与耐久性评定基本概念混凝土结构受到损伤后，需要对结构损伤原因和程度进行分析，对损伤对结构承载能力及耐久性影响进行评定，其主要内容是：①考虑结构损伤影响承载能力评定②在役结构剩下使用寿命评定在评定分析基础上，依据经济技术条件，制订科学维修加固方案，提出结构处理办法。评定现有结构安全可靠性关键问题是确定考虑结构病害损伤后结构承载能力。桥梁结构承载能力评定通常采取以下三个路径：①依据相关规范要求对照桥梁存在缺点及病害进行综合评定比如我国<公路养护技术规范>中对桥梁技术状态标准和裂缝宽度，都做了要求。依此标准将桥梁技术情况划分为四类。公路养护第二章混凝土结构承载能力及耐久性评定年1月27哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第28页§2-1在役混凝土结构承载能力与耐久性评定基本概念管理部门推广使用<桥梁技术情况评定教授系统>也属于综合评定方法，这种评定方法只能给出宏观分析结果。②现场荷载试验评定方法经过现场荷载试验（静载试验和动载试验）可直接检测结构实际承载力。荷载试验与理论计算分析相结合是比较符合实际承载力评定方法，但试验设备复杂，技术难度高，经费支出大，当前尚难以大规模推广应用。③理论计算分析评定方法在现场调查和病害检测分析基础上，考虑结构病害、损伤影响，按现行规范计算结构承载力是国内采取承载力评定主要方法。第二章混凝土结构承载能力及耐久性评定年1月28哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第29页§2-1在役混凝土结构承载能力与耐久性评定基本概念结构剩下使用寿命预测是耐久性评定关键内容。结构剩下寿命系指在不加维修或正常维修及正常使用条件下，结构可能继续使用年限。钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性和使用寿命主要原因，所以，普通将钢筋锈蚀作为判断混凝土结构使用寿命终止标准。混凝土结构剩下寿命评定是个当前还未很好处理科研课题，它包括到钢筋锈蚀破坏机理和钢筋锈蚀胀力模型研究和耐久性终止标准确实定。当前，对在役结构耐久性评定和剩下寿命预测，大多还是依赖有经验工程技术人员作出经验性评价和处理意见。第二章混凝土结构承载能力及耐久性评定年1月29哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第30页§2-2考虑钢筋腐蚀影响承载能力评定方法1、钢筋锈蚀对结构承载力影响混凝土中钢筋腐蚀是造成混凝土结构损伤，影响结构承载能力最主要原因，其主要表现是：①钢筋腐蚀后，使钢筋有效截面面积降低；②钢筋腐蚀后，力学性能劣化，强度降低；③钢筋腐蚀后，混凝土保护层开裂甚至脱落，使混凝土有效断面降低；④钢筋腐蚀后，钢筋与混凝土之间粘结性能退化，影响钢筋与混凝土共同工作。（1）腐蚀钢筋屈服强度和极限强度钢筋腐蚀对其力学性能影响取决于腐蚀程度。试验研究表明，腐蚀钢筋屈服强度与对应截面损失率之间关系，基本上服从线性关系。第二章混凝土结构承载能力及耐久性评定年1月30哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第31页§2-2考虑钢筋腐蚀影响承载能力评定方法牛荻涛[]在综合分析试验资料基础上，给出了腐蚀钢筋实际屈服强度和极限强度计算表示式为第二章混凝土结构承载能力及耐久性评定（2-1）

（2-2）

年1月31哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第32页§2-2考虑钢筋腐蚀影响承载能力评定方法（2）腐蚀钢筋与混凝土之间粘结性能退化对承载力影响。混凝土中钢筋腐蚀后，在钢筋与混凝土接口上生成疏松锈层，破坏钢筋表面与混凝土之间化学胶结力，并降低了钢筋与混凝土之间摩擦力；对变形钢筋横肋锈蚀将降低钢筋和混凝土之间机械咬协力，保护层混凝土锈胀开裂甚至脱落，则降低外围混凝土对钢筋约束，全部这些原因都将造成钢筋与混凝土之间粘结性能退化。钢筋腐蚀引发钢筋与混凝土之间粘结性能退化，将造成钢筋与混凝土不能很好协同工作。钢筋发生严重腐蚀时，钢筋与混凝土之间粘结力显著降低，钢筋与混凝土之间共同工作能力减弱，梁受力第二章混凝土结构承载能力及耐久性评定年1月32哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第33页§2-2考虑钢筋腐蚀影响承载能力评定方法

