桥梁评估及加固技术研究

报告人：李毅谦中交路桥技术有限公司

桥梁评估及加固技术研究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。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

MessinaBridge桥梁的现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）大桥建造于８０年代中期，距今已有２０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年年辽宁盘锦锦田庄台大大桥大桥桥位于盘盘锦与营口交交界处，连接接辽河两岸，，桥长500余米，在80吨的严重超载载情况下，使使大桥第9孔悬臂端预应应力结构瞬间间脆性断裂。2007年江苏常州公公路大桥2004年成都三渡水水大桥2007年广东九江大大桥美国共有公路路桥梁58万万座，1967年12月，Ohio州的SilverBridge（悬索桥）跨跨塌导致46人死亡，使使用年限为39年。随后后弗罗里达阳阳光桥因船撞撞而严重损伤伤，由此引发发了对美国58万座公路路桥梁的检查查，共调查了了51.4万万座，这些桥桥中40％以以上有不同程程度的损伤，，98000座桥梁结构构强度降低，，应停止使用用或限载。国外桥梁的现现状ThruwayBridge,NewYork,US（1987年4月）I-40Bridge,Oklahoma,US（2002年5月）美国明尼苏达达州密西西比比河大桥垮塌塌2007年8月1日Entre-os-RiosBridge,Portugal（2001年3月）巴基斯坦卡拉拉奇公路大桥桥2007年9月1日，通车12天垮塌印度南部安德德拉省首府高高架桥2007年9月9日垮塌，原定定年底通车国外桥梁的现现状—日本日本在七、八八十年代汽车车运输急剧发发展，汽车日日益大型化、、重型化，交交通量逐年增增加。1956年以前按按旧标准设计计施工的桥梁梁，其承载力力明显不足。。据统计，这这类桥梁约有有5500座座，其中混凝凝土桥梁约有有4500座座。国外桥梁的现现状—德国前联邦德国于于1978～1979年对一个州内内的约1500座钢筋混凝土土和预应力混混凝土桥梁做做了全面的检检查，发现不不同时期修建建的桥梁都有有损伤，即使使20～30年桥龄的预应应力混凝土桥桥中，有将近近一半的桥梁梁上部构造至至少有一处较较严重的损伤伤，其中2/3至少有一处一一般性损伤。。（1）如何实实际评价现有有桥梁的实际际承载力与安安全度问题；；（2）如何及及早检查发现现桥梁产生的的损伤及异常常现象，正确确地鉴定结构构物地损伤程程度，从而采采用合理的维维修加固方法法问题；（3）桥梁损损坏与维修加加固的实际应应用问题；（4）桥梁维维修加固技术术，即采用维维修加固新技技术与新方法法问题；（5）桥梁设设计与维修管管理的关系，，即如何把维维修加固中发发现的问题题放到到今后桥梁设设计中进行考考虑的问题；；（6）桥梁维维修加固的未未来展望，即即维修加固方方法将来会怎怎样发展，如如何提出更合合理的维修管管理方法与策策略的问题。。1981经济合作与发发展组织关于于“道路桥梁维修修与管理”会议设计与养护管管理的关系结构设计应考考虑换索时不不中断交通的的问题支座更换斜拉索更换如何保证支座座更换时空间间尺寸及结构构安全的要求求规范问题？（1）如何实实际评价现有有桥梁的实际际承载力与安安全度问题；；（2）如何及及早检查发现现桥梁产生的的损伤及异常常现象，正确确地鉴定结构构物地损伤程程度，从而采采用合理的维维修加固方法法问题；（3）桥梁损损坏与维修加加固的实际应应用问题；（4）桥梁维维修加固技术术，即采用维维修加固新技技术与新方法法问题；（5）桥梁设设计与维修管管理的关系，，即如何把维维修加固中发发现的问题题放到到今后桥梁设设计中进行考考虑的问题；；（6）桥梁维维修加固的未未来展望，即即维修加固方方法将来会怎怎样发展，如如何提出更合合理的维修管管理方法与策策略的问题。。