粘贴钢板在桥梁加固上的应用

1、石家庄铁道大学四方学院毕业设粘贴钢板法在桥梁加固技术中的研究与应用Research and application of the method of bonding steel platein the bridge reinforcement technology 2013 届 土木工程 系专 业 土木工程 学 号 20095058 学生姓名 牛世雄 指导教师 曹会琴 刘晓庆 完成日期 2013年5月30日毕业论文成绩单学生姓名牛世雄 学号20095058 班级方0901-2 专业土木工程（桥梁）毕业论文题目粘贴钢板法在桥梁加固技术中的研究与应用指导教师姓名曹会琴

2、刘晓庆指导教师职称高级工程师助教评 定 成 绩指导教师得分评阅人得分答辩小组组长得分成绩： 院长(主任) 签字： 年 月 日毕业论文任务书题 目粘贴钢板法在桥梁加固技术中的研究与应用学生姓名牛世雄学号20095058班级方0901-2专业土木工程承担指导任务单位土木工程系导师姓名刘晓庆导师职称助教一、课题的主要内容1.通过查阅相关资料，了解旧桥加固与技术改造的主要工作内容和旧桥加固的设计原则，总结桥梁加固改造常用的方法。 (要求内容丰富，字数在3000字以上，独立完成，绝不得雷同)。2. 通过查阅相关资料，了解粘贴钢板加固法的基本原理和施工方法，通过工程实例正确运用粘贴钢板加固法进行桥梁结构的

3、加固，采用有关手段(手算或软件)进行计算和分析比较。3.编写有关工序的简要施工说明和注意事项(要求字数在5000字以上，内容详实)。二、基本要求1.熟悉粘贴钢板加固法的基本原理，了解粘贴钢板加固法的特点。2.要求学生具有一定的外文翻译能力、独立分析问题和解决问题的能力。3.通过大量阅读有关文献和期刊资料，做到内容丰富、充实，要求在教师的指导下独立完成，绝不得抄袭和雷同，否则后果自负。三、应收集的资料及参考文献铁路桥涵设计基本规范(TB10002.12005) 铁道部 铁建设2005108号铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范(TB10002.32005) 铁道部 铁建设2005108号

4、混凝土结构加固设计规范(GB503672006) 建设部 公告第440号匡希龙，谢海涛 旧桥加固技术M.北京：人民交通出版社，2011单成林 旧桥加固设计原理及计算实例M.北京：人民交通出版社，2007刘来君，赵晓星 桥梁加固设计与施工技术M.北京：人民交通出版社，2004叶见曙主编 结构设计原理M.北京：人民交通出版社，1997叶见曙 桥梁技术改造M.北京：人民交通出版社，1991杨文渊，徐犇合编 桥梁维修与加固M.北京：人民交通出版社，1989谌润水，胡钊芳，帅长斌 公路旧桥加固技术与实例M.北京：人民交通出版社，2002王有志 桥梁的可靠性评估与加固M.北京：中国水利水电出版社，2002

5、刘真岩，周建斌 旧桥维修加固施工方法与实例M.北京：人民交通出版社，2005四、课题进度计划第1-2周：查阅资料、提交开题报告；外文资料翻译；第3-4周：分析粘贴钢板加固法的基本原理和施工方法；第5-8周：通过工程实例正确运用粘贴钢板加固法进行桥梁结构的加固；第9-10周：编写有关工序的简要施工说明和注意事项第11-12周：撰写论文，整理有关资料，准备答辩。教研室主任签字时间2013年2月28日毕业论文开题报告题 目粘贴钢板法在桥梁加固技术中的研究和应用学生姓名牛世雄学号30班级方0901-2专业土木工程一、研究背景当前我国新建桥梁的高潮期即将过去，桥梁病害问题日益突出，严重影响交通发展，桥梁

6、建设的中心逐渐转移到维修加固，但我国桥梁维修加固技术尚不成熟、不系统，理论分析仍停留在新建桥梁的理论水平上。因此不得不将这个问题作为如今桥梁建设的重要课题。二、国内情况截至2000年底，我国各类桥梁总数约28万座，其中危桥约为1万座，危桥约占总数的3.57%。到2005年底，我国公路桥梁总数已超过33万座，约有1/3需进行中修、大修或改造。截至2011年底，我国公路总里程已达407万km，公路桥梁超过60万座，我过已进入世界桥梁技术强国行列。三、主要工作1.了解旧桥加固与技术改造的主要工作内容和旧桥加固的设计原则，总结桥梁加固改造常用的方法。2.了解体外预应力加固法的基本原理和施工方法，通过工

7、程实例正确运用体外预应力加固法进行桥梁结构的加固，采用有关手段进行计算和分析比较。以自学为主。3. 自己通过查找资料、分析、比较、研究、总结，掌握相关知识, 编写有关工序的简要施工过程。四、预期达到的结果1学习和掌握有关体外预应力加固法的基本原理，了解体外预应力加固法的特点。2掌握桥梁加固的基本内容。3通过外文翻译，掌握一定的与桥梁相关的英语知识；独立分析和解决问题的能力。4通过大量阅读有关文献和期刊资料，做到内容丰富和充实，并具有自己独立完成毕业设计的能力。五、进度计划第1-2周：收集参考文献，阅读参考文献，提交开题报告和外文翻译；第3-4周：分析体外预应力加固法的基本原理和施工方法；第5-