特征靠近于无粘结预应力拉杆或配有普通钢筋无粘结预应力梁。因为当前人们对钢筋腐蚀引发粘结力退化规律及其对受拉钢筋强度发挥影响程度还不十分清楚，所以，现今只能用一个协同工作降低系数来考虑粘结退化影响。协同工作降低系数与钢筋锈蚀量或锈胀裂缝宽度相关。冶金建筑科学研究院试验研究表明，钢筋截面损失率大于10%时，钢筋与混凝土之间粘着力显著降低，应考虑钢筋与混凝土协同工作降低系数影响，提议将其承载力乘以0.8~0.9系数。2、考虑钢筋腐蚀影响承载能力计算（1）正截面抗弯承载力按<桥规JTGD62>要求，构件承载能力极限状态基本方程式为：第二章混凝土结构承载能力及耐久性评定年1月33哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第34页§2-2考虑钢筋腐蚀影响承载能力评定方法第二章混凝土结构承载能力及耐久性评定（2-3）

年1月34哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第35页§2-2考虑钢筋腐蚀影响承载能力评定方法对使用多年在役结构进行承载能力评定时，应考虑钢筋腐蚀影响。其承载力计算基本方程与普通钢筋混凝土构件基本相同，只是在计算钢筋应力项时，应采取腐蚀钢筋实际屈服强度和腐蚀后有效截面积，并计入协同工作降低系数，考虑钢筋与混凝土之间粘结性能退化影响。

考虑钢筋锈蚀影响受弯构件正截面承载力计算基本方程可由内力平衡条件求得第二章混凝土结构承载能力及耐久性评定年1月35哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第36页§2-2考虑钢筋腐蚀影响承载能力评定方法第二章混凝土结构承载能力及耐久性评定图2-1考虑钢筋腐蚀影响受弯构件正截面承载力计算简图年1月36哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第37页§2-2考虑钢筋腐蚀影响承载能力评定方法第二章混凝土结构承载能力及耐久性评定（2-4）

（2-5）

公式适用条件是

（2-6）

年1月37哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第38页§2-2考虑钢筋腐蚀影响承载能力评定方法第二章混凝土结构承载能力及耐久性评定（2-7）年1月38哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第39页§2-2考虑钢筋腐蚀影响承载能力评定方法应该指出，公式（2-4）和（2-5）是针对受拉钢筋腐蚀单筋T形截面导出，因为计算中不考虑受拉区混凝土抗拉作用，所以，在公式中未计入钢筋腐蚀引发混凝土截面损伤。假如受压区混凝土截面损失较大时，则应考虑其对承载力影响。2、斜截面抗剪承载力对在役结构斜截面抗剪承载力计算，应考虑斜裂缝对混凝土抗剪承载力影响，及钢筋锈蚀对箍筋和弯起钢筋抗剪承载力影响。斜截面抗剪承载力计算表示式可改写为以下形式。第二章混凝土结构承载能力及耐久性评定年1月39哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第40页§2-2考虑钢筋腐蚀影响承载能力评定方法第二章混凝土结构承载能力及耐久性评定（2-10）（2-9）（2-8）年1月40哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第41页§2-2考虑钢筋腐蚀影响承载能力评定方法第二章混凝土结构承载能力及耐久性评定年1月41哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第42页第三章桥梁改造加固方案设计

§3-1桥梁改造加固方案设计标准§3-2型桥梁加固方案评述基本内容年1月42哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第43页基本内容在对桥梁结构病害检测分析和判定评定基础上，依据技术经济条件和使用要求，有针对性地制订加固方案。年1月43哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第44页§3-1桥梁改造加固方案设计标准1．分清加固性质依据桥梁病害检测分析和判定评定结果，桥梁结构加固设计应分为：承载力加固（强度加固）、使用功效加固（刚度加固）和耐久性加固等三种情况。承载力加固是确保结构安全工作基础，是桥梁改造加固设计关键内容，其内容包含正截面抗弯承载力加固和斜截面抗剪承载力两部分。承载力加固应考虑分阶段受力特点，注意新加补强材料与原结构整体工作。使用功效加固是确保桥梁正常工作需要，主要是对活载变形或振动过大构件，加大截面尺寸，增加截面刚度，以满足结构使用功效要求。第三章桥梁改造加固方案设计年1月44哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第45页§3-1桥梁改造加固方案设计标准耐久性加固是指对结构损伤部位进行修复和补强，以阻止结构损伤部分性能继续恶化，消除损伤隐患，提升结构可靠性，提升结构使用功效，延长结构使用寿命。2．桥梁加固与加宽设计相结合在公路改造设计中，很多情况下桥梁加固和加宽是同时进行。在加宽宽度不大情况下，尽可能将加宽部分与原桥连为一体，使新旧桥共同工作，利用新加宽部分，调整原桥内力，减轻原梁负担，间接到达加固补强目标。第三章桥梁改造加固方案设计年1月45哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第46页§3-1桥梁改造加固方案设计标准3．注意各种加固补强方法综合应用

