桥梁结构加固设计与施工关键技术

桥梁结构加固设计与施工关键技术研究在役桥梁结构随着使用时间的延续，受结构使用条件变化及环境侵蚀等因素的影响，加之设计和施工的不当，都会使结构受到不同程度的损伤，造成桥梁病害，使结构性能退化，使用功能逐步降低乃至完全丧失。结构受到损伤后，需要对结构损伤原因和程度进行分析，确定结构损伤后的承载能力和剩余寿命。在此基础上进行结构改造决策分析，根据经济技术条件提出结构处理措施，如维修、加固或拆除重建等。1检测与评估1.1旧桥检测桥梁现场检查一般包括下列主要内容：(一)一般部位检查1、首先应对桥梁的总体尺寸（如跨径、桥宽、矢跨比、墩台尺寸、标高等）、各部分构件的截面尺寸、钢筋直径及布置、支座位置等进行详细的量测、记录，取得第一手现场资料。2、其次对材料的性能，如钢筋混凝土桥的混凝土和钢筋的强度、弹生模量，圬工拱桥的石料标号、砂浆标号等要进行测定和了解。通常是采用回弹仪现场测定；取样进行实验室分析；调查了解等方式综合进行。3、对桥梁运营状况，特别是桥梁存在的缺陷和病害进行反复的现场观测、检查和了解。检查桥梁结构是否产生了位移与变形（挠度）、混凝土施工质量如何，风化、剥落情况以及局部损伤，裂缝宽度、深度、分布情况及其发展趋势；检查钢筋锈蚀情况，以及支座、伸缩缝、排水装置、桥面铺装等附属设施的功能等。(二)重点部位检查桥梁结构产生缺陷的部位，检查时往往因人力、仪器和其他条件的限制漏看的较多，所以在普遍检查的同时，应该根据结构的受力特性，确定重点部位，有效地进行检查。通常应重点检查的部位有：（1）应力集中处；（2）断面突变的部位；（3）构件的薄弱部位；（4）拱桥的控制截面。桥梁上述部位的缺陷，对桥梁的安全及寿命起着关键的作用，容易产生裂缝和导致其他缺陷的产生。对这些部位的缺陷放任不管，它们往往会发展成为结构物的重大缺陷，危及整座桥梁的安全和存在。在对桥梁反复进行检查、搜集有关资料、并进行理论计算分析或现场荷载试验，对桥梁的承载能力评定的基础上，再进行分析判断和确定加固改造方案。(三)典型旧桥介绍及检测结果杨柳大桥：杨柳大桥位于湖北英山县杨柳镇的下街头，跨英山东河，该桥是标(云岗)蔡(家岭)公路上重要桥之一。该桥按汽——13，挂——60荷载标准设计，桥面宽7.5M，15孔，净跨20M，桥墩为双柱式。杨柳大桥于上世纪八十年代进行过一次桥面系加固处理，同时还专门成立了大桥管理处，负责大桥的日常维护工作。但在该桥的墩帽处发现大面积蜂窝，墩身气泡、麻面现象非常严重。很显然这是由于当时施工中振捣不到位所致，且在竣工验收时没有按照有关规程办事，对此类明显存在的问题没有及时予以处理。碳化程度严重，部分支座发生了明显的位移，且护栏破损也非常严重。三里畈大桥：三里畈大桥跨马河水系三里畈河支流，1960年2月7日，三里畈大桥竣工，桥为木桩木架面桥，71孔，长203M，桥面宽4M，两端为块石砼过水路面，荷载标准为汽——5；1966年重修，将桥梁设计为钻孔灌注桩空腹微弯版面桥，31孔，跨径12.6M，全长396.64M，桥面宽7M，不设人行道，桥高5933M，菏载标准汽——13，挂——60，概算45.7万元。(该桥是罗田县最长的一座钢筋混凝土桥)。:在施工中除河东1号墩为高腹沉井外，其它各墩均为双柱式钻孔灌柱，由于河床表面砾石覆盖，施工中期，改原设计有三：一是钻孔由原设计19M改为152M；二是桥梁标高提高500CM；三是大梁之间三根钢筋未用。由于钻孔灌注桩是罗田县第一次引进的新工艺，没有经验，加之施工中的组织不善，管理不严，故造成了一些工程事故和材料上的浪费。经检测发现，该桥埋置式桥台的帽梁开裂情况最为严重，有四条肉眼可见的裂缝，最大裂缝宽度达2.5mm，最小裂缝宽度也在0.4mm以上，且有三条裂缝已由下到上形成通缝，显然是长期过度负载所致如不进行整治处理，该桥应列入“危桥”行列。裂缝的发展不仅大大影响了构件的承载能力，而且还会带来水损害、蚀筋等一系列问题。图1三里畈大桥承台区的贯穿深裂纹示意图(单位：mm)上巴河大桥：1966年5月22日，上巴河大桥全面竣工，该桥全长458.7M，净宽7.36M，无人行道，高5.8M，上部为工字梁微弯版结构，下部为双柱式钻孔灌注桩桥墩，框架桥台，全桥27孔，孔径15M，荷载汽车——13，挂——60。该桥施工工期短，从开工到竣工历时159天，造价低，全桥共用水泥1489.7吨，钢材342.41吨，木材228.M3。上巴河大桥主要存在以下病害：=1\*GB3①工字梁下端露筋严重。钢筋锈蚀膨胀，导致工字梁底部凹凸不平。=2\*GB3②路面板及伸缩缝破损非常严重，有车辆通过时，在面板交接处有明显的“砸砸”响声，并能感到全桥的振动；③桥台钢板支座锈蚀，边跨梁体在桥台支座处被局部压碎。罗家沟桥：全长8+3x20+8m，两侧桥台采用重力式U型桥台，刚性扩大基础。由于获取地质资料不足等多方面原因，所采用基础形式完全不当，在施工时即出现桥台整体沉降20cm以上的情况，当时人为采取加高台身的简单方法处理。随着沉降的不断发展，现在该桥的整体线形已完全被破坏，边跨与中跨处折线连接，跳车等病害严重。1.2评估所谓桥梁技术状态评估就是根据所采集到的桥梁技术状况数据利用一系列评价指标和评价模型对桥梁的使用性能满足其使用要求和功能性要求的程度作出判别。现行《公路养护技术规范》中将桥梁技术状况分为一类、二类、三类、四类、五类五个等级，并按墩台、支座、上部结构、栏杆人行道和载重能力五个项目列出了各桥梁等级的评价标准，但在实际的桥梁管养中，由于规范的评定标准不具体，也无明确的指标，故实际评价中往往掺入不少个人的主观判断，使不同地区或不同人员对同一技术状况的桥梁评定出来的等级不相一致，给桥梁的养护管理决策造成了一些混乱甚至失误。目前桥梁结构综合评估主要是应用层次分析法将影响桥梁状态的因素层次化,形成一个多层的、每层包含若干组指标的体系,先确定底层各指标的状态,再应用综合评估的计算方法计算出其它各层指标的状态。1.2.1常规综合评估孙立军等[100][106][110]建立的上海市桥梁管理系统和李昌铸等[89]开发的公路桥梁管理系统CBMS均采用综合评估公式对桥梁结构进行综合评价。王学智等[114][75]采用局部损伤度（L）和总体损伤度（G）两项指标作为桥梁损伤等级综合评判的标准。任宝双等[102]用层次分析法建立了在用钢筋混凝土简支梁桥结构耐久性、安全性和适用性三方面，包括子指标层、指标层、项目层和目标层的多层次评估模型。刘健[94][122][128]用层次分析法建立桥梁结构进层次分析模型进行综合评估，并采用变权综合的方法使个别构件存在重大缺陷时能在总体评估中表现出来。郭瑞[78]在此基础上用加速遗传算法计算层次分析中的排序权重值。兰海等[86-87]引用灰色关联度和变权综合法，采用AHP方法（层次分析法，AnalyticHierarchyProcess）建立评价指标体系。Ng等[46]用MonteCarlo法对结构的状态、安全和费用关系的概率特征进行评估。Xia等[19][68]采用FEM方法进行桥梁结构状态评估。在进行桥梁结构技术状态评估研究的初期，常规综合评估方法对研究工作的开展起到了很好的奠基作用，且是目前既有桥梁评估应用中的主流。但对于桥梁结构状态评估等很难用定量的方法描述的事物,该方法的可靠性和评估精度容易受参评人员主观因素影响。1.2.2模糊综合评估模糊综合评估方法是借助模糊数学的一些概念,对实际问题进行综合评估的方法。王永平[115][118]等采用多层次模糊评价模型进行桥梁评估，提出用损伤度（DV）来度量结构/构件的损伤程度，建立了桥梁评估专家系统的基本框架，并根据DV值，由等级隶属函数确定桥梁相应技术等级状态。潘黎明[101]采用层次分析法、提出了钢－钢筋混凝土叠合梁斜拉桥安全性与耐久性评估的指标体系与确定权值的方法，并根据模糊综合评判原理进行综合评估。