8、8周：通过工程实例正确运用体外预应力加固法进行桥梁结构的加固；第9-10周：编写有关工序的简要施工说明和注意事项；第11-12周：撰写论文，整理有关资料，准备答辩指导教师签字时 间2013年3月10日摘 要目前，我国公路桥梁以钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土梁式桥为主。由于施工缺陷、汽车超载、维护不当等原因，其中相当一部分桥梁技术状况不良，存在不同程度的损伤，需要进行加固维修。因此开展桥梁加固研究具有很重要的工程实用价值。粘贴钢板加固法因不改变结构的外形、自重轻、所占空间小、施工方便等优点，工程应用较为广泛，是一种具有很好前景的加固方法。 本文对当前国内外常用的桥梁加固方法及各种方法的优缺点进行了

9、简要评述，总结了粘贴钢板加固法的国内外研究应用及发展前景，分析了钢板中应力应变滞后的现象，在总结钢板加固钢筋混凝土梁的工作原理、受力特征、加固设计的基本原则和基本程序的基础上，提出了粘贴钢板加固法的一般步骤和计算方法。最后，分析研究了影响粘钢加固效果的敏感参数(钢板厚度、钢筋锈蚀率等)与截面惯性矩、截面刚度、正截面极限抗弯承载力、正截面极限抗弯承载力提高幅度之间的关系。分析计算表明：粘钢加固有效的增加了截面的惯性矩和截面刚度，一定程度上限制了裂缝的发展，原梁的正截面极限抗弯承载力及其提高幅度一定范围内随钢板用量的增加而增加。 关键词：钢筋混凝土 T 梁，粘贴钢板，抗弯极限承载力Abstract

10、 At present, reinforced concrete bridges and prestressed reinforced concrete bridges are the main structure in the arterial highway of our country. however, numerous bridges in service exist different degrees of damage and need to be reinforced and maintained urgently because of its construction def

11、ects, overload, inadequate maintenance, bad technical condition and so on. Therefore the research on the reinforcement of bridges in service has the important practical value in engineering. In the case of the reinforcement techniques used in RC structure, bonding of steel plates technique has huge

12、potential for engineering widely just thanks to its light dead load, the small space it shares and the short construction period. In this dissertation, the current main used reinforcement method of bridges are briefly reviewed ,as well as the advantages and disadvantages of various methods. Then the

13、 application and development prospects of the bonding of steel plates technique at home and abroad are summarized. Finaly, in case of the specific cross-section of exiting bridge, the relations between the sensitive parameters(thickness of steel plate, corrosion rate of steel bar),which reflect the

14、strengthening effect of bonding steel, and the moments of inertia of cross-section, rigidity, ultimate flexural bearing capacity of normal section, increase of ultimate flexural capacity of normal section margin are analyzed. It can be known from the analyzed results that the by aid of strengthen by

15、 externally bonded steel plates, the moment of inertia of cross-section and the rigidity werencreased effectively, and the development of cracks was limited to a certain extent, and the ultimate flexural bearing capacity of normal section of the original beam was improved significantly. Key words：Re

16、inforced concrete T-section beams, reinforcement by bonding steel plates, ultimate flexural capacity.目 录第1章 绪论11.1 桥梁加固技术研究的意义11.2 国内外桥梁加固研究现状21.2.1 国外研究现状21.2.2 国内研究现状31.3 桥梁常见加固方法41.4 其他加固方法81.5 本文的主要研究内容9第2章 粘贴钢板加固钢筋混凝土构件的工作原理112.1 钢板加固RC梁的材料112.1.1 混凝土112.1.2 钢板112.1.3 胶粘剂112.2 钢板加固RC梁的加固方法122.2

17、.1 加固的基本原则132.2.2 桥梁加固的基本程序142.3 二次受力对粘钢加固钢筋混凝土梁正截面的影响152.3.1 应力滞后的影响152.3.2 钢筋“冷拉时效”的影响152.4 钢板加固RC梁的受力特征162.5 钢板加固RC梁的施工工艺及注意事项172.5.1 施工工艺172.5.2 构造措施及注意事项192.6 粘钢加固的优点20第3章 粘贴钢板加固构件的计算分析223.1 抗弯承载力计算基本假定223.2 破坏形态分析233.2.1 确定破坏形态233.2.2 确定界限破坏形态233.3 工程实例及计算253.3.1 加固钢筋计算资料253.3.2 加固设计与计算26第4章 结

18、论与建议304.1 结论304.2 进一步研究的建议30参 考 文 献32致 谢34附 录A35附 录B43石家庄铁道大学四方学院毕业设计第1章 绪论1.1 桥梁加固技术研究的意义 随着我国国民经济的快速发展，我国的公路建设也取得了很大发展，公路的通行能力和服务水平进一步得到改善和提高，尤其是“九五”以后，国家进一步加大了基础设施建设投资，公路面貌日新月异。截至到2004年末，全国己新建高速公路超过34 000km，同时改建、扩建了大量低等级的国省道，形成以高速公路为骨架网、国省道为干线的公路交通新格局，大大改善了交通落后的状况。但是，我国幅员辽阔，就整个公路网络而言，在国民经济整体中，公路交

