桥梁检测及大跨径梁式桥病害原因与对策讲义 图文并茂

湖南大学土木工程系桥梁专业桥梁检测及大跨径梁式桥的病害原因与对策1

1.

截止2003年底我国公路桥梁数量及状况共有公路桥梁310773座，12466143延米其中：特大桥2155座，1962614延米，占0.69%大桥17417座，3061688延米，占5.60%中桥63511座，3466413延米，占20.44%小桥227690座，3975428延米，占73.27%至2007年底，我国公路桥梁总数约33万座。我国公路桥梁的基本情况和对试验检测技术的需求2目前国内桥梁存在的问题上世纪50年代后期和60年代桥梁荷载标准低，承载力不足。上世纪8、90年代后修建的桥梁部分出现质量问题，病害严重。截止2006年底，全国查出危桥（第5类）6282座，约占全部桥梁的2%。3近年来的桥梁垮塌事故4１９９９年１月４日晚６时５０分，重庆市綦江县城区一座步行钢管拱桥突然整体垮塌，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5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，造成部分桥面跨塌。6辽宁盘锦田庄台大桥大桥桥位于盘锦与营口交界处，连接辽河两岸，桥长500余米

，2004年，在80吨的严重超载情况下，使大桥第9孔悬臂端预应力结构瞬间脆性断裂。7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。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多米，桥宽8米。8山西运煤车超载－60米桥垮塌9凤凰沱江大桥施工时垮塌凤凰沱江大桥－石拱桥102007年广东九江大桥2007年江苏常州公路大桥

11美国共有公路桥梁58万座，1967年12月，Ohio州的SilverBridge（悬索桥）跨塌导致46人死亡，使用年限为39年。随后弗罗里达阳光桥因船撞而一幅垮塌，由此引发了对美国58万座公路桥梁的检查，共调查了51.4万座，这些桥中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。国外桥梁的现状12I-40Bridge,Oklahoma,US（2002年5月）13美国明尼苏达州密西西比河大桥垮塌2007年8月1日14国外桥梁的现状—日本日本在七、八十年代汽车运输急剧发展，汽车日益大型化、重型化，交通量逐年增加。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。15①部分桥梁承载能力偏低；

②早期修建的桥梁有相当数量由于设计、施工或结构体系上的弱点，或因老化、衰退而“带病”工作；

③八十年代以后修建的不少索结构桥梁，由于当时技术上的限制，普遍出现过早老化、腐蚀现象；

④近二十年修建了不少预应力混凝土连续梁和连续钢结构桥普遍出现跨中下挠、梁体开裂等问题；2.对试验检测工作的需求16⑤人工采砂、造田、上游修水库，桥位河床下切，基础深度不足，结构振动过大；⑥沿海桥梁结构耐久性问题；⑦桥梁加固效果的评价。

这些问题要通过科学手段、方法加以诊断、评价，以确定对策。17桥梁检查的分类按照检查的范围、深度、方式和检查结果的用途等的不同，大致可归纳为下列三类：经常检查（巡视检查、日常检查）定期检查特殊检查3.目前桥梁养护管理制度18巡视检查是由专家对一条线路或一定区域内的桥梁进行的快速扫视检查；目的是：对所需检查的桥梁的技术状况和主要存在问题形成一个总体印象，以便能对它们进行初步的排序以及为进一步的检查作技术准备。

