桥梁评估及加固技术研究

报告人：李毅谦中交路桥技技术有限公公司桥梁评估及及加固技术术研究主要内容桥梁结构常常见病害类类型评估理论的的最新进展展旧桥加固案案例分析目前国内外外桥梁现状状旧桥检测及及评估的常常用方法随着国民经经济持续快快速的发展展，我国交交通运输事事业也迎来来一个辉煌煌的时代。。苏通大桥支井河大桥桥香港昂船洲洲大桥西侯门大桥桥我国设计施施工水平已已迈入国际际先进行列列，部分成成果达到国国际先进水水平。香港昂船洲洲大桥、主主跨1020米，，江苏苏通通大桥，其其主跨达到到1088米，支井井河上承式式钢管拱桥桥，跨径430米，，西侯门悬悬索桥，跨跨径1650米。Roin-Antirion大桥MessinaBridge桥梁的现状状桥名时间事件描述綦江彩虹桥垮塌1999．1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1500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。目前国内桥桥梁存在的的问题50年代后后期和60年代桥梁梁荷载标准准低，承载载力不足。。部分近期修修建的桥梁梁出现质量量问题，损损伤严重。。不断出现现的桥梁梁垮塌事事件给人人民生命命财产造造成巨大大损失１９９９年１月４日晚６时５０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４０人死亡綦江彩虹虹桥宜宾小南南门桥主跨240米中中承式拱拱桥，1990年11月建成成通车，，2001年11月因因吊杆严严重锈蚀蚀断裂，，造成桥桥面跨塌塌。苏州堰月月桥（（2005年4月）甘肃洮河河大桥（（2006年5月）大桥建造造于８００年代中中期，距距今已有有２０年年左右的的历史，，是座危危桥。位于甘肃肃省道306线线上,岷县县城城以北500米米处，始始建于1974年,总总长200多，，桥宽8米。2004年辽宁宁盘锦田田庄台大大桥大桥桥位位于盘锦锦与营口口交界处处，连接接辽河两两岸，桥桥长500余米，在80吨的严重重超载情情况下，，使大桥桥第9孔悬臂端端预应力力结构瞬瞬间脆性性断裂。2007年江苏常常州公路路大桥2004年成都三三渡水大大桥2007年广东九九江大桥桥美国共有有公路桥桥梁58万座，，1967年12月月，Ohio州的SilverBridge（悬索桥桥）跨塌塌导致46人死死亡，使使用年限限为39年。随随后弗罗罗里达阳阳光桥因因船撞而而严重损损伤，由由此引发发了对美美国58万座公公路桥梁梁的检查查，共调调查了51.4万座，，这些桥桥中40％以上上有不同同程度的的损伤，，98000座座桥梁结结构强度度降低，，应停止止使用或或限载。。国外桥梁梁的现状状ThruwayBridge,NewYork,US（1987年4月））I-40Bridge,Oklahoma,US（2002年5月））美国明尼尼苏达州州密西西西比河大大桥垮塌塌2007年8月月1日Entre-os-RiosBridge,Portugal（2001年3月））巴基斯坦坦卡拉奇奇公路大大桥2007年9月1日，通车车12天垮塌印度南部部安德拉拉省首府府高架桥桥2007年9月9日垮塌，，原定年年底通车车国外桥梁梁的现状状—日本日本在七七、八十十年代汽汽车运输输急剧发发展，汽汽车日益益大型化化、重型型化，交交通量逐逐年增加加。1956年年以前按按旧标准准设计施施工的桥桥梁，其其承载力力明显不不足。据据统计，，这类桥桥梁约有有5500座，，其中混混凝土桥桥梁约有有4500座。。国外桥梁梁的现状状—德国前联邦德德国于1978～1979年对一个个州内的的约1500座钢筋混混凝土和和预应力力混凝土土桥梁做做了全面面的检查查，发现现不同时时期修建建的桥梁梁都有损损伤，即即使20～30年桥龄的的预应力力混凝土土桥中，，有将近近一半的的桥梁上上部构造造至少有有一处较较严重的的损伤，，其中2/3至少有一一处一般般性损伤伤。