禹智涛等[124]研究了既有桥梁可靠性的多级模糊综合评判方法，利用各隶属度为权取加权平均的方法来确定评定等级。Melhem等[42-43]采用专家系统工具CLIPS（CLanguageIntegratedProductionSystem）建立了桥梁总体评估程序，提出了模糊加权向量方法。王学智[114]运用置信度及模糊数学的方法建立了桥梁损伤评估及对策模型，将损伤严重性和补修必要性联系起来，实现了桥梁损伤评估及对策专家系统（BEES）框架。张玲玲等[126]采用模糊综合评判方法进行服役结构的可靠性评定，研究了服役结构可靠性模糊综合评判方法的基本原理与实施方法，改进了现有评判方法主观性太强的缺点。卢哲安等[111]采用模糊类比相似度的方法对在役桥梁结构可靠度进行评估。季征宇等[84]建立了基于受损构件和受损结构体系残余承载力模糊评估理论的海洋平台结构破损评估专家系统，提出了在综合评估系统中建立包括损伤力学、构件性质、损伤度量、残余承载力等数据信息的受损构件样本库的思路。Zhao等[70-71]运用模糊理论的聚类分析方法建立基于观测数据的模糊专家系统来诊断混凝土桥梁损伤状况，运用修正的峰值聚类（theModifiedMountainClusteringMethod）方法进行参数识别，过滤掉不重要参数，通过模糊分划算法构建各输入参数的隶属函数，并从数集中得出模糊规则，再进行知识获取和规则优化，该系统现阶段考虑开裂和混凝土剥落这两种病害。淡丹辉等[93]用Mamdani型模糊推理技术建立基于语言量的桥梁工作状态的在线监测机制。模糊综合法以模糊数学为基础,应用模糊关系合成的原理,将一些边界不清、不易定量的因素定量化进行评估的方法。模糊综合评估法较好地解决了事物的模糊性与算法的确定性这一矛盾,能很好地反映客观事物的本质,但是，如何选择合适的模糊运算法则,如何合理确定隶属函数形式,评判矩阵形成时如何尽可能避免参评人员主观上的不确定性和随机性等问题还不可能得到根本解决，而且最主要的不足是在形成评判矩阵时必须要求对各相关因素进行相同数目的等级划分，从而使某些因素在等级划分时为满足评判方法要求而进行不合常理的划分，或为满足评判矩阵要求而被忽略。1.2.3模糊神经网络法采用神经网络的结构和模糊逻辑的推理机制,将神经网络和模糊系统有机地结合在一起，模糊技术和神经网络技术的融合可以有效地发挥各自的优势并且弥补各自的不足。神经网络的研究成果广泛用于模式识别、自动控制、图象处理、语言识别等领域。模糊技术和神经网络的结合,大大拓宽了神经网络处理信息的范围和能力,可以处理确定的与模糊的信息,同时使模糊系统成为自适应模糊系统。大量应用事实证明神经网络的“黑箱操作”有足够的精度，且随着神经网络理论的发展和完善其精度也会越来越高。特别是对目前无法用显函数形式表达的函数关系，应用神经网络方法来处理是一种很好的选择[28]。当然神经网络的学习需要大量的样本,如果积累的资料少,其结果的准确性存在一定的局限。Ko[33]等探讨了应用神经网络处理检测信号的noveltyfiltering技术。Wu[67]等将BP神经网络用于建筑结构的损伤检测。Povich[49]等用三层BP网络对平面桁架进行了损伤识别研究，获得了很好的结果。Kaminski[30]应用神经网络对钢梁的损伤检测进行了探讨，应用频率的绝对变化、频率的相对变化和综合；频率变化训练网络，对损伤位置的识别进行了研究。孙宗光等[107]以汲水门斜拉桥为背景，探讨了通过少量且易于测量的模态参数，应用神经网络技术识别损伤区域的方法。吴大宏等[116]利用神经网络对混凝土梁的荷载－挠度曲线进行模拟，并用其进行荷载识别的试验研究。李传习等[90]采用8-17-2拓扑结构人工神经网络结构，解决混凝土大跨度桥梁施工控制中主梁参数实时识别问题。胡雄等[81]采用模糊神经网络对拉索桥梁安全性与耐久性进行评估，首先将结构细分为子结构，每个子系统采用较少的神经元实现神经网络的自学习和知识推理，以期避免神经网络权值难以理解以及学习过程“黑箱”的不足。Kawamura等[5][31-32][37][44]研究的桥梁状态等级评估专家系统（BREX）是日本J－BMS系统的评估子模块，该系统基本思路是基于模糊规则对诊断过程进行存储，先将结构按层次划分，确定各级指标（分耐久性、承载力两个系列）的影响因素，从而确定输入条目，再根据模糊规则和隶属函数定出各因素的隶属度，由此计算每一条规则对应的适应度，最后根据健康分值来评判结构的健康等级。系统根据上述模糊规则构造神经网络拓扑结构，以避免神经网络的“暗箱操作”。刘沐宇等【16】考虑承载力、结构损伤和缺陷状况等方面，以结构校正系数、吊杆内力校正系数、裂缝开裂度、钢筋锈蚀率等为评价指标，参照《公路养护技术规范》中对承载力的评级标准，利用模糊神经网络方法对大跨度钢管混凝土拱桥安全性进行评价。Williams等[65]应用神经网络方法对墩的最不利活载布置进行预测，认为神经网络为设计者的反复布载试算提高了一种选择。针对初始阶段有关数据相对较少但随着设计的深入各有关信息会逐步增加的特点，Hong等[26]采用多级神经网络进行斜拉桥的初步设计，即将上一级网络的输出又作为下一级的输入。吴大宏等[117]在桥梁结构健康监测系统研究中尝试利用神经网络进行荷载识别和结构损伤识别。Maru和Nagpal[40]在分析混凝土收缩、徐变变形对钢筋混凝土框架的影响时，采用非弹性变形率为评价指标，采用神经网络方法，建立收缩、徐变变形对钢筋混凝土框架的影响的评价模型。运用模糊理论与神经网络相结合的方法来进行桥梁结构技术状态评估是目前桥梁状态评估研究的一大趋势，目前国内外很多学者都在从事这方面的工作[50]。但对于评价指标体系如何确定、模糊控制规则如何形成、评估模型如何建立和选取、网络拓扑结构如何确定等问题都还有待进一步研究。即使是目前这方面工作开展相对比较成熟的日本BREX系统也因数据积累的不足而有待对评估结果的进一步验证。1.2.4基于结构可靠度理论的方法由德国、西班牙、法国、挪威、英国和斯洛文尼亚等欧洲各国共同研究的欧洲桥梁管理系统研究项目（简称Brime项目）目前已开发出了概略框架，在参与Brime项目的国家中，采用的桥梁技术状态评估方法不是一种简单化方法就是一种半经验性（即考虑部分安全因素）的，即采用结构的测量资料对设计标准进行修正并通过结构分析来确定荷载效应[123]。但是这些方法有时候被认为是保守的，因此一种重视变量的不确定性的新思维，即研究对象的可靠性指标逐渐成为评估的决定性因素。认为采用可靠度理论能有效改善状态评价的手段。Stewart等[55-56]考虑加载历程对老化桥梁可靠度的影响建立了概率评估模型，认为目前基于可靠度理论的方法为旧桥评估决策提高了一种更完善的框架，并提出荷载试验尽管能较好提供第一手资料，但不经济，且有可能会出现加载失效，故需在试验前需进行风险－成本－效益分析。deBrito等[13]研制了一种针对混凝土桥梁的管理专家系统原型，其对结构的评价采用可靠度理论，采用FORM（first－orderreliabilitymethods）方法进行可靠性评估，根据最小可靠度指标和失效概率确定结构是否需要维修加固。Chou等[7][10][17][59-60]应用模糊－可靠度方法进行既有结构的可靠性评估。Kong等[34-35]采用可靠度指标关系迭代法评价整个结构的可靠度指标随时间的变化。Enright等[15-16][51]用时变可靠度方法进行结构劣化过程分析。目前可靠度理论在桥梁技术状态评估中的应用尚处于初级阶段，重点放在桥梁承载能力评估方面，对于构件的失效评估能较好实现，但对于整体结构的失效评估尚不成熟，对于结构失效模式的确定也还有待进一步研究。1.2.5桥梁结构的鉴定评估桥梁结构鉴定评估的目的是分析现有结构的安全可靠性和剩余使用寿命。桥梁病害损伤检测分析是鉴定评估的基础，鉴定评估是对桥梁进行改造决策分析的前提。