桥梁病害评估及加固技术（110页）

1、桥梁病害评估及加固技术主要内容桥梁结构常见病害类型评估理论的最新进展旧桥加固案例分析目前国内外桥梁现状旧桥检测及评估的常用方法随着国民经济持续快速的发展，我国交通运输事业也迎来一个辉煌的时代。据不完全统计，截至到2009年，我国公路桥梁达62.19万座。苏通大桥支井河大桥香港昂船洲大桥西侯门大桥 我国设计施工水平已迈入国际先进行列，部分成果达到国际先进水平。 香港昂船洲大桥、 主跨1020米，江苏苏通大桥，其主跨达到1088米，支井河上承式钢管拱桥，跨径430米，西侯门悬索桥，跨径1650米。Roin-Antirion大桥 Messina Bridge桥梁的现状桥名时间事件描述綦江彩虹桥垮塌1

2、9991焊接质量、混凝土振捣不密实宜宾小南门桥吊杆断裂2001.11吊杆受酸雨侵蚀锈断苏州堰月桥 2005.4常年失修、承载力下降甘肃洮河大桥2006.5常年失修、承载力下降成都三渡水大桥2004.4挖砂导致基础被水冲垮美国明尼苏达州密西西比河大桥2007.8原因待查损坏与垮塌事件国家桥梁现状中国中国现有各类桥梁约六十二万座，危桥数量众多。美国桥梁58万座，调查51.4万座，其中40以上有不同程度的损伤，98000座桥梁结构强度降低，应停止使用或限载。日本1956年以前按旧标准设计施工的桥梁，其承载力明显不足。据统计，这类桥梁约有5500座，其中混凝土桥梁约有4500座。德国一个州内的约150

3、0座混凝土桥梁，有将近一半的桥梁上部构造至少有一处较严重的损伤，其中2/3至少有一处一般性损伤。 目前国内桥梁存在的问题50年代后期和60年代桥梁荷载标准低，承载力不足。部分近期修建的桥梁出现质量问题，损伤严重。不断出现的桥梁垮塌事件给人民生命财产造成巨大损失年月日晚时分，重庆市綦江县城区一座步行桥突然整体垮塌，数十名过桥者随大桥坠入桥下的綦河，造成了严重伤亡事故。这次因工程质量导致的重大责任事故，共造成人死亡綦江彩虹桥宜宾小南门桥主跨240米中承式拱桥，1990年11月建成通车，2001年11月因吊杆严重锈蚀断裂，造成桥面跨塌。苏州堰月桥 （2005年4月）甘肃洮河大桥（2006年5月）大桥

4、建造于年代中期，距今已有年左右的历史，是座危桥。位于甘肃省道306线上,岷县县城以北500米处，始建于1974年,总长200多，桥宽8米。2004年辽宁盘锦田庄台大桥大桥桥位于盘锦与营口交界处，连接辽河两岸，桥长500余米 ，在80吨的严重超载情况下，使大桥第9孔悬臂端预应力结构瞬间脆性断裂 。2007年江苏常州公路大桥 2004年成都三渡水大桥2007年广东九江大桥美国共有公路桥梁58万座， 1967年12月， Ohio州的Silver Bridge（悬索桥）跨塌导致46人死亡，使用年限为39年。随后弗罗里达阳光桥因船撞而严重损伤，由此引发了对美国58万座公路桥梁的检查，共调查了51.4万座

5、，这些桥中40以上有不同程度的损伤，98000座桥梁结构强度降低，应停止使用或限载。国外桥梁的现状Thruway Bridge, New York, US（1987年4月）I-40 Bridge, Oklahoma, US（2002年5月）美国明尼苏达州密西西比河大桥垮塌 2007年8月1日Entre-os-Rios Bridge , Portugal （2001年3月）巴基斯坦卡拉奇公路大桥2007年9月1日，通车12天垮塌印度南部安德拉省首府高架桥 2007年9月9日垮塌，原定年底通车国外桥梁的现状日本日本在七、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。1956年以