（1）如如何实际际评价现现有桥梁梁的实际际承载力力与安全全度问题题；（2）如如何及早早检查发发现桥梁梁产生的的损伤及及异常现现象，正正确地鉴鉴定结构构物地损损伤程度度，从而而采用合合理的维维修加固固方法问问题；（3）桥桥梁损坏坏与维修修加固的的实际应应用问题题；（4）桥桥梁维修修加固技技术，即即采用维维修加固固新技术术与新方方法问题题；（5）桥桥梁设计计与维修修管理的的关系，，即如何何把维修修加固中中发现的的问题题放到今今后桥梁梁设计中中进行考考虑的问问题；（6）桥桥梁维修修加固的的未来展展望，即即维修加加固方法法将来会会怎样发发展，如如何提出出更合理理的维修修管理方方法与策策略的问问题。1981经济合作作与发展展组织关关于“道路桥梁梁维修与与管理”会议设计与养养护管理理的关系系结构设计计应考虑虑换索时时不中断断交通的的问题支座更换换斜拉索更更换如何保证证支座更更换时空空间尺寸寸及结构构安全的的要求规范问题题？（1）如如何实际际评价现现有桥梁梁的实际际承载力力与安全全度问题题；（2）如如何及早早检查发发现桥梁梁产生的的损伤及及异常现现象，正正确地鉴鉴定结构构物地损损伤程度度，从而而采用合合理的维维修加固固方法问问题；（3）桥桥梁损坏坏与维修修加固的的实际应应用问题题；（4）桥桥梁维修修加固技技术，即即采用维维修加固固新技术术与新方方法问题题；（5）桥桥梁设计计与维修修管理的的关系，，即如何何把维修修加固中中发现的的问题题放到今今后桥梁梁设计中中进行考考虑的问问题；（6）桥桥梁维修修加固的的未来展展望，即即维修加加固方法法将来会会怎样发发展，如如何提出出更合理理的维修修管理方方法与策策略的问问题。1981经济合作作与发展展组织关关于“道路桥梁梁维修与与管理”会议如何科学学有效的的管理现现有桥梁梁，防止止恶性事事故发生生，确保保人民生生命、国国家财产产不受损损失，已已成为当当务之急急！主要内容容桥梁结构构常见病病害类型型评估理论论的最新新进展旧桥加固固案例分分析目前国内内外桥梁梁现状旧桥检测测及评估估的常用用方法混凝土桥桥梁常见见病害及及特点外观特征征：混凝凝土破损损、开裂裂钢钢筋锈蚀蚀、支座座脱空结构特征征：挠度度的不断断加大和和裂缝的的进一步步开展大跨径混混凝土桥桥梁的担担忧？病害产生生的主要要原因一、设计计考虑不不周造成桥梁梁结构原原始性缺缺陷：（1）结结构型式式或桥型型布置不不合理；；（2）使使用计算算程序或或输入数数据不妥妥，计算算有误；；（3）断断面尺寸寸及钢筋筋不符合合结构受受力要求求；（4）对一些些特殊荷荷载如收收缩徐变变、温度度、基础础变位、、水化热热等考虑虑不足。。二、施工工质量问问题导致致桥梁损损伤：（1）水水泥质量量不好；；（2）使使用的骨骨料不合合格或级级配不当当、含泥泥量过大大、出现现碱骨料料反应；；（3）混混凝土振振捣不密密实、参参和料拌拌和不均均匀；设计双院院制施工前图图纸复核核病害产生生的主要要原因二、施工工质量问问题导致致桥梁损损伤：（4）浇浇注顺序序不当；；（5）混混凝土养养生不好好；（6）预预应力张张拉控制制不符合合要求；；（7）预预应力管管道压浆浆不饱满满或未压压浆；（8）支支架下沉沉、脱模模过早；；（9）接接头处理理不当。。病害产生生的主要要原因三、运营营期间造造成的的的破坏：：（1）交交通超载载；（2）船船舶、车车辆撞击击；（3）水水流对基基础的冲冲刷；（4）地地震。四、材料料性能的的退化：：混凝土土炭化、、钢材锈锈蚀等。（1）混混凝土炭炭化导致致其强度度降低；；（2）氯氯离子对对混凝土土的侵蚀蚀；（3）钢钢筋的锈锈蚀。结构耐久久性问题题结构设计计中各项项应力的的控制水水平控制防止止裂缝混凝土结结构的耐耐久性设设计，抗抗氯离子子侵蚀、、保护层层碳化防止钢筋筋锈蚀预应力混混凝土张张拉工期期混凝土保保护层厚厚度问题题防止钢筋筋锈蚀控制收缩缩徐变设计过程程的保证证常见病害害的主要要表现型型式———裂缝弯曲引起起受拉区区的竖向向裂缝常见病害害的主要要表现型型式———裂缝剪切引起起的斜裂裂缝常见病害害的主要要表现型型式———裂缝钢筋锈蚀蚀引起的的顺筋裂裂缝墩柱钢筋筋锈胀引引起混凝凝土剥落落常见病害害的主要要表现型型式———外表破破损常见病害害的主要要表现型型式———外表破破损梁体被撞撞、刮蹭蹭、混凝土脱脱落混凝土剥剥落常见病害害的主要要表现型型式———外表破破损梁