1.2.5.1结构承载力评估评估现有结构的安全可靠性的核心问题是确定考虑结构病害损伤后的结构承载力。桥梁结构的承载力评定通常采用以下三个途径：（1）基于设计规范的方法在借用桥梁设计规范进行评估时,一般需根据现场调查信息对结构抗力和（或）荷载效应进行修正。《公路旧桥承载能力鉴定方法》中对旧桥承载能力采用检算系数Z1、Z2考虑。检算系数Z1(≤1.1)，其数值按桥梁实际状况（混凝土质量、裂缝宽度、桥梁病害等）取定，使得承载能力检算与桥梁条件有所联系。不过，除了裂缝宽度外,对其他各因素的评定均是定性的。《公路旧桥承载能力鉴定方法》还规定,在某些情况下,可考虑采用荷载试验来进行承载能力的检算。:将通过荷载试验获得的结构校验系数换算成旧桥检算系数Z2,并用其替代Z1。尽管与Z2的联系表明了桥梁的承载能力与试验时结构响应的一般关系,但由于试验（尤其是破坏试验）资料有限和桥梁型式较多,这种关系是相当粗糙的。任宝双等[103-104]提出用钢筋作用系数和钢筋粘结系数考虑粘结破坏对在用钢筋混凝土简支梁桥的受弯承载力和受弯刚度的影响，同时结合现有设计规范给出了在用钢筋混凝土简支梁桥的受弯承载力和受弯刚度的估算方法。Taly[57][125]提出的承载能力评估方法的分析步骤。（2）荷载试验荷载试验法最大的优点是直观，桥梁能承受多大的荷载，用相应的重量加载，看桥梁各结构是否处于正常工作状态。分静载试验和动载试验。但由于荷载试验费用昂贵，具有一定的破坏性，且有可能使潜在的病害加剧。故除特别重要的桥梁外，最好能通过研究寻求出更好的方法来取代荷载试验[76][91]。3．理论计算分析评估方法在现场调查和病害检测分析的基础上，考虑结构病害、损伤的影响，按现行规范计算结构承载力是国内采用的承载力评估的主要方法。按新修订的<公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范>JTGD62-2003（以下简称<桥规JTGD62>）规定，构件承载能力极限状态的基本方程式为：（1-14）式中：——荷载效应组合设计值；——结构重要性系数；——混凝土强度设计值；——钢筋强度设计值；——与结构尺寸有关的计算参数；——结构抗力函数。对桥梁中大量采用钢筋混凝土及预应力混凝土简支梁桥，应对跨中正截面抗弯承载力和距支点（此外h为梁高）和腹板宽度变化处的斜截面抗剪承载力进行检算。对于连续梁应对跨中和中间支点处截面的正截面抗弯承载力进行检算，应对支点横隔板边缘处和腹板宽度变化处的斜截抗剪承载力进行检算。正截面抗弯承载力和斜截面抗剪承载力检算可按<桥规JTGD62>给出的有关公式计算。但在计算时应考虑结构损伤的影响，注意以下几点：（1）结构尺寸及配筋应参照结构竣工图，按实际结构测绘确定。（2）车辆荷载内力应按新编<桥涵通用设计规范JTGD62-2003>规定的新荷载标准计算。应根据桥梁横向连接的实际情况，选择横向分布系数计算方法：对于桥面板设有现浇段的装配式T形梁桥，一般采用刚接梁法；对于采用混凝土铰缝或焊接短钢板连接的空心板或T形梁桥，一般采用铰结板（梁）法。对于某些重要桥梁，亦可根据荷载试验结构确定荷载横向分布系数。（1-15）式中：——在试验荷载（合力R，偏心距e）作用下，第i片梁的荷载横向分布系数；——在试验荷载作用下，第i片梁的跨中挠度；n——主梁的根数。（3）混凝土强度等级确定混凝土强度等级应在综合分析设计文件、施工材料检测试验记录和现场测试资料的基础上确定。混凝土强度现场测试以回弹——超声综合法为宜。（4）裂缝对承载力的影响在一般情况下，受拉区的竖直裂缝，对正截面抗弯承载力影响不大。斜裂缝对混凝土的抗剪承载力有所降低。根据笔者的试验研究结果[6]，斜裂缝小于0.2mm者，混凝土与箍筋的综合抗剪承载力应乘以的降低系数；斜裂缝大于0.2mm者，混凝土和箍筋的综合抗剪承载力应乘以的降低系数；（5）钢筋腐蚀对承载力的影响前已指出，当结构出现顺筋裂缝时，应考虑钢筋的腐蚀的影响：①腐蚀钢筋截面损失率时，只考虑钢筋截面积积损失；②腐蚀钢筋截面损失率时，既要考虑钢筋截面积积损失，又要考虑钢筋屈服强度的降低；③腐蚀钢筋截面损失率时，钢筋与混凝土的粘着力减弱，尚应考虑钢筋与混凝土共同工作折减，将其承载力再乘以0.8~0.9的系数。在考虑上述结构病害损伤的基础上，按<桥规JTGD62>的有关公式，求得现有构件所能承担的正截面抗弯承载力和斜截面抗剪承载力，并将其与按拟提高的荷载等级计算的弯矩组合设计值和剪力组合设计值加以比较，则得：正截面抗弯承载力检算系数（1-16）斜截面抗弯承载力检算系数（1-17）若，说明正截面抗弯承载力可以满足要求，若，说明正截面抗弯承载力不足，应予补强加固。若，说明斜截面抗剪承载力可以满足要求，若，说明斜截面抗弯承载力不足，应予补强加固。1.2.5.2结构剩余使用寿命的预测混凝土结构的使用寿命是指结构从开始使用到结构达到破坏状态为止的时间。剩余寿命则为结构在当前情况下，在不加维修或正常维修以及正常使用条件下，结构可能继续使用的年限。钢筋腐蚀是影响混凝土结构耐久性和使用寿命的重要因素，因此，一般将钢筋腐蚀作为判断混凝土结构使用寿命终结的标准。基于钢筋腐蚀的预测混凝土结构剩余寿命的方法，可以把混凝土结构使用寿命分以下几个阶段，见图2。图2结构使用寿命示意图①混凝土结构保护层完全碳化，钢筋脱钝开始腐蚀的时间；②钢筋进一步腐蚀导致混凝土保护层胀裂的时间；③保护层胀裂，钢筋腐蚀进一步加剧，导致承载力降低到如不加处理，无法继续使用的时间，即达到结构使用寿命的标准。关于混凝土结构耐久性终结标准目前国内外尚无统一的说法。大致有以下三种情况：（1）以混凝土保护层出现顺筋纵向裂缝为标准。（2）以纵向裂缝达到一定宽度和钢筋腐蚀量为标准。（3）以混凝土保护层开裂，钢筋与混凝土的粘着力丧失为标准。目前，多数研究者以纵向裂缝达到一定宽度做为耐久性终结的标准。但不同的研究者提出的裂缝宽度限制不同。应该指出，在上述关于混凝土结构使用寿命的分阶段分析中，钢筋开始腐蚀的时间的预测是较容易实现的。钢筋开始腐蚀时间，可定义为混凝土保护层完全碳化的时间。从前面介绍的混凝土碳化深度与碳化时间关系式（1-1），可知，若结构使用年后，测得的碳化深度为，即可求得混凝土保护层C完全碳化的时间：（1）式中：——为使用年后的实测碳化深度（mm）；C——为混凝土保护层厚度（mm）；但是，混凝土保护层胀裂的时间和纵向裂缝达到一定宽度的时间的确定，目前尚无用简单的表达式做定量描述，它涉及到结构的环境条件，混凝土的密实度，保护层厚度，钢筋直径、钢筋类型等多种因素的综合影响，有关钢筋腐蚀胀力模型的研究，是很多学者正在研究的课题。目前，对在役结构的耐久性评估和剩余寿命预测，大多还是依懒有经验的工程技术人员作出经验性评价和处理意见。1.2.6功能适应性评价美国马里兰州将联邦适应性检定系统与自己的桥面适用性检定系统（RSRS）联合起来，桥面适应性检定根据以下10个方面进行评估；日平均交通量；绕道长度、道路功能等级、结构位置、潜在区域开发、桥面氯化物含量、桥面中心样品回收、桥面侵蚀百分率、在不进行维修的情况下桥面寿命、桥梁结构状况【82】。孙立军等[100][106][110]采用交通量V和桥梁通行能力C的比值的单调递减函数表示桥梁车道宽度的适用性评价模型。2典型病害分析2.1钢筋的锈蚀大量调查资料表明，当钢筋周围混凝土的保护层完好时，锈蚀反应由氧气通过介质扩散的速度所控制，锈蚀时在钢筋表面析出锈蚀的最终产物Fe(OH)2，Fe(OH)2失水后形成锈层，其体积大约膨胀至原来的2.5~4.5倍，对周围的混凝土产生挤压力，使混凝土出现裂缝和引起剥落，造成钢筋与混凝土之间粘结力破坏，钢筋截面面积减少，构件承载力降低，并随着时间的推移，锈蚀会逐渐恶化，最终可能导致结构的完全破坏[20-21]。锈蚀裂缝开展情况如图4.3所示。图3钢筋锈胀示意图混凝土中的钢筋锈蚀一般为电化学腐蚀。