桥梁评估及加固技术

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年辽宁宁盘锦田庄台大大桥大桥桥位于盘锦锦与营口交界处处，连接辽河两两岸，桥长500余米，在80吨的严重超载情情况下，使大桥桥第9孔悬臂端预应力力结构瞬间脆性性断裂。2007年江苏常州公路路大桥2004年成都三渡水大大桥2007年广东九江大桥桥美国共有公路桥桥梁58万座，，1967年12月，Ohio州的SilverBridge（悬索桥）跨塌塌导致46人死死亡，使用年限限为39年。随随后弗罗里达阳阳光桥因船撞而而严重损伤，由由此引发了对美美国58万座公公路桥梁的检查查，共调查了51.4万座，，这些桥中40％以上有不同同程度的损伤，，98000座座桥梁结构强度度降低，应停止止使用或限载。。国外桥梁的现状状ThruwayBridge,NewYork,US（1987年4月）I-40Bridge,Oklahoma,US（2002年5月）美国明尼苏达州州密西西比河大大桥垮塌2007年8月月1日Entre-os-RiosBridge,Portugal（2001年3月）巴基斯坦卡拉奇奇公路大桥2007年9月1日，通车12天垮塌印度南部安德拉拉省首府高架桥桥2007年9月9日垮塌，原定年年底通车国外桥梁的现状状—日本日本在七、八十十年代汽车运输输急剧发展，汽汽车日益大型化化、重型化，交交通量逐年增加加。1956年年以前按旧标准准设计施工的桥桥梁，其承载力力明显不足。据据统计，这类桥桥梁约有5500座，其中混混凝土桥梁约有有4500座。。国外桥梁的现状状—德国前联邦德国于1978～1979年对一个州内的的约1500座钢筋混凝土和和预应力混凝土土桥梁做了全面面的检查，发现现不同时期修建建的桥梁都有损损伤，即使20～30年桥龄的预应力力混凝土桥中，，有将近一半的的桥梁上部构造造至少有一处较较严重的损伤，，其中2/3至少有一处一般般性损伤。（1）如何实际际评价现有桥梁梁的实际承载力力与安全度问题题；（2）如何及早早检查发现桥梁梁产生的损伤及及异常现象，正正确地鉴定结构构物地损伤程度度，从而采用合合理的维修加固固方法问题；（3）桥梁损坏坏与维修加固的的实际应用问题题；（4）桥梁维修修加固技术，即即采用维修加固固新技术与新方方法问题；（5）桥梁设计计与维修管理的的关系，即如何何把维修加固中中发现的问题题放到今今后桥梁设计中中进行考虑的问问题；（6）桥梁维修修加固的未来展展望，即维修加加固方法将来会会怎样发展，如如何提出更合理理的维修管理方方法与策略的问问题。1981经济合作与发展展组织关于“道路桥梁维修与与管理”会议设计与养护管理理的关系结构设计应考虑虑换索时不中断断交通的问题支座更换斜拉索更换如何保证支座更更换时空间尺寸寸及结构安全的的要求规范问题？（1）如何实际际评价现有桥梁梁的实际承载力力与安全度问题题；（2）如何及早早检查发现桥梁梁产生的损伤及及异常现象，正正确地鉴定结构构物地损伤程度度，从而采用合合理的维修加固固方法问题；（3）桥梁损坏坏与维修加固的的实际应用问题题；（4）桥梁维修修加固技术，即即采用维修加固固新技术与新方方法问题；（5）桥梁设计计与维修管理的的关系，即如何何把维修加固中中发现的问题题放到今今后桥梁设计中中进行考虑的问问题；（6）桥梁维修修加固的未来展展望，即维修加加固方法将来会会怎样发展，如如何提出更合理理的维修管理方方法与策略的问问题。1981经济合作与发展展组织关于“道路桥梁维修与与管理”会议如何科学有效的的管理现有桥梁梁，防止恶性事事故发生，确保保人民生命、国国家财产不受损损失，已成为当当务之急！主要内容桥梁结构常见病病害类型评估理论的最新新进展旧桥加固案例分分析目前国内外桥梁梁现状旧桥检测及评估估的常用方法混凝土桥梁常见见病害及特点外观特征：混凝凝土破损、开裂裂钢筋锈蚀蚀、支座脱空结构特征：挠度度的不断加大和和裂缝的进一步步开展大跨径混凝土桥桥梁的担忧？病害产生的主要要原因一、设计考虑不不周造成桥梁结构原原始性缺陷：（1）结构型式式或桥型布置不不合理；（2）使用计算算程序或输入数数据不妥，计算算有误；（3）断面尺寸寸及钢筋不符合合结构受力要求求；（4）对一些特殊荷荷载如收缩徐变变、温度、基础础变位、水化热热等考虑不足。。