6、前按旧标准设计施工的桥梁，其承载力明显不足。据统计，这类桥梁约有5500座，其中混凝土桥梁约有4500座。国外桥梁的现状德国前联邦德国于19781979年对一个州内的约1500座钢筋混凝土和预应力混凝土桥梁做了全面的检查，发现不同时期修建的桥梁都有损伤，即使2030年桥龄的预应力混凝土桥中，有将近一半的桥梁上部构造至少有一处较严重的损伤，其中2/3至少有一处一般性损伤。 （1）如何实际评价现有桥梁的实际承载力与安全度问题；（2）如何及早检查发现桥梁产生的损伤及异常现象，正确地鉴定结构物地损伤程度，从而采用合理的维修加固方法问题；（3）桥梁损坏与维修加固的实际应用问题；（4）桥梁维修加固技术，即

7、采用维修加固新技术与新方法问题；（5）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中进行考虑的问题；（6）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与策略的问题。1981经济合作与发展组织关于“道路桥梁维修与管理”会议 设计与养护管理的关系结构设计应考虑换索时不中断交通的问题支座更换斜拉索更换如何保证支座更换时空间尺寸及结构安全的要求规范问题？（1）如何实际评价现有桥梁的实际承载力与安全度问题；（2）如何及早检查发现桥梁产生的损伤及异常现象，正确地鉴定结构物地损伤程度，从而采用合理的维修加固方法问题；（3）桥梁损坏与维修加固的

8、实际应用问题；（4）桥梁维修加固技术，即采用维修加固新技术与新方法问题；（5）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中进行考虑的问题；（6）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与策略的问题。1981经济合作与发展组织关于“道路桥梁维修与管理”会议 如何科学有效的管理现有桥梁，防止恶性事故发生，确保人民生命、国家财产不受损失，已成为当务之急！主要内容桥梁结构常见病害类型评估理论的最新进展旧桥加固案例分析目前国内外桥梁现状旧桥检测及评估的常用方法混凝土桥梁常见病害及特点外观特征：混凝土破损、开裂 钢筋锈蚀、支座脱空结构

9、特征：挠度的不断加大和裂缝的进一步开展大跨径混凝土桥梁的担忧？病害产生的主要原因一、设计考虑不周造成桥梁结构原始性缺陷：（1）结构型式或桥型布置不合理；（2）使用计算程序或输入数据不妥，计算有误；（3）断面尺寸及钢筋不符合结构受力要求；（4）对一些特殊荷载如收缩徐变、温度、基础变位、水化热等考虑不足。 二、施工质量问题导致桥梁损伤：（1）水泥质量不好；（2）使用的骨料不合格或级配不当、含泥量过大、出现碱骨料反应；（3）混凝土振捣不密实、参和料拌和不均匀；设计双院制施工前图纸复核病害产生的主要原因二、施工质量问题导致桥梁损伤：（4）浇注顺序不当；（5）混凝土养生不好；（6）预应力张拉控制不符合要

10、求；（7）预应力管道压浆不饱满或未压浆；（8）支架下沉、脱模过早；（9）接头处理不当。病害产生的主要原因三、运营期间造成的的破坏：（1）交通超载；（2）船舶、车辆撞击；（3）水流对基础的冲刷；（4）地震。四、材料性能的退化：混凝土炭化、钢材锈蚀等。（1）混凝土炭化导致其强度降低；（2）氯离子对混凝土的侵蚀；（3）钢筋的锈蚀。 结构耐久性问题结构设计中各项应力的控制水平控制防止裂缝混凝土结构的耐久性设计，抗氯离子侵蚀、保护层碳化防止钢筋锈蚀预应力混凝土张拉工期混凝土保护层厚度问题防止钢筋锈蚀控制收缩徐变设计过程的保证常见病害的主要表现型式裂缝弯曲引起受拉区的竖向裂缝常见病害的主要表现型式裂缝剪切