二氧化碳、氯离子等腐蚀介质侵入时，混凝土的碱性降低或混凝土保护层开裂等都会造成全部或部分地破坏钢筋表面的钝化状态，由于钢材材质和表面的非均匀性，在钢筋表面的不同部位总会出现较大的电位差，形成阳极和阴极。因此，在潮湿环境下由于氧气和水的参与，钢筋就可以发生电化学反应：在阳极的反应为（2）在阴极的反应为（3）阴极、阳极生成的铁离子和氢氧根离子结合生成氢氧化铁：（4）在氧气和水汽的共同作用下，由于上述电化学反应，使钢筋表面的铁不断失去电子而溶于水，从而逐渐被锈蚀，在钢筋表面生成铁锈，铁锈体积膨胀，引起混凝土开裂。极限状态锈蚀开始阶段锈蚀发展锈蚀率极限状态锈蚀开始阶段锈蚀发展锈蚀率锈蚀破坏时间图4钢筋锈蚀过程示意图影响钢筋锈蚀的因素主要有：施工方法、桥龄、运营荷载、设计、环境等。一般情况下新浇筑的混凝土由于含有一定的Ca(OH)2而呈碱性，在此环境下钢筋处于钝态而免遭锈蚀。但是当气相的或水溶的CO2与混凝土中的碱性物质反应，使碱性物质转化为pH较低的碳酸盐CaCO3，即混凝土结构发生了碳化。混凝土碳化结果是降低了混凝土的高碱性，导致钝化层（混凝土的高碱性使包裹在混凝土中的钢筋表面形成钝态氧化层）失稳甚至失效，引起钢筋锈蚀。既有桥梁预应力力管道中存存在孔洞的的情况非常常普遍。在在文献[66]的447座被检测测的样本桥桥梁中，有有40%以上都存存在灌浆孔孔洞，其中中20%以上存在在大的孔洞洞和露筋，且30%左右的大孔洞足以导致部分露筋。尽管单个的孔洞本身对桥梁不会有太大损害，但如果有氯化物通过锚具、伸缩缝和裂缝等薄弱环节渗入到预应力筋（束），则会导致预应力筋（束）锈蚀开展。而且在被检测的桥梁中，桥龄越长，则存在大孔洞的几率就越大在上世纪五、六十年代修建的桥梁中，有50%左右的桥梁都存在大孔洞，在七十年代修建的桥梁中，这一比例为30%，而在八十年代以后修建的桥梁中，几乎没有明显的孔洞。表1混凝土表观病病变与钢筋筋锈蚀病害害表观病害病变形态产生原因锈蚀程度施工冷缝与构件厚度、高高度垂直，表表面呈羽状状多孔混凝土浇注间歇歇时间超过过初凝时间间钢筋可能锈蚀露筋钢筋局部暴露钢筋局部错位或或局部无保保护层钢筋锈蚀变形裂缝与主筋垂直的裂裂缝因超载、温度变变化、地基基沉降所引引起钢筋锈蚀（一般般局限于裂裂缝附近）疏松剥落混凝土表层大面面积疏松、剥剥落或露筋筋硫酸盐腐蚀钢筋锈蚀或严重重锈蚀空鼓层裂敲击混凝土表面面有空鼓声声表层混凝土因钢钢锈内部裂裂开分层；；表面蜂窝窝及空洞钢筋锈蚀或钢筋筋可能锈蚀蚀锈斑棕色点状或块状状锈斑混凝土密实性低低或钢筋保保护层厚度度不足钢筋锈蚀暴筋混凝土保护层沿沿钢筋局部部脱落露筋筋钢筋保护层过薄薄钢筋锈蚀或严重重锈蚀顺筋裂缝沿主筋、分布筋筋、箍筋位位置出现与与钢筋平行行的裂缝混凝土密实性低低、钢筋保保护层厚度度不足、盐盐污染或碱碱骨料反应应开裂钢筋锈蚀或严重重锈蚀胀裂脱落混凝土保护层呈呈碎片状胀胀裂、脱落落或露筋混凝土密实性低低或钢筋保保护层厚度度不足钢筋严重锈蚀结构所处的位置置环境是一一个主要因因素，例如如，处在沿沿海或经常常使用盐化化冰冻的地地方的桥梁梁，其发生生锈蚀的几几率比干燥燥环境要高高得多。结构设计因素，如如结构类型型，在使用用荷载作用用下是否允允许存在裂裂缝或拉应应力等，都都会对钢筋筋锈蚀产生生直接或间间接的影响响。运营荷载的影响响，特别当当运营荷载载会引起裂裂缝反复开开合时会加加速结构功功能退化，因因为裂缝反反复开合使使有害物质质更容易进进入筋（束束），当出出现超载时时这种情况况会更严重重。2.2混凝土的的碳化混凝土是以水泥泥砂浆为基基体，以骨骨料为加劲劲材料的复复合材料，水水泥砂浆体体的主要成成份CHS凝胶是一一种结晶不不完整的蜂蜂窝形或错错综复杂的的网状结构构，骨料与与水泥砂浆浆间有微孔孔隙、微裂裂纹，因而而混凝土材材料具有一一定的渗透透性。空气气中的二氧氧化碳扩散散到中与水水作用生成成碳酸，碳碳酸与水泥泥水化过程程中产生的的Ca(OOH)2、Ca2SSiO4、Ca3((SiO44)2反应生成CaCOO3，在自由由水的作用用下碳酸钙钙沉淀在混混凝土内部部的孔穴中中，这就是是混凝土碳碳化。混凝凝土碳化的的结果使的的pH值降低，如如果碱损失失发生在钢钢筋附近，当当混凝土的的pH值小于11.5时，就能能引起钢筋筋表面惰性性化铁薄膜膜的破坏，在在空气中的的水和氧的的作用下，还还可以引起起平行于钢钢筋的裂纹纹和的崩裂裂。碳化有有初始期和和传播，在在初始期二二氧化碳渗渗透进入混混凝土保护护层，最终终导致钢筋筋表面惰性性薄膜的破破坏，在初初始期钢筋筋锈蚀导致致保护层开开裂或崩裂裂。混凝土的碳化深深度与水灰灰比有关，随随水灰比的的增加而碳碳化速度加加快，随空空气温度和和空气中二二氧化碳的的增加，混混凝土的碳碳化速度加加快。混凝凝土的碳化化速度随养养护时间的的增加而减减小。增加加单位混凝凝土中水泥泥的用量。会会提高混凝凝土的密实实度和抗渗渗透性，可可以减小混混凝土的碳碳化速度。增增加保护层层的厚度，使使混凝土碳碳化到达钢钢筋表面的的时间增加加，也有利利于结构抗抗碳化的能能力。2.3裂缝在钢筋混凝土部部分桥梁中中预应力允允许出现，甚甚至在全预预应力桥梁梁中都有出出现裂纹的的可能。事事实上，在在混凝土桥桥梁诊断中中，遇到最最多的损伤伤是裂缝。裂裂缝出现以以后首先要要判断裂缝缝的类型，是是否在允许许范围内，是是否要加固固或修复。更更重要的是是设计中要要预计到结结构裂缝的的可能性和和危险性，施施工中要预预计到工艺艺的可靠性性和可行性性。2.3.1桥梁梁裂缝分类类及诊断1、从安全性来分分类：1）正常的工作裂裂缝，这种种裂缝在设设计控制之之中，例如如，普通钢钢筋砼结构构受拉区下下列裂缝是是安全的。a、一般正常天气气条件下，荷荷载组合作作用下宽度度小于0..2mm的的裂缝，荷荷载组合Ⅱ、Ⅲ作用下宽宽度小于00.25mmm的裂缝缝。b、处于严重暴露露情况下，宽宽度小于00.1mmm的裂缝。2）超出以上范围围的裂缝居居于非不常常裂缝2、从力学机理来来分类1）弯曲裂缝；22）剪切裂裂缝；3）局部承承压及伴随随的劈裂和和崩裂；4）拼接缝缝的分离和和扩展；5）差动。这这是一种常常见而又常常常被忽略略的裂缝成成因，往往往是由于外外部约束或或内部变形形反应滞后后，造成的的一个混凝凝土裂缝，工工程中表现现在以下方方面：a、在老基础或承承台上浇筑筑长条混凝凝土，由于于老基础的的约束作用用使新浇筑筑砼产生降降混和收缩缩的裂缝；；有时分层层浇筑的砼砼构件也会会发现这种种裂缝；b、连续承台上长长期存梁或或长期不拆拆模，由于于台座或模模板约束了了砼的收缩缩和温差变变化会导致致普通砼梁梁和未及时时张拉的预预应力梁开开裂。c、先张预应力砼砼梁张放次次序或速度度不当，先先放松短束束，或过快快地放松全全部预应力力钢束，由由于台座的的约束和梁梁体砼变形形反应滞后后都可能造造成梁体砼砼开裂。d、悬臂浇筑筑时，挂篮篮合拢段的的浇筑，随随着砼浇筑筑过程，悬悬臂找度不不变化，下下部先浇的的砼产生裂裂缝，如果果没有充分分考试挂篮篮拆除的反反作用力，会会使正变矩矩预应力过过大，导致致上部砼裂裂缝。e、连续浇浇筑节段之之间的温差差导致的裂裂缝。图5钢筋混凝凝土梁结构构裂缝3、从产生的时序序来分类：：1）早期裂缝。在在终凝之前前产生的裂裂缝，一般般在浇筑后后第二天才才能发现，主主要以有下下几种：a、沉降缝，是塑塑性混凝土土沉降引起起的；b、早期（塑性）收收缩缝；cc、模壳变变形缝；dd、振动和和荷载缝2）强度或长期裂裂缝3）使用期裂缝，多多表现为累累积损伤。4、从产生根源上上来分类(1)荷载和变变位；(2)成桥内力力；(3)温度变化化；(4)材料时效效。例如收收缩、徐变变；(5)先天和和后天的截截面削弱。例例如：混凝凝土截面和和配筋不足足，或外界界因素造成成的破损。6）化学（物物理）作用用：钢筋锈锈蚀，预应应力筋和锚锚头锈蚀，混混凝土老化化，（酸碱碱）腐蚀。