桥梁加固补强方法很多，不过基本上能够划分为两大类：第一类为改变结构体系，调整结构内力、减轻原梁负担。比如：加斜撑降低梁跨度、简支梁改为连续结构、增加纵梁数目、调换梁位、加大新建边梁截面尺寸，调整横向分布系数，减轻原梁负担等。第二类为加大截面尺寸和配筋，加固微弱构件。对微弱构件进行加固补强方法很多，从作用原理可分为两大类：第三章桥梁改造加固方案设计年1月46哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第47页§3-1桥梁改造加固方案设计标准①在受拉区直接增设抗拉补强材料，比如：补焊钢筋，粘贴钢板，粘贴高强复合纤维（碳纤维、芳纶纤维）等。这种加固方法，设计时，必须考虑桥梁带载加固分阶段受力特点。后加补强材料强度发挥程度受原梁变形限制，普通情况下是达不到其抗拉强度设计值。尤其是采取直接粘贴高强复合纤维加固时，在极限状态下，复合纤维高强抗拉性能根本无法充分发挥作用，“大马拉小车”是一个极大浪费。若不考虑分阶段受力特点，过高预计了后加补强材料作用，设计是不安全。②采取预加力原理进行加固补强，比如：体外预应力加固，韩国M.S企业SRAP加固工艺等。因为预加力作用，改进了原梁应力状态，提升了原梁承载能力和抗裂性能。采取预加力加固，能够充分发挥加固补强材料力学性能，提升了材料利用效率。第三章桥梁改造加固方案设计年1月47哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第48页§3-1桥梁改造加固方案设计标准应该指出，在进行桥梁加固方案设计时，应尤其注意是：在保持原梁截面尺寸不变前提下，采取上述对受拉区进行补强方法，加固后截面所能负担最大承载力是有限。承载力提升幅度取决于原梁配筋率，与所采取加固方法无关。在一些情况下，因为原梁高度较小，相对配筋率较大，单纯采取受拉区加固补强，仍不能满足设计荷载要求时（比如：设计荷载由汽—15，提升到公路Ⅰ级），可采取加厚桥面方法同时对梁受压区加固，增加梁有效高度，亦可到达提升原梁承载力目标。通常作法是结合桥面铺装层维修，采取有效结构办法，第三章桥梁改造加固方案设计年1月48哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第49页§3-1桥梁改造加固方案设计标准加强桥面铺装层与原梁翼板整体连接，设计中可考虑部分桥面铺装层混凝土参加主梁共同工作。另外，桥梁加固设计应注意各种加固方法综合利用，经过调整结构内力，尽可能地减轻原梁负担，将加固补强工作量压缩到最少。第三章桥梁改造加固方案设计年1月49哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第50页§3-2典型桥梁加固方案评述1．鞍千9号桥加固设计设计单位：原哈尔滨建筑工程学院实施时间：1987年（1）原桥基本情况和加固设计要求鞍千9号桥位于辽宁省鞍山至千山公路上见图3－1，原桥为跨径L=12m单跨二梁式钢筋混凝土简支梁桥，设计荷载为汽—15，挂—80，桥面净空为净—7，下部结构为座落于岩盘上沉井基础，重力式混凝土桥台。鞍千公路扩建为二级路，路基宽度为12m，行车道宽度为9m，在桥位处道路双侧加宽，桥面净空为净－9+2×1.5m，桥梁设计荷载提升为汽—20，挂—100。第三章桥梁改造加固方案设计年1月50哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第51页§3-2型桥梁加固方案评述（2）桥梁现场调查和承载力检算现场检测发觉，原梁混凝土质量良好，未有发觉可见裂缝，实测混凝土强度在26Mpa以上。经检算原梁能够满足原设计荷载汽—15，挂—80要求。但距汽—20，挂—100要求，正截面承载力相差约15%。查阅原设计图纸和现场实际查对，原桥为座落于岩盘上小沉井基础，桥台混凝土质量良好，经检算认为原桥基础含有较大超载潜力。第三章桥梁改造加固方案设计年1月51哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第52页§3-2型桥梁加固方案评述（3）加固设计关键点

