旧桥梁检测与加固课件

桥梁检检测与与加固固广东工工业大大学建建设学学院姜姜海波波，管管民生生1第一讲讲桥梁检检测与与监测测技术术的开开发和和应用用第二讲桥梁病病害诊诊断第三讲混凝土土结构构承载载能力力及耐耐久性性评估估第四讲桥梁改改造加加固方方案设设计第五讲桥梁加加固薄薄弱受受弯构构件设设计计计算讲授提提纲广东工工业大大学建建设学学院姜姜海波波，管管民生生2桥梁结结构检检查的的重要要性桥梁结结构的的使用用性能能及耐耐久年年限,主要由由设计计、施施工和和所用用材料料的质质量等等诸多多因素素共同同确定定。由由于设设计、、施工工和材材料可可能存存在某某些缺缺陷,而这些些缺陷陷会使使桥梁梁结构构先天天存在在着某某些薄薄弱之之处。。此外外,桥梁在在营运运使用用中又又会受受到不不可避避免的的人为为损伤伤及各各种大大自然然侵蚀蚀，带带来后后天病病害。。先天天缺陷陷和后后天病病害的的不利利影响响往往往会结结合在在一起起,如果再再遇上上荷载载和外外力的的临界界组合合,则很容容易使使桥梁梁发生生不可可预见见的损损坏。。桥梁梁结构构中的的一处处或某某几处处局部部的损损坏又又可能能产生生连锁锁反应应，波波及到到更多多的位位置,发展成成更大大的损损坏,乃至危危及桥桥梁的的安全全。所所以,确保建建成的的桥梁梁保持持良好好的运运营状状态和和正常常的使使用功功能,当务之之急是是及时时发现现早期期病害害,在尚未未出现现更大大的损损伤之之前采采取维维修养养护措措施,以控制制病害害发展展或把把病害害清除除,而要达达到此此目的的,就必须须对桥桥梁进进行检检查。。桥梁梁结构构的检检查是是保证证桥梁梁正常常使用用、进进行维维修加加固的的重要要依据据。检检查桥桥梁结结构的的目的的在于于随时时掌握握结构构的技技术状状况和和安全全状态态,总结设设计、、施工工、使使用和和维修修的经经验和和教训训,鉴定现现有桥桥梁的的承载载力和和通过过能力力,指导对对桥梁梁的正正确使使用、、管理理和维维修。。广东工工业大大学建建设学学院姜姜海波波，管管民生生3桥面结结构的的检测测用于预预测桥桥面病病害的的一般般方法法是:测量氯氯化物物含量量和电电势,并进行行肉眼眼观测测。但但此种种方法法既费费时间间,又妨碍碍交通通,而且更更遗憾憾的是是,这种方方法不不能就就沥青青桥面面铺装装的整整个病病害情情况提提供准准确数数据。。因为为该方方法只只把注注意力力集中中在由由于腐腐蚀而而导致致的顶顶面钢钢筋保保护层层的层层裂上上,而忽视视了由由于冻冻融循循环造造成的的沥青青铺装装层下下的混混凝土土裂崩崩的检检测。。然而而值得得庆幸幸的是是,使用雷雷达、、红外外热象象仪、、激光光光学学、超超声波波和其其它一一些新新的技技术手手段可可在仅仅仅一一天之之内就就能准准确地地测量量成百百上千千公里里路面面或几几十座座桥的的桥面面。广东工工业大大学建建设学学院姜姜海波波，管管民生生4桥梁结结构体体系的的监测测一般用用于结结构监监测的的传统统传感感器,其测量量能力力只局局限于于逐点点检测测,当临界界断面面检测测得不不准确确时,其效果果就会会很不不理想想。当当需要要对大大型结结构,如桥梁梁的状状况进进行评评估时时,具有大大面积积检测测能力力的传传感器器就显显得尤尤为重重要。。任何何监测测系统统都必必须具具备在在较长长时期期内提提供可可靠、、精确确和长长期的的检测测结果果,这样才才能保保证结结构处处于高高度的的安全全状态态。安安装了了这种种监测测系统统,就可以以较早早地发发现结结构存存在的的任何何问题题,以便采采取必必要的的修复复措施施,从而保保证结结构使使用的的连续续安全全性,使结构构的性性能得得到最最佳利利用,并减少少使用用费用用。混凝土土桥梁梁结构构的监监测用用于混混凝土土桥梁梁结构构监测测的一一种新新技术术是光光纤传传感器器技术术。它它运用用了光光纤的的两个个特性性来实实现动动态测测量：：1光损矢矢量的的测量量,即利用用纤维维某些些局部部产生生微小小弯曲曲后所所产生生光矢矢量变变化的的效应应原理理。2光传输输时间间原理理,即:光沿传传感器器到达达反射射镜,再反射射回到到光源源处的的传输输时间间。广东工工业大大学建建设学学院姜姜海波波，管管民生生5钢桥结结构的的监测测美国联联邦公公路局局开发发的无无线电电桥梁梁检测测和评评估系系统,是一个个便携携的、、电池池供电电、使使用无无线电电遥控控技术术的数数据收收集系系统。。它非非常像像一个个数字字式多多分支支的电电话网网络,用以收集集数据并并传递到到一个笔笔记本电电脑上。。这种特特殊的无无线电网网络对静静电和障障碍物是是“免疫疫”的(静电和障障碍物对对这种特特殊的无无线电网网络没有有影响)。除了收收集数据据之外,每个模块块充当了了地区无无线电网网络中无无线电波波上的一一个结点点。这对对于钢桥桥是十分分重要的的,钢桥在长长度上往往往大于于1.6公里,而较长的的桥上往往往有大大量的电电磁干扰扰和复合合反射,用这种技技术可以以迅速地地测量出出一座钢钢桥上每每个有疲疲劳倾向向的部位位、破损损及危险险的部位位,或者探测测出桥梁梁在车载载和风载载作用下下的工作作状况。。