二、施工质量问问题导致桥梁损损伤：（1）水泥质量量不好；（2）使用的骨骨料不合格或级级配不当、含泥泥量过大、出现现碱骨料反应；；（3）混凝土振振捣不密实、参参和料拌和不均均匀；设计双院制施工前图纸复核核病害产生的主要要原因二、施工质量问问题导致桥梁损损伤：（4）浇注顺序序不当；（5）混凝土养养生不好；（6）预应力张张拉控制不符合合要求；（7）预应力管管道压浆不饱满满或未压浆；（8）支架下沉沉、脱模过早；；（9）接头处理理不当。病害产生的主要要原因三、运营期间造造成的的破坏：：（1）交通超载载；（2）船舶、车车辆撞击；（3）水流对基基础的冲刷；（4）地震。四、材料性能的的退化：混凝土土炭化、钢材锈锈蚀等。（1）混凝土炭炭化导致其强度度降低；（2）氯离子对对混凝土的侵蚀蚀；（3）钢筋的锈锈蚀。结构耐久性问题题结构设计中各项项应力的控制水水平控制防止裂缝混凝土结构的耐耐久性设计，抗抗氯离子侵蚀、、保护层碳化防止钢筋锈蚀预应力混凝土张张拉工期混凝土保护层厚厚度问题防止钢筋锈蚀控制收缩徐变设计过程的保证证常见病害的主要要表现型式———裂缝弯曲引起受拉区区的竖向裂缝常见病害的主要要表现型式———裂缝剪切引起的斜裂裂缝常见病害的主要要表现型式———裂缝钢筋锈蚀引起的的顺筋裂缝墩柱钢筋锈胀引引起混凝土剥落落常见病害的主要要表现型式———外表破损常见病害的主要要表现型式———外表破损梁体被撞、刮蹭蹭、混凝土脱落混凝土剥落常见病害的主要要表现型式———外表破损梁底钢筋锈蚀凝凝土土剥落常见病害的主要要表现型式———管道压浆不饱满满钢绞线锈蚀管道压浆不饱满满常见病害的主要要表现型式———墩台病害墩台被被水冲冲毁锥坡塌塌陷桩基被被水冲冲刷后后钢筋筋外露露常见病病害的的主要要表现现型式式———支座座病害害支座脱脱空支座鼓鼓包老老化支座开开裂结构边边界条条件的的改变变常见病病害的的主要要表现现型式式———支座座病害害支座钢钢盆破破坏常见病病害的的主要要表现现型式式———桥面面系病病害防撞护护栏破破损桥面铺铺装层层破损损常规桥桥梁的的特点点一、桥桥梁已已建成成运营营，许许多有有不同同程度度损伤伤二、位位置分分散三、原原始资资料缺缺失四、无无法获获得桥桥梁结结构的的初始始状态态主要内内容桥梁结结构常常见病病害类类型评估理理论的的最新新进展展旧桥加加固案案例分分析目前国国内外外桥梁梁现状状旧桥检检测及及评估估的常常用方方法桥梁评评估方方法局部法法利用人人工检检测－－经验验评估估整体法法利用结结构响响应－－理论论评估估桥梁常常用的的无损损检测测方法法混凝土土强度度检测测半破损损法非破损损法综合法法钻芯法法、拔拔出法法、拔拔脱法法、板板折法法、射射击法法等桥梁常常用的的无损损检测测方法法混凝土土强度度检测测半破损损法非破损损法综合法法回弹法法、超超声法法桥梁常常用的的无损损检测测方法法混凝土土强度度检测测半破损损法非破损损法综合法法超声-回弹弹、超超声钻钻芯、、声速速衰减减桥梁常常用的的无损损检测测方法法混凝土土缺陷陷检测测不密实实区和和空洞洞表面波波法红外线线法脉冲回回超声法法声发射射法雷达扫扫描法法匀质性性桥梁常常用的的无损损检测测方法法混凝土土裂缝缝及碳碳化混凝土土裂缝缝裂缝计计混凝土土碳化化化学试试剂桥梁常常用的的无损损检测测方法法钢筋锈锈蚀检检测钢筋保保护层层厚度度和位位置钢筋位位置探探测仪仪钢筋锈锈蚀程程度物理方方法和和电化化学方方法常规桥桥梁的的承载载力评评估方方法一、分分项系系数评评估法法中国规规范公路桥桥梁养养护规规范公路桥桥梁承承载能能力检检测评评定规规程城市桥桥梁养养护规规范国外规规范AASHTOLRFR日本规规范对旧桥桥结构构有效效预应应力评评估的的直接接方法法主要要是荷荷载试试验，，通过过测试试桥梁梁结构构在试试验荷荷载下下控制制部位位的应应变、、位移移和裂裂缝开开展情情况、、横向向分布布系数数等，，与理理论值值进行行比较较；通通过效效验系系数（（η=实测值值/理理论值值）、、变形形、裂裂缝开开展程程度和和残余余变形形等各各种指指标综综合判判断该该桥是是否满满足设设计及及使用用要求求，从从而类类推出出有效效预应应力。。