①利用原桥基础承载潜力，采取插入锚固钢筋，加大桥台盖梁悬臂长度。②新加宽部分与原梁整体工作，适当加大新增主梁截面尺寸，增加边梁刚度，调整荷载横向分布系数，减轻原梁负担。为了加强新加宽部分与原梁整体工作，将原梁悬臂混凝土凿掉50cm，露出悬臂钢筋与新加宽部分桥面板钢筋焊接；在支点和跨中增设连接横梁。③去除原桥面铺装层，全桥统一加铺10cm厚桥面铺装混凝土，为了加强新旧混凝土之间连接，将原桥面顶面凿成齿槽，确保新旧混凝土共同工作。计入6cm桥面铺装层参加主梁工作，即梁有效高度增加6cm。第三章桥梁改造加固方案设计年1月52哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第53页§3-2型桥梁加固方案评述（4）方案评述①该方案充分利用了原桥沉井基础承载潜力，采取插入锚固钢筋，接长墩台盖梁悬臂，节约了大量下部结构工量费用。②采取加大新建边梁刚度，调整荷载横向分布系数，减轻原梁负担和桥面铺装层参加主梁工作，增加梁有效高度等综合办法，使原梁在不增加配筋情况下，满足汽—20，挂—100承载要求。（5）改进提议①盖梁悬臂接长，若采取体外预应力筋或预应力锚筋技求施工更为方面，结构更为可靠。②为确保桥面铺装混凝土与桥面板共同工作，加强二者之间连接，应设置锚固短钢筋，桥面铺装层应设置钢筋网或掺入高强复合纤维，增强混凝土抗裂能力。第三章桥梁改造加固方案设计年1月53哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第54页§3-2型桥梁加固方案评述2．洪河1号桥设计单位：原哈尔滨建筑工程学院实施时间：1988年（1）原桥基本情况和加固设计要求

洪河1号桥位于黑龙江省二龙山至抚远公路，原桥为跨径8m单跨装配式钢筋混凝土简支板梁桥，全桥由7块宽度为100cm板组成。设计荷载为汽—15，挂—80，桥面净空为净—7，下部结构为混凝土轻型桥台，扩大基础。二抚公路扩建为二级公路，路基宽度为12m，行车道宽度为9m，在桥位处道路双侧加宽，桥面净空为净9+2×1.5m，桥梁设计荷载提升为汽—20，挂—100。第三章桥梁改造加固方案设计年1月54哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第55页§3-2型桥梁加固方案评述（2）桥梁现场调查和承载力检算现场检测发觉原梁混凝土质量良好，经回弹测定混凝土强度在28Mpa以上。经检算原桥能够满足汽—15、挂—80承载要求，但距汽—20，挂—100要求正截面承载力相差18%。现场调查发觉，原桥桥台前墙混凝土质量良好，未发觉基础不均匀沉降现象。第三章桥梁改造加固方案设计年1月55哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第56页§3-2型桥梁加固方案评述（3）加固设计关键点①按加宽桥面净空要求，加宽部分采取2×2块宽度为125cm钢筋混凝土矩形板。按新加宽部分与原桥共同工作计算，靠边第2、3块板受力最大，边板位于人行道下面，受力较小。为此，将原桥边板（1号和7号）块分别移至新加宽部分最外侧位置，中间空出250cm空隙，布置新制作2块125cm钢筋混凝土矩形板（A、B或C、D），新板钢筋按受力需要配置。②将原桥面铺装混凝土凿除，全桥统一加铺10cmC30陶砾混凝土。为了加强新旧混凝土之间联络，在原桥面应凿成齿槽。③原桥桥台及基础双侧加宽，新加基础部分基底设50cm水撼砂垫层。为了加强桥台台身新旧混凝土之间连接，在原桥台台身插入锚固钢筋。第三章桥梁改造加固方案设计年1月56哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第57页§3-2型桥梁加固方案评述（4）方案评述①采取调换梁位方法，合理利用原板承载潜力，最大程度地发挥新板作用。②改用轻质陶砾混凝土桥面铺装，减轻桥梁恒载内力。采取上述综合办法，在保持原梁配筋不增加前提下，到达了汽—20，挂—100承载要求。③陶砾混凝土桥面铺装中应设置钢筋网或掺入适量高强复合短纤维，提升桥面铺装抗裂能力。第三章桥梁改造加固方案设计年1月57哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第58页§3-2型桥梁加固方案评述3．坂头大桥设计单位：交通部第一公路工程总企业设计所[4]

