在役桥梁承载力评价方法与加固

在役桥梁承载力评价方法与加固研究长安大学公路学院宋一凡教授、博导在役桥梁承载力检测评定评定方法桥梁调查与一般评定桥梁结构检算评定桥梁结构静动载试验评定桥梁一般评定依据桥梁一般评定的规范、规程、方法交通部《公路桥涵养护规范》JTGH11-2004交通部《公路旧桥承载能力鉴定方法（试行）》1988交通部《公路桥梁承载力检测评定规程》JTGxxx-200x(报批稿）2004建设部《城市桥梁养护技术规范》CJJ99-2003铁道部《铁路桥梁检定规范》铁运函［2004］120号桥梁调查与一般评定公路桥梁养护规范JTGH11-2004公路桥梁技术状况一般评定目前施行的评定方法依据《公路桥梁养护规范》JTGH11-2004与《公路法》相适应与《公路桥梁养护管理工作制度》相适应桥梁评定一般规定桥梁一般评定依据桥梁定期检查资料，通过对桥梁各部件技术状况的综合评定，确定桥梁的技术状况等级，提出各类桥梁的养护措施由负责定期检查者进行-普及性桥梁适应性评定依据桥梁定期及特殊检查资料，结合试验与结构受力分析，评定桥梁实际承载能力、通行能力、抗洪能力，提出桥梁养护、改造方案。委托有相应资质及能力单位进行-专业性

桥梁检测评定一般规程结构实地考察（快速扫视检查）收集基本数据和资料动态调查确定检测目的制订检测计划建立检测组织检查技术和设备的准备照相一般检查详细检查无损或半破损检测取样检测样品分析（化学、物理）室内材料试验损坏原因评估耐久性分析损坏发展趋势研究材料实际强度结构评定缺陷损坏评估检测评定结果维修处治措施建议加固措施建议桥梁历史与现状调查检测规划现场检测试验室分析检测结果评定报告编制桥梁检测主要技术指标桥梁总体技术状况评定方法推荐方法考虑桥梁部件权重综合评定方法亦可采用方法重要构件最差的缺损状况评定对照桥梁技术状况评定标准评定桥梁部件缺损损状况评定方方法缺损状况及标度组合评定标度缺损程度及标度程度小→大少→多轻度→严重标度012缺损对结构使用功能的影响程度无、不重要0012小、次要1123大、重要2234以上两项评定组合标准01234缺损发展变化状况的修正趋向稳定-10123发展缓慢0

1234发展较快+112345最终评定的标度012345桥梁技术状况及分类完好良好较好较差差的危险一类二类三类四类五类“0”表示完好状态，或表示没有设置的构造部件，如调治构造物“5”表示危险状态，或表示原无设置，而调查表明需要补设的部件桥梁部件权重重综合评定方方法部件部件名称权重Wi桥梁技术状况评定办法1翼墙、耳墙1式中RI—按桥梁部件缺损状况评定表方法对各部件的评定标度（0～5）；WI—各部件权重，ΣWI=100；Dr—全桥结构技术状况评分（0～100）；评分高表示结构状况好，缺损少。（2）评定分类采用下列界限