5、从客观成因来来分类(1)先天裂缝缝。由于设设计不当，不不可避免的的在结构中中产生的裂裂缝。a、当设计的混凝土土抗压强度度不够时，在在承压应力力大的部位位，由于出出现局部拉拉应力，常常常导致产产生裂缝。b、当外力（包括括冲击力）超超过设计要要求时，由由于受拉区区域布筋不不够，裂缝缝在（变弯弯）梁和板板等的受拉拉边，垂直直地向中性性轴发展；；或者由于于主拉应力力方向钢筋筋不足，在在梁两端（剪剪切）、支支座等处容容易产生裂裂缝，裂缝缝方向大致致接近45度，最大大宽度在中中性轴上。c、加固钢筋和构构件截面面面积不足时时，常固扭扭曲或在局局部应力作作用下，在在构件较弱弱的部位产产生裂缝。(2)原生裂缝缝。由于施施工工艺不不当，造成成的结构中中原本可以以避免的裂裂缝。a、水泥质量不好好，可能在在砼浇注后后产生不规规则裂缝b、骨料不好：11）当骨料料含泥量过过大时，将将随着砼干干燥，收缩缩，出现不不规则花纹纹状裂缝；；2）当骨料料是反应性性或风化骨骨料时，在在混凝土硬硬化后将出出现裂缝。裂裂缝往往以以骨料为中中心，在骨骨料周围出出现，有时时也有带固固锥形剥离离的。c、砼搅拌时间过过长，运输输时间过长长，将会使使砼凝固速速度加快，在在整个结构构上产生细细裂缝。d、模板移动或鼓鼓出，将会会使砼在浇浇筑后不久久产生与模模板移动方方向平行的的裂缝。e、支架下沉，脱脱模过早，不不均匀下沉沉，也将会会使砼在浇浇筑后不久久产生裂缝缝。裂缝宽宽度比较大大，有的达达1~2mm。这类类裂缝往往往在支点等等处容易产产生。f、接头部位处理得得不好，将将造成预制制混凝土构构件装配时时的施工接接缝和现浇浇混凝土时时的新旧混混凝土建筑筑变成裂缝缝。由于安安装时支座座设置工作作粗糙，使使支点处与与桥轴垂直直方向上形形成倾斜扭扭裂。g、养生不好，塑性性收缩状态态将会在混混凝土表面面发生方向向不定的收收缩缝。这这类裂缝常常常出现在在混凝土刚刚浇筑之后后，裂缝深深度较浅，约约为钢盘保保护层厚度度，特别在在风大的天天气，空气气干燥时浇浇筑的混凝凝土更容易易产生。h、在振捣不充分，或或析水多的的混凝土，断断面高度急急变的部位位，以及钢钢筋、导管管等的保护护层小的时时候，常因因混凝土的的沉降，导导致在混凝凝土刚浇筑筑之后产生生深度较浅浅的裂缝，通通常裂缝沿沿钢筋或导导管方向产产生。由于于钢筋沉降降小，周围围混凝土沉沉降大，所所以在钢筋筋下面形成成空隙。i、大体积混凝土、使使用了早强强水泥的混混凝土，在在冬季养生生不够时，常常因混凝土土的水化热热作用，在在浇筑后2~3天导致混混凝土结构构中产生裂裂缝，裂缝缝常以直线线等间距出出现。j、在新旧混凝土接接头等处，沿沿着与接缝缝面的垂直直方向产生生裂缝。即即使按铅直直方向，作作平面接头头面时，也也同样产生生裂缝。k、水灰比大的混凝凝土，由于于干燥收缩缩，在龄期期2~3个月内容容易产生裂裂缝。大体体积混凝土土也有在6~8个月内产产生的。这类裂缝往往在在开口、角角隅等部位位容易产生生，特别是是当浇筑断断面很薄，硬硬化后经过过较长一段段时间，更更容易产生生由于约束束引起的收收缩裂缝。对对钢架结构构等，如受受梁约束之之后浇筑桥桥面板，也也容易产生生水平方向向的裂缝。收收缩裂缝多多为贯通裂裂缝。3）后天裂缝。由由于正常使使用荷载造造成的累积积损伤裂缝缝，以及非非正常荷载载造成的突突发损伤裂裂缝。a、基础未均匀下下沉，将使使结构产生生向下沉方方向倾斜裂裂入的裂缝缝。b、由于砼表面温温度变化，常常常导致构构件在受弯弯方向产生生垂直裂缝缝，或在悬悬臂梁铰处处产生裂缝缝。c、由于通行时超超过设计荷荷载的重型型车辆，在在梁的受拉拉边产生裂裂缝。2.4施工质量量差在过去施工时由由于缺乏足足够的实践践经验，不不注意施工工质量，不不按施工操操作规程办办事，加之施工工组织和管管理不善，不不仅大幅增增加了造价价，而且造造成了一定定的工程事事故和隐患患。湖北英山山杨柳大桥桥于1967年竣工通通车，并于于上世纪八八十年代进进行过一次次桥面系加加固处理，同同时还专门门成立了大大桥管理处处，负责大大桥的日常常维护工作作。但在该该桥的墩帽帽处发现大大面积蜂窝窝，墩身气气泡、麻面面现象非常常严重。很很显然这是是由于当时时施工中振振捣不到位位所致，且且在竣工验验收时没有有按照有关关规程办事事，对此类类明显存在在的问题没没有及时予予以处理。另另外，在各各既有桥梁梁中混凝土土脱落、露露筋等病害害也时常可可见，而裸裸露的钢筋筋又由于锈锈蚀膨胀，使使钢筋与混混凝土间的的粘结作用用破坏从而而使结构物物的承载能能力整体下下降。2.5设计不合合理或存在在缺陷一方面由于过去去所选桥型型不尽合理理，在现阶阶段重交通通情况下出出现严重缺缺陷。过去去流行的双双曲拱桥大大部分是经经过正规的的设计和计计算的，截截面尺寸也也够大，但但因为这种种桥型是逐逐步组合形形成的结构构，肋与波波、拱圈与与拱上建筑筑间仅靠砂砂浆联结，整整体性没有有足够的保保证。且横横向一般采采用横系梁梁或拉杆，作作用力在横横向的传递递较差，横横向刚度没没有足够的的保证。同同时，在结结构设计计计算上的某某些假定也也是不尽完完善和合理理的。所以以，双曲拱拱桥往往会会发生肋波波脱开、拱拱肋开裂、拱拱波纵向通通缝等常见见病害。另另一方面，由由于领导意意识较强，在在施工时任任意改变设设计，又未未经计算，桥桥梁结构强强度、刚度度、耐久性性和稳定性性均无足够够保证。位位于湖北团团风县境内内的罗家沟沟桥，全长长8+3xx20+88m，两侧桥桥台采用重重力式U型桥台，刚刚性扩大基基础。由于于获取地质质资料不足足等多方面面原因，所所采用基础础形式完全全不当，在在施工时即即出现桥台台整体沉降降20cm以上的情情况，当时时人为采取取加高台身身的简单方方法处理。随随着沉降的的不断发展展，现在该该桥的整体体线形已完完全被破坏坏，边跨与与中跨处折折线连接，跳跳车等病害害严重。2.6氯离子浓浓度混凝土中氯离子子的含量达达到一定浓浓度可诱发发并加速钢钢筋和混凝凝土的侵蚀蚀。1）对混凝土的腐腐蚀：MgCll2与混凝土土中的Ca生成的CaCll2能溶于水水，形成多多孔混凝土土；MgSOO4与混凝土土中的Ca(OOH)2生成CaSOO4，又与铝铝酸钙生成成硫铝酸钙钙——水泥杆菌菌，使混凝凝土膨胀破破坏；盐分分子在混凝凝土毛细管管内上升，不不断结晶、聚聚集，胀裂裂混凝土。2）对钢筋的腐蚀蚀：氯离子子破坏钝化化层；氯离离子与铁构构成腐蚀电电池，在钢钢筋表面形形成坑蚀；；氯离子与与铁离子生生成FeCll2，再溶于于水转换成成Fe(OOH)2，释放出出氯离子，周周而复始，腐腐蚀钢筋。2.7其它病害害调查还发现，既既有桥梁桥桥面系及附附属构造物物均存在不不同程度病病害，主要要有：桥面面沥青层出出现隆包、剥剥离，车辆辆直接作用用于外露的的混凝土梁梁（板）；；伸缩缝被被泥沙填堵堵，缝两侧侧梁体被车车辆撞损严严重，或者者梁体产生生较大纵向向位移，在在桥台背墙墙处完全顶顶死；护栏栏出现滑移移、断裂、脱脱落等。3桥梁改造加固方方案设计在对桥梁结构病病害检测分分析和鉴定定评估的基基础上，根根据技术经经济条件和和使用要求求，有针对对性地制定定加固方法法。3.1桥梁改造造加固方案案设计的原原则1．分清加固的性性质根据桥梁病害检检测分析和和鉴定评估估结果，桥桥梁结构加加固设计应应分为：承承载力加固固（强度加加固）、使使用功能加加固（刚度度加固）和和耐久性加加固等三种种情况。承载力加固是确确保结构安安全工作的的基础，是是桥梁改造造加固设计计的核心内内容，其内内容包括正正截面抗弯弯承载力加加固和斜截截面抗剪承承载力两部部分。承载载力加固应应考虑分阶阶段受力的的特点，注注意新加补补强材料与与原结构的的整体工作作。使用功能加固是是确保桥梁梁正常工作作的需要，主主要是对活活载变形或或振动过大大的构件，加加大截面尺尺寸，增加加截面刚度度，以满足足结构使用用功能要求求。