11、引起的斜裂缝常见病害的主要表现型式裂缝钢筋锈蚀引起的顺筋裂缝墩柱钢筋锈胀引起混凝土剥落 常见病害的主要表现型式外表破损常见病害的主要表现型式外表破损梁体被撞、刮蹭、混凝土脱落 混凝土剥落 常见病害的主要表现型式外表破损梁底钢筋锈蚀 凝土剥落常见病害的主要表现型式管道压浆不饱满钢绞线锈蚀管道压浆不饱满常见病害的主要表现型式墩台病害墩台被水冲毁锥坡塌陷桩基被水冲刷后钢筋外露常见病害的主要表现型式支座病害支座脱空 支座鼓包老化 支座开裂 结构边界条件的改变 常见病害的主要表现型式支座病害支座钢盆破坏 常见病害的主要表现型式桥面系病害防撞护栏破损 桥面铺装层破损 常规桥梁的特点一、桥梁已建成运营，许多

12、有不同程度损伤二、位置分散三、原始资料缺失四、无法获得桥梁结构的初始状态主要内容桥梁结构常见病害类型评估理论的最新进展旧桥加固案例分析目前国内外桥梁现状旧桥检测及评估的常用方法桥梁评估方法局部法利用人工检测经验评估整体法利用结构响应理论评估桥梁常用的无损检测方法混凝土强度检测半破损法 非破损法 综合法 钻芯法、拔出法、拔脱法、板折法、射击法等 桥梁常用的无损检测方法混凝土强度检测半破损法 非破损法 综合法 回弹法、超声法桥梁常用的无损检测方法混凝土强度检测半破损法 非破损法 综合法 超声-回弹、超声钻芯、声速衰减 桥梁常用的无损检测方法混凝土缺陷检测不密实区和空洞表面波法红外线法脉冲回超声法声

13、发射法雷达扫描法 匀质性桥梁常用的无损检测方法混凝土裂缝及碳化混凝土裂缝 裂缝计混凝土碳化 化学试剂桥梁常用的无损检测方法钢筋锈蚀检测钢筋保护层厚度和位置 钢筋位置探测仪 钢筋锈蚀程度 物理方法和电化学方法 常规桥梁的承载力评估方法一、分项系数评估法中国规范公路桥梁养护规范公路桥梁承载能力检测评定规程城市桥梁养护规范国外规范AASHTO LRFR日本规范 对旧桥结构有效预应力评估的直接方法主要是荷载试验，通过测试桥梁结构在试验荷载下控制部位的应变、位移和裂缝开展情况、横向分布系数等，与理论值进行比较；通过效验系数（=实测值/理论值）、变形、裂缝开展程度和残余变形等各种指标综合判断该桥是否满足设

14、计及使用要求，从而类推出有效预应力。 优点：直观、准确、测量数据可靠弊端：规模大、费用高、影响交通，还可能引起结构的进一步损伤 二、荷载试验三、基于损伤模型的理论分析（1）损伤模型材料的退化、刚度变化（2）预应力筋锈蚀引起的预应力额外损失典型裂缝分析 （3）原结构应力状况评估理论分析手段、恒载应力释放法 （4）承载能力评估人工检测针对桥梁局部损伤，是目前常用的手段，这种方法的特点是直观性强，操作容易，但需要大量的经验数据。如何对桥梁结构作全面的评价，尤其是对损伤状况和承载能力的评定，还需要作进一步的工作！主要内容桥梁结构常见病害类型桥梁评估理论的最新进展旧桥加固案例分析目前国内外桥梁现状旧桥检