Dr≥88一类88＞Dr≥60二类60＞Dr≥40三类40＞Dr四类、五类Dr≥60的桥梁，并不排除其中有评定标度Ri≥3的部件，仍有维修的需要2锥坡、护坡13桥台及基础234桥墩及基础245地基冲刷86支座37上部主要承重构件208上部一般承重构件59桥面铺装110桥头跳车311伸缩缝312人行道113栏杆、护栏114照明、标志115排水设施116调治构造物317其它1——全桥技术状况况评分（0～～100）—按规范方法对对各部件评定定标度（0～～5）；对于于标度的定量描述—各部件权重≥88一一类桥梁——好：正常保养养60≤<88二二类桥桥梁——较好：小修40≤<60三三类桥梁梁——差：中修<40四四类桥梁梁——危险：大修或改造造五类桥梁——危险：改建或重建建桥梁技术状况综合合评定桥梁技术状况评定定标准总体评定一类：完好、良好好状态二类：较好状态三类：较差状态（（承载力降低10%以内）四类：差的状态（（承载力降低10%-25%）五类：危险状态（（承载力降低25%以上）桥梁结构分项评定定对照桥梁技术状况况评定标准评定桥梁养护规范评定定优点一般评定可以直接接给出桥梁技术状状况等级外观检查技术难度度相对较小，适应应于普及检测一般不需要中断桥桥上正常交通花费相对较少可以方便建立正常常的桥梁技术状况况-时间历程档案桥梁养护规范评定定缺点总体评定、桥梁结结构分项评定与部部件权重综合评定定结果有不协调可可能部件权重综合评定定更适应于多跨桥桥梁，对单跨桥梁梁评价存在缺墩项项扣分不准问题桥梁技术状况评定定标准中桥梁承载载能力缺失比率难难以量化确定一般评定给出桥梁梁技术状况等级更更合理，不能给定定桥梁所具备的服服务车辆荷载或车车道荷载等级桥梁部件权重修正正建议单跨桥梁部件权重重修正单跨桥梁部件数规范中涉及的部件件数单跨桥梁缺少部件件数大中跨径混凝土桥桥梁预应力检测技术研究预应力管道偏位预应力管道压浆密密实性检测预应力钢绞线锈蚀蚀检测预应力有效值检测测预应力混凝土梁桥桥承载力评价大中跨径混凝土桥桥梁预应力检测技术研究长安大学研制预应应力索力仪国外产品索力仪城市桥梁养护技术规范CJJ99-2003城市桥梁养护技术术规范——桥面系评估要素（（铺装、桥头平顺顺、伸缩缝、排水水、人行道、栏杆杆）——桥面系第ｉ类要素素中第j项损坏的扣分值——桥面系第ｉ类要素素中第j项损坏的权重——桥面系第ｉ类要素素中第j项损坏的总扣分值值——桥面系第第ｉ类要要素权重重桥面系状状况城市桥梁梁养护技技术规范范——桥梁第k跨上部构构件L的损坏类类型——桥梁第k跨上部构构件L在损坏类类型x时的扣分分值——桥梁第k跨上部构构件L在损坏类类型x时的的权权重——构件L的综合扣扣分值——构件L的权重——第ｋ跨上上部结构构的桥梁梁构件数数——第ｋ跨上上部结构构技术状状况指数数——桥梁跨数数——桥梁上部部结构技技术状况况指数上部结构构状况城市桥梁梁养护技技术规范范——桥梁第λ墩（台））中构件件L的损坏类类型——桥梁第λ墩（台））中构件件L在损坏类类型x时的扣分分值——桥梁第λ墩（台））中L在损坏类类型y时的的权权重——构件L的综合扣扣分值——构件L的权重——第λ墩（台））中结构构的桥梁梁构件数数——第λ墩（台））中结构构技术状状况指数数——桥梁下部部结构技技术状况况指数下部结构构状况城市桥梁梁养护技技术规范范先分部位位再综合合的评定定方法ⅡⅡ～ⅤBCIBCI≥9090＞BCI≥8080＞BCI≥6666＞BCI≥50BCI＜50评估等级A完好B良好C合格D不合格E危险备注BCI可表示桥梁综合、桥面系、上部结构、下部结构等桥梁状况指数Ⅰ—特大桥及及特殊结结构Ⅱ—城市快速速路网Ⅲ—城市主干干路道Ⅳ—城市次主主干路Ⅴ—城市支路路和街坊坊路桥梁结构构静动载载试验评评定桥梁静动动载试验验必要性性桥梁的施施工质量量合格，，使用状状况良好好，主要要检算指指标虽不不符合要要求，但但超限幅幅度较小小：钢结结构在15%以内；配配筋混凝凝土梁式式结构在在25%以内；砖砖石及混混凝土与与配筋混混凝土拱拱式结构构在30%以内。。