厦门市公路局[5]实施时间：第一次加固1955年 第二次加固1999年（1）原桥基本情况及承载力评定板头大桥位于国道324线厦门段，原桥建于1953年，其结构为四跨钢筋混凝土变高度连续T梁，外加一跨钢筋混凝土简支梁，其跨度划分及桥梁横断面如图3-3所表示。第三章桥梁改造加固方案设计年1月58哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第59页§3-2型桥梁加固方案评述原桥设计荷载为汽—13级。国道324线厦门段改扩建工程要求将桥梁设计荷载提升为汽—超20级。为了探讨原桥加固利用可行性，1995年对原桥进行详细外观检验和荷载试验。试验结果表明：①桥梁主体结构未发觉显著破损和裂缝，混凝土质量很好，强度等级均在C25以上；②连续梁各支点截面抗弯承载较高能够满足汽—超20承载要求。连续梁各跨中截面抗弯承载力较低，不能满足汽—超20要求，必需进行加固补强。③各跨中截面实测挠度值，均小规范要求允许值。第三章桥梁改造加固方案设计年1月59哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第60页§3-2型桥梁加固方案评述（2）加固设计关键点针对原桥为变高度连续梁特点和只需对跨中正截面抗弯承载力进行加固补强要求，采取沿桥梁全长布置直线型体外预应力束加固。在每个梁肋两侧跨中截面下缘处对称布置515.2钢绞线，钢绞线束在梁端张拉，采取OVM锚锚固，钢绞线束采取钢套管保护。（见图3-4）该桥第一次加固于1995年完成，据文件[5]介绍，桥梁加固后使用情况良好，但1999年4月检验发觉有一根钢绞线束下垂，深入调查发觉有一根钢绞线在桥头端断裂，有二根钢绞线在游动锚板处断裂。第三章桥梁改造加固方案设计年1月60哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第61页§3-2型桥梁加固方案评述应该指出文件[5]介绍桥梁加固施工情况与文件[4]介绍加固设计方案（图3-4）略有不一样。实际实施时，体外预应力筋束张拉改为采取自行设计游动锚板在中间张拉方案，钢绞线束在桥梁端部用墩头锚固。文件[5]认为施工中采取锚具选型不妥，游动锚板固定差，钢绞线防护钢套筒空隙过大是造成钢绞线束下垂和断裂原因。在第二次加固时，做了以下改进：①取消中间游动锚板，仍采取通常布置直线钢绞线束，钢铰线束在一端桥台张拉，另一端为固定端，采取OVM锚具。第三章桥梁改造加固方案设计年1月61哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第62页§3-2型桥梁加固方案评述②取消钢铰线束外面防护钢套管，改为聚乙烯塑料包裹，并做好固定办法。1999年按上述改进方案对全部8根体外预应力筋束进行了更换。到当前使用情况良好。（3）方案评述①该加固设计巧妙地利用了原桥为变高度连续梁纵向布置特点和只需对跨中截面抗弯承载力加固设计要求，采取靠近跨中截面下边缘通常布置直线型体外预应力筋加固补强原设计方案基本上是合理。第三章桥梁改造加固方案设计年1月62哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第63页§3-2型桥梁加固方案评述②施工中采取游动锚中间张拉方案，结构不够合理。，中间游动锚板双向锚具变形损失过大是造成钢绞线束下垂，有效预应力值降低直接原因。为了防止在桥台端进行张拉施工不便，可在连续梁支点截面下方设置锚固装置，预应力钢筋分段设置，分段张拉。③体外预应力筋锚固可靠性是确保全桥安全工作基础。应用采取含有防松动装置专用OVM锚具，锚孔端部应扩孔为喇叭型，以预防钢筋振动时，卡紧断丝。④为了降低体外预应力筋束振动影响，对于较长体外预应力筋束，每隔6~10m，应设置一个固定装置。⑤体外预应力筋应采取专门生产含有防腐蚀保护钢绞线，我国普通采取PE管外套，内装黄油保护层。第三章桥梁改造加固方案设计年1月63哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第64页§3-2型桥梁加固方案评述4．安徽五河淮河大桥加固加宽设计[10]（1）加固加宽设计与施工关键点五河淮河公路大桥于1978年建成，60m+4×90m+60m带挂孔T形刚构。悬臂长度30m，横断面为变高度单箱双室箱梁，挂孔30m简支T梁5片，高1.9m，间距2.0m，顶宽同箱梁，见图3-5。设计荷载汽车—15级，挂—80，人群荷载2.5kN/m2，设计行车速度60km/h。该桥使用状态良好，只是T构悬臂挠度略大。营运23年之后，年计划利用旧桥，加宽到4车道桥面总宽17.8m，荷载标准提升到汽车—超20级，挂车—120，人群荷载3.5kN/m2，设计车速100km/h。几经研究，拟采取在箱梁两侧将悬臂板加厚并加宽到4.72m，T构墩顶设一矮塔，两边张拉斜拉索加固方法，如图3-6所表示。第三章桥梁改造加固方案设计年1月64哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第65页§3-2型桥梁加固方案评述