15、测及评估的常用方法方法：以人工检查为主，采用超声波、红外线检测、光谱电磁波、脉冲雷达等技术 。 优点：简单方便，直观明了。缺点：只能探测结构表面破损；必须事先知道损伤位置；局部区域无法接近；不能满足结构整体评价。目前桥梁损伤评估的方法方法：理论分析为主，利用结构响应来识别损伤。采用的数据：静态：挠度、应变动态：模态、频率优点：可以描述整体结构的损伤状况，是目前研究的热点。存在的问题：没有一种理论能很好的适应于桥梁结构损伤识别。整体法局部法评估理论无损检测健康监测系统结构响应在线监测结构荷载在线监测整体法数据来源桥梁健康监控系统发展过程美国、英国、日本等国家从80年代初便开始大规模对桥梁进行检测

16、，并逐渐建立了一套较为完善的桥梁检测和维修制度。1967年12月15日俄亥俄河上的银桥（悬索桥）跨塌导致46人死亡，使用年限为39年。随后弗罗里达阳光桥因船撞而严重损伤，政府决定在新桥上安装结构健康监测系统，这些事件的发生引起了美国政府和学术界对桥梁结构安全健康的重视，从基础理论到实际应用的研究都做了大量研究。 20世纪九十年代，健康监测开始在我国桥梁中应用，许多大桥都安装了监测系统，以期对结构进行实时监控，希望通过监测得到的各种数据，对结构的现状进行分析，达到评估结构状况的目的。 在线健康检测系统桥位处监控中心监测荷载的传感器 风速仪, 温度计, 动态地秤 (WIM), 地震仪等监测结构反应

17、的传感器 加速度计，应变计，GPS，位移计，倾角仪，压力环等其他传感器 混凝土腐蚀监测仪器, 摄像头等传感器系统监测三个方向风速时程（原始数据）进行风功率谱、攻击角等分析，用于桥梁评估风速仪风的作用对大跨径桥梁的影响不可忽视塔科马大桥被风摧毁美国塔科马海峡大桥，主跨853米，全长1716米。1940年第一次修建的悬索桥桥面宽11.9米，加劲桁梁高仅2.74米，该桥因刚度不够，建成4个月后就被风暴摧毁，1950年利用旧桥墩改建新桥，主跨不变,钢塔架高140.82米，桥面宽增至18米，加劲桁梁高增至10米。安装在桥上的风速仪安装在桥上的风速仪监测构件截面温度梯度监测空气温度温度计监测汽车荷载的轴重

18、、轴距，以及交通流量统计等动态地秤安装在桥头的动态地秤监测结构加速度反应根据加速度时程数据进行结构模态分析和损伤识别分析加速度计加速度计应变计监测应变峰值结构疲劳评估结构评估应变计位移计监测桥梁顺桥向位移确定伸缩缝位移量GPS系统它利用接收导航卫星载波相位进行实时相位差分。差分系统是由GPS基准站、GPS监测站和通信系统组成。基准站将接收到的卫星差分信息经过光纤实时传递到监测站。监测站接收卫星信号及GPS基准站信息，进行实时差分后可实时测得站点的三维空间坐标。此结果将送到监控中心。在监控中心对接收机的GPS差分结果进行桥梁桥面、桥塔的位移、转角计算，提供大桥管理部门进行安全分析。 全球定位系统

19、G P SGPS位移监测实时显示理想的健康监测系统要解决的两类问题数据采集一、环境荷载数据采集二、结构响应数据采集结构评估一、与设计理论的对比二、结构现状的评估国内外的研究重点国家西部科研课题中交路桥技术公司课题名称高速公路结构健康监测系统关键技术研究铁罗平大桥，主跨320米支井河大桥，主跨430米四渡河大桥，主跨900米龙潭河大桥，主跨200米桥梁结构的损伤识别桥梁结构剩余承载力评估课题研究主要内容依托工程结构的损伤识别损伤识别要回答的问题结构内是否存在损伤？损伤的位置在哪里？损伤的严重程度怎样？损伤识别研究方法损伤指标反分析参数识别方法利用测量得到的响应和完整结构的响应进行直接或间接的比较