桥梁的的施工工质量量很差差，可可能存存在安安全隐隐患，，仅用用调查查、检检测与与检算算分析析难以以确定定其实实际承承载力力。桥梁在在运营营过程程中损损坏严严重，，可能能影响响桥梁梁承载载力。。缺乏设设计、、施工工资料料或桥桥梁的的结构构受力力不明明确，，不便便准确确进行行桥梁梁承载载力检检算。。为科研研或积积累资资料的的需要要。桥梁荷荷载试试验评评定静载试试验控制截截面测测点应应变或或挠度度、变变位动载试验运行汽车作用下冲冲击系数桥梁结构自振特性性跳车激振法制动激振法环境激励法中华人民共和国交交通部标准《公路路旧桥承载能力鉴鉴定方法》（试行行）1988中华人民共和国行行业标准《公路桥桥梁承载力检测评评定规程》JTGxxx-200x(报批稿）2004交通部公路科学研研究所、交通部公公路局技术处、交交通部公路规划设设计院《大跨径混混凝土桥梁的试验验方法》1982年10月中华人民共和国铁铁道部《铁路桥梁梁检定规范》铁运运函［2004］］120号桥梁荷载试验评定定依据桥梁类型应变（或应力）校验系数挠度校验系数桥梁类型应变（或应力）校验系数挠度校验系数钢筋混凝土板桥0.20～0.400.20～0.50预应力混凝土桥0.60～0.900.70～1.00钢筋混凝土梁桥0.40～0.800.50～0.90圬工拱桥0.70～1.000.80～1.00桥梁校验系数常值值表－公路旧桥承载能力力鉴定方法桥梁类型应变（或应力）校验系数挠度校验系数桥梁类型应变（或应力）校验系数挠度校验系数钢筋混凝土板桥0.3～0.70.4～0.8预应力混凝土桥0.50～0.900.6～1.00钢筋混凝土梁桥0.40～0.800.50～0.90圬工拱桥0.6～1.000.6～1.00桥梁校验系数常值值表-(公路桥梁承载能力力检测评定规程））荷载试验评定特点点缺点实施风险大、费用用高封闭交通时间较长长优点真实了解结构受力力性能分析判断桥梁承载载潜力最直接、最可信在役桥梁承载力评评定旧体系桥梁结构检算－公路旧桥承载能力力鉴定方法圬工结构承载力检检算配筋混凝土结构承承载力检算在役桥梁承载力评评定新体系在役桥梁承载力评评定计算方法砖、石及混凝土桥桥钢筋混凝土及预应应力混凝土桥－圬工或混凝土截截面折减系数（材材料风化、碳化及及物理与化学损伤伤）－钢筋截面折减系系数（钢筋腐蚀））－承载力恶化系数数（环境条件、钢钢筋混凝土结构与与构件检测指标））－承载力检算系数数（桥梁外观质量量0.4、混凝土土强度0.3、结结构模态参数0.3。与结构构或构件类型相关关）在役旧桥承载力评评估困难较大、专专业性很强将桥梁检测与结构构仿真分析结合起起来是在役桥梁承承载力评估的一种种重要途径建立桥梁损伤模型型—即结构性能随时间间的变化规律具有有重要意义在役桥梁评价是加加固前必须进行的的一项专业技术工工作，从而确保桥桥梁加固的有效性性和结构安全在役桥梁承载力评评价综述在役桥梁加固研究究长安大学公路学院院宋一凡教授对于旧桥的加固改改造技术方法的研研究和应用，交通通部在“六五”和“七五”期间的重点科研项项目计划中都安排排了一定数量的研研究课题。