(1)巡视检查19日常检查也叫例行检查或叫经常检查，一般一月一次，由路段检查人员或桥工班或护桥人员进行扫视检查目的是：确保结构功能正常，使结构能得到及时的养护和小修保养或紧急处理，对需要检修和一些重大问题作出报告。(2)日常检查20通常由具匙有一定检联查经验并住受过专门高桥梁检查邪培训以及遍熟悉桥梁老设计、施猎工等方面恼知识的检旱查工程师跟，按照规菌定周期，墓对桥梁主地体结构及庭其附属构文造物的技萍术状况进问行定期跟乌踪的全面腹检查。一荐般1~5年一次。目的是貌：通过对结播构物进行沙彻底的、血视觉的和思系统的检纸查，建立怖结构管理年和养护档妈案，对结刚构的缺损禾状况作出眨评估，评帜定结构构慌件和整体融结构的技形术状况，附确定改进逝工作和特俘别检查之天需求，并裤确定结构主维修、加银固或更换悄的优先排截序。(3)吼定期第检查21依据检呼查目的卷可划分旬为应急检困查和专门检查两种依据检查利工作的性腰质可划分冬为现场检查和实验室睛测试分歼析两大部丧分从检查方桂法上可划葡分为目力检查娃和简单物咱理测量方而法以及无破损话或半破牧损检查节方法(4)挖特殊北检查22（1）对定期仙检查中难怀以判明损侧坏原因和愿程度的桥旨梁，有必要使需用特殊设棚备或专门静技术对定厅期检查作龙补充时（2）在进议行复杂沈和昂贵咽的维修忙之前，宗需查出戚定期检尽查中未貌能发现漏的损坏消情况时研，或对眠要求提伏高载重盛等级的裙桥梁（3）在发致生特别肉事件之绸后，如曲洪水灾台害、流捧冰、漂泉流物和稼船舶撞梨击事故销、滑坡殿、地震堡、风灾兆及重车烟过桥等（4）需要使阅用特殊仪垮器或需作逼特别详细疯记录的检侄查，拟评时定结构实买际状况时蓝，如桥梁坑技术状况糊为四类者（5）新建工雁程中出现枕质量问题岗时下列情况适下需进行桑特殊检查23大跨径币梁式桥防的病害原钉因与对宫策24目前我国普的大跨梁隔式桥，存拾在一些较欲常出现的走病害。概佣括起来，作有两大类温。即：一眠、跨中下贴挠；二、奖梁体开裂梅。据统计忽，跨径80～100妄m以下的序梁桥，挺病害较仙少；跨间径100～160挂m的梁桥脉，病害卖较多；伏跨径160m以上的梁歇桥，病害迟就更多。概酿述25一、梁体下皱挠问题26一、梁体下挠是一个较沃普遍的现谦象。主因是由喷混凝土徐泽变引起,尤其是大茫跨径梁式姿桥。跨中猾下挠往往询与梁体跨逗中段横向傍裂缝或大私量斜裂缝恢伴随出现享，其下挠维可达到相教当大的数支值，造成尼严重病害润。黄石长体江公路也大桥跨鸭中下挠适，最大伤已达到33.供5cm，当然同仅时出现大陕量的主拉剪应力斜裂驴缝与跨中前区段横向债裂缝。27根据已发士表的资料恶，虎门大写桥辅航道纱桥跨中下油挠，02年已达嗓到22cm，与此诊同时跨卫中存在毁一些横蔽向裂缝辅，及主雀拉应力迹斜裂缝已。此下辟挠值已膜远远超惭过原设跌计预留封值10c母m。最近药由于横每向裂缝鸭朝腹板乎发展，毒下挠值鞋又增大眨到26cm。一、梁缺体下挠28（一）轻型化导致混各凝土徐煤变显著见增大由于大跨徒径梁桥的候恒载内力隙占总内力泛的80%、甚至90%以上。杯为减小会恒载内枪力，上森世纪90年代过分阻强调结构英的轻型化匪。跨中下苏挠的原忧因分析渴如下：一、梁体贫下挠29板件减也薄直接菠后果:1.由徐变理洒论可知：谎箱梁的板胆件越薄，拾理论厚度骂就小，就业有较大的狭徐变系数首。2.板件薄，混凝土更的应力商就高，障而徐变劳变形又犬与应力储正比。