19、通基础设施“瓶颈”制约因素，并没有得到根本的缓解。在现有的公路上，数以万计的旧桥，因设计荷载标准低、年久失修、缺乏养护，出现各种病害，逐步成为危桥，成了不断提升技术等级的公路上的卡脖子路段。特别是进入20世纪90年代，交通运输量急剧增长，行车密度及车辆载重越来越大，集装箱运输、超载运输，以及外界各种因素作用和影响，加剧了桥梁结构产生病害、出现缺陷，严重危及到桥梁正常使用，影响当地经济发展和社会稳定。为了保证大桥的安全运营，需要对旧、危桥梁进行维修、加固和改造。 我国20世纪六七十年代建设的桥梁，已经营运3040多年，这些桥梁受到当时技术、经济的影响，存在技术标准低、桥面宽度窄，承载能力不足等普

20、遍情况，而且施工要求低、技术容易掌握，因此受到普遍接受，当时建造的双曲拱桥占新建桥梁总数的80以上，遍及全国各地。据不完全统计，全国共建双曲拱桥4000余座，总长约35万余米。由于双曲拱桥结构尚不够完善、设计尚未能达到规定要求以及施工质量不佳等原因，致使桥梁整体刚度差、变形大、开裂严重等各种问题。 20世纪八十年代中后期，国家颁布了新的公路工程技术标准和相应的设计规范，设计水平、施工技术有了较大提高，但大多数桥梁以汽车-15、汽车-20级作为主要设计标准，现因交通流量的剧增、重型车辆的出现而日显薄弱，许多桥梁出现桥面下挠、结构开裂，成为危桥。公路桥梁长期暴露在自然环境中，受到大气腐蚀、温度和湿

21、度影响，材料必然要发生老化、碳化、锈蚀，承载能力退化；同时，受到养护技术和维护水平的限制，许多刚出现裂纹或裂缝的桥梁，因没有及时发现和维护，致使裂缝不断增大、增多，结构状态不断恶化沦为危桥。另外，设计不当、施工缺陷也造成了不少桥梁在建成不久后出现裂缝、梁体变形过大等突出问题，而且呈现出使用年份短的特点，不少桥梁在使用23年后即出现各种各样的问题。地震、洪水、泥石流等自然灾害造成不少桥梁出现开裂，降低了桥梁原有设计承载力。 目前国内许多省市都在开展国、省道公路的技术改造，进一步提高公路等级，完善道路布局。为节省建设投资，需要利用原线路上的桥梁，其中有些桥梁技术性能良好，只是技术标准低，通行能力差

22、，承载力不足，不能满足提高公路等级后的技术标准，需要通过加固、改造或拓宽等措施就可以提高桥梁承载力，延长使用寿命。 基于已经掌握的桥梁建设技术和昂贵的建设费用的考虑，以及各种新材料的诞生，对带有各种缺陷的旧、危桥全部拆除重建是不必要的，也是不现实的。即使经济发达的西方国家，如美国、日本、德国，也是通过加固改造来恢复或提高原桥承载力。工程实践表明，加固改造一座桥梁的费用仅为新建桥梁的几分之一， 目前国内桥梁加固费用一般为新建桥梁费用的1020，双曲拱桥加固改造费用约为新建桥梁的2040，国外旧桥加固或改造的费用约为新建桥梁的10左右。不仅如此，有些桥梁可以在不中断交通的情况下实施加固改造，而且施

23、工工期短，见效快。 目前，我国在公路建设中仍以工程建设为主，但在不久的将来，迎来以加固、改造、养护为主的高峰。交通部<公路科学养护与规范化管理纲要(19912000年)中提出：。到本世纪末，基本消除国道省干道公路的危桥，并初步达到通行国际标准集装箱车辆的标准”。从目前看来，要达到纲要上制定的这个宏伟目标，还有相当大的差距。随着新建桥梁的不断增多，原有旧危桥梁的加固改造，摆在我们面前的任务十分艰巨，也十分迫切。因此，开展旧危桥桥梁的加固改造研究，满足现代及未来交通运输的需要，是历史的必然1-10。1.2 国内外桥梁加固研究现状1.2.1 国外研究现状 桥梁从建成到使用直至最后弃用，需要经过

24、自然环境、使用条件和其它恶劣状况(如地震)的考验，有些桥梁因此出现开裂、承载力降低等影响桥梁安全的不利因素；而社会、经济的发展和重型车辆的出现，又需要提高既有桥梁的技术标准。因此，如何通过维修、加固和补强来恢复或提高桥梁承载力成为世界各国普遍关注的问题。美国自1978年至1981年共用4年时间对全国公路作了调整。截止1981年调查统计有公路桥梁约560 000座，调查报告中叙述了514 000座桥梁的现状，占全部公路桥梁的90，其中有20的桥梁必须关闭交通、降低使用标准或立即整修；20的桥梁功能老化、桥面过窄或承载力偏低。据最新资料表明，美国估计需要投入3190亿美元进行旧桥改造，数额十分巨大

25、。 日本在七、八十年代，汽车运输急剧发展，汽车日益大型化、重型化，交通量逐年增加，给现有公路桥梁造成了越来越大的压力。1956年以前按旧标准设计施工的桥梁，其承载力更不足。据统计这类桥梁约有5500座，其中普通混凝土约有4500座。 前联邦德于19781979年两年内，对一个州的1500多座钢筋混凝土和预应混凝土公路桥做了全面检查，发现桥龄在5060年钢筋混凝土桥中，有27的桥梁其上上部结构至少有一处严重损伤，64至少有一处重要损伤，77至少有一处中等损伤；2030年钢筋混凝土桥中，有8的桥梁其上上部结构至少有一处严重损伤，24至少有一处重要损伤，46至少有一处中等损伤。而预应混凝土的损伤情况