经过大大量的试验研究和和实际工程应用，，国内外都取得了了不少的成功经验验和成果，积累了了丰富的经验。前言旧桥加固改造工程程同其它任何事情情一样，有其内在在的规律，在做某某座桥梁的具体加加固设计时都有一一定的技巧，都要要遵循一定的步骤骤，同时又极具创创造性。所以，我我们应通过创造性性的工作去尽力解解决旧、危桥的加加固改造工作。尽尽管每座桥梁的修修复工程具有各自自的特点，但前言存在可进行比较、、评价的一般性概概念，以决定采用用最实用的技术。。由于这些特点，，总是需要在桥梁梁修复工程中进行行创造性的思考和和技术革新。新的的产品和技术的不不断发展，又提供供了更有效、更耐耐久的维修方法。。前言常用的改造有缺陷陷桥梁所用的加固固改造技术，包括括减轻恒载、加固固临界杆件、提供供新的补充杆件和和改善原来结构体体系的方法，以增增大桥梁承受活载载的能力。此外，，下部结构的稳定定、支座和车行道道伸缩缝的适当清清洁、几何形状的的改善以及前言安全性的改善(如人行道、栏杆柱柱及扶手的改善)，也在改善服务性性能和延长现有结结构使用寿命中起起着重要作用。前言安全经济科学学规范安全：桥梁加固后后结构安全性保证证经济：尽可能节约约加固工程造价科学：险桥认证科科学化规范：技术评定、、验收规范化桥梁加固基本原则则加固工作程序应按按下图所示进行桥梁现状评价加固工程可行性研究报告加固工程施工图设计加固工程施工、监理招标施工组织设计施工验收桥梁加固增大惯矩法单侧增大双侧增大粘贴贴（锚）钢板贴钢筋贴纤维预应力法改变体系法简支变连续简支变刚架简单结构变组合结构回顶法拱桥水平变位回顶综合法

桥梁加固方案几种常用加固方法法比较项目钢筋混凝土增厚法体外预应力法外包钢和钢板粘结张贴法隔震减震法FRP片材粘贴法增加体积大小小大小增加重量大小大小小施工时间长较长较长较长短需要工人数多多多多少施工空间大大大大小是否需要大型设备需要需要需要需要不需要抗腐蚀性、耐久性差良好（FRP）差(钢板)差差良好桥梁加固方案比较较桥梁加固方案试验验研究抗弯加固试验研究究纤维布脱胶砼表层脱落砼破碎脱落试验表明，采用粘粘贴工艺加固砼梁梁时，梁体砼标号号不宜太低。桥梁加固方案试验验研究抗剪加固试验研究究编号粘贴方式层数加载方式锚固破坏形式试验值(KN)理论值ANSYS计算值(KN)误差计算值(KN)误差T-1/////116//109-6%T-29002无预载无粘贴破坏111.3100.85-9.4%1186.06%T-39002有预载无粘贴破坏113.7104.60-8%1259.9%T-44501无预载有碳纤维拉断143.3145.951.9%1504.69%T-54501有预载有碳纤维拉断159.1154.3-3.1%1632.44%对比分析析桥梁加固方案试验验研究桥梁加固方案试验验研究桥梁加固方案试验验研究构件编号加固位置加固材料开裂荷载（kN）屈服荷载（kN）极限荷载（kN）破坏位置破坏原因试验值相对提高试验值相对提高G-1/未加固10.8357/62.17/跨中G-2拱顶下缘碳纤维布11.176412.28%71.1714.47%跨中及四分点混凝土剥离G-3拱顶下缘钢板1164.513.16%72.1716.08%跨中及四分点钢板开胶G-4拱顶及四分点碳纤维布10.8375.6732.75%79.3327.60%跨中混凝土剥离G-5拱顶及四分点钢板12.1775.532.46%81.1730.56%跨中及四分点钢板端锚固处钢板屈服桥梁加固方案试验验研究增大混凝土截面加加固方法增大混凝土截面加加固特点更多应用于混凝土土拱桥