一、梁体牲下挠30（二）谅内支点金负弯矩序预应力董筋配置苍不足设计时邪仅按上轻缘混凝弄土不出灶现拉应殃力控制存负弯矩兰预应力椅筋数量诸，未充尾分考虑负弯矩索预应力对控制徐客变下挠的缘瑞有利作用尖。一、梁体竿下挠31一、梁体逝下挠徐变下挠大徐变下挠小只有轴向徐变徐变上拱沿截面高逆度的压应调力分布：32（三）片梁面强调缩够短施工周我期施工单嘴位往往奖希望缩斑短施工赞周期，暑设计图坟纸上往镜往仅标渗明混凝哪土强度源达到设伙计强度答的80％～90％后，樱即可张汇拉预应啄力，而没有辉对混凝安土的加即载龄期捆提出要秀求。一、梁浅体下挠33早期混饥凝土弹译性模量看的增长明显滞重后于强度椒的增长删，添加早强避剂后，混凝土珠虽很快训达到规博定强度叉要求，秀但其弹里性模量肃往往仅傍达到设释计值的70%甚至更顿小。一、梁体室下挠34早期加欢载，使伤混凝土姜徐变增声大。由《公路钢祖筋混凝海土及预哀应力混刚凝土桥示涵设计麦规范》中的混凝逆土徐变系原数终极值舞可见，3天加载犯与7天加载骑比较，衡徐变系脸数终极紫值增加15%～20%。过早做加载会耍不仅使华预应力残的徐变铃损失加猜大，而映且使徐轧变挠度奋增大。徐变导致槽的预应力营损失是随偿时间而逐柿步完成的港，因此梁苗桥的部分收下挠是预弄应力损失隐产生的恒牢载挠度。一、梁体类下挠35（四）行部分活姑载也会闸产生徐复变挠度徐变挠嗓度计算吉只针对居恒载。匠但在繁没忙交通框的路段山上，桥劲上车流派日夜不颈断，部蔽分活载没也实际循成了“制恒载”谈，也会骂产生徐孟变挠度育，导致静下挠增怜大。一、梁体额下挠36（五）申施工质仗量上也铜存在一甲些缺陷有的工狱地上，栏对进行钩预应力抄损失试吃验重视司不够，除没认真梦去做。近有试验彻表明，拐预应力慰钢筋与泳管道壁颠之间摩绢擦引起施的预应咽力损失雀，比设鸦计采用殖值大很袋多，甚拼至差几仅倍。这碎样就会通导致有怕效预应知力不足听，下挠股增大。一、梁体摊下挠37梁体在敢下挠的飞同时开待裂，不址论是斜唉裂缝或披横向裂咬缝，都烟会导致违梁的刚激度降低楚，会使过挠度加魂大，尤悦其有较蚂严重的场斜裂缝焰和横向急裂缝时伍。一、梁础体下挠（六）梁泡体开裂，话挠度加大38跨中下饥挠的预悄防对策伶：（一）爹足够的降正截面岛和斜截听面强度鉴于跨丸中下挠叹往往与筑横向裂矿缝与斜越裂缝一孩起发生鄙，相互株促进恶贯化，因惕此保证烧梁有足杠够的正银截面强虑度和斜捆截面强祝度是首俯要的。扛计算中润要充分妙考虑徐面变的不曲利影响窝。一、梁碍体下挠39（二）银控制负累弯矩区炸域截面受的应力摸梯度一、梁体乐下挠在梁根部金区段，可使朵悬臂节津段的自剩重完全切由预应永力抵消驶。内支点底尝板厚度宜为跨径辟的1/14熊0左右。上缘增大压应滥力（加预伍应力）下缘减小压敌应力（李增加底耽板厚度惜）40如果梁逼的正截询面和斜蛙截面强所度得到渔保证，质而且截悔面应力网梯度小扮，不会霜同时出的现下挠再与开裂神。在这腹样的前咏提下，耕只需设疲较小的船预拱度鼠，以抵劈燕消预应销力徐变线损失以盟及由合拾龙后混鸽凝土徐伴变引起遣的徐变铸挠度。一、梁运体下挠41（三）连烤续刚构桥忌最终合龙活主跨前，单在两悬臂烤端施加水氏平力对顶妇，然后合趁龙。不仅生有利于减笔小跨中控套制内力，运也有利于茶减小跨中验下挠。一、梁体犯下挠42一、梁体嫂下挠三跨连桨续梁徐变导胃致内力承重分布符，负弯盆矩减小颠，正弯逆矩增大凭。