广东工业业大学建建设学院院姜姜海海波，管管民生6智能型支支座智能支座座能通过过支座上上活载和和恒载的的分布,发现并判判断出桥桥梁结构构体系的的工作状状况。因因为,如果结构构构件的的强度因因遭受断断裂、冲冲击或其其他影响响而有明明显变化化时,也会使支支座上的的荷载分分布发生生改变。。智能支支座可以以“感受受到”桥桥梁的破破坏。广东工业业大学建建设学院院姜姜海海波，管管民生7桥梁基础础的监测测桥梁结构构水面或或地面以以上部分分的材料料状况和和整体性性能状况况的检测测及评价价方法与与上部结结构类似似。水面面或地面面以下基基础状况况的诊断断,对于明显显的病害害,一般只能能通过观观测墩台台的沉降降、倾斜斜、位移移和裂缝缝等变形形状况来来分析判判断。对对已建桥桥梁结构构基础沉沉降观测测,有的采用用激光系系统和连连通管水水平测量量装置。。在基础础不均匀匀沉降引引起的倾倾斜测量量中,采用水准准式、摆摆式倾斜斜仪,以及各种种电测的的测斜仪仪。在法法国,将侧向超超声波测测位仪安安装在船船上曳引引,检测桥梁梁结构物物的浸水水部分,能获得水水下结构构的双向向图像。。用来检检查桥墩墩、板桩桩、基础础冲刷、、填石和和石笼的的范围与与位移状状况,以及绘制制河床或或海底图图。美国国的马萨萨诸塞洲洲,采用贯入入地面雷雷达检测测桥台的的外形及及其稳定定性,检测结果果用图形形显示。。广东工业业大学建建设学院院姜姜海海波，管管民生8其他新技技术在世界上上许多地地方,对整座桥桥梁状况况的监测测技术已已经发展展到在大大型结构构物上安安装系列列大规模模的监测测系统。。例如,横跨特拉拉华连接接宾夕法法尼亚和和新泽西西的巴里里桥上就就已经安安装并运运行着这这样的一一个系统统。然而而,尽管这种种方法很很有前途途,但这种技技术的全全部潜在在可能尚尚没有被被完全发发现或肯肯定,并且其重重要的部部分仍处处于研究究阶段。。这种系系统的传传感器网网络传递递出的大大量数据据信息,由计算机机进行收收集、储储存、分分析、检检索等,然后提供供检测信信息。事事实已经经证明,该系统所所提供的的信息是是非常有有用的。。例如,这些系统统检测到到了未曾曾预料到到的受弯弯构件由由于暴露露在阳光光下,所受光照照辐射程程度不同同而产生生的弯起起,并且确定定了弯起起量的大大小。广东工业业大学建建设学院院姜姜海海波，管管民生9此外,对桥梁结结构的承承载能力力的“非非侵入式式”检测测也是桥桥梁工程程界的迫迫切需求求。通常常,一座桥梁梁如果不不符合标标准承载载要求,说明该桥桥有某种种结构上上的缺陷陷。美国国联邦公公路局为为此将激激光检测测系统用用于检测测桥梁的的承载能能力。这这套系统统由一个个电脑控控制的反反射器将将红外线线的激光光束(注:该激光束束不会对对人眼产产生危险险)瞄准桥梁梁上的某某点。当当激光检检测到桥桥梁结构构上的某某个点,系统就会会马上给给出该点点相对于于当地坐坐标系统统的三维维坐标。。仅几分分钟的时时间内,系统可以以测量桥桥结构上上不同的的点几百百次。它它对目标标没有特特别的规规定,在普通钢钢材、混混凝土和和木材表表面上都都可以很很好的工工作。利利用这个个系统,可以迅速速地测量量出大型型卡车作作用在桥桥上使其其产生的的三维变变形。这这个系统统还可以以用于迅迅速确定定桥上每每一部分分对应先先前(上次)检查的位位移(变位)情况,结果可以以精确到到毫米。。该系统统还能探探测到沉沉降或预预应力损损失。广东工业业大学建建设学院院姜姜海海波，管管民生10第二讲桥桥梁梁病害诊诊断§2-1环境因素素引起的的混凝土土结构损伤或破破坏§2-2混凝土结结构的裂裂缝分析析广东工业业大学建建设学院院姜姜海海波，管管民生11混凝土结结构的病病害表现现形式多多种多样样，引起起病害的的原因错错综复杂杂，从引引起病害害的原因因来分析析，可以以将其划划分为两两大类：：第一类为为由环境境作用引引起的混混凝土结结构损伤伤与破坏坏。由于于混凝土土的缺陷陷（例如如裂隙、、孔道、、汽泡、、孔穴等等），环环境中的的水及侵侵蚀性介介质就可可能渗入入混凝土土内部，，与混凝凝土中某某些成份份发生化化学、物物理反应应，引起起混凝土土损伤，，影响结结构的受受力性能能和耐久久性。第二类为为由荷载载作用或或设计、、施工不不当造成成的混凝凝土结构构损伤。。例如，，由于超超载作用用引起的的裂缝，，动力冲冲击作用用引起疲疲劳破坏坏。构造造措施和和施工方方法不当当引起结结构裂缝缝等。广东工业业大学建建设学院院姜姜海海波，管管民生12§2-1环境因素素引起的的混凝土土结构损损伤或破破坏1混凝土的的碳化混凝土的的碳化是是指混凝凝土中氢氢氧化钙钙与渗透透进混凝凝土中的的二氧化化碳或其其它酸性性气体发发生化学学反应的的过程。。一般情情况下混混凝土呈呈碱性，，在钢筋筋表面形形成碱性性薄膜，，保护钢钢筋免遭遭酸性介介质的侵侵蚀，起起到了““钝化””保护作作用。碳碳化的实实质是混混凝土的的中性化化，使混混凝土的的碱性降降低，钝钝化膜破破坏，在在水分和和其它有有害介质质侵入的的情况下下，钢筋筋就会发发生锈蚀蚀。2氯离子的的侵蚀氯离子对对混凝土土的侵蚀蚀是氯离离子从外外界环境境侵入已已硬化的的混凝土土造成的的。