显著增大大原构件的截面刚刚度

提高构件的的承载能力

更新新钢筋混凝土桥面面铺装层＃更新钢筋混凝土桥桥面铺装层方法＃加固对象混凝土梁桥及圬工工拱桥（设置拱上上填料）的桥面技术要点桥面铺装层应先拆拆除原桥面板上表面植植筋，并连接铺装装层钢筋网设置预制制翼缘板板时凿除除部分混混凝土，，并连接接铺装层层钢筋网网现浇混凝凝土厚度度最小为为8厘米以上上注意事项项新增砼截截面施工工工艺应应不使原原结构截截面受到到严重破破坏新旧结构材料之之间应有可靠连连接如剪力键、、传力销、锚固固筋等增大混凝土截面面加固要点加固对象双曲拱桥、桁架架拱桥、肋拱桥桥等上部结构和和墩台技术要点桥面铺装层应先先拆除如采用卸载或有有支架施工时，，将由新旧组合合结构承担恒载载及活荷载如采用不卸载无无支架施工时，，旧桥结构应能能承担新增加的的施工及永久荷荷载，新旧组合合结构承担二期期恒载及活荷载载加固设计时应考考虑原结构钢筋筋及混凝土的分分阶段受力问题题注意事项新增砼截面施工工工艺应不使原原结构截面受到到严重破坏新旧结构材料之之间应有可靠连连接如剪力键、、传力销、锚固固筋等粘贴钢板或纤维维片材加固方法法粘贴片材的混凝凝土等级粘贴钢板混凝土品质较好好的梁（板）桥桥，混凝土等级级C25以上均适应粘贴碳纤维布混凝土品质很好好的梁（板）桥桥，混凝土等级级C40以上更适应粘贴玻璃纤维布布混凝土品质一般般的梁（板）桥桥，主要目的为为约束混凝土裂裂缝CFRP片材对于各种加加固类型的适应应性CFRP片材加固类型CFRP板CFRP织物梁桥加固抗弯最佳适用适用抗剪适用最佳适用板梁加固抗弯最佳适用适用抗剪墩柱加固抗剪适用最佳适用抗偏压适用最佳适用抗震适用薄壁墙加固抗弯最佳适用适用抗剪最佳适用抗震适用适用钢板厚度：4～8mm，计算确定宽度：≤结构受受力面宽位置：尽量远离离中性轴的加固固区粘结：粘结强度度可按计算确定定或符合有关规规定锚栓：相间50厘米设置一个个胀栓防腐：油漆材料料及工艺按相关关要求纤维层数：2～4层层宽度：与结构同同宽或略窄位置：尽量远离离中性轴的加固固区涂色：表面涂装装砼同色涂料粘贴材料选用建建议粘贴钢板或纤维维布加固要点加固对象砼肋板式梁桥、、双曲拱桥、桁桁架拱桥、刚架架拱桥技术要点桥面铺装层应先先拆除计算确定粘贴部部位、范围及粘粘贴材料截面积积端部锚固措施——合理确定接触触面应力以避免免粘结力失效破破坏粘贴材料几乎不不增加结构自重重，如不卸载则则组合结构仅承承受二期恒载及及活荷载，如卸卸载则组合结构构承受恒载及活活荷载加固设计时应考考虑结构的分阶阶段受力问题注意事项具有锚固条件时时，应尽量两端端锚固砼表面必须凿毛毛、打磨并露出出骨料，清洁后后方可实施涂胶胶等施工钢材表面喷砂除除锈，并作永久久防腐（a）（b）（c）（d）（e）（f）纤维片材粘贴端端点锚固措施锚栓钢板法加固对