底钢筋筋锈蚀凝凝土土剥落常见病害害的主要要表现型型式———管道压浆浆不饱满满钢绞线锈锈蚀管道压浆浆不饱满满常见病害害的主要要表现型型式———墩台病病害墩台被水水冲毁锥坡塌陷陷桩基被水水冲刷后后钢筋外外露常见病害害的主要要表现型型式———支座病病害支座脱空空支座鼓包包老化支座开裂裂结构边界界条件的的改变常见病害害的主要要表现型型式———支座病病害支座钢盆盆破坏常见病害害的主要要表现型型式———桥面系系病害防撞护栏破损损桥面铺装层破破损常规桥梁的特特点一、桥梁已建建成运营，许许多有不同程程度损伤二、位置分散散三、原始资料料缺失四、无法获得得桥梁结构的的初始状态主要内容桥梁结构常见见病害类型评估理论的最最新进展旧桥加固案例例分析目前国内外桥桥梁现状旧桥检测及评评估的常用方方法桥梁评估方法法局部法利用人工检测测－经验评估估整体法利用结构响应应－理论评估估桥梁常用的无无损检测方法法混凝土强度检检测半破损法非破损法综合法钻芯法、拔出出法、拔脱法法、板折法、、射击法等桥梁常用的无无损检测方法法混凝土强度检检测半破损法非破损法综合法回弹法、超声声法桥梁常用的无无损检测方法法混凝土强度检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无损检测方法法混凝土缺陷检检测不密实区和空空洞表面波法红外线法脉冲回超声法声发射法雷达扫描法匀质性桥梁常用的无无损检测方法法混凝土裂缝及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无损检测方法法钢筋锈蚀检测测钢筋保护层厚厚度和位置钢筋位置探测测仪钢筋锈蚀程度度物理方法和电电化学方法常规桥梁的承承载力评估方方法一、分项系数数评估法中国规范公路桥梁养护护规范公路桥梁承载载能力检测评评定规程城市桥梁养护护规范国外规范AASHTOLRFR日本规范对旧桥结构有有效预应力评评估的直接方方法主要是荷荷载试验，通通过测试桥梁梁结构在试验验荷载下控制制部位的应变变、位移和裂裂缝开展情况况、横向分布布系数等，与与理论值进行行比较；通过过效验系数（（η=实测值/理论论值）、变形形、裂缝开展展程度和残余余变形等各种种指标综合判判断该桥是否否满足设计及及使用要求，，从而类推出出有效预应力力。优点：直观、、准确、测量量数据可靠弊端：规模大大、费用高、、影响交通，，还可能引起起结构的进一一步损伤二、荷载试验验三、基于损伤伤模型的理论论分析（1）损伤模型——材料的退化、、刚度变化（2）预应力筋锈锈蚀引起的预预应力额外损损失——典型裂缝分析析（3）原结构应力力状况评估——理论分析手段段、恒载应力力释放法（4）承载能力评评估人工检测针对对桥梁局部损损伤，是目前前常用的手段段，这种方法法的特点是直直观性强，操操作容易，但但需要大量的的经验数据。。如何对桥梁梁结构作全面面的评价，尤尤其是对损伤伤状况和承载载能力的评定定，还需要作作进一步的工工作！主要内容桥梁结构常见见病害类型桥梁评估理论论的最新进展展旧桥加固案例例分析目前国内外桥桥梁现状旧桥检测及评评估的常用方方法方法：以人工检查为为主，采用超超声波、红外外线检测、光光谱电磁波、、脉冲雷达等等技术。优点：简单方便，直直观明了。缺点：只能探测结构构表面破损；；必须事先知知道损伤位置置；局部区域域无法接近；；不能满足结结构整体评价价。目前桥梁损伤伤评估的方法法方法：理论分析为主主，利用结构构响应来识别别损伤。采用的数据：：静态：挠度、、应变动态：模态、、频率优点：可以描述整体体结构的损伤伤状况，是目目前研究的热热点。存在的问题：没有一种理论论能很好的适适应于桥梁结结构损伤识别别。整体法局部法评估理论无损检测＋健康监测系统统结构响应在线线监测结构荷载在线线监测整体法数据来来源桥梁健康监控控系统发展过过程美国、英国、、日本等国家家从80年代代初便开始大大规模对桥梁梁进行检测，，并逐渐建立立了一套较为为完善的桥梁梁检测和维修修制度。1967年12月15日俄俄亥俄河上的的银桥（悬索索桥）跨塌导导致46人死死亡，使用年年限为39年年。