优点：：直观观、准准确、、测量量数据据可靠靠弊端：：规模模大、、费用用高、、影响响交通通，还还可能能引起起结构构的进进一步步损伤伤二、荷荷载试试验三、基基于损损伤模模型的的理论论分析析（1）损伤伤模型型——材料的的退化化、刚刚度变变化（2）预应应力筋筋锈蚀蚀引起起的预预应力力额外外损失失——典型裂裂缝分分析（3）原结结构应应力状状况评评估——理论分分析手手段、、恒载载应力力释放放法（4）承载载能力力评估估人工检检测针针对桥桥梁局局部损损伤，，是目目前常常用的的手段段，这这种方方法的的特点点是直直观性性强，，操作作容易易，但但需要要大量量的经经验数数据。。如何何对桥桥梁结结构作作全面面的评评价，，尤其其是对对损伤伤状况况和承承载能能力的的评定定，还还需要要作进进一步步的工工作！！主要内内容桥梁结结构常常见病病害类类型桥梁评评估理理论的的最新新进展展旧桥加加固案案例分分析目前国国内外外桥梁梁现状状旧桥检检测及及评估估的常常用方方法方法：：以人工工检查查为主主，采采用超超声波波、红红外线线检测测、光光谱电电磁波波、脉脉冲雷雷达等等技术术。。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：挠度度、应变动态：模态态、频率优点：可以描述整整体结构的的损伤状况况，是目前前研究的热热点。存在的问题题：没有一种理理论能很好好的适应于于桥梁结构构损伤识别别。整体法局部法评估理论无损检测＋健康监测系系统结构响应在在线监测结构荷载在在线监测整体法数据据来源桥梁健康监监控系统发发展过程美国、英国国、日本等等国家从80年代初初便开始大大规模对桥桥梁进行检检测，并逐逐渐建立了了一套较为为完善的桥桥梁检测和和维修制度度。1967年12月15日日俄亥俄河河上的银桥桥（悬索桥桥）跨塌导导致46人人死亡，使使用年限为为39年。。随后弗罗罗里达阳光光桥因船撞撞而严重损损伤，政府府决定在新新桥上安装装结构健康康监测系统统，这些事事件的发生生引起了美美国政府和和学术界对对桥梁结构构安全健康康的重视，，从基础理理论到实际际应用的研研究都做了了大量研究究。20世纪九十年年代，健康康监测开始始在我国桥桥梁中应用用，许多大大桥都安装装了监测系系统，以期期对结构进进行实时监监控，希望望通过监测测得到的各各种数据，，对结构的的现状进行行分析，达达到评估结结构状况的的目的。在线健康检检测系统桥位处监控中心监测荷载的的传感器风速仪,温温度计,动态地地秤(WIM),地震仪等监测结构反反应的传感感器加速度计，，应变计，，GPS，位移计，倾倾角仪，压压力环等其他传感器器混凝土腐蚀蚀监测仪器器,摄像像头等传感器系统统监测三个方方向风速时时程（原始始数据）进进行风功率率谱、攻击击角等分析析，用于桥桥梁评估风速仪风的作用对对大跨径桥桥梁的影响响不可忽视视塔科马大桥桥被风摧毁毁美国塔科马马海峡大桥桥，主跨853米，，全长1716米。。1940年第一次次修建的悬悬索桥桥面面宽11.9米，加加劲桁梁高高仅2.74米，该该桥因刚度度不够，建建成4个月月后就被风风暴摧毁，，1950年利用旧旧桥墩改建建新桥，主主跨不变,钢塔架高高140.82米，，桥面宽增增至18米米，加劲桁桁梁高增至至10米。。安装在桥上上的风速仪仪安装在桥上上的风速仪仪监测构件截截面温度梯梯度监测空气温温度温度计监测汽车荷荷载的轴重重、轴距，，以及交通通流量统计计等动态地秤安装在桥头头的动态地地秤监测结构加加速度反应应根据加速速度时程数数据进行结结构模态分分析和损伤伤识别分析析加速度计加速度计应变计监测应变峰峰值结构疲劳评评估结构评估应变计位移计监测桥梁顺顺桥向位移移确定伸缩缝缝位移量GPS系统它利用用接收导航航卫星载波波相位进行行实时相位位差分。差差分系统是是由GPS基准站、GPS监测站和通通信系统组组成。基准准站将接收收到的卫星星差分信息息经过光纤纤实时传递递到监测站站。监测站站接收卫星星信号及GPS基准站信息息，进行实实时差分后后可实时测测得站点的的三维空间间坐标。此此结果将送送到监控中中心。在监监控中心对对接收机的的GPS差分结果进进行桥梁桥桥面、桥塔塔的位移、、转角计算算，提供大大桥管理部部门进行安安全分析。。