26、比钢筋混凝土桥更严重，2030年预应混凝土桥中，有将近50的桥梁其上上部结构至少有一处重要损伤，其中23至少有一处中等损伤。 其他国家亦同样面l|缶桥梁陈旧、老化、承载力低这一全球性问题，为此，于 1980年在巴黎和布鲁塞尔先后召开了有关旧桥问题的国际专题讨论会议。1981年，由联合国“经济合作和发展组织”(OECD)组织召开、西方24个发达国家参加的 “关于道路桥梁维修管理国际会议”，1982年又召开了“国际桥梁与结构会议”，1983年召开的“第十七届国际道路会议”上，很多国家就现有桥梁的安全性评价、检查和维修加固等方面，提出了“桥梁检查”、“桥梁承载能力的鉴定”以及“桥梁养护”等多篇有价值

27、的论文报告。其中，在1981年OECD组织召开的国际会议上，提出了六个方面的问题要求加以研究： 如何正确评价现有桥梁的实际承载能力和安全度的问题； 如何及早地检查发现桥梁产生的破损及异常现象，正确鉴定结构物的损坏程度，从而采用合理地维修加固方法问题； 桥梁损坏与维修加固的实际应用问题； 桥梁维修加固技术，即采用维修加固新技术和方法的问题； 桥梁设计与维修管理的关系，即如何把维修加固中发现的问题，放到今后桥梁设计上进行考虑的问题；桥梁维修加固的未来展望，即维修加固方法将来会怎样发展，如何提出更合理的维修管理方法和策略的问题。 上述这六个问题内容全面，是指导维修加固研究的指南，我国虽然没有明确提出

28、需要研究的主要问题，但研究内容是相同的。1.2.2 国内研究现状 目前，全国公路桥梁总座数已达28.4万座，计1065万延米，在国道、省道干线公路上共有危桥5397座，这些桥梁大部分建成于20世纪5070年代，已经运营数十年，部分早期投入使用的桥梁，现有技术状况已不能满足行车安全的需要，更不能适应现代化重交通量的需求，亟需进行维修与加固。北京市现有各种规模桥梁1000余座，调查发现有100多座旧危桥。北京如此，全国各省市也面临同样的问题。 20世纪70年代，四川、广东、福建、江苏、河南等省开始旧危桥加固改造方面的研究与实践，针对不同体系桥梁的各种病害，提出了承载能力分析方法和行之有效的加固措施

29、，取得了显著的经济和社会效益。“七五”期间，交通部将“旧桥检测、评价、加固技术的应用”列为19891990年科技进步“通达计划”项目， 由交通部科技情报所具体组织推广。2001年，交通部确定了“十五”期间基本消灭国省干线公路上危桥的工作目标。为进一步提高我国旧危桥加固水平、交流技术，从1991年起不定期召开全国公路桥梁检测、评价与加固技术研讨会。2004年在北京召开了国际桥梁结构评估研讨会，就桥梁结构评估理论与技术进行研讨，将我国桥梁加固改造与世界接轨。 2004年建设部颁布了城市桥梁检测和养护维修管理办法，使城市桥梁的检测与养护维修走上有法可依的轨道。交通部也组织编写了公路桥梁工程建设危旧桥

30、测试改造拆除加固维修技术，有利于提高全国桥梁加固和维护水平。旧危桥评定是加固改造的前提，目前评定旧危桥的方法有外观调查评定法、采用分析计算为主的评定法、荷载试验评定法、专家系统评定法以及可靠度评定法。前三种是目前常用的评定方法，但由于受到旧危桥评定的复杂性，常常会遇到分析问题不全面甚至错误的结论。如拱桥加固计算中，常常会遇到按现有设计理论计算达不到规范容许值的情况，但实际使用中并未出现预想中的开裂情况，说明现有评定方法存在一定的差距，因此需要集多领域专家知识而成的评定系统来客观全面地分析病害原因，从而提出合适的加固措施。目前国内外都致力于专家系统地研究，限于系统地复杂性，有关这方面地研究比较缓

31、慢。可靠度评定法是以结构可靠性设计理论，用与结构失效概率来衡量结构的可靠程度。我国工民建己开始这方面的研究，但由于建筑结构诸多的复杂因素，目前该方法也仅在理论和概念上对可靠度评定方法的完善，离实用仍有相当大的距离。 1.3 桥梁常见加固方法 桥梁加固可以采用的形式是多样的：如加大截面加固法、体外预应力加固法、外部粘钢加固法和粘贴碳纤维加固法等都能达到同一目的，只是加固途径、加固效果不同31，。如对裂缝的限制，体外预应力法是一种主动受力加固法，能将现有裂缝宽度缩小，并能将在运营状况的裂缝宽度控制在规范以内：而外部粘钢或粘碳纤维加固是一种被动受力法，它能够约束裂缝扩展。这些方法都能达到加固目的，只