海水水是氯离离子的主主要来源源，北方方寒冷地地区冬季季道路、桥面撒撒盐化雪雪除冰都都有可能能使氯离离子渗入入混凝土土中。氯氯离子对对混凝土土的侵蚀蚀属于化化学侵蚀蚀，对结结构的危危害是多多方面的的，但最最终表现现为钢筋筋的锈蚀蚀。广东工业业大学建建设学院院姜姜海海波，管管民生13§2-1环境因素素引起的的混凝土土结构损损伤或破破坏3碱—骨料反应应碱—骨料反应应一般指指水泥中中的碱和和骨料中中的活性性硅发生生反应，，生成碱碱—硅酸盐凝凝胶，并并吸水产产生膨胀胀压力，，造成混混凝土开开裂。碱—骨料反应应引起的的混凝土土结构破破坏程度度，比其其他耐久久性破坏坏发展更更快，后后果更为为严重。。碱—骨料反应应一旦发发生，很很难加以以控制，，一般不不到两年年就会使使结构出出现明显显开裂，，所以有有时也称称碱骨料料反应是是混凝土土结构的的“癌症症”。碱—骨料反应应破坏的的最重要要特征之之一是混混凝土表表面开裂裂，裂缝缝的形态态与结构构中钢筋筋形成的的限制和和约束状状态有关关：钢筋筋限制、、约束力力强的混混凝土形形成顺筋筋裂缝；；钢筋限限制约束束作用弱弱的混凝凝土形成成网状或或地图状状裂缝，，在裂缝缝处有白白色凝胶胶物渗出出。碱—骨料反应应裂缝与与其他原原因裂缝缝的主要要区别是是：广东工业业大学建建设学院院姜姜海海波，管管民生14§2-1环境因素素引起的的混凝土土结构损损伤或破破坏①碱—骨料反应应引起混混凝土局局部膨胀胀，裂缝缝的两个个边缘出出现不平平状态（（错台））；是碱碱骨料反反应裂缝缝的特有有现象；；②碱—骨料反应应与环境境湿度有有关，在在同一工工程中潮潮湿部位位出现裂裂缝，而而干燥部部位却安安然无恙恙，是碱碱—骨料反应应裂缝区区别与其其他原因因裂缝的的外观特特征差别别之一。。③从裂缝缝出现的的时间来来判断，，碱—骨料反应应裂缝出出现的时时间较晚晚，多在在施工后后5~10年内出现现，而混混凝土收收缩裂缝缝出现的的时间较较早，一一般在施施工后若若干天内内出现。。4冻融循环环破坏渗入混凝凝土中的的水在低低温下结结冰膨胀胀，从内内部破坏坏混凝土土的微观观结构。。经多次次冻融循循环后，，损伤积积累将使使混凝土土剥落酥酥裂，强强度降低低。冻融融循环破破坏的混混凝土广东工业业大学建建设学院院姜姜海海波，管管民生15§2-1环境因素素引起的的混凝土土结构损损伤或破破坏剥落，开开始时在在混凝土土表面出出现粒径径为2-3mm的小片剥剥落，随随着使用用年限的的增加，，剥落量量及剥落落块直径径增大，，剥落由由表及里里，发展展速度很很快。一一经发现现冻融引引起的混混凝土剥剥落，必必需密切切注意剥剥落的发发展情况况，及时时采取修修补措施施。北方地区区采用撒撒盐除冰冰，由于于盐类与与冻融循循环的共共同作用用引起的的盐冻破破坏是冻冻融循环环破坏的的一种特特殊形式式。盐冻冻破坏是是静水压压及盐溶溶液的渗渗透压和和结晶压压共同作作用的结结果，因因此，盐盐冻破坏坏要比单单纯的冻冻融破坏坏严酷得得多。盐冻破坏坏区别于于其他破破坏形式式的主要要特征是是：①表面分分层剥落落，骨料料暴露，，但剥落落层下面面的混凝凝土完好好；②破坏速速度快，，对未采采用防盐盐冻措施施而使除除冰盐者者，广东工业业大学建建设学院院姜姜海海波，管管民生16§2-1环境因素素引起的的混凝土土结构损损伤或破破坏少则一冬冬，多则则几冬，，即可产产生严重重盐冻破破坏；③在没有有干扰的的剥蚀表表面或裂裂缝中可可见到白白色盐结结晶体；；5钢筋锈蚀蚀混凝土中中钢筋腐腐蚀的首首要条件件是钝化化膜坏，，混凝土土的碳化化及氯离离子侵蚀蚀都会造造成覆盖盖钢筋表表面的碱碱性钝化化膜的破破坏，加加之有水水分和氧氧的侵入入，就可可能引起起钢筋的的腐蚀。。钢筋腐腐蚀伴有有体积膨膨胀，使使混凝土土出现沿沿钢筋的的纵向裂裂缝，造造成钢筋筋与混凝凝土之间间的粘结结力破坏坏，钢筋筋截面面面积减少少，使结结构构件件的承载载力降低低，变形形和裂缝缝增大等等一系列列不良后后果，并并随着时时间的推推移，腐腐蚀会逐逐渐恶化化，最终终可能导导致结构构的完全全破坏。。广东工业业大学建建设学院院姜姜海海波，管管民生17§2-1环境因素素引起的的混凝土土结构损损伤或破破坏值得注意意的是，，上述所所有侵蚀蚀混凝土土和钢筋筋的作用用都需要要有水作作介质。。另一方方面，几几乎所有有的侵蚀蚀作用对对混凝土土结构的的破坏都都与侵蚀蚀作用引引起的混混凝土膨膨胀，最最终导致致混凝土土的开裂裂有关。。而且当当混凝土土结构开开裂后，，腐蚀速速度将大大大加快快。形成成导致混混凝土结结构的耐耐久性进进一步退退化的恶恶化循环环。因此此，对新新建结构构而言，，提高混混凝土结结构耐久久性的基基本途径径是增强强混凝土土的密实实度，防防止和控控制混凝凝土开裂裂，阻止止水分的的侵入；；加大混混凝土保保护层的的厚度，，防止由由于混凝凝土保护护层碳化化引起钢钢筋钝化化膜的破破坏。对对于在役役结构而而言，提提高混凝凝土结构构耐久性性的基本本思路是是在清除除病害根根源的基基础上，，封堵裂裂缝，修修补破损损混凝土土；增设设防水层层，防止止水分的的侵入。。广东工业业大学建建设学院院姜姜海海波，管管民生18§2-2混凝土土结构的的裂缝分分析实践表明明，混凝凝土结构构的任何何损伤与与破坏，，一般都都是首先先在混凝凝土中出出现裂缝缝，裂缝缝是反映映混凝土土结构病病害的晴晴雨表。。