1981经济合作与发发展组织关于于“道路桥梁维修修与管理”会议如何科学有效效的管理现有有桥梁，防止止恶性事故发发生，确保人人民生命、国国家财产不受受损失，已成成为当务之急急！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混凝土桥梁常常见病害及特特点外观特征：混混凝土破损、、开裂钢钢筋锈蚀、支支座脱空结构特征：挠挠度的不断加加大和裂缝的的进一步开展展大跨径混凝土土桥梁的担忧忧？病害产生的主主要原因一、设计考虑虑不周造成桥梁结构构原始性缺陷陷：（1）结构型型式或桥型布布置不合理；；（2）使用计计算程序或输输入数据不妥妥，计算有误误；（3）断面尺尺寸及钢筋不不符合结构受受力要求；（4）对一些特殊殊荷载如收缩缩徐变、温度度、基础变位位、水化热等等考虑不足。。二、施工质量量问题导致桥桥梁损伤：（1）水泥质质量不好；（2）使用的的骨料不合格格或级配不当当、含泥量过过大、出现碱碱骨料反应；；（3）混凝土土振捣不密实实、参和料拌拌和不均匀；；设计双院制施工前图纸复复核病害产生的主主要原因二、施工质量量问题导致桥桥梁损伤：（4）浇注顺顺序不当；（5）混凝土土养生不好；；（6）预应力力张拉控制不不符合要求；；（7）预应力力管道压浆不不饱满或未压压浆；（8）支架下下沉、脱模过过早；（9）接头处处理不当。病害产生的主主要原因三、运营期间间造成的的破破坏：（1）交通超超载；（2）船舶、、车辆撞击；；（3）水流对对基础的冲刷刷；（4）地震。。四、材料性能能的退化：混混凝土炭化、、钢材锈蚀等等。（1）混凝土土炭化导致其其强度降低；；（2）氯离子子对混凝土的的侵蚀；（3）钢筋的的锈蚀。结构耐久性问问题结构设计中各各项应力的控控制水平控制防止裂缝缝混凝土结构的的耐久性设计计，抗氯离子子侵蚀、保护护层碳化防止钢筋锈蚀蚀预应力混凝土土张拉工期混凝土保护层层厚度问题防止钢筋锈蚀蚀控制收缩徐变变设计过程的保保证常见病害的主主要表现型式式——裂缝弯曲引起受拉拉区的竖向裂裂缝常见病害的主主要表现型式式——裂缝剪切引起的斜斜裂缝常见病害的主主要表现型式式——裂缝钢筋锈蚀引起起的顺筋裂缝缝墩柱钢筋锈胀胀引起混凝土土剥落常见病害的主主要表现型式式——外表破破损常见病害的主主要表现型式式——外表破破损梁体被撞、刮刮蹭、混凝土脱落混凝土剥落常见病害的主主要表现型式式——外表破破损梁底钢筋锈蚀蚀凝凝土剥落常见病害的主主要表现型式式——管道压浆不饱饱满钢绞线锈蚀管道压浆不饱饱满常见病害的主主要表现型式式——墩台病病害墩台被水冲毁毁锥坡塌陷桩基被水冲刷刷后钢筋外露露常见病害的主主要表现型式式——支座病病害支座脱空支座鼓包老化化支座开裂结构边界条件件的改变常见病害的主主要表现型式式——支座病病害支座钢盆破坏坏常见病害的主主要表现型式式——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：：简单方方便，，直观观明了了。缺点：：只能探探测结结构表表面破破损；；必须须事先先知道道损伤伤位置置；局局部区区域无无法接接近；；不能能满足足结构构整体体评价价。目前桥桥梁损损伤评评估的的方法法方法：理论分分析为为主，，利用用结构构响应应来识识别损损伤。。采用的的数据据：静态：：挠度度、应应变动态：：模态态、频频率优点：可以描描述整整体结结构的的损伤伤状况况，是是目前前研究究的热热点。。存在的的问题题：没有一一种理理论能能很好好的适适应于于桥梁梁结构构损伤伤识别别。