随后弗罗罗里达阳光桥桥因船撞而严严重损伤，政政府决定在新新桥上安装结结构健康监测测系统，这些些事件的发生生引起了美国国政府和学术术界对桥梁结结构安全健康康的重视，从从基础理论到到实际应用的的研究都做了了大量研究。。20世纪九十年代代，健康监测测开始在我国国桥梁中应用用，许多大桥桥都安装了监监测系统，以以期对结构进进行实时监控控，希望通过过监测得到的的各种数据，，对结构的现现状进行分析析，达到评估估结构状况的的目的。在线健康检测测系统桥位处监控中心监测荷载的传传感器风速仪,温温度计,动动态地秤(WIM),地震仪等监测结构反应应的传感器加速度计，应应变计，GPS，位移计，倾角角仪，压力环等其他传感器混凝土腐蚀监监测仪器,摄摄像头等传感器系统监测三个方向向风速时程（（原始数据））进行风功率率谱、攻击角角等分析，用用于桥梁评估估风速仪风的作用对大大跨径桥梁的的影响不可忽忽视塔科马大桥被被风摧毁美国塔科马海海峡大桥，主主跨853米米，全长1716米。1940年第第一次修建的的悬索桥桥面面宽11.9米，加劲桁桁梁高仅2.74米，该该桥因刚度不不够，建成4个月后就被被风暴摧毁，，1950年年利用旧桥墩墩改建新桥，，主跨不变,钢塔架高140.82米，桥面宽宽增至18米米，加劲桁梁梁高增至10米。安装在桥上的的风速仪安装在桥上的的风速仪监测构件截面面温度梯度监测空气温度度温度计监测汽车荷载载的轴重、轴轴距，以及交交通流量统计计等动态地秤安装在桥头的的动态地秤监测结构加速速度反应根据据加速度时程程数据进行结结构模态分析析和损伤识别别分析加速度计加速度计应变计监测应变峰值值结构疲劳评估估结构评估应变计位移计监测桥梁顺桥桥向位移确定伸缩缝位位移量GPS系统它利用接接收导航卫星星载波相位进进行实时相位位差分。差分分系统是由GPS基准站、GPS监测站和通信信系统组成。。基准站将接接收到的卫星星差分信息经经过光纤实时时传递到监测测站。监测站站接收卫星信信号及GPS基准站信息，，进行实时差差分后可实时时测得站点的的三维空间坐坐标。此结果果将送到监控控中心。在监监控中心对接接收机的GPS差分结果进行行桥梁桥面、、桥塔的位移移、转角计算算，提供大桥桥管理部门进进行安全分析析。全球定位系统统GPSGPS位移监测实时时显示理想的健康监监测系统要解解决的两类问问题数据采集一、环境荷载载数据采集二、结构响应应数据采集结构评估一、与设计理理论的对比二、结构现状状的评估国内外的研究究重点国家西部科研研课题中交路桥技术术公司课题名称高速公路结构构健康监测系系统关键技术研究究铁罗平大桥，，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米桥梁结构的损损伤识别桥梁结构剩余余承载力评估估课题研究主要要内容依托工程结构的损伤识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，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为三跨预应力力砼连续箱梁梁桥，跨度为为32+50+32m，2004年2月完成现场检测测，发现桥梁梁表面破损，，钢筋锈蚀，，结构出现大大量裂缝，跨跨中下挠严重重。两座实桥损伤伤评估例子跨中非平面变变形腹板轴向应变变沿箱梁高度度分布图刚度识别结果果实测挠度和损损伤识别值参数识别表明明主跨跨中刚刚度下降明显显，计算位移移与实测位移十十分接近，该该桥目前已拆拆除。孔道没有压浆浆，预应力筋筋严重锈蚀桥梁健康监测测是一个在世世界范围内正正在兴起的新新兴事物，既既非万能，也也非无用。其其中仍有许多多课题值得深深入研究，尤尤其是结构损损伤和剩余承承载力评估等等问题。对于于大型桥梁而而言，监测系系统与人工检检查相结合是是目前桥梁评评估的有效手手段，而对于于大量的常规规性桥梁，应应以人工检查查为主，以桥桥梁管理系统统为主。主要内容桥梁结构常见见病害类型桥梁评估理论论的最新进展展旧桥加固案例例分析目前国内外桥桥梁现状旧桥检测及评评估的常用方方法加固实例体内预应力情况简介预应力静定T构，设计预拱拱度10厘米米，拆除挂蓝蓝后实际反翘翘到12厘米米，挂梁安装装后预拱度减减为9厘米，，通车一年后后预拱度消失失，桥面下挠挠至齐平。