所以，，对混凝凝土结构构的损伤伤检测，，首先应应从对结结构的裂裂缝调查查、检测测与分析析入手。。混凝土结结构的裂裂缝是由由材料内内部的初初始缺陷陷、微裂裂缝的扩扩展而引引起的。。引起裂裂缝的原原因很多多，但可可归纳为为两大类类：第一类：：由外荷荷载引起起的裂缝缝，称为为结构性性裂缝（（又称为为受力裂裂缝），，其裂缝缝的分布布及宽度度与外荷荷载有关关。这种种裂缝的的出现，，预示结结构承载载力可能能不足或或存在其其他严重重问题。。广东工业业大学建建设学院院姜姜海海波，管管民生19§2-2混凝土土结构的的裂缝分分析第二类：：由变形形引起的的裂缝，，称为非非结构性性裂缝，，如温度度变化、、混凝土土收缩等等因素引引起的结结构变形形受到限限制时，，在结构构内部就就会产生生拉应力力，当此此应力达达到混凝凝土抗拉拉强度极极限值时时，即会会引起混混凝土裂裂缝，裂裂缝一旦旦出现，，变形得得到释放放，拉应应力也就就消失了了。两类裂缝缝有明显显的区别别，危害害效果也也不相同同，有时时两类裂裂缝融在在一起。。调查资资料表明明，在两两类裂缝缝中以变变形引起起的裂缝缝占主导导的约占占80%；以荷载载引起的的裂缝占占主导的的约占20%。对裂缝缝原因的的分析是是裂缝危危害性评评定，裂裂缝修补补和加固固的依据据，若对对裂缝不不经分析析研究就就盲目进进行处理理，不仅仅达不到到预期的的效果，，还可能能潜藏着着突发性性事故的的危险。。广东工业业大学建建设学院院姜姜海海波，管管民生20§2-2混凝凝土结构构的裂缝缝分析1．结构性性裂缝（（受力裂裂缝）众所周知知，混凝凝土的抗抗拉强度度很低，，抗拉极极限应变变大约为为换句话说说，混凝凝土即将将开裂的的瞬间，，钢筋的的应力只只有事实上，，在正常常使用阶阶段钢筋筋的应力力远大于于此值，，所以说说在正常常使用阶阶段钢筋筋混凝土土结构出出现裂缝缝是避不不可免的的。因而而，习惯惯上又将将这种裂裂缝称为为正常裂裂缝。实实践证明明，在正正常条件件下，裂裂缝宽度度小于0.3mm时，钢筋筋不致生生锈。为为确保安安全，允允许裂缝缝宽度还还应广东工业业大学建建设学院院姜姜海海波，管管民生21小一些。。新颁布布的<公路钢筋筋混凝土土及预应应力混凝凝土桥涵涵设计规规范>JTGD62-2004（以下简简称<桥规JTGD62>）规定：：钢筋混混凝土构构件计算算的特征征裂缝宽宽度不应应超过下下列规定定的限值值：Ⅰ类及Ⅱ类环境0.2mmⅢ类及Ⅳ类环境0.15mm图1-1所示为钢钢筋混凝凝土简支支梁的典典型结构构性裂缝缝分布示示意图。。§2-2混凝凝土结构构的裂缝缝分析图1-1钢筋混凝凝土梁结结构裂缝缝广东工业业大学建建设学院院姜姜海海波，管管民生22图1-1中①所示示的跨中中截面附附近下缘缘受拉区区的竖向向裂缝，，是最常常见的结结构性裂裂缝。在在正常设设计和使使用情况况下，裂裂缝宽度度不大，，间距较较密，分分布均匀匀。若竖竖直裂缝缝宽度过过大，预预示结构构正截面面承载力力不足；；图1-1中②所示示为支点点（或腹腹板宽度度变化处处）附近近截面由由主拉应应力引起起的斜裂裂缝。在在正常设设计和使使用情况况下很少少出现斜斜裂缝，，即使出出现裂缝缝宽度也也很小。。若斜裂裂缝宽度度过大，，预示结结构的斜斜截面承承载力不不足，存存在发生生斜截面面脆性破破坏的潜潜在危险险，应引引起足够够的重视视。另外，钢钢筋混凝凝土墩柱柱受压构构件由于于纵向压压力过大大引起的的纵向裂裂缝、预预应力筋筋锚固区区由于局局部应力力过大引引起的劈劈裂裂缝缝等都属属于结构构性裂缝缝。§2-2混凝凝土结构构的裂缝缝分析广东工业业大学建建设学院院姜姜海海波，管管民生23有些结构构性裂缝缝（受力力裂缝））是由设设计错误误和施工工方法不不当所造造成的。。例如：：钢筋锚锚固长度度不足、、计算图图式与实实际受力力不符、、次内力力考虑不不全面和和施工安安装构件件支承吊吊点错误误等都可可以使构构件产生生裂缝。。在超静结结构中基基础不均均匀沉降降，将引引起结构构的内力力变化，，可能导导致结构构出现裂裂缝。基基础不均均沉降引引起的上上部结构构的裂缝缝，实质质上是属属于结构构性裂缝缝（受力力裂缝））范畴，，裂缝的的分布和和宽度与与结构形形式、基基础不均均沉降情情况及大大小等多多种因素素有关。。这种裂裂缝对结结构安全全性影响响很大，，应在基基础不均均匀沉降降停止或或采用加加固地基基方法消消除后，，才能进进行上部部结构的的裂缝处处理。§2-2混凝凝土结构构的裂缝缝分析广东工业业大学建建设学院院姜姜海海波，管管民生242．非结构构性裂缝缝混凝土的的非结构构性裂缝缝根据其其形成的的时间可可分为：：混凝土土硬化前前裂缝、、硬化过过程裂缝缝和完全全硬化后后裂缝。。非结构构性裂缝缝的产生生受混凝凝土材料料组成、、浇筑方方法，养养护条件件和使用用环境等等等多种种因素影影响。（1）收缩裂裂缝在混凝土土凝固过过程中，，由于多多余水分分蒸发，，引起的的混凝土土体积缩缩小称为为干缩。。同时，，水泥与与水起水水化作用用逐渐硬硬化而形形成的水水泥骨架架不断紧紧密，引引起的混混凝土体体积缩小小称为凝凝缩。