（四）要蔬适当增加仗底板合龙什束，并预茅留体外备级用钢束，枪防止徐变稳下挠后底锁板出现横卖向裂缝。43（五）加馒强施工质那量管理混凝土用加载龄步期至少帖应在7天以上甲，强度踩至少在90％以上。淋另外采炉用真空隆压浆，校浆体必擦须满足锋泌水性馆的要求惨，重视狱并及早辅进行工蜓地的预掘应力损响失试验禾等。一、梁例体下挠44（六）恐跨中区视段结构掌轻型化一、梁体佩下挠45斯托尔马家桥(L=30穗1m)，跨中182m为C60轻质陶粒扁混凝土一、梁体爬下挠46重庆石板坡份长江大滥桥跨中108喷m长为钢梁一、梁体覆下挠47二、梁体卫开裂问题48二、梁卡体开裂包括梁上规出现斜裂缝住、横向水裂缝、酷纵向裂化缝、混启凝土劈仿裂、横圆隔板裂腔缝以及贯齿板裂跃缝等。下面只讨希论前三种挺裂缝。49二、梁体掩开裂－斜肚裂缝（一）主氏拉应力斜端裂缝是出现杯最多的天梁体裂付缝。往毙往首先妙发生在铲剪应力石大而截究面抗剪壳能力不盲足的支座～L/4区域，与塔梁轴线呈25°～50°开裂，放并随时撇间的推视移，不摸断向受宣压区发桃展。裂浅缝数也领会增加饿，裂缝剑区向跨晃中方向蛇发展。斜裂缝的维另一个特枪征是箱内核腹板斜裂漫缝要比箱躺外腹板斜悟裂缝严重虫。这已为助一些大跨路径梁桥的佩检查结果御所证实。50二、梁体茶开裂－斜垂裂缝斜裂缝涨的宽度货如在0.2m基m以下，而鹅且其长度膊、宽度和咽数量已趋醉稳定，不上再发展，塔则不需加求固，但要丛注意观察忧，要封闭解。实际上大刮跨径梁桥仅上往往存筐在宽度较愧大、且不汁断发展的符严重斜裂荡缝，已反项映出梁的肝斜截面强答度不足。在设计颗中，对纽奉于梁的堆主拉应烈力都进潜行验算愿并通过缓。但在坝实践中幻玉，这类惰裂缝还促是大量露出现，格为什么朵？！51二、梁唇体开裂冈－斜裂岭缝出现斜裂歪缝的原因字如下：1、取消弯葡起束从上世纪90年代，在迅箱梁桥的止设计中，饺较普遍地啄取消弯起安束，而用析纵向预应插力和竖向忆预应力来尘克服主拉喇应力。这屠样做方便蛇施工，可蚊以减薄腹无板的厚度颂。但竖向预状应力筋长谁度短，预废应力损失皱大，有效籍预应力不介易得到保迟证，教训光是斜裂缝板大量出现差。52二、梁该体开裂篮－斜裂挨缝目前已认松识到取消文弯起束是例不妥当的位！于是重津新回到设私弯起束的汽正确轨道缠上来。但袭为此已付捐出了代价历。53二、梁乏体开裂梨－斜裂什缝2、作为锯平面问贞题分析锐，主拉效应力偏蛇小设计中微通常仅足从纵向茂和竖向概二维来罩分析主木拉应力坝，即：但很不蔽够，没没有考虑棕横向的辈影响。54二、梁体泪开裂－斜子裂缝不考虑坛横向应稻力的影装响，必饶然使计炉算的主膊拉应力颗值偏小走。正如《苏通大桥昼副桥连续程刚构设计》一文所教说，“经计算垃分析，氏箱梁的战横向荷问载对腹回板产生类的效应蒙很大。……考虑此优项效应防的主拉贪应力将爹远超出尘规范允阻许值。”55二、梁体效开裂－斜屋裂缝日照温恋差导致丙箱梁内香部全截格面受拉56产生水森平拉应英力二、梁体屋开裂－斜密裂缝跨中张芳拉后期责索导致晴腹板受音拉、底毅板受弯二、梁堪体开裂览－斜裂栋缝此外，由鞠于采用箱已形截面，巾扭转、翘货曲、畸变住也会使腹殊板中的剪殃应力加大惧，从而增忙大主拉应披力。因此，艇应该按三维隐进行分丛析。过去大煌跨径梁桥挑出现较多许斜裂缝，煎重要原因奖之一是与骄设计上对枕主拉应力橡估计不足锣有关。58二、梁体巡寿开裂－斜帖裂缝3、腹板魔偏薄，唉配置普昂通钢筋控偏少。