耐久性加固是指指对结构损损伤部位进进行修复和和补强，以以阻止结构构损伤部分分的性能继继续恶化，消消除损伤隐隐患，提高高结构的可可靠性，提提高结构的的使用功能能，延长结结构使用寿寿命。2．桥梁加固与加加宽设计相相结合在公路改造设计计中，很多多情况下桥桥梁加固和和加宽是同同时进行的的。在加宽宽宽度不大大的情况下下，尽量将将加宽部分分与原桥连连为一体，使使新旧桥共共同工作，利利用新加宽宽部分，调调整原桥内内力，减轻轻原梁负担担，间接达达到加固补补强的目的的。3．注意各种加固固补强方法法的综合应应用。桥梁加固补强的的方法很多多，但是基基本上可以以划分为两两大类：第一类为改变结结构体系，调调整结构内内力、减轻轻原梁负担担。例如：：加斜撑减减少梁的跨跨度、简支支梁改为连连续结构、增增加纵梁数数目、调换换梁位、加加大新建边边梁，调整整横向分布布系数，减减轻原梁负负担等。第二类为加大截截面尺寸和和配筋，加加固薄弱构构件。例如如：粘贴钢钢板、加焊焊钢筋，粘粘贴高强纤纤维复合材材料，体外外预应力加加固。设计中应注意各各种加固方方法的综合合利用，通通过调整结结构内力，尽尽量的减轻轻原梁的负负担，将加加固补强工工作量压到到最少。3.2加固方案案简介结构的一般加固固方法：结结构的加固固方法可以以分成两大大类，即直直接加固法法和间接加加固法。3.2.1直直接加固法法直接加固法是通通过一些技技术措施，直直接提高构构件的承载载力和刚度度等，目前前常用的直直接加固法法有以下几几种。加大截面加固法法该方法可以用来来提高构件件的抗弯、抗抗压、抗剪剪、抗耐久久等能力，同同时也可以以用来修复复已经损伤伤的混凝土土截面，提提高其耐久久性，可以以广泛地用用于各种构构件的加固固。但是这这种加固方方法一般对对原有构件件的尺寸有有一定程度度的增加，使使原有的使使用建筑空空间变小。外包钢加固法外包钢加加固可以大大幅度提高高构件的抗抗压和抗弯弯性能，由由于采用型型钢材料，施施工周期相相对较短，占占用空间也也不大，比比较广泛地地应用于不不允许增大大截面尺寸寸，而又需需要较大幅幅度提高承承载力的轴轴心受压和和小偏心受受压构件。外外包钢加固固也可以用用于受弯构构件或大偏偏心受压构构件的加固固，但宜采采用湿式外外包钢加固固法。体外预应力加固固法体外预应力加固固法是采用用高强钢筋筋或型钢等等，在被加加固构件体体外增设预预应力拉杆杆或撑杆，其其拉杆加固固广泛适用用于受弯构构件和受拉拉构件的加加固，在提提高构件承承载力的同同时，对提提高截面的的刚度、减减少原有构构件裂缝宽宽度和挠度度、提高加加固后构件件截面的抗抗裂能力是是非常有效效的。外部粘贴加固法法外部粘贴贴加固法是是用粘结剂剂将钢板或或纤维增强强复合材料料等粘贴到到构件需要要加固的部部位上，以以提高构件件的承载力力和刚度的的一种加固固方法。粘粘钢加固法法是在构件件表面用特特制的建筑筑结构胶粘粘贴钢板，以以提高结构构构件承载载力的一种种加固方法法。纤维增增强复合材材料是把高高性能的纤纤维织物，如如玻璃纤维维、碳纤维维和阿拉米米德纤维等等，放置在在环氧树脂脂等基材上上，经胶合合凝固后形形成的。近近年来，已已有将短纤纤维加入混混凝土是制制成纤维混混凝土，将将丝制成棒棒状代替钢钢筋，加工工成束或绳绳状用于拉拉索，制作作预制板，用用于路面。在在结构加固固方面，1984年，瑞士士国家实验验室首先开开始了外贴贴纤维复合合材料加固固的实验研研究。使用用其进行加加固的优点点是：它具具有很高的的抗化学腐腐蚀能力和和支被加固固结构的保保护能力，提提高了结构构耐久性；；材料强度度高，外贴贴加固用量量少(厚度小)等。辅助结构加固法法辅助结构加固法法是一种体体外加固方方法。它是是直接用设设置在被加加固构件位位置处的型型钢、钢构构架或其他他预制构件件(如桩等)分担作用用在加固构构件上的荷荷载。该方方法适用于于原有构件件损伤严重重，又需要要大幅度提提高承载力力和刚度的的构件的加加固，也可可以用于地地基基础的的加固。注浆加固法注浆加固法是采采用压力，把把具有较好好粘接性能能的材料注注入被加固固构件内部部的空隙中中，以提高高被加固构构件的完整整性、密实实性，提高高材料的强强度。该方方法在混凝凝土或砌体体结构的裂裂缝等内部部缺陷的修修复加固，以以及地基加加固中广泛泛应用。3.2.2间接接加固法间接加固法是根根据原有结结构体系的的客观条件件，通过一一些技术措措施，改变变结构传力力途径，减减少被加固固构件的荷荷载效应，目目前常用的的间接加固固法有以下下几种。增设构件加固法法增设支点加固法法增加结构整体性性加固法由于整体结构破破坏的概率率明显小于于单个构件件，因此在在不加固原原有构件中中任一构件件的情况下下，整体结结构可靠度度提高了，达达到了结构构的目的。改变结构刚度加加固法该方法一一般多用于于提高结构构抗水平作作用的能力力。卸载加固法表2维修加固方法汇汇总表维修加固方法适用性材料及工艺要点点注意事项截面增强法简支T梁、空心板梁、箱箱梁等连续梁和连续刚刚构的局部部材料：钢筋、混混凝土、膨膨胀螺栓等等主要工艺：表面面凿除、钢钢筋布设、立立模浇注、养养生施焊钢筋时应避避免烧伤原原有混凝土土；钢筋定位应准确确；浇注混凝土应湿湿润；采用早强或膨胀胀混凝土；；必要时对腹板和和上托梁处处的新老混混凝土接触触面增设压压浆管压浆浆粘贴加固法钢板粘结加固法法原则上适用于任任何梁，但但从经济的的角度看，更更适用于不不希望增大大恒载和短短期要完成成加固的跨跨度较大的的连续结构构材料：钢板、膨膨胀螺栓、环环氧树脂粘粘结剂等主要工艺：混凝凝土表明磨磨平、钻孔孔安装膨胀胀螺栓、涂涂抹粘结剂剂、压贴钢钢板、拧紧紧膨胀螺栓栓、粘结剂剂固化养生生、填塞缝缝隙、钢板板涂漆钢板应平整；粘结剂按规定养养护；采用的钢板应比比计算需要要的钢板厚厚些；钢板的形状和粘粘贴部位根根据需要确确定；作业中要防火、防防毒碳纤维粘结加固固法材料：碳纤维片片、环氧树树脂粘结剂剂等工艺：混凝土表表明处理、粘粘贴碳纤维维片、养护护、表面涂涂装材料应符合设计计要求；粘结剂应根据不不同的温、湿湿度决定配配比；混凝土表明处理理要精细；；避免出现空鼓，否否则必须处处理；粘结剂按规定养养护；作业中要防火、防防毒预应力加固法预应力度下降，挠挠度异常增增大，并预预留有孔道道或可加设设体外束的的预应力梁梁；钢筋混凝土梁材料：预应力钢钢杆、钢筋筋、钢丝束束、钢绞线线等对大跨度预应力力连续梁和和连续刚构构，应通过过实测挠度度和施工记记录模拟反反算原有预预应力的损损失情况，确确定新设预预应力的布布置和张拉拉值。在张张拉时，除除做好梁的的挠度监测测外，最好好在梁体贴贴片监测其其应力应变变，指导施施工。采用体外预应力力补强时，应应重视各着着力点的设设置，保证证其牢固可可靠、过渡渡圆顺，并并采用严格格的防锈措措施；充分考虑预应力力损失注浆法各类混凝土梁桥桥的裂缝修修补。裂缝宽度小于00.3mmm或表层裂裂缝采用表表面封闭；；缝宽0.3～0.55mm采用化学学灌浆封闭闭；大于0.5mm的裂裂缝采用凿凿槽嵌补法法修复材料：非受力产产生的裂缝缝，可采用用水泥浆封封闭；一般般用环氧树树脂和丙烯烯酸酯类（甲甲凝）等化化学材料。压浆工艺：裂缝缝检查及清清理；钻孔孔埋嘴；嵌嵌缝止浆；；压水（气气）试验；；压力注浆浆；表面处处理及检查查裂缝较大时采用用手压泵注注浆；裂缝缝较细或灌灌浆量小时时采用注射射器注浆；；封闭应严格；凿槽嵌补时应将将槽内清除除干净，用用水泥砂浆浆填补时槽槽内应湿润润，用环氧氧砂浆时槽槽内应干燥燥；作业中要防火、防防毒改变结构体系加加固法临时通过超载车车辆；桥下增加的设施施不影响交交通或泄洪洪材料：钢筋、混混凝土、钢钢构件等确定方案时应充充分考虑当当前和今后后的桥下交交通。对结结构体系改改变产生的的支点负弯弯矩应认真真验算并采采取措施；；采用加劲梁或叠叠合梁时应应合理简化化受力模式式，应分清清受力的主主次结构3.3既有桥梁梁加固实例例井冈山大桥位于于江西省吉吉安市区东东北井冈山山大道东端端，跨越赣赣江，是江江西省南部部地区的重重要交通通通道，也是是通往革命命圣地井冈冈山的门户户。