象砼梁桥技术要点桥面铺装层应先先拆除计算确定锚固部部位、范围及钢钢板截面积仅靠钢板两端胀胀栓锚固，无粘粘结胶要求几乎不增加结构构自重，如不卸卸载则组合结构构仅承受二期恒恒载及活荷载，，如卸载则组合合结构承受恒载载及活荷载加固设计时应考考虑结构的分阶阶段受力问题注意事项钢板两端胀栓锚锚固必须牢固，，同时应保证对对原砼结构的保保护钢板厚度尽量厚厚一些，应作永永久防腐IIII加固对象较高标号砼梁桥桥为主技术要点几乎不增加结构构自重，组合结结构承受恒载及及活荷载预应力筋用量通通过计算确定，，但不应小于最最小锚固束值加固设计时应考考虑结构的分阶阶段受力问题锚固位置适当而而可靠梁地滑滑块特特殊设设计加加工注意事事项预应力力筋类类型可可为高高强度度精轧轧螺纹纹钢筋筋、钢钢铰线线、高高强钢钢丝预应力力筋必必须作作永久久防腐腐体外预预应力力法要要点改变结结构体体系加固对对象梁桥、、拱桥桥、桁桁架桥桥技术要要点简支变变连续续—将将墩顶顶原简简直梁梁支座座更换换成单单排支支座铰接变变固结结—封封闭原原剪力力铰简支变变刚架架—新新增斜斜杆形形成斜斜撑刚刚架增设新新的受受力体体系——新加加承重重结构构体系系取代代原结结构受受力减小跨跨径——新增增永久久桥墩墩横桥向向增设设横隔隔板、、加大大边梁梁或边边肋——改善善横向向分布布系数数注意事事项结构体体系改改变会会导致致结构构内力力发生生变化化，应应在改改变体体系前前或同同时完完成相相应安安全措措施其他加加固方方法减载法法—将桥面面铺装装或拱拱上填填料更更换为为轻质质材料料反向加加载法法—按结构构影响响线正正负号号配重重回顶法法—拱桥两两拱脚脚相对对回顶顶更换杆杆（构构）件件法——斜拉索索换索索、吊吊桥换换吊索索、桁桁架桥桥换杆杆件、、多肋肋梁桥桥换某某片梁梁等梁移位位法——加宽结结合加加固同同时进进行桥梁加加固方方案建建议梁式桥桥—支座、、桥面面铺装装层更更换仅提高承载力提高承载力并改善主梁刚度可改善横向分布贴钢板贴纤维贴钢板增加横隔板增大主梁截面加固横隔板体外预应力体系转换加大边梁增强桥面铺装桥梁加加固方方案建建议拱式桥桥—桥面铺铺装层层更换换仅提高承载力同时提高承载力及刚度可改善横向分布贴钢板贴纤维贴钢板增加横隔板、剪刀撑增大拱肋截面增设大边肋改换拱上建筑结构改换拱肋截面型式增强桥面铺装桥面植植筋在原桥桥面板板上，，沿桥桥梁纵纵横向向相间间40-60厘厘米钻钻孔植植筋，，并与与桥面面铺装装钢筋筋网连连接桥面防防水层层在砼桥桥面铺铺装层层上面面喷涂涂防水水层后后再铺铺沥青青砼拱上填填料拆除拱拱上原原填料料层部部分，，新铺铺20厘米米砼层层作填填料，，保持持恒载载变化化较小小桩柱加加固桩柱周周围新新加钢钢筋箍箍筋网网，现现浇砼砼柱周缠缠绕纤纤维布布或套套钢管管内填填砼防撞墙墙拆除原桥人行道构构造，改为防撞墙墙以增加桥梁行车车道宽度桥梁加固方案建议议加宽加固加宽加固同时进行行时，宜将加宽部部分上部结构与原原桥连为整体新增设加宽部分基基础及桥墩构造加固方案优化各种方法可综合运运用，优化组合，，以实现加固目的的并节约投资桥梁加固方方案建议桥梁加固方方案建议加固设计与与计算加固设计方方法不同，，有其相应应的计算方方法加固材料的的力学指标标实用限值值应折减，，折减率由由试验确定定加固后