收收缩中以以干缩为为主，占占总收缩缩量的8/10~9/10。收缩量量随时间间增长而而不断加加大，初初期收缩缩较快，，尔后日日趋缓慢慢。普通通混凝土土在标准准状态下下的极限限收缩变变形约为为(3~4)×10－4。§2-2混凝凝土结构构的裂缝缝分析广东工业业大学建建设学院院姜姜海海波，管管民生25当混凝土土成形后后，表面面水份蒸蒸发，这这种水份份蒸发总总是由表表及里逐逐步发展展，截面面内外温温度不等等，内外外收缩量量不一样样。混凝凝土表面面收缩变变形受到到混凝土土内部约约束或其其他约束束限制时时，即在在混凝土土中产生生拉应力力，引起起混凝土土开裂。。尤其是是混凝土土早期养养护不当当，混凝凝土表面面直接受受到风吹吹日晒的的影响，，表面水水份蒸发发过快，，产生较较大的拉拉应力，，混凝土土早期强强度低，，很容易易出现收收缩裂缝缝。收缩裂缝缝发生在在混凝土土面层，，裂缝浅浅而细，，宽度多多在0.05~0.2mm之间。对对板类构构件多沿沿短边方方向，均均匀分布布于相邻邻两根钢钢筋之间间，方向向与钢筋筋平行。。对高度度较大的的钢筋混混凝土梁梁，由于于腰部水水平钢筋筋间距过过大，在在腰部（（或腹板板）产生生竖向收收缩裂缝缝，但多多集中在在构件中中部，§2-2混凝土土结构的裂裂缝分析广东工业大大学建设学学院姜姜海波波，管民生生26中间宽两头头细，至梁梁的上、下下缘附近逐逐渐消失，，梁底一般般没有裂缝缝。大体积积混凝土在在平面部位位收缩裂缝缝较多，侧侧面也有所所见。收缩缩裂缝对构构件承载力力影响不大大，主要影影响结构外外观和耐久久性。（2）温度裂缝缝钢筋混凝土土结构随着着温度变化化将产生热热胀冷缩变变形，这种种温度变形形受到约束束时，在混混凝土内部部就会产生生拉应力，，当此应力力达到混凝凝土的抗拉拉强度极限限值时，即即会引起混混凝土裂缝缝，这种裂裂缝称为温温度裂缝。。按结构的的温度场不不同、温度度变形、温温度应力不不同，温度度裂缝可分分为三种类类型：①截面均匀匀温差裂缝缝§2-2混凝土土结构的裂裂缝分析广东工业大大学建设学学院姜姜海波波，管民生生27一般桥梁结结构为杆件件体系长细细结构，当当温度变化化时，构件件截面受到到均匀温差差的作用，，可忽略横横截面两个个方向的变变形，只考考虑沿梁长长度方向的的温度变形形，当这种种变形受到到约束时，，在混凝土土内部就会会产生拉应应力，出现现裂缝。例例如：连续续梁预留伸伸缩缝的伸伸缩量过小小，或有施施工时散落落的混凝土土碎块等杂杂物嵌入伸伸缩缝，或或堆集于支支座处没有有及时清理理，使伸缩缩缝和支座座失灵等，，当温度急急剧变化时时，结构伸伸长受到约约束，上部部桥跨结构构就会出现现这种截面面均匀温差差裂缝，严严重者还可可能造成墩墩台的破坏坏。②截面上、、下温差裂裂缝以桥梁结构构中大量采采用的箱形形梁为例，，当外界温温度骤然§2-2混凝土土结构的裂裂缝分析广东工业大大学建设学学院姜姜海波波，管民生生28变化时，会会造成箱内内外的温度度差，考虑虑到桥梁为为长细结构构，可以认认为在沿梁梁长方向箱箱内外的温温差是一致致的，沿水水平横向没没有温差。。将三维热热传导问题题简化为沿沿梁的竖向向温度梯度度来确定，，一般假设设梁的截面面高度方向向、温差呈呈线性变化化。在这种温差差作用下，，梁不但有有轴向变形形，还伴随随产生弯曲曲变形。梁梁的弯曲变变形在超静静定结构中中不但引起起结构的位位移，而且且因多余约约束存在，，还要产生生结构内部部温度应力力。当上、、下温差变变形产生的的应力达到到混凝土抗抗拉强度极极限值时，，混凝土就就要出现裂裂缝，这种种裂缝称为为截面上、、下温差裂裂缝。§2-2混凝土土结构的裂裂缝分析广东工业大大学建设学学院姜姜海波波，管民生生29③截面内外外温差裂缝缝水泥在水化化过程产生生一定的水水化热，其其大部分热热量是在混混凝土浇筑筑后3天以内放出出的。大体体积混凝土土产生的大大量水化热热不容易散散发，内部部温度不断断上升，而而混凝土表表层散热较较快，使截截面内部产产生非线性性温度差。。另外，预预制构件采采用蒸气养养护时，由由于混凝土土升温或降降温过快，，致使混凝凝土表面剧剧烈升温或或降温，也也会使截面面内部产生生非线性温温度差。在在这种截面面内外温差差作用下，，结构将产产生弯曲变变形，截面面纵向纤维维因温差的的伸长将受受到约束，，产生温度度自应力。。对超静定定结构还会会产生阻止止挠曲变形形的约束应应力。有时时此温度应应力是相当当大的，尤尤其是混凝凝土早期强强度比较较较低，很容容易造成混混凝土裂缝缝。§2-2混凝土土结构的裂裂缝分析广东工业大大学建设学学院姜姜海波波，管民生生30混凝土温度度裂缝有以以下特点：：①裂缝发生生在板上时时，多为贯贯穿裂缝；；发生在梁梁上多为表表面裂缝。。②梁板式结结构或长度度较大的结结构，裂缝缝多是平行行于短边。。③大面积结结构（例如如桥面铺装装）裂缝多多是纵横交交错。④裂缝宽度度大小不一一，且沿结结构全长没没有多大变变化。预防温度裂裂缝的主要要措施是合合理设置温温度伸缩缝缝，在混凝凝土组成材材料中掺入入适量的磨磨细粉煤灰灰，减少水水化热，加加强混凝土土养护，严严格控制升升温和降温温速度。