井冈山山大桥始建建于1969年，1970年10月交付使使用，设计计全长10900.26mm，设计荷荷载为汽车车－13级；拖车车－60；人群－3.5kkN/M22。上部构构造为16孔预应力T型刚构，孔孔径组成为为48.113+144x71++48.113，T型刚构的的悬臂长为为23.55m，钢筋混混凝土挂梁梁跨径为21m，T构箱梁采采用单箱双双室变截面面设计；下下部结构采采用柱式桥桥墩，沉井井基础。由由于大桥交交通量增长长迅速，已已由建桥时时的400辆/日发展到1991年的4439辆/日，拥挤挤度已超过过设计通行行能力的2倍以上。根根据2002年《江西西省吉安市市井冈山大大桥结构检检查与现状状评定报告告》，该桥桥病害较严严重，已危危及大桥的的运营安全全，主要缺缺陷有：悬悬臂箱梁的的预应力有有效值受到到一定的损损失；桥面面混凝土破破坏严重、各各挂梁跨中中部位明显显下沉，桥桥面成波浪浪形；人行行道梁悬臂臂支点部位位混凝土多多数存在碎碎裂脱落，人人行道板破破坏严重；；伸缩缝、支支座破坏严严重、梁体体裂缝较多多，挂梁腹腹板在跨中中产生竖向向裂缝，翼翼板在横向向接缝处开开裂，T构箱梁主主要在腹板板上缘开裂裂，为纵向向裂缝；两两岸桥台变变形较大（向向前倾），溜溜坡及两侧侧挡土墙破破坏较严重重。2002年8月月对大桥进进行维修加加固，加固固设计荷载载标准按汽汽车－15级、挂车车－80（与原设设计荷载相相当）进行行。针对该该桥的具体体病害情况况，加固分分为两部分分：对桥梁梁病害部分分进行维修修整治和对对桥梁的承承载能力进进行恢复。并并根据当前前技术发展展，采用了了化学灌浆浆/碳纤维布布粘贴和体体外预应力力加固等措措施。3.3.1桥梁梁病害的维维修整治设计布嘴图清洗裂缝粘灌浆嘴封闭裂缝检查裂缝封闭情况配浆灌浆效果检查补漏气处（1）对挂梁、箱梁梁的裂缝采采用化学灌灌浆，并按按裂缝宽度度分别处理理。工艺流流程见图2，同时在在挂梁边梁梁和T构箱梁的的腹板部分分，当裂缝缝宽度大于于0.2m设计布嘴图清洗裂缝粘灌浆嘴封闭裂缝检查裂缝封闭情况配浆灌浆效果检查补漏气处贴碳纤维布对裂裂缝进行约约束处理。（2）凿除原桥面铺装，全部重新浇筑40号钢纤维混凝土（加筋），由于钢纤维混凝土抗拉强度较高，并设有较强的钢筋网，不仅耐磨，抗冲击，而且对挂梁的横向刚度有较大提高。（3）重新更换支座和伸缩缝。（4）对箱梁预应力锚头进行防锈处理：在锚头上挂钢筋网，再浇筑15cm环氧树脂混凝土封锚。（5）对原人行道、栏杆进行全面的检查、查明病害情况，对有问题的进行维修整治。3.3.2恢复复桥梁的承承载能力部部分在主墩上部凿开开孔洞，在在箱梁中采采用植筋技技术，设置置齿板，用用体外束（无无粘结束）对对箱梁进行行加固。根根据计算，箱箱梁每室中中设置长、短短束各4束，全桥桥共计240束。张拉拉控制力10944KN，其中长长束采用可可调式体外外束锚具，用用来考虑结结构性能的的不确定性性，以方便便调整索力力，短束采采用永久性性体外束锚锚具。体外外束布置如如图3所示。图7箱梁一室室体外预应应力束布置置示意图（2）桥台的加固采采用动态设设计的原则则，在台后后加2根直径1.2m的钻孔灌灌注桩，再再浇筑承台台与原承台台连接。加固完毕后即进进行荷载试试验和检查查评定，各各项指标均均满足相关关要求。并并于2004年7月缺陷责责任期满后后进行再次次检测，该该桥的整体体性能仍完完好，说明明加固效果果理想。3.4混凝土受受弯构件可可加固性分分析3.4.1各国国规范对比比分析“构件的破坏可能能表现为脆脆性破坏或或延性破坏坏，脆性破破坏是设计计中所不期期望的，它它意味着构构件立刻丧丧失承载能能力。必要要的延性能能力是避免免脆性破坏坏的保证，其其特点是在在发生任何何承载能力力丧失之前前呈现出较较大的非弹弹性变形，提提供结构失失效的警告告信号。”（摘译AASHHTO）ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Year>1998</Year><RecNum>295</RecNum><record><rec-number>295</rec-number><ref-typename="criterion">40</ref-type><contributors></contributors><titles><title>AASHTOLRFDBRIDGESPECIFICATIONS</title></titles><dates><year>1998</year></dates><pub-location>Washington</pub-location><publisher>AmericanAssociationofStateHighwayandTansportationofficials</publisher><isbn>1-56061-194-3</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[1544]。“必要的延延性能力能能够降低承承载能力对对混凝土材材料强度变变异性的敏敏感性，能能够包容设设计计算表表达式中可可能存在的的错误，以以及保证其其具有必要要的可靠性性。”（摘译ACI3318-22002）ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>318</Author><Year>2002</Year><RecNum>296</RecNum><record><rec-number>296</rec-number><ref-typename="criterion">40</ref-type><contributors><authors><author>ACICommittee318</author></authors></contributors><titles><title>BUILDINGCODEREQUIREMENTSFORSTRUCTURALCONCRETE(ACI318-02)ANDCOMMENTARY(ACI318R-02)</title></titles><dates><year>2002</year></dates><pub-location>Helvetica</pub-location><urls></urls></record></Cite></EndNote>[1555]。各国规范中极少少有具体的的延性指标标规定，往往往都是通通过限制最最大相对受受压区高度度、截面最最大配筋率率以及拉区区钢筋最小小应变等措措施来间接接的予以保保证：AASHTO规规范美国联邦公路设设计规范1.3..2中规定，每每种极限状状态应满足足：、——荷载系数、荷载载效应；——乘有系数的抗力力：；——＝>0.995，为关于于延性、超超静定性和和重要性的的系数的乘乘积；规范1.3.3条例例对强度极极限状态的的检算中，有有关延性的的系数的规规定：＝1.05，用于于非延性的的构件和连连接件；＝0.95，用于于采用额外外的措施提提高其延性性能力的构构件和连接接件；＝1.00，用于于符合规范范有关规定定的常规构构件；5.7.3.33.1条例规定定，对受弯弯构件（包包括预应力力和非预应应力两种状状况），其其截面最大大配筋应满满足：——混凝土受压区高高度，中和和轴至混凝凝土最大受受压边缘的的距离；——截面有效高度，拉拉区纵筋中中心至混凝凝土最大受受压边缘的的距离；ACI318规规范ACI318--20022中10.33.3条例及其其说明规定定：受弯构构件的破坏坏形式分为为受拉控制制破坏和受受压控制破破坏两种，其其中受拉控控制破坏为为极限状态态时拉区最最外层钢筋筋净应变大大于等于0.0005（极限状状态以受压压区混凝土土最大应变变达到0.0003），如REEF_RRe*MERGGEFORRMAT图所示，钢钢筋净应变变是指除去去预应力、松松弛以及蠕蠕变应变的的应变；受受压控制破破坏的界限限为极限状状态时最外外层钢筋小小于等于屈屈服应变，对Grade60钢筋（）和预应力钢筋则取0.002；在受拉控制破坏与受压控制破坏两者之间则为过渡状态。