4、竖向预香应力施工汁操作不规症范，误差挣大，有效伐预应力严耗重不足，漏特别是采寒用精扎螺上纹钢，有梳的竖向预奖应力筋甚朵至松动，捡根本没有克张拉力。59二、梁哨体开裂解－斜裂呀缝预防对声策：1、保证有葬足够的斜企截面强度苍。2、采用摩三维分胖析箱梁新的主拉对应力，旱不要漏凡项。3、必须配浸置弯起束眨，同时也腔应配置竖绞向预应力航束。必须率充分考虑农预应力损秩失。对竖店向预应力峡束，应采粗用二次或驰多次张拉沈，确保其纽奉有效预应杂力。60二、梁鸭体开裂撞－斜裂乞缝新型二次已张拉低回伶缩预应力惯钢绞线锚调固体系用宏于竖向预应劲力，其性能咏远优于精两轧螺纹钢维。614.适当增加科腹板特别头是根部区节段腹板的翼厚度及其鹊普通钢筋源含量，加亭密箍筋，即便开裂栏也可将裂低缝控制在娘较小的范刚围内。二、梁体管开裂－斜陡裂缝62二、梁惜体开裂亩－纵向佳裂缝（二）挨、纵向脂裂缝纵向裂缝者是与桥轴镇方向平行恒的裂缝，筝较多地出跪现在顶底怨板，也是转出现很多锁的一种裂炊缝。除因演未设横向厅预应力而敌在顶板下卸缘出现规护范允许宽帽度的纵向鸦裂缝外，白还存在下耕列原因：63二、梁座体开裂佳－纵向辆裂缝1、超载在大跨伤径桥梁痒中，超番载特别照是超重证车轴荷察载的作均用，对横向球的影响潮比纵向灵更大，这是因甲为纵向德弯矩中当，自重泽占绝大汇部分；词而横向蜻弯矩，埋主要由阔活载引怎起，轴渔重超过咳规范时奏，易出浮现顶板桃下缘的花纵向裂册缝。64二、梁体亦开裂－纵稍向裂缝2、温差疑应力估嘱计过小我国过湖去的桥拆梁设计弄规范中度，对温渣差应力陵，仅规班定了翼参缘与梁娃体的其姐他部位柱有5℃的温差。刮这样的温菜差偏小，与实际伍情况严穿重不符忌！不安全喂。根据喷国内外图的研究床，对于曾箱梁，温差应力狂可以接近势甚至超过剂活载的应理力。英国、蜡新西兰友规范规扯定的温防度梯度渗，比我给国大很瞧多。这捏也是出坡现纵向签裂缝的着原因之阔一。65二、梁禽体开裂伐－纵向捷裂缝现行《公路桥犁涵通用俯设计规令范》中已规恢定了比铅过去大姻得多的大温度梯呈度。这摸个问题扭可望得仆到解决沸。66二、梁后体开裂峰－纵向免裂缝3、收缩画引起的郊裂缝双壁墩身发建成后相坦当长时间誉，才建墩讽上梁的0号块。由趁于墩身横访向收缩已栏大部分完译成，而0号块横戏向收缩控受到墩薪身约束雕，导致溜底板中喊部出现号裂缝。在0号块建成确后相当长宋时间，再宵建1号块，屋也会因增收缩差诉而出现精纵向裂杰缝。因此，节挠段浇筑时骑间间隔不晃要过长，洋截面配筋肿要考虑收孙缩影响。67二、梁胡体开裂王－纵向尾裂缝4、支座反灯力的影响大跨径价连续梁稠，支座揉反力很膨大，反鼠力由腹棚板传至伸墩顶。厦空间分残析可以昼发现，此处箱梁袋的横向拉蜘应力特别凯大，应根据施祝工阶段反能力的大小心，分级施抄加。如不赚采取此措淹施，顶板基上缘肯定程出现裂缝盒。支座反庄力横向拉应藏力很大68二、梁体涌开裂－纵差向裂缝5、支座达形式墩上正苍确的横赶向支座合布置，庆应该是漫一个固榆定，一蛾个滑动围，才可活避免因荷温度、雅收缩或颗活载作善用时出另现纵向偿裂缝。鲁但有的撞设计，酬很注意袋纵向支皆座的固招定或滑穴动类型坦，这是赢正确的三；但不套注意横巨向，往栏往把横叙向两个皆支座都腥布置成注固定的冰，在荷两载、温哲度、收示缩的作水用下很暖容易导劣致开裂过。69二、梁体初开裂－纵渡向裂缝由于顶穴板较薄扁，又要强布置纵迹、横向菜预应力疑束和普提通钢筋凤，预应力评筋的