①方案1：索塔两边各拉两根绕过矮塔斜拉索，每根拉索由22束415.2mm外包PE防护层钢绞线组成，OVM5-4夹片锚。②方案2：采取一根绕过矮塔斜拉索，由2束OVM200-15-37型拉索组成，LSM15-37素锚具。

该桥采取部分卸载加固，主要施工步骤以下：①拆除原桥人行道、栏杆及桥面铺装混凝土；②拆除原桥挂孔T梁横向联络，卸下T梁；③凿除原桥T构箱梁部分断面，在箱内增设用于锚固斜拉索钢筋混凝土锚固横梁，加大箱梁翼缘板悬臂长度，加大T构悬臂端支承横梁（牛腿）长度。浇筑T构墩顶主塔；④安装和张拉悬臂端斜拉索；第三章桥梁改造加固方案设计年1月65哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第66页§3-2型桥梁加固方案评述⑤安装挂孔T梁；⑥浇筑桥面铺装混凝土，设置防水层和沥青混凝土面层，安装人行道及栏护。计算结果表明，因为斜拉索作用，改变了原梁T构受力状态，减轻了原梁T构负担，在不增加原梁T构断面尺寸和配筋情况下能够满足汽—超20，挂—120受力要求。加固后T构悬臂活载挠度值显著降低。第三章桥梁改造加固方案设计年1月66哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第67页§3-2型桥梁加固方案评述（2）方案评述①将斜拉索结构用于桥梁改造加固，结构构思新奇，加固效果显著。因为斜拉索作用，改变了结构体系和截面应力分布状态，减轻了原结构负担，在保持原结构断面尺寸和配筋基本不变前提下，能够大幅度地提升设计荷载标准。②该桥采取部分卸载加固方案，提升了加固材料——斜拉索利用效率。二期恒载（挂孔T梁及桥面铺装、人行道拦杆梁）和活载由加固后索—梁组合体系负担，充分发挥了斜拉索作用。假如将原桥挂孔30m预应力混凝土T梁改为钢或钢—混凝土组合梁结构，将桥面铺装层改为轻质陶砾混凝土能够大幅度降低二期恒载，将原桥T构加固工作量压缩到最小。③重视T构箱梁内部新加结构结构细节设计，采取植筋技术，确保新加钢筋牢靠锚固。是新旧结构整体工作基础。箱梁翼板加长部分，应配置横向预应力钢筋。

第三章桥梁改造加固方案设计年1月67哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第68页第四章桥梁加固微弱受弯构件设计计算

§4-1桥梁加固微弱构件分阶段受力特点

§4-2桥梁加固微弱受弯构件正截面抗弯承载力计算

§4-3桥梁加固微弱构件斜截面抗剪承载力计算§4-4体外预应力加固钢筋混凝土受弯构件实用设计方法基本内容年1月68哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第69页§4-1桥梁加固微弱构件分阶段受力特点桥梁结构自重较大，普通均采取带载加固。构件自重及恒载由原梁承受，活载由加固后截面承受。桥梁加固微弱受弯构件承载力计算，应考虑分阶段受力特点，按两阶段受力构件计算。桥梁加固微弱受弯构件正截面补强加固方法很多，从加固部位上可划分为加筋类和加砼类两种：①加筋类：采取加焊钢筋、粘贴钢板或其它纤维复合材料，对构件受拉区进行补强，或采取体外预应力对构件受拉区进行间接补强。第四章桥梁加固微弱受弯构件设计计算年1月69哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第70页§4-1桥梁加固微弱构件分阶段受力特点