32、是各有优缺点，在具体实施中应考虑到被加固桥梁的特点。 在旧桥加固改造工程中，尽管每座旧桥梁的情况各不相同，具有各自不同的特点，但也存在一定的共性。我们应遵循桥梁加固、改造工作的共性，既要借鉴 混凝土结构加固技术规范(此规范为建筑行业规范，有的不适用于桥梁工程)12，又要结合具体桥梁的特殊性，在实践中发挥积极性和做出创造性，不断进取和探索，采用最先进技术和材料，在旧桥利用、加固、改造中，创造和总结出多种切实可行的方法，使旧桥继续发挥固有的使用功能，以保证公路交通畅通无阻。 桥梁加固常用的力一法有以下几种13： 桥面补强层加固法 在梁顶上加铺一层钢筋混凝十层，一般先凿除旧桥面，使其与原有主梁形成整

33、体，达到增大主梁有效高度和抗压截面强度，改善桥梁荷载横向分布能力，从而达到提高桥梁的承载能力的目的。 外包混凝土加固法 外包混凝土加固法又称增大截面加固法，它是通过增大构件的截面和配筋，以提高构件的强度、刚度、稳定性并减少裂缝宽度。对于梁桥、拱桥、刚架桥、墩台、基础等，在条件许可的情况下均可采用该方法加固。钢板粘贴加固法 由于交通量的增加，主梁承载力不足，或纵向主筋出现严重的锈蚀，或梁板桥的主梁出现严重横向裂缝，此时，可用粘结剂及锚栓将钢板粘贴锚固在混凝土结构的受拉缘或薄弱部位，使其与结构形成整体，以钢板代替增设的补强钢筋，提高桥梁的承载能力与耐久性。 本加固法的特点为： 不需要破坏被加固的原

34、结构的外形； 施工工艺简单，施工质量易于控制； 施工工期短，也较经济，是一种简便的加固力一法； 不足之处是粘结剂的质量及耐久性是影响加固效果的主要因素。 喷锚混凝土加固法 首先是用植筋法将锚筋植入待补强部位的结构内，挂设补强钢筋网，然后再喷射一定厚度的混凝土，形成与原结构共同受力的组合结构。喷锚混凝土是借助喷射机械，利用压缩空气将新混凝土混合料，通过喷嘴高速喷射到己锚固好钢筋的受喷面上，凝结硬化后形成一种钢筋混凝土。混凝土在高速喷射时，水泥浆与集料的反复连续撞击使混凝土密实，因而不需振捣，喷锚混凝土与旧混凝土的粘结强度为0.7MPa2.8MPa。近年来，钢纤维混凝土的研究成功，为桥梁加固提供了

35、更为有便和简捷的手段，它替代了传统的挂网喷射混凝土。掺入钢纤维后，除了混凝土的抗拉强度和主要由拉应力控制的抗弯、抗剪和抗扭等强度有明显的提高外，特别值得指出的是钢纤维混凝土的掺提高了混凝土的韧性，将脆性的混凝土材料变为具有吸收变形能力的材料14。 改变结构受力体系的加固法 这种加固、改造方法是通过改变桥梁结构受力体系，达到提高桥梁的承载能力的目的。它的基本原理是以减少控制截面的内力为目的进行加固。不同的结构体系其受力性能是不尽相同的，通过改变既有结构的体系来改善其受力状况，有意识地改善原结构受力薄弱截面，以改善和提高桥梁承载能力。 对拱上建筑损坏严重而主拱圈质量尚好的拱桥，就可以采用改变结构体

36、系的方法进行改造，以恢复或提高桥梁的承载能力。 体外预应力加固法 体外预应力加固法主要用于梁式桥(包括简支梁、悬臂梁、连续体系梁桥等)正常使用极限状态超限的结构，通过对旧桥施加体外预应力，能够达到减少或消除裂缝，减小梁体h挠，改善结构各截面应力状态的目的。 减轻拱上自重加固法 减轻拱上自重也是一种调整拱!恒载分布的手段，尽管它们的目的都是为了恢复和提高原桥的承载能力，但它们的出发点和适用场合却是不相同的。调整拱上恒载分布是针对主拱圈变形过大，通过调整拱上恒载的办法来调整拱轴线与压力线：采用减轻拱!建筑的自重，则主要是针对某些双曲拱桥的基础承载能力较低，通过这一措施降低对基础承载力的要求。 减轻

37、拱上自重的方法有以下几种： 拱桥的拱圈和拱肋常用的几种加固方法 为了提高拱桥的承载能力，往往采用增加拱圈厚度和刚度，加大拱肋截面、增设新拱肋等方法，下面介绍不同情况下的不同加固方法。 砖石拱桥的拱圈内壁出现表层剥落、松散、老化等情况且不适应目前交通时，可采用在肋圈内壁挂钢丝网，并喷射水泥砂浆的加固法。 钢筋混凝土拱圈内壁浇筑加固法。拱桥拱圈内壁损坏严重时可采用此法，具体做法与上述方法相似。 原拱上增设钢筋混凝土拱圈加固法。此法是拱桥中较常用的加固法之一，它不仅加固了拱圈，且将原有开裂拱联结在一起，也利于桥面排水。 拱桥钢板箍与螺栓锚固法。石拱桥可在拱圈的跨中和14处加设二道(或多道，视情况而定