运运营十年后，，T构箱梁悬臂端端累计下挠30厘米，箱箱体出现大量量裂缝。一、桥梁加固固的设计施工工原则作加法不作减减法安全度宁大勿勿小分析不透彻不不做没把握事情不不做科罗·巴岛(Koror-Babeldaob)桥案例科·巴大桥是一座座跨中带铰的的3跨连续预应力力混凝土刚架架桥，跨径组组合为72m+241m+72m，是当时世界界上同类桥梁梁中跨径最大大者。1978年建成通车，，通车后不久久就产生了较较大的挠度，，到1990年，其挠度达达到1.2m。后来采用体体外索施加预预应力，使主主跨中央挠度度减小。1996年7月加固结束，，加固处理后后不到3个月就发生了了倒塌事故。。科罗·巴岛(Koror-Babeldaob)桥案例二、大桥桥长长期期下下挠挠原原因因分分析析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、、大大桥桥长长期期下下挠挠原原因因分分析析一、、混混凝凝土土徐徐变变徐徐变变二、、长长期期效效应应温温度度三、、裂裂缝缝导导致致结结构构刚刚度度的的降降低低。。计算算分分析析的的结结果果小小于于实实际际挠挠度度导致致挠挠度度不不断断增增加加的的主主要要原原因因。。规范范的的规规定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、、主主动动加加固固与与被被动动加加固固的的对对比比被动动加加固固法法：：粘粘贴贴碳碳纤纤维维、、钢钢板板等等方方法法。。多多适适用用于于在在恒恒载载作作用用下下承承载载力力满满足足要要求求但但活活载载作作用用下下承承载载力力不不满满足足的的情情况况，，在在中中小小桥桥和和大大桥桥的的次次要要受受力力方方向向进进行行加加固固时时常常采采用用。。主动动加加固固法法：：施施加加预预应应力力、、改改变变结结构构体体系系等等，，改改变变结结构构原原有有的的受受力力行行为为。。改改善善桥桥梁梁恒恒载载的的内内力力分分配配，，增增加加全全桥桥刚刚度度，，闭闭合合裂裂缝缝，，并并调调整整变变形形。。本桥桥的的加加固固方方法法：：主主动动加加固固法法恒载载占占总总荷荷载载的的80%以以上上，，大大量量的的裂裂缝缝在在仅仅有有恒恒载载作作用用时时不不闭闭合合，，结结构构在在恒恒载载时时的的应应力力状状况况已已不不满满足足要要求求。。仅依依靠靠粘粘贴贴碳碳纤纤维维、、钢钢板板等等被被动动加加固固法法是是无无法法解解决决结结构构总总体体刚刚度度下下降降、、承承载载力力不不足足的的问问题题，，必必须须采采用用主主动动加加固固法法以以调调整整结结构构的的内内力力，，加加强强整整体体刚刚度度，，提提高高承承载载力力。四、、加加固固方方案案的的选选择择（（方案案一一：：矮矮塔塔稀稀索索斜斜拉拉桥桥））优点点：：这种种方方法法能能显显著著改改变变结结构构恒恒载载内内力力，，提提高高极极限限承承载载能能力力，，调调整整部部分分变变形形。。缺点点：：索塔塔侵侵占占部部分分桥桥面面，，并并且且与与桥桥面面的的固固结结比比较较困困难难,要要高高度度重重视视原原有有受受力力体体系系改改变变的的问问题题。。四、、加加固固方方案案的的选选择择（（方方案案二二：：腹腹板板加加厚厚））方法法：腹腹板板内内壁壁加加设设一一层层附附壁壁纤纤维维混混凝凝土土，，预预应应力力管管道道设设置置在在新新浇浇的的混混凝凝土土内内，，使使预预应应力力成成为为体体内内索索。。作用用：补补强强腹腹板板，，闭闭合合裂裂缝缝，，提提高高T构的的整整体体刚刚度度和和承承载载能能力力植入入钢钢筋筋及及设设置置预预应应力力管管道道体内内预预应应力力与与体体外外预预应应力力的的选选择择体外外预预应应力力：：闭闭合合裂裂缝缝的的作作用用有有限限，，不不可可能能完完全全恢恢复复结结构构原原有有刚刚度度，，加加固固后后结结构构继继续续下下挠挠的的可可能能性性很很大大。。体内内预预应应力力：：由由于于新新浇浇混混凝凝土土增增加加了了腹腹板板厚厚度度，，结结构构刚刚度度大大大大增增加加，，达达到到提提高高极极限限承承载载力力和和恢恢复复刚刚度度双双重重目目的的。。五、、预预应