整体法法局部法法评估理理论无损检检测＋健康监监测系系统结构响响应在在线监监测结构荷荷载在在线监监测整体法法数据据来源源桥梁健健康监监控系系统发发展过过程美国、、英国国、日日本等等国家家从80年年代初初便开开始大大规模模对桥桥梁进进行检检测，，并逐逐渐建建立了了一套套较为为完善善的桥桥梁检检测和和维修修制度度。1967年年12月15日日俄亥亥俄河河上的的银桥桥（悬悬索桥桥）跨跨塌导导致46人人死亡亡，使使用年年限为为39年。。随后后弗罗罗里达达阳光光桥因因船撞撞而严严重损损伤，，政府府决定定在新新桥上上安装装结构构健康康监测测系统统，这这些事事件的的发生生引起起了美美国政政府和和学术术界对对桥梁梁结构构安全全健康康的重重视，，从基基础理理论到到实际际应用用的研研究都都做了了大量量研究究。20世纪九九十年年代，，健康康监测测开始始在我我国桥桥梁中中应用用，许许多大大桥都都安装装了监监测系系统，，以期期对结结构进进行实实时监监控，，希望望通过过监测测得到到的各各种数数据，，对结结构的的现状状进行行分析析，达达到评评估结结构状状况的的目的的。在线健健康检检测系系统桥位处处监控中中心监测荷荷载的的传感感器风速仪仪,温温度度计,动动态地地秤(WIM),地震仪仪等监测结结构反反应的的传感感器加速度度计，，应变变计，，GPS，位移计计，倾倾角仪仪，压压力环等等其他传传感器器混凝土土腐蚀蚀监测测仪器器,摄摄像像头等等传感器器系统统监测三三个方方向风风速时时程（（原始始数据据）进进行风风功率率谱、、攻击击角等等分析析，用用于桥桥梁评评估风速仪仪风的作作用对对大跨跨径桥桥梁的的影响响不可可忽视视塔科马马大桥桥被风风摧毁毁美国塔塔科马马海峡峡大桥桥，主主跨853米，，全长长1716米。。1940年第第一次次修建建的悬悬索桥桥桥面面宽11.9米米，加加劲桁桁梁高高仅2.74米米，该该桥因因刚度度不够够，建建成4个月月后就就被风风暴摧摧毁，，1950年利利用旧旧桥墩墩改建建新桥桥，主主跨不不变,钢塔塔架高高140.82米，，桥面面宽增增至18米米，加加劲桁桁梁高高增至至10米。。安装在在桥上上的风风速仪仪安装在在桥上上的风风速仪仪监测构构件截截面温温度梯梯度监测空空气温温度温度计计监测汽汽车荷荷载的的轴重重、轴轴距，，以及及交通通流量量统计计等动态地地秤安装在在桥头头的动动态地地秤监测结结构加加速度度反应应根据据加速速度时时程数数据进进行结结构模模态分分析和和损伤伤识别别分析析加速度度计加速度度计应变计计监测应应变峰峰值结构疲疲劳评评估结构评评估应变计计位移计计监测桥桥梁顺顺桥向向位移移确定伸伸缩缝缝位移移量GPS系统它它利用用接收收导航航卫星星载波波相位位进行行实时时相位位差分分。差差分系系统是是由GPS基准站站、GPS监测站站和通通信系系统组组成。。基准准站将将接收收到的的卫星星差分分信息息经过过光纤纤实时时传递递到监监测站站。监监测站站接收收卫星星信号号及GPS基准站站信息息，进进行实实时差差分后后可实实时测测得站站点的的三维维空间间坐标标。此此结果果将送送到监监控中中心。。在监监控中中心对对接收收机的的GPS差分结结果进进行桥桥梁桥桥面、、桥塔塔的位位移、、转角角计算算，提提供大大桥管管理部部门进进行安安全分分析。。全球定定位系系统GPSGPS位移监监测实实时显显示理想的的健康康监测测系统统要解解决的的两类类问题题数据采采集一、环环境荷荷载数数据采采集二、结结构响响应数数据采采集结构评评估一、与与设计计理论论的对对比二、结结构现现状的的评估估国内外外的研研究重重点国家西西部科科研课课题中交路路桥技技术公公司课题名名称高速公公路结结构健健康监监测系系统关键技技术研研究铁罗平平大桥桥，主主跨320米支井河河大桥桥，主主跨430米四渡河河大桥桥，主主跨900米龙潭河河大桥桥，主主跨200米桥梁结结构的的损伤伤识别别桥梁结结构剩剩余承承载力力评估估课题研研究主主要内内容依托工工程结构的损损伤识别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。