38、)钢板箍或钢拉杆，用螺栓在拱底及拱侧钻孔锚固，并注意将锚固点设在拱圈厚度的13处，此法可提高拱桥的整体强度，达到较好的加固效果。 扩大双曲拱桥拱肋截面的加固法。此法是通过采用钢筋和混凝土外包加大原拱肋，从而达到扩大拱肋截面尺寸，增加拱肋断面的含筋率或变无筋拱肋为有筋拱肋，提高拱肋的抗弯刚度的一种加固力一法。粘贴钢板或钢筋加固拱肋。为提高双曲拱桥拱肋强度，可在拱肋表面清理整洁后，用环氧类砂浆粘结钢板或钢筋的方法来提高拱肋的抗弯刚度。粘贴钢板法也是加大截面尺寸的一种方法，这种方法主要是在拱圈受拉区内粘贴钢板、钢筋或玻璃钢等，适合于混凝土拱桥、钢筋混凝土拱桥和双曲拱桥。粘贴法能增强拱肋纵向刚度，提高

39、抗弯能力粘贴钢板的厚度一般为46mm，为保证粘贴效果和增强拱圈与钢板之间粘贴面的抗剪能力，最好沿粘贴面布置一定数量的夹紧螺栓。为便于钢板加工成型紧贴拱圈，多采用分段粘贴，每段长度在2m左右。许多双曲拱桥的加固均采用这种方法。 增设拱肋加固法。在较大跨径的拱桥下新建一座跨径较小，矢度较大的肋拱，使肋拱的上弦与老拱桥连接在一起，新老桥台连接在一起。此法可用于大跨径、桥台水平位移大的有肋或无肋双曲拱桥的加固。 增加横系梁加固法。当横向联系较弱时，可采用加大原拱肋间横向系梁截面，或新增横向系梁，以加强拱肋抗扭刚度和横向整体性。此法一般可与上述拱肋截面扩大加固法一起进行，能取得较好的加固效果。 增大截面

40、尺寸法 当拱圈或拱肋截面高度不足或尺寸过小，出现严重的径向裂缝、较大变形或承载力不足时，可以采取锚喷混凝土、现浇混凝土局部增大或全截面加大拱圈或拱肋。这种方法主要在主拱圈拱腹或拱背沿桥跨方向增设一层钢筋混凝土，也可以根据需要在拱脚段或拱顶段增设一层钢筋混凝土。在拱背上浇筑或锚喷一层混凝土或钢筋混凝土，施工并不复杂，主要取决于在原拱圈拱顶上部是否有足够的高度。在拱腹下缘浇筑或锚喷一层混凝土或钢筋混凝土，旌工难度较大，为了使新老拱圈能共同作用，需要在拱腹打锚杆、阴阳榫等措施，采用挂网施工。采用上述加固方法，应同时验算墩台能否满足加固要求，在多数情况下，必须增大墩台尺寸。 早期建造的双曲拱桥，设计荷

41、载等级偏低，横向拱肋间用套管连接，整体性差，使用后一般损坏较大，需通过加大原拱肋截面并增强横向连接、修理拱上建筑，才能发挥桥梁的整体性和联合作用，以提高或恢复拱桥的承载能力。 加厚拱圈时需考虑的一个问题是，加厚拱圈会改变拱圈的拱轴线形和部分拱圈的强度与刚度，原有拱圈截面应力重新调整，可能导致其他控制截面应力超出。因此，在加厚拱圈时，应设法减轻拱上建筑，以弥补加厚拱圈所增加的恒载。对非岩石地基的拱桥，原则上加厚拱圈所增加的恒载重量应小于改建时拱上建筑所减轻的重量，加厚时宜适当加厚拱脚段的拱圈厚度，使加厚拱圈后的拱桥拱轴线形与受力情况得到调整，提高拱桥的承载能力 增大截面尺寸法是目前拱桥加固中应用

42、最广泛的一种加固方法，但目前缺乏系统完善的计算方法，如截面尺寸如何拟定、加固后如何验算截面承载力或截面应力、如何设计和计算锚杆；如何确保新旧拱圈之间有一个可靠的结合面，以及如何改善和达到可靠结合面的措施。这在本文将在施工方面作一定介绍。1.4 其他加固方法 顶推法 软土地基拱桥破坏，常常是由于拱座水平位移较大，导致跨径增大，拱轴线严重变形，拱圈和拱上建筑开裂，降低了拱桥的承载能力。采用顶推法可以消除或减小两拱脚的水平位移，调整主拱圈内力，尽可能恢复原有拱轴线。 顶推时将顶推端拱脚与拱上建筑与桥台分开，拱脚弯矩得到释放，非顶推端拱脚弯矩向正弯矩转化，拱脚受力状态得到改善，因此顶推时尽可能使拱顶弯

43、矩接近为零状态，使拱桥恢复原有的承载能力。据此，可以估算顶推的水平距离。 =Kn(+) + (1-1)式中：桥台已发生的相对水平位移； 桥台已发生的转角当量位移； 混凝土收缩当量位移； 恒载弯矩当量位移； n考虑混凝土徐变和开裂对桥台变位的综合影响系数，n=025045； f混凝土徐变对混凝土收缩当量位移的折减系数，乒司45； K-桥台单位水平位移引起无铰拱体系拱项弯矩与单铰拱体系拱顶弯矩之比。 K= , = , = , = (1-2)式中：按无铰拱，桥台转角引起的拱顶弯矩； 按无铰拱，混凝土收缩引起的拱顶弯矩； 按无铰拱，拱顶恒载弯矩； 按无铰拱，拱脚单位水平位移引起的拱顶弯矩； 单铰拱拱脚