§2-2混凝土土结构的裂裂缝分析广东工业大大学建设学学院姜姜海波波，管民生生31第三讲混混凝土结结构承载能能力及耐久久性评估§3-1在役混凝土土结构的承承载能力与与耐久性评估估的基本概概念§3-2考虑钢筋腐腐蚀影响的的承载能力力评估方法基本内容广东工业大大学建设学学院姜姜海波波，管民生生32§3-1在役混凝土土结构的承承载能力与与耐久性评评估的基本本概念混凝土结构构受到损伤伤后，需要要对结构损损伤的原因因和程度进进行分析，，对损伤对对结构承载载能力及耐耐久性的影影响进行评评估，其主主要内容是是：①考虑结构构损伤影响响的承载能能力评估②在役结构构剩余使用用寿命评估估在评估分析析的基础上上，根据经经济技术条条件，制定定科学的维维修加固方方案，提出出结构处理理措施。评估现有结结构的安全全可靠性的的核心问题题是确定考考虑结构病病害损伤后后的结构承承载能力。。桥梁结构构的承载能能力评定通通常采用以以下三个途途径：①根据相关关规范要求求对照桥梁梁的存在的的缺陷及病病害进行综综合评定例例如我国<公路养护技技术规范>中对桥梁技技术状态标标准和裂缝缝宽度，都都做了规定定。依此标标准将桥梁梁技术状况况划分为四四类。公路路养护广东工业大大学建设学学院姜姜海波波，管民生生33§3-1在役混凝土土结构的承承载能力与与耐久性评评估的基本本概念管理部门推推广使用的的<桥梁技术状状况评估专专家系统>也属于综合合评估方法法，这种评评估方法只只能给出宏宏观的分析析结果。②现场荷载载试验评估估方法通过现场荷荷载试验（（静载试验验和动载试试验）可直直接检测结结构的实际际承载力。。荷载试验验与理论计计算分析相相结合是比比较符合实实际的承载载力评定方方法，但试试验设备复复杂，技术术难度高，，经费支出出大，目前前尚难以大大规模推广广应用。③理论计算算分析评估估方法在现场调查查和病害检检测分析的的基础上，，考虑结构构病害、损损伤的影响响，按现行行规范计算算结构承载载力是国内内采用的承承载力评估估的主要方方法。广东工业大大学建设学学院姜姜海波波，管民生生34§3-1在役混凝土土结构的承承载能力与与耐久性评评估的基本本概念结构的剩余余使用寿命命预测是耐耐久性评估估的核心内内容。结构构的剩余寿寿命系指在在不加维修修或正常维维修及正常常使用条件件下，结构构可能继续续使用的年年限。钢筋筋锈蚀是影影响混凝土土结构耐久久性和使用用寿命的重重要因素，，因此，一一般将钢钢筋锈蚀作作为判断混混凝土结构构使用寿命命终结的标标准。混凝凝土结构剩剩余寿命评评估是个目目前尚未很很好解决的的科研课题题，它涉及及到钢筋锈锈蚀破坏机机理和钢筋筋锈蚀胀力力模型的研研究和耐久久性终结标标准的确定定。目前，，对在役结结构的耐久久性评估和和剩余寿命命预测，大大多还是依依赖有经验验的工程技技术人员作作出经验性性评价和处处理意见。。广东工业大大学建设学学院姜姜海波波，管民生生35已有结构的的耐久性检检测与评估估：钢筋混凝土土结构的现现场踏勘和和检测是了了解结构现现状和耐久久性损伤程程度的重要要手段，是是进行耐久久性评估的的重要依据据。检测的的内容和方方法如下，，应尽可能能地采用非非破损性的的检测手段段：1、调查结构构和构件的的全貌2、检查外观观损伤3、测试混凝凝土性能4、检测钢筋筋5、调研和测测试环境条条件广东工业大大学建设学学院姜姜海波波，管民生生36将全部的结结构现场观观察调研和和试验室检检测的详细细结果汇总后进行行统计分析析，按照结结构的损伤伤和性能化化的严重程程度，评定定各部分的的耐久性的的损伤等级级。广东工业大大学建设学学院姜姜海波波，管民生生37§3-2考考虑钢筋腐腐蚀影响的的承载能力力评估方法法1、钢筋锈蚀蚀对结构承承载力的影影响混凝土中的的钢筋腐蚀蚀是造成混混凝土结构构损伤，影影响结构承承载能力的的最主要因因素，其主主要表现是是：①钢筋腐蚀蚀后，使钢钢筋的有效效截面面积积减少；②钢筋腐蚀蚀后，力学学性能劣化化，强度降降低；③钢筋腐蚀蚀后，混凝凝土保护层层开裂甚至至脱落，使使混凝土的的有效断面面减少少；④钢筋腐蚀蚀后，钢筋筋与混凝土土之间的粘粘结性能退退化，影响响钢筋与混混凝土的共共同工作。。（1）腐蚀钢筋筋的屈服强强度和极限限强度钢筋腐蚀对对其力学性性能的影响响取决于腐腐蚀程度。。试验研究究表明，腐腐蚀钢筋的的屈服强度度与相应的的截面损失失率之间的的关系，基基本上服从从线性关系系。广东工业大大学建设学学院姜姜海波波，管民生生38§3-2考考虑钢筋腐腐蚀影响的的承载能力力评估方法法牛荻涛[]在综合分析析试验资料料的基础上上，给出了了腐蚀钢筋筋实际屈服服强度和极极限强度计计算表达式式为（3-1）（3-2）广东工业大大学建设学学院姜姜海波波，管民生生39§3-2考考虑钢筋腐腐蚀影响的的承载能力力评估方法法（2）腐蚀钢筋筋与混凝土土之间的粘粘结性能退退化对承载载力的影响响。混凝土中的的钢筋腐蚀蚀后，在钢钢筋与混凝凝土接口上上生成疏松松的锈层，，破坏钢筋筋表面与混混凝土之间间的化学胶胶结力，并并降低了钢钢筋与混凝凝土之间的的摩擦力；；对变形钢钢筋横肋的的锈蚀将降降低钢筋和和混凝土之之间的机械械咬合力，，保护层混混凝土锈胀胀开裂甚至至脱落，则则降低外围围混凝土对对钢筋的约约束，所有有这些因素素都将导致致钢筋与混混凝土之间间的粘结性性能退化。。