直接加筋类加固构件受力特点是，后加钢筋（或其它纤维复合材料）只承受活载引发拉应力，在普通情况下，后加补强材料强度不能充分发挥作用，加固构件破坏由原梁受拉钢筋控制，设计时应考虑分阶段受力特点。体外预应力加固构件应按混凝土梁与体外预应力筋组成组合体系计算，并应考虑分阶段受力特点。②加砼类：采取加厚桥面板方法，对混凝土受压区进行补强，增加梁有效高度，亦可到达提升构件承载力目标。对受压区加砼类构件来说，因为考虑混凝土塑性发展，分阶段受力影响不大，其承载力可按普通钢筋混凝土构件计算。桥梁加固微弱受弯构件斜截面普通采取粘贴钢板（或其它纤维复合材料）增加斜筋或箍筋截面面积进行补强。后加钢板（或其它纤维复合材料）只承受活载引发剪力，设计时亦应考虑分阶段受力特点。第四章桥梁加固微弱受弯构件设计计算年1月70哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第71页§4-2桥梁加固微弱受弯构件正截面抗弯承载力计算在试验研究基础上，引入以下基本假设作为直接加筋类桥梁加固微弱受弯构件正截面抗弯承载力计算依据：①桥梁带载加固应考虑分阶段受力特点。一期荷载效应（自重及恒载效应）由原梁负担，构件处于弹性工作阶段，截面应力（或应变）按材料力学公式计算；二期荷载效应（活载效应）由加固后截面负担；②不一样受力阶段截面变形均符合平截面假设；第四章桥梁加固微弱受弯构件设计计算年1月71哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第72页§4-2桥梁加固微弱受弯构件正截面抗弯承载力计算第四章桥梁加固微弱受弯构件设计计算图4-1加筋类桥梁加固微弱受弯构件正截面抗弯承载力计算图式年1月72哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第73页§4-2桥梁加固微弱受弯构件正截面抗弯承载力计算第四章桥梁加固微弱受弯构件设计计算加固微弱构件正截面抗弯承载力计算公式，由内平衡条件求得（图3-1）：（4-1）

（4-2）

公式适用条件：（4-3）

年1月73哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第74页§4-2桥梁加固微弱受弯构件正截面抗弯承载力计算第四章桥梁加固微弱受弯构件设计计算年1月74哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第75页§4-2桥梁加固微弱受弯构件正截面抗弯承载力计算第四章桥梁加固微弱受弯构件设计计算（4-4）

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年1月75哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第76页§4-2桥梁加固微弱受弯构件正截面抗弯承载力计算第四章桥梁加固微弱受弯构件设计计算年1月76哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第77页§4-2桥梁加固微弱受弯构件正截面抗弯承载力计算第四章桥梁加固微弱受弯构件设计计算年1月77哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第78页§4-2桥梁加固微弱受弯构件正截面抗弯承载力计算第四章桥梁加固微弱受弯构件设计计算（4-10）

从上式能够看出，加固后梁最大承载力主要与原梁截面尺寸相关，承载力提升幅度受原梁受拉钢筋配筋率控制。设计时切不可不加分析盲目加大后钢筋（或其它加固材料）截面面积，无限制提升梁承载力。因为这么构件将发生脆性破坏，设计是不安全。年1月78哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第79页§4-2桥梁加固微弱受弯构件正截面抗弯承载力计算二、加砼类加固簿弱受弯构件正截面抗弯承载力计算特点加厚桥面板类桥梁加固微弱构件承载力计算，从原理上讲，亦应考虑分阶段受力特点，按两阶段受力构件计算。不过，因为受桥面标高限制，后加桥面厚度不可能太大，普通情况下加固后截面中性轴不会进入新旧混凝土连接面，新旧混凝土共同负担压力，受压区混凝土应变图存在两个峰值，考虑到混凝土塑性影响，在极限状态下后加混凝土层应力亦可到达抗压强度设计值。这么，加厚桥面板类加固微弱受弯构件正截面抗弯承载力即可按普通钢筋混凝土构件计算。应该指出，采取加厚混凝土桥面板（即加大受压区混凝土厚度）方法加固微弱构件，其最大允许加厚厚度主要受原梁配筋率控制。设计时且不可不加分析盲目加大受压区混凝土层厚度来无限制提升构件承载力，因为这么构件可能发生少筋脆性破坏，设计是不安全。第四章桥梁加固微弱受弯构件设计计算年1月79哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第80页§4-3桥梁加固微弱构件斜截面抗剪承载力计算桥梁加固微弱构件普通采取粘贴钢板（或其它纤维复合材料）增加斜筋或箍筋截面面积方法进行斜截面补强加固。后加钢板只承受活载引发剪力，设计时亦应考虑分阶段受力。为了与现行桥梁设计规范相适应，加固微弱构件斜截面抗剪承载力计算表示式可写成以下形式：第四章桥梁加固微弱受弯构件设计计算年1月80哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第81页§4-3桥梁加固微弱构件斜截面抗剪承载力计算第四章桥梁加固微弱受弯构件设计计算年1月81哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第82页§4-3桥梁加固微弱构件斜截面抗剪承载力计算第四章桥梁加固微弱受弯构件设计计算（4-13）年1月82哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第83页§4-3桥梁加固微弱构件斜截面抗剪承载力计算第四章桥梁加固微弱受弯构件设计计算（4-14）年1月83哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第84页§4-3桥梁加固微弱构件斜截面抗剪承载力计算第四章桥梁加固微弱受弯构件设计计算年1月84哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第85页§4-3桥梁加固微弱构件斜截面抗剪承载力计算第四章桥梁加固微弱受弯构件设计计算（4-15）