ACI318--20022采用承载载力折减系系数来考虑虑不同破坏坏状态的影影响，对不不同延性能能力的构件件采用不同同的折减系系数，以实实现“延性不足足，强度来来补”的思想：：——承载能力折减系系数；——名义极限承载能能力；——基于系数组合的的承载力需需求；9.3.2条例例规定，由由受拉控制制破坏至受受压控制破破坏状态，折折减系数采采用线性过过渡，如RREF__Ref114509921400\**MERRGEFOORMATT图9所示，其其中图中虚虚线所示为为采用螺旋旋箍筋的情情况。图8净应变示意图图9折减系数与净应变=0.0020.650.70螺旋箍筋0.90=0.005=0.6=0.375受压控制受拉控制过渡区=0.004条例10.3.5图8净应变示意图图9折减系数与净应变=0.0020.650.70螺旋箍筋0.90=0.005=0.6=0.375受压控制受拉控制过渡区=0.004ACI440FF规范ACI440FF参照ACI3318附录B中的有关关规定，定定义承载能能力折减系系数如下：：——最外层钢筋极限限状态时应应变；——钢筋屈服应变；；CHBDC第116章和DatDuthhinh（2004）加拿大公路设计计规范将FRP材料的应应用作为其其公路设计计规范中的的一个章节节——第16章，其中中对采用FRP加劲材料料的受弯结结构给出了了新的规定定：极限状状态时（最最大混凝土土压应变为为0.00035）截面混混凝土受压压区高度与与截面有效效高度的比比值应在0.25～0.50之间，同同时根据Jaegger的研究成成果，提出出了一个新新的综合性性指标J以限制FRP的最大用用量，详见见式4.6，并规定定对矩形截截面J指标不得得小于4，T形截面J则不得小小于6。DatDutthinhh（2004）通过7片矩形截截面外贴CFRP加固的模模型梁试验验证实，对对于所有的的混凝土压压碎破坏状状态的梁其其J指标均满满足规范要要求，而大大部分的发发生粘结剥剥离破坏的的梁则不满满足J指标要求求，证实该该指标用于于采用FRP加固的钢钢筋混凝土土构件的延延性控制是是可行的。我国有关规范我国现行《公路路钢筋混凝凝土及预应应力混凝土土桥梁设计计规范》JTGD62--20044限定截面面相对受压压区高度不不得超过平平衡破坏时时的界限相相对受压区区高度，如如REF_Ref\*MEERGEFFORMAAT表5.1所示。我我国《碳FRP片材加固固混凝土结结构技术规规程》CEECS1446:20003则规规定采用CFRP加固的混混凝土构件件截面相对对受压区高高度不得超超过0.8。表5.SEQ表表5.\\*ARRABICC1JTGGD622-20004相对界限限受压区高高度混凝土强度等级级钢筋种类C50及以下C55,C600C65,C700C75,C800R2350.620.600.58－HRB3350.560.540.52－HRB400,,KL40000.530.510.49－钢绞线,钢丝0.400.380.360.35精轧螺纹钢筋0.400.380.36－对上述各规范比比较可以看看出，AASHHTO规范对预预应力和非非预应力受受弯构件给给出了相同同的受压区区高度限值值；ACI331822002版中对钢钢筋混凝土土受弯构件件规定拉区区钢筋极限限状态时净净拉应变大大于等于0.0004，预应力力混凝土受受弯构件并并无限值，但但通过不同同的折减系系数考虑延延性能力随随受压区高高度增加而而降低的影影响；ACI4440F则参考了ACI3318附录B的规定，其其折减系数数的取值略略有不同；；加拿大规规范采用一一个综合强强度和变形形能力因素素的综合指指标J，Muftti（1996）和Jaegger（1997）对这一一指标的概概念进行了了解释，该该指标可以以认为是承承载能力极极限状态与与压区混凝凝土最大应应变达到比比例极限应应变（0.0001）时的状状态的能量量比。并且且，与其他他各规范不不同的是，该该指标对矩矩形截面和和T形截面给给出了不同同的限值要要求；我国国规范《公公路钢筋混混凝土及预预应力混凝凝土桥梁设设计规范》JTGD62--20044以界限受受压区高度度为配筋限限值；中国国工程建设设标准化协协会标准《碳碳纤维布加加固修复混混凝土结构构技术规程程》CECCS1466:20003采用＝0.8。3.4.2可加加固性及其其两个构成成要素混凝土桥梁的可可加固性分分析实质上上包含两个个方面：一一方面是桥桥梁结构构构件本身加加固的可行行性，因为为不是所有有的构件都都可以加固固，例如对对于梁高未未采用经济济梁高，原原配筋率已已接近平衡衡配筋的既既有构件，由由于压区混混凝土剩余余强度空间间不足，若若一味采用用外贴加劲劲材料强行行加固，将将难以收到到预期的加加固效果，浪浪费资金ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>张玉刚</Author><Year>2001</Year><RecNum>173</RecNum><record><rec-number>173</rec-number><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">张玉刚,孙宝俊</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">对一体外预应力加固梁桥失败的分析</style></title><secondary-title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">南京建筑工程学院学报</style></secondary-title></titles><pages>71-75</pages><volume>58</volume><number>3</number><dates><year>2001</year></dates><image>2069135616对一体外预应力加固梁桥失败的分析.PDF</image><urls></urls></record></Cite></EndNote>[[158]]；另一是是加固方法法本身的有有效性，加加固方法应应能够保证证其达到预预期的性能能目标，同同时减少次次生影响。构构件的可加加固性和加加固方法的的可加固性性两者之间间相互依赖赖，不可分分割，混凝凝土桥梁结结构的可加加固性总是是针对既有有的加固方方法及其特特点而讨论论的ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>李世纬</Author><Year>2005</Year><RecNum>286</RecNum><record><rec-number>286</rec-number><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">李世纬,徐邦凯</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">沪宁高速公路锡澄运河大桥路段扩建工程方案研究</style></title><secondary-title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">中外公路</sttyle>></seeconddary--titlle><//titlles><<pagees>5--7<