44、，铰支座单位水平位移引起的拱顶弯矩。 高强钢丝(钢绞线)对拉桥台法 建造在软土地基上的拱桥，容许基底应力较低，在其自重和水平推力的作用下，会出现桥台后移、下沉、拱圈开裂，端腹拱横墙伸缩缝被拉裂等破坏，影响桥梁的安全和正常使用对拉桥台法可以改善地基应力，提高桥台的抗滑、抗倾稳定性，缩短跨径，抬高拱轴线。 预应力拉杆对拉拱圈法 预应力拉杆对拉拱圈法，是在空腹式拱桥中某个腹孔中设置体外预应力拉杆对拉拱圈，使拱圈不再下沉，同时还可以减小或封闭裂缝。在靠近拱顶的腹孔浇筑混凝土，供预应力钢束锚固，预应力钢束多为体外预应力，需要做好钢束防护措施，以防钢束发生锈蚀。钢筋混凝土套箍加固法 该方法是在原拱圈上布设

45、套箍钢筋，沿拱圈四周现浇或锚喷混凝土而成，这种方法的优点在于加固后的拱圈承载力提高较大，但施工复杂，需要拆除部分或全部拱上建筑，加固费用较高。套箍加固法最早用于加固墩、台或基础，另外，在工民建中也得到广泛应用。 碳纤维张张贴法 碳纤维复合材料是一种新型的材料，可以取代钢板应用在桥梁的加固工程中，因此受到人们的广泛重视。这种材料在日本最受重视，应用也最为广泛。我国对这种新型的材料是在98年开始实际应用的，目前对它的应用和研究正在深化和发展。碳纤维复合材料(cFRP)的特点： 不增加恒载及断面尺寸； 不减少桥下挣空； 施工方便，成型方便，可适应不同构件形状； 环氧树脂黏结，不需要锚固螺栓，对原结构

46、无新的损伤； 可根据受力需要粘贴若干层。 碳纤维复合材料(CFRP)主要有三种，即碳素纤维、高分子聚合纤维、和玻璃纤维。 1.5 本文的主要研究内容 本文在分析研究国内外文献与试验的基础上，结合工程实例，主要对粘贴钢板加固的钢筋混凝土T梁受力行为进行研究，主要内容如下： (1)钢板加固钢筋混凝土梁结构是一种由混凝土、钢筋、钢板和胶粘剂等构成的复合体系，对其进行抗弯设计计算时(如承载力、刚度的计算、结构的破坏模式等) ，原有的钢筋混凝土理论显然不再适用。通过阅读分析国内外大量文谢，对目前的抗弯加固设计公式进行了分析，并从中选出钢板加固钢筋混凝土梁正截面抗弯极限承载力的计算公式作计算的依据。 (2

47、)在己知结构参数、材料性能的条件下，分别研究钢筋腐蚀率和钢板数量与粘贴钢板加固 T 型梁的截面惯性矩、抗弯承载力及其提高的幅度之间的关系，以确定二者对加固效果的影响。第2章 粘贴钢板加固钢筋混凝土构件的工作原理 粘贴钢板加固法就是将钢板粘贴在钢筋混凝土梁的受拉、受弯构件外部或薄弱部位的外部，使之与结构形成共同受力的整体，以提高钢筋混凝土梁的刚度，改善其应力状态，提高结构的承载力，达到补强效果的一种加固方法。 2.1 钢板加固RC梁的材料 2.1.1 混凝土 公路桥梁加固设计规范16 中明确规定：桥梁加固用混凝土的强度等级应比原结构构件提高一级，且不得低于C30 ；当采用预应力钢筋混凝土加固时，

48、其强度等级不得低于C40 。同时被加固构件的混凝土强度不能过低，否则不能发挥钢板和胶粘剂的作用，粘钢加固法适用于混凝土强度高于C15 的构件的加固1。 2.1.2 钢板 目前桥梁加固用钢板有16Mnq、Q345q(C、D 、E) 、Q370q(14MnNbq)、Q390D、 StE335、S355N、A709Gr50 等，其中常用是Q235 和Q345，其主要的力学性能指标如表 2-1 所示17：表2-1 钢板Q235与Q345的主要力学性能指标钢材弹性模量/MPa厚度/mm抗拉和抗弯/N·mm-2抗剪/N·mm-2Q2352.1×1051621512516402

49、05120406020011560100190110Q3452.06×1051631018016352951703550265155501002501452.1.3 胶粘剂 钢板与混凝土的粘结是通过两者之间的结构胶层实现的，通过胶体传递应力，协调变形，这是钢板与混凝土两种材料共同工作的基本前提。因此钢筋混凝土结构加固用胶必须是强度高、粘结力强、耐老化、弹性模量高、线膨胀系数小又具有一定弹性的胶种。 目前我国对粘钢法胶粘剂的性能检测己制定出一系列的方法。为保证胶粘剂本身的强度，一般在使用前须对其抗拉及抗压强度进行检测。对粘贴钢板加固钢筋混凝土梁，钢板与梁底混凝上的剥离破坏使混凝土梁与钢