年1月85哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第86页§4-3桥梁加固微弱构件斜截面抗剪承载力计算第四章桥梁加固微弱受弯构件设计计算公式（4-15）实际上是要求了采取粘贴钢板（或其它纤维复合材料）进行斜截面加固补强上限值。设计时，首先应按公式（4-15）进行截面尺寸复核，只有在满足公式（4-15）要求前提下，采取粘贴钢板（或纤维复合材料）进行斜截面加固才是有效。且不可不加分析用盲目增加粘贴钢板（或其它纤维复合材料）截面面积方法，无限制地提升斜截面抗剪承载力，这么将发生脆性斜压破坏，设计是不安全。年1月86哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第87页§4-4体外预应力加固钢筋混凝土受弯构件实用设计方法用体外预应力筋加固简支梁实际上是一个带柔性拉杆内部超静定混合体系。这种体系最大特点是预应力筋与梁体混凝土之间无粘结。同一截面内预应力筋与混凝土之间不存在简单变形协调关系。在外荷作用下，体外预应力筋伸长取决于两个锚固点间梁体总变形。体外预应力筋应力，取决于梁体混凝土变形发挥。普通情况下，在极限状态时体外预应力筋应力达不到材料强度设计值。体外预应力加固设计很多特殊问题都是从这一点引发。一、活荷载作用下体外预应力筋应力增量计算体外预应力加固体系结构分析关键问题是求解活载作用下体外预应力筋应力增量，普通采取力法求解。第四章桥梁加固微弱受弯构件设计计算年1月87哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第88页§4-4体外预应力加固钢筋混凝土受弯构件实用设计方法我们在近年开展<体外预应力混凝土桥设计理论与施工技术>课题研究中，提出了利用能量变分原理计算体外预应力筋应力增量方法。分析中将体外预应力体系看作是混凝土梁和体外预应力筋组成组合体系，充分考虑了混凝土梁与体外预应力之间相互作用，因而其计算结果更为准确，但计算过程较繁。为了满足实际设计工作需要，我们在理论分析基础上，对公式进行简化处理。对图4-2所表示折线形布索情况，给出了用能量变分法求解活荷载作用下体外预应力筋应力增量实用简化计算公式。第四章桥梁加固微弱受弯构件设计计算（4-16）

年1月88哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第89页§4-4体外预应力加固钢筋混凝土受弯构件实用设计方法第四章桥梁加固微弱受弯构件设计计算年1月89哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第90页§4-4体外预应力加固钢筋混凝土受弯构件实用设计方法二、体外预应力加固钢筋混凝土受弯构件应力验算体外预应力加固桥梁构件普通均采取带载加固，其正截面应力应按两阶段受力构件计算。1．预施应力阶段应力验算加固前作用恒载由原梁负担，截面应力可按开裂钢筋混凝土弹性体计算：上边缘混凝土应力第四章桥梁加固微弱受弯构件设计计算（4-18）纵向受拉钢筋拉应力（4-19）年1月90哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第91页§4-4体外预应力加固钢筋混凝土受弯构件实用设计方法第四章桥梁加固微弱受弯构件设计计算年1月91哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第92页§4-4体外预应力加固钢筋混凝土受弯构件实用设计方法第四章桥梁加固微弱受弯构件设计计算年1月92哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第93页§4-4体外预应力加固钢筋混凝土受弯构件实用设计方法第四章桥梁加固微弱受弯构件设计计算2．使用荷载作用阶段应力验算活荷载由加固后形成梁索组合体系负担。首先应按组合体系求解活荷载作用下体外预应力筋应力增量（公式4-16），然后将预（4-23）年1月93哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第94页§4-4体外预应力加固钢筋混凝土受弯构件实用设计方法第四章桥梁加固微弱受弯构件设计计算年1月94哈尔滨工业大学交通科学与工程学院张树仁教授桥梁病害专题知识专家讲座第95页§4-4体外预应力加固钢筋混凝土受弯构件实用设计方法第四章桥梁加固微弱受弯构件设计计