20、，来能确定结构内部是否发生了损伤。利用测量得到的响应来反演结构的某些特性参数，再和完整结构的特性参数相比较，以识别损伤。重点构造损伤指标及指标对损伤的敏感性多传感器的损伤识别方法及传感器布点问题1.指标对损伤不敏感；2.实际应用中误差加大，不能准确识别误差。1.理论模型与实际差异较大；2.多种类传感器共同识别研究的较少。这是两座结构形式均为三跨预应力砼连续箱梁桥，跨度为32+50+32m，2004年2月完成现场检测，发现桥梁表面破损，钢筋锈蚀，结构出现大量裂缝，跨中下挠严重。两座实桥损伤评估例子跨中非平面变形腹板轴向应变沿箱梁高度分布图 刚度识别结果实测挠度和损伤识别值参数识别表明主跨跨中刚度

21、下降明显，计算位移与实测位移十分接近，该桥目前已拆除。孔道没有压浆，预应力筋严重锈蚀桥梁健康监测是一个在世界范围内正在兴起的新兴事物，既非万能，也非无用。其中仍有许多课题值得深入研究，尤其是结构损伤和剩余承载力评估等问题。对于大型桥梁而言，监测系统与人工检查相结合是目前桥梁评估的有效手段，而对于大量的常规性桥梁，应以人工检查为主，以桥梁管理系统为主。主要内容桥梁结构常见病害类型桥梁评估理论的最新进展旧桥加固案例分析目前国内外桥梁现状旧桥检测及评估的常用方法加固实例体内预应力情况简介预应力静定T构，设计预拱度10厘米，拆除挂蓝后实际反翘到12厘米，挂梁安装后预拱度减为9厘米，通车一年后预拱度消失

22、，桥面下挠至齐平。运营十年后，T构箱梁悬臂端累计下挠30厘米，箱体出现大量裂缝。一、桥梁加固的设计施工原则作加法不作减法安全度宁大勿小分析不透彻不做没把握事情不做科罗巴岛(Koror-Babeldaob)桥案例科巴大桥是一座跨中带铰的3跨连续预应力混凝土刚架桥，跨径组合为72m+241m+72m，是当时世界上同类桥梁中跨径最大者。1978年建成通车，通车后不久就产生了较大的挠度，到1990年，其挠度达到1.2m。后来采用体外索施加预应力，使主跨中央挠度减小。1996年7月加固结束，加固处理后不到3个月就发生了倒塌事故。 科罗巴岛(Koror-Babeldaob)桥案例二、 大桥长期下挠原因分析

23、桥名国别竣工年使用时间(年)主跨(m)下挠量(mm)Stolma挪威1998330192Stovset挪威19938220200Parrotts美国197312195635广东省南海金沙大桥中国19946120220三门峡黄河公路大桥中国199210140220虎门大桥辅航道桥中国19975270220黄石长江大桥中国19957245320二、大桥长期下挠原因分析一、混凝土徐变徐变二、长期效应温度三、裂缝导致结构刚度的降低。计算分析的结果小于 实际挠度导致挠度不断增加的主要原因。规范的规定桥梁加固处理必须要达到的两个目的一、提高结构极限承载能力二、恢复结构刚度三、主动加固与被动加固的对比被动加固法 ：粘贴碳纤维、钢板等方法。多适用于在恒载作用下承载力满足要求但活载作用下承载力不满足的情况，在中小桥和大桥的次要受力方向进行加固时常采用。主动加固法：施加预应力、改变结构体系等，改变结构原有的受力行为。改善桥梁恒载的内力分配，增加全桥刚度，闭合裂缝，并调整变形。本桥的加固方法：主动加固法恒载占总荷载的80%以上，大量的裂缝在仅有恒载作用时不闭合，结构在恒载时的应力状况已不满足要求。仅依靠粘贴碳纤维、钢板等被动加固法是无法解决结构总体刚度下降、承载力不足的问题，必须采用主动加固