这是两座座结构形式式均为三三跨预应应力砼连连续箱梁梁桥，跨跨度为32+50+32m，2004年2月月完成现场场检测，，发现桥桥梁表面面破损，，钢筋锈锈蚀，结结构出现现大量裂裂缝，跨跨中下挠挠严重。。两座实桥桥损伤评评估例子子跨中非平平面变形形腹板轴向向应变沿沿箱梁高高度分布布图刚度识别别结果实测挠度度和损伤伤识别值值参数识别别表明主主跨跨中中刚度下下降明显显，计算算位移与实测位位移十分分接近，，该桥目目前已拆拆除。孔道没有有压浆，，预应力力筋严重重锈蚀桥梁健康康监测是是一个在在世界范范围内正正在兴起起的新兴兴事物，，既非万万能，也也非无用用。其中中仍有许许多课题题值得深深入研究究，尤其其是结构构损伤和和剩余承承载力评评估等问问题。对对于大型型桥梁而而言，监监测系统统与人工工检查相相结合是是目前桥桥梁评估估的有效效手段，，而对于于大量的的常规性性桥梁，，应以人人工检查查为主，，以桥梁梁管理系系统为主主。主要内容容桥梁结构构常见病病害类型型桥梁评估估理论的的最新进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加固实例例体内预应应力情况简介介预应力静静定T构，设计计预拱度度10厘厘米，拆拆除挂蓝蓝后实际际反翘到到12厘厘米，挂挂梁安装装后预拱拱度减为为9厘米米，通车车一年后后预拱度度消失，，桥面下下挠至齐齐平。运运营十年年后，T构箱梁悬悬臂端累累计下挠挠30厘厘米，箱箱体出现现大量裂裂缝。一、桥梁梁加固的的设计施施工原则则作加法不不作减法法安全度宁宁大勿小小分析不透透彻不做做没把握事事情不做做科罗·巴岛(Koror-Babeldaob)桥案例科·巴大桥是是一座跨跨中带铰铰的3跨连续预预应力混混凝土刚刚架桥，，跨径组组合为72m+241m+72m，是当时时世界上上同类桥桥梁中跨跨径最大大者。1978年建成通通车，通通车后不不久就产产生了较较大的挠挠度，到到1990年，其挠挠度达到到1.2m。后来采采用体外外索施加加预应力力，使主主跨中央央挠度减减小。1996年7月加固结结束，加加固处理理后不到到3个月就发发生了倒倒塌事故故。科罗·巴岛(Koror-Babeldaob)桥案例二、大桥长期期下挠原原因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、大桥桥长期下下挠原因因分析一、混凝凝土徐变变徐变二、长期期效应温温度三、裂缝缝导致结结构刚度度的降低低。计算分析析的结果果小于实实际挠挠度导致挠度度不断增增加的主主要原因因。规范的规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、主动动加固与与被动加加固的对对比被动加固固法：：粘贴碳碳纤维、、钢板等等方法。。多适用用于在恒恒载作用用下承载载力满足足要求但但活载作作用下承承载力不不满足的的情况，，在中小小桥和大大桥的次次要受力力方向进进行加固固时常采采用。主动加固固法：施施加预应应力、改改变结构构体系等等，改变变结构原原有的受受力行为为。改善善桥梁恒恒载的内内力分配配，增加加全桥刚刚度，闭闭合裂缝缝，并调调整变形形。本桥的加加固方法法：主动动加固法法恒载占总总荷载的的80%以上，，大量的的裂缝在在仅有恒恒载作用用时不闭闭合，结结构在恒恒载时的的应力状状况已不不满足要要求。仅依靠粘粘贴碳纤纤维、钢钢板等被被动加固固法是无无法解决决结构总总体刚度度下降、、承载力力不足的的问题，，必须采采用主动动加固法法以调整整结构的的内力，，加强整整体刚度度，提高高承载力力。四、加固固方案的的选择（（方案一：：矮塔稀稀索斜拉拉桥）优点：这种方法法能显著著改变结结构恒载载内力，，提高极极限承载载能力，，调整部部分变形形。缺点：索塔侵占占部分桥桥面，并并且与桥桥面的固固结比较较困难,要高度度重视