全球定位系系统GPSGPS位移监测实实时显示理想的健康康监测系统统要解决的的两类问题题数据采集一、环境荷荷载数据采采集二、结构响响应数据采采集结构评估一、与设计计理论的对对比二、结构现现状的评估估国内外的研研究重点国家西部科科研课题中交路桥技技术公司课题名称高速公路结结构健康监监测系统关键技术研研究铁罗平大桥桥，主跨320米支井河大桥桥，主跨430米四渡河大桥桥，主跨900米龙潭河大桥桥，主跨200米桥梁结构的的损伤识别别桥梁结构剩剩余承载力力评估课题研究主主要内容依托工程结构的损伤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，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均为三跨预预应力砼连连续箱梁桥桥，跨度为为32+50+32m，2004年年2月完成现场检检测，发现现桥梁表面面破损，钢钢筋锈蚀，，结构出现现大量裂缝缝，跨中下下挠严重。。两座实桥损损伤评估例例子跨中非平面面变形腹板轴向应应变沿箱梁梁高度分布布图刚度识别结结果实测挠度和和损伤识别别值参数识别表表明主跨跨跨中刚度下下降明显，，计算位移移与实测位移移十分接近近，该桥目目前已拆除除。孔道没有压压浆，预应应力筋严重重锈蚀桥梁健康监监测是一个个在世界范范围内正在在兴起的新新兴事物，，既非万能能，也非无无用。其中中仍有许多多课题值得得深入研究究，尤其是是结构损伤伤和剩余承承载力评估估等问题。。对于大型型桥梁而言言，监测系系统与人工工检查相结结合是目前前桥梁评估估的有效手手段，而对对于大量的的常规性桥桥梁，应以以人工检查查为主，以以桥梁管理理系统为主主。主要内容桥梁结构常常见病害类类型桥梁评估理理论的最新新进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加固实例体内预应力力情况简介预应力静定定T构，设计预预拱度10厘米，拆拆除挂蓝后后实际反翘翘到12厘厘米，挂梁梁安装后预预拱度减为为9厘米，，通车一年年后预拱度度消失，桥桥面下挠至至齐平。运运营十年后后，T构箱梁悬臂臂端累计下下挠30厘厘米，箱体体出现大量量裂缝。一、桥梁加加固的设计计施工原则则作加法不作作减法安全度宁大大勿小分析不透彻彻不做没把握事情情不做科罗·巴岛(Koror-Babeldaob)桥案例科·巴大桥是一一座跨中带带铰的3跨连续预应应力混凝土土刚架桥，，跨径组合合为72m+241m+72m，是当时世世界上同类类桥梁中跨跨径最大者者。1978年建成通车车，通车后后不久就产产生了较大大的挠度，，到1990年，其挠度度达到1.2m。后来采用用体外索施施加预应力力，使主跨跨中央挠度度减小。1996年7月加固结束束，加固处处理后不到到3个月就发生生了倒塌事事故。科罗·巴岛(Koror-Babeldaob)桥案例二、大桥长期下下挠原因分分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、大桥长长期下挠原原因分析一、混凝土土徐变徐变变二、长期效效应温度三、裂缝导导致结构刚刚度的降低低。计算分析的的结果小于于实实际挠度度导致挠度不不断增加的的主要原因因。规范的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、主动加加固与被动动加固的对对比被动加固法法：粘贴贴碳纤维、、钢板等方方法。多适适用于在恒恒载作用下下承载力满满足要求但但活载作用用下承载力力不满足的的情况，在在中小桥和和大桥的次次要受力方方向进行加加固时常采采用。主动加固法法：施加预预应力、改改变结构体体系等，改改变结构原原有的受力力行为。改改善桥梁恒恒载的内力力分配，增增加全桥刚刚度，闭合合裂缝，并并调整变形形。本桥的加固固方法：主主动加固法法恒载占总荷荷载的80%以上，，大量的裂裂缝在仅有有恒载作用用时不闭合合，结构在在恒载时的的应力状况况已不满足足要求。仅依靠粘贴贴碳纤维、、钢板等被被动加固法法是无法解解决结构总总体刚度下下降、承载载力不足的的问题，必必须采用主主动加固法法以调整结结构的内力力，加强整整体刚度，，提高承载载力。四、加固方方案的选择择（方案一：矮矮塔稀索斜斜拉桥）优点：这种方法能