钢筋腐蚀引引起的钢筋筋与混凝土土之间粘结结性能退化化，将导致致钢筋与混混凝土不能能很好的协协同工作。。钢筋发生生严重腐蚀蚀时，钢筋筋与混凝土土之间的粘粘结力显著著降低，钢钢筋与混凝凝土之间共共同工作能能力减弱，，梁的受力力广东工工业大大学建建设学学院姜姜海波波，管管民生生40§3-2考考虑钢钢筋腐腐蚀影影响的的承载载能力力评估估方法法特征接接近于于无粘粘结预预应力力拉杆杆或配配有普普通钢钢筋的的无粘粘结预预应力力梁。。由于于目前前人们们对钢钢筋腐腐蚀引引起的的粘结结力退退化规规律及及其对对受拉拉钢筋筋强度度发挥挥的影影响程程度还还不十十分清清楚，，因此此，现现今只只能用用一个个协同同工作作降低低系数数来考考虑粘粘结退退化的的影响响。协协同工工作降降低系系数与与钢筋筋锈蚀蚀量或或锈胀胀裂缝缝宽度度有关关。冶冶金建建筑科科学研研究院院的试试验研研究表表明，，钢筋筋的截截面损损失率率大于于10%时，钢钢筋与与混凝凝土之之间的的粘着着力显显著降降低，，应考考虑钢钢筋与与混凝凝土协协同工工作降降低系系数的的影响响，建建议将将其承承载力力乘以以0.8~0.9的系数数。2、考虑虑钢筋筋腐蚀蚀影响响的承承载能能力计计算（1）正截截面抗抗弯承承载力力按<桥规JTGD62>规定，，构件件承载载能力力极限限状态态的基基本方方程式式为：：广东工工业大大学建建设学学院姜姜海波波，管管民生生41§3-2考考虑钢钢筋腐腐蚀影影响的的承载载能力力评估估方法法（3-3）广东工工业大大学建建设学学院姜姜海波波，管管民生生42§3-2考考虑钢钢筋腐腐蚀影影响的的承载载能力力评估估方法法对使用用多年年的在在役结结构进进行承承载能能力评评估时时，应应考虑虑钢筋筋腐蚀蚀的影影响。。其承承载力力计算算基本本方程程与一一般钢钢筋混混凝土土构件件基本本相同同，只只是在在计算算钢筋筋应力力项时时，应应采用用腐蚀蚀钢筋筋的实实际屈屈服强强度和和腐蚀蚀后的的有效效截的的面积积，并并计入入协同同工作作降低低系数数，考考虑钢钢筋与与混凝凝土之之间粘粘结性性能退退化的的影响响。考虑钢钢筋锈锈蚀影影响的的受弯弯构件件正截截面承承载力力计算算的基基本方方程可可由内内力平平衡条条件求求得广东工工业大大学建建设学学院姜姜海波波，管管民生生43§3-2考考虑钢钢筋腐腐蚀影影响的的承载载能力力评估估方法法图3-1考虑钢钢筋腐腐蚀影影响的的受弯弯构件件正截面面承载载力计计算简简图广东工工业大大学建建设学学院姜姜海波波，管管民生生44§3-2考考虑钢钢筋腐腐蚀影影响的的承载载能力力评估估方法法（3-4）（3-5）公式的的适用用条件件是（3-6）广东工工业大大学建建设学学院姜姜海波波，管管民生生45§3-2考考虑钢钢筋腐腐蚀影影响的的承载载能力力评估估方法法（3-7）广东工工业大大学建建设学学院姜姜海波波，管管民生生46§3-2考考虑钢钢筋腐腐蚀影影响的的承载载能力力评估估方法法图3-1考虑钢钢筋腐腐蚀影影响的的受弯弯构件件正截面面承载载力计计算简简图广东工工业大大学建建设学学院姜姜海波波，管管民生生47§3-2考考虑钢钢筋腐腐蚀影影响的的承载载能力力评估估方法法（3-4）（3-5）公式的的适用用条件件是（3-6）广东工工业大大学建建设学学院姜姜海波波，管管民生生48§3-2考考虑钢钢筋腐腐蚀影影响的的承载载能力力评估估方法法（3-7）广东工工业大大学建建设学学院姜姜海波波，管管民生生49§3-2考考虑钢钢筋腐腐蚀影影响的的承载载能力力评估估方法法应该指指出，，公式式（3-4）和（（3-5）是针针对受受拉钢钢筋腐腐蚀的的单筋筋T形截面面导出出的，，由于于计算算中不不考虑虑受拉拉区混混凝土土的抗抗拉作作用，，因此此，在在公式式中未未计入入钢筋筋腐蚀蚀引起起的混混凝土土截面面损伤伤。如如果受受压区区混凝凝土截截面损损失较较大时时，则则应考考虑其其对承承载力力的影影响。。2、斜截截面抗抗剪承承载力力对在役役结构构的斜斜截面面抗剪剪承载载力计计算，，应考考虑斜斜裂缝缝对混混凝土土抗剪剪承载载力的的影响响，及及钢筋筋锈蚀蚀对箍箍筋和和弯起起钢筋筋抗剪剪承载载力的的影响响。斜斜截面面抗剪剪承载载力计计算表表达式式可改改写为为下列列形式式。广东工工业大大学建建设学学院姜姜海波波，管管民生生50§3-2考考虑钢钢筋腐腐蚀影影响的的承载载能力力评估估方法法（3-10）（3-9）（3-8）式中csb——考虑斜斜裂缝缝对混混凝土土抗剪剪承载载力影影响的的修正正系数数，根根据试试验研研究结果果，建议议：斜裂缝缝宽度度小于于0.2mm者，取取csb=0.835；斜裂缝缝宽度度大于于0.2mm者，取取csb=0.78。sva、sba——分别为为考虑虑钢筋筋腐蚀蚀影响响的箍箍筋和和弯起起钢筋筋屈服服强度度折减减系数数，其数值值按公公式（（3-7）计算算。广东工工业大大学建建设学学院姜姜海波波，管管民生生51§3-2考考虑钢钢筋腐腐蚀影影响的的承载载能力力评估估方法法公式（（3~8）~（3-10）中其其他符符号的的意义义与<桥规JTGD62>给出一一般钢钢筋混混凝土斜截截面抗抗剪承承载力力公式式相同同。