50、板不能很好的共同工作，钢板的强度不能得到充分发挥。因此，在进行钢板加固时应保证钢板与梁底混凝之间具有足够的粘结应力，以防止钢板的剥离破坏。 桥梁加固用胶粘剂，根据加固结构的重要程度分为A级胶与B级胶；其中A级胶用于重要结构或构件的加固，B级胶用于一般结构或构件的加固。公路桥梁加固设计规范16 中明确规定：桥梁粘钢加固用胶粘剂的安全性能指标应符合表 2-1 的规定。 从我国开始对粘钢法进行研究至今 20 多年中，我国有很多科研单位对结构加固用胶进行了深入的研究，并有了自己的产品。目前使用较多的是：中科院大连化学物理研究所研制的JGN型结构胶、冶金建筑研究总院研制的YJS-1 型结构胶、苏州混凝土

51、制品研究院试制的ET型结构胶及武汉水利电力学院研制的WSJ建筑结构胶18 项目胶体性能抗拉强度/MPa抗压强度/MPa伸长率%抗弯强度/MPaA级胶30651.345B级胶25651.035项目胶结能力钢-钢拉伸抗剪强度/MPa钢-钢不均匀扯离强度/MPa钢-钢粘结抗拉强度/MPa与混凝土正拉结强度/MPaA级胶30651.345B级胶25651.035表2-2 粘钢用胶粘剂安全性能指标2.2 钢板加固RC梁的加固方法 众所周知：钢筋混凝土梁是由钢筋和混凝土两种力学性质差异很大的材料组成的受弯构件。混凝土抗压性能好，抗拉性能差，抗拉强度仅为抗压强度的1/10左右；而钢筋的抗拉、压性能都好。对于

52、混凝土的受弯梁，在荷载作用下，梁中性层以上部分为受压区，中性层以下部分为受拉区。如图2-1所示：由于混凝土抗拉强度很低，在不大的荷载作用下，素混凝土梁就会在受拉区开裂而破坏，此时受压区混凝土的抗压强度却没有被充分利用。由于钢材的受拉性能较好，如果在梁受拉区下边缘配置适量的钢筋，利用钢筋代替混凝土受拉，使得受压区混凝土的抗压强度能充分发挥，这样就可以大大提高梁的承载力。进一步分析可知，只要在适筋范围内，梁截面配筋率越大，梁截面参与受压的混凝土越多，梁的抗弯性能越好。而对于少筋梁，由于配筋过少，受压区的混凝土还未充分发挥作用，钢筋就已经被拉断了。这说明少筋梁和适筋梁都有可能在提高配筋率的前提条件下

53、使更多的混凝土参与受压，从而提高梁的抗弯性能。 (a)素混凝土梁 (b)钢筋混凝土梁 图 2-1 钢筋的作用 粘钢法加固梁就是基于此原理产生的一种钢筋混凝土梁的加固补强措施。对于已经浇注完成的钢筋混凝土梁出现抗弯能力不足时，可以通过结构胶将钢板粘贴在混凝土梁受拉区的外边缘，利用钢板的抗拉性能可以有效地补充原构件钢筋的不足，使更多的混凝土参与受压，从而大大提高梁的抗弯性能，达到结构补强的目的。 2.2.1 加固的基本原则 与新建结构不同，结构的加固改造有其特殊性，主要表现在加固方案的选择受到原有结构特点的制约多、加固后的结构受力复杂、结构可靠度的标准不一致等。基于以上的特点，结构的加固应该遵循以

54、下的原则： (1)结构加固方案的选择应该避免盲目性并应具有总体效应性原则。 在结构加固方案确定以前，必须对原有结构进行检测鉴定和可靠性分析，对原结构的材料性能要有充分的认识并进行专家论证，特别是对因为原结构损伤需要进行加固的结构，应该对产生这种病害的原因进行分析，对结构所处的环境进行客观细致的调查，避免出现因为对结构病害原因分析不足而盲目确定加固方案并进行加固设计施工，导致加固后的结构再次损伤而需要进行二次加固。 另外，因为对结构的加固可能改变结构的原受力体系，使本来不需要加固的原结构部分的承载力下降或者所受荷载增加而需要加固，也是在加固方案选择上应该避免的。总之，结构加固过程中应尽量考虑其总

55、体效应，以不损伤原结构，并保留有利用价值的原结构为原则。 (2)荷载取值和承载力验算的基本原则。 加固设计过程中涉及到荷载取值、承载力验算等。一般而言，加固结构承受的荷载应该进行实地调查后取值，当原结构设计按老规范取值时，在鉴定阶段对结构的验算荷载仍按老规范取值；当需要加固时，加固验算应该按现行的荷载规范的规定取值。 在进行承载力验算时，结构的计算简图应该根据结构的实际支撑情况和构件的实际尺寸确定，验算中还应该考虑结构在加固时的实际受力程度(卸载、部分卸载还是不卸载)、加固部分的受力滞后特点以及加固部分与原结构协同工作的程度等。 (3)材料的选用和强度取值的原则。 加固设计中为使加固后的结构具有良好的协同工作性能，选用原材料的种类和性能尽量与原结构一致，如果没有原结构材料的详细资料，有必要通过实测来评定原材料的性能，再按现行规范取值计算。 2.2.2 桥梁加固的基本程序 桥梁加固的一般工作程序如图2-