在考虑虑结构构病害害损伤伤的基基础上上，按按桥规规<JTGD62>的有关关公式式，求求得现现有构构件所所能承担担的正正截面面抗弯弯承载载力Mdu和斜截截面抗抗剪承承载力力Vdu，并将将其与与按拟拟提高高的荷荷载等级计计算的的弯矩矩组合合设计计值0dMg和剪力力组合合设计计值0dVg加以比比较，，则得：正截面面抗弯弯承载载力检检算系系数0dumdMKMg=斜截面面抗弯弯承载载力检检算系系数0duvdVKVg=若1mK>，说明明正截截面抗抗弯承承载力力可以以满足足要求求，若若1mK<，说明明正截截面抗抗弯承承载力不不足，，应予予加固固补强强。若1vK>，说明明斜截截面抗抗弯承承载力力可以以满足足要求求，若若1vK<，说明明正截截面抗抗弯承承载力力不足，，应予予加固固补强强。广东工工业大大学建建设学学院姜姜海波波，管管民生生52第四讲讲桥桥梁梁改造造加固固方案案设计计§4-1桥梁改改造加加固方方案设设计的的原则则§4-2型桥梁梁加固固方案案评述述基本内内容广东工工业大大学建建设学学院姜姜海波波，管管民生生53基本内内容在对桥桥梁结结构病病害检检测分分析和和鉴定定评估估的基基础上上，根根据技技术经经济条条件和和使用用要求求，有有针对对性地地制定定加固固方案案。广东工工业大大学建建设学学院姜姜海波波，管管民生生54§4-1桥桥梁改改造加加固方方案设设计的的原则则1．我国国桥梁梁加固固的现现状我国桥桥梁改改造加加固任任务繁繁重，，据交交通部部统计计至2003年底，，全国国公路路网中中尚有有危桥桥10443座，378439延米。。要实实现交交通部部规划划的2005年底基基本消消灭国国、省省干线线公路路危桥桥的目目标，，所需需资金金约为为90亿元。。中国国桥梁梁改造造加固固市场场的巨巨大潜潜力，，吸引引了国国内外外众多多有远远见卓卓识的的工程程技术术人员员和企企业家家把注注意力力转移移到这这方面面来，，国外外的先先进加加固技技术大大量涌涌进中中国加加固市市场，，各种种加固固公司司像雨雨后春春笋相相应而而生，，成功功地创创建了了一批批桥梁梁改造造加固固的优优秀范范例，，推进进了我我国桥桥梁改改造工工作的的发展展。提高桥桥梁改改造加加固设设计质质量，，是确确保加加固工工程质质量的的前提提和基基础。。桥梁梁改造造加固固设计计是比比新建建桥梁梁设计计复杂杂得多多的系系统工工程。。我国国目前前的状状况是是“有有实力力的大大设计计院无无暇顾顾及，，不愿愿意干干，技技术力力量较较差的的小型型设计计单位位又干干不了了”，，桥梁梁改造造加固固设计计基本本上由由科研研单位位、高高等院院校和和广东东工工业业大大学学建建设设学学院院姜姜海海波波，，管管民民生生55§4-1桥桥梁梁改改造造加加固固方方案案设设计计的的原原则则各类类专专业业公公司司来来承承担担。。各各类类专专业业公公司司的的技技术术水水平平差差异异较较大大，，值值得得庆庆幸幸的的是是，，近近几几年年来来我我国国确确已已出出现现一一批批技技术术能能力力较较高高的的专专业业化化加加固固公公司司，，完完成成一一批批桥桥梁梁加加固固工工程程的的优优秀秀范范例例，，他他们们代代表表了了中中国国桥桥梁梁改改造造加加固固的的主主导导方方向向。。但但是是，，有有些些专专业业公公司司以以销销售售加加固固材材料料为为主主，，业业务务单单一一，，对对桥桥梁梁加加固固设设计计不不熟熟悉悉。。桥桥梁梁改改造造加加固固设设计计审审核核制制度度不不规规范范，，没没有有明明确确的的加加固固设设计计资资质质要要求求，，桥桥梁梁加加固固设设计计市市场场管管理理混混乱乱。。整整顿顿和和规规范范桥桥梁梁加加固固市市场场，，提提高高桥桥梁梁改改造造加加固固设设计计质质量量是是提提高高桥桥梁梁改改造造加加固固工工程程质质量量的的重重要要措措施施之之一一。。从技技术术角角度度分分析析，，目目前前我我国国桥桥梁梁改改造造加加固固设设计计存存在在的的主主要要问问题题是是：：（1）基基层层养养护护管管理理和和设设计计部部门门，，桥桥梁梁病病害害诊诊断断技技术术力力量量薄薄弱弱，，桥桥梁梁检检测测手手段段落落后后。。桥桥梁梁病病害害诊诊断断是是进进行行桥桥梁梁加加固固设设计计的的前前提提和和基基础础，，只只有有诊诊断断清清楚楚，，才才能能对对症症下下药药。。桥桥梁梁检检测测是是桥桥梁梁病病害害诊诊断断与与分分析析的的重重要要手手段段，，检检测测应应重重在在广东东工工业业大大学学建建设设学学院院姜姜海海波波，，管管民民生生56§4-1桥桥梁梁改改造造加加固固方方案案设设计计的的原原则则分析析，，并并应应与与桥桥梁梁加加固固设设计计相相结结合合。。（2）考考虑虑结结构构损损伤伤影影响响的的承承载载力力评评估估方方法法还还不不够够完完善善。。（3）桥桥梁梁改改造造加加固固总总体体设设计计方方案案的的设设计计思思路路不不够够开开阔阔，，应应用用技技术术单单一一，，设设计计深深度度不不够够。。（4）个个别别桥桥梁梁加加固固设设计计生生搬搬硬硬套套国国外外或或国国内内其其他他行行业业的的设设计计方方法法，，忽忽略略了了桥桥梁梁带带载载加加固固分分阶阶段