公路桥梁维修加固与改造技术(李健)

公路桥梁维修加固与改造技术主讲人: 李 健交通运输部公路科学研究院 北京公科固桥技术有限公司 2010年10月公路桥梁维修加固与改造技术概述 桥梁上部结构的加固技术※ 桥梁下部结构的加固技术 桥梁维修加固决策分析 桥梁灾后防治与抢修概述 ——桥梁病害回顾结构先天不足 双曲拱刚架拱 带挂孔T构 拉吊索结构 腐蚀老化 无更换预案、无养护通道 预制拼装梁板 单板受力 横纵裂缝 大跨径预应力混凝土箱梁下挠开裂 沿海地区结构钢筋腐蚀 混凝土表面剥落 氯离子 西北、华北季节性河流桥梁下部结构腐蚀严重 南方冲刷、不合理挖沙导致的基础冲刷严重 东北寒冷地区桥梁结构的冻融损伤 … …概述 ——加固原则桥梁的维修养护以日常养护工作为主 维修加固时应尽可能减少对原结构的损伤 选择技术可靠，具有长期加固效应，能满足 结构耐久性要求的加固工艺 施工设备简单，施工操作方便 材料用量少，费用经济合理 后期得养护工作量少 加固施工时尽量不中断或者少中断交通概述——维修设计方案制定原则加固设计的范围、标准、目标必须明确全桥&局部病害 新标准&老标准 抗震&强度&刚度&耐久性 整体使用寿命病害成因分析必须准确合理，区别个性与共性特征 加固设计应与施工用料和工艺可操作性紧密结合 加固设计方案(不少于2个,比选)，大桥与重建做比较与决策 加固设计与原结构的关系应尽可能得协作利用复合结构受力而非加固材料受力 不加载或少加载加固设计之前应进行承载能力评价，之后应进行验算基于检测结果和荷载试验 加固验算同样基于仿真模型考虑附加荷载大桥加固设计前应进行可行性和经济性评价概述 ——加固方法体外预应力加固 粘贴钢板加固 增大构件截面加固加强薄弱构件 增加或更换桥梁构件 改变结构受力体系等改变结构体系加固 粘贴纤维复合材料加固 更换疲劳构件加固 增加桩基加固 抛石防护基础 地基压浆加固 … …桥梁上部结构的加固技术加固方法主动加固应力状态重分布 不仅改变强度 改变刚度 不仅承担活载 承当部分 恒载 适用于正常使用极限承载 承载能力或适用性不足被动加固应力状态改变不大 刚度改变不大 承担少量不足得活载效 应 适用于极限承载能力少 量不足，正常使用基本 满足，无危险状况加固方法每一种加固方法独立成章，主要内容： 概念、适用条件及特点 设计计算方法 施工工序 构造措施 工序质量控制 加固工程质量检验方法桥梁上部结构的加固技术 ——粘贴钢板加固优点 技术先进，性能良好 所占空间小，不影响被加固结构外观和使 用空间 加固施工周期短 材料消耗小 工艺简便桥梁上部结构的加固技术 ——粘贴钢板加固适用范围 适用于受弯及受拉构件，不承受大幅度疲劳荷 载、动载 适应外部环境温度不高于60℃ 相对湿度不大于70% 无化学腐蚀地区的桥梁结构 混凝土标号不能过低的构件桥梁上部结构的加固技术 ——粘贴钢板加固材料要求胶粘剂要求 弹性模量高 线膨胀系数小 比较有韧性 耐久性好加固用钢板要求 以Q235钢板为宜 钢板、连接螺栓及 焊缝的强度设计值 按现行钢结构设计 规范规定采用桥梁上部结构的加固技术 ——粘贴钢板加固破坏特征在适筋范围内，随着荷载的增加，原梁中钢筋屈服，钢板随着也达 到屈服，随即混凝土被压碎而破坏。

受弯构件，破坏阶段多数构件钢板与混凝土之间发生局部剥离，沿 板与混凝土交界面，出现较长的顺筋裂缝，混凝土被撕裂，导致构 件破坏。

受剪构件，构件的破坏类似于普通钢筋混凝土受剪构件，首先出现 斜裂缝，然后裂缝不断发展，钢板应力明显增大，最后构件产生破 坏。

部分试验表明，粘贴在梁底的钢板未达到屈服强度，而是钢板与混 凝土间撕脱导致加固梁破坏。

桥梁上部结构的加固技术 ——粘贴钢板加固加固梁破坏时，钢板未达到屈服而是钢板与混凝土 间撕脱所致，其承载力远低于钢板到达屈服时承载力。

并且是脆性破坏，这种现象应避免出现！脆性破坏主要原因锚固长度不够 粘结剂的质量问题 施工质量的影响 粘钢加固计算要求锚固不得小于计算 粘贴延伸长度桥梁上部结构的加固技术 ——粘贴钢板加固梁（板）受拉区粘贴钢板加固计算承载力计算矩形截面受弯承载力可按下式进行计算桥梁上部结构的加固技术 ——粘贴钢板加固若钢板粘贴长度不能满足计算长度，可在钢板的端部锚固粘结U型箍 板斜截面承载力极限状态计算当梁的斜截面受剪承载力不足时，可采 用局部粘贴并联U形箍板进行加固, 斜截 面受剪承载力按下式计算桥梁上部结构的加固技术 ——粘贴钢板加固粘钢加固施工构造要求基层混凝土强度要求 粘钢钢板厚度要求 锚固长度要求 钢筋混凝土受弯构件不应低于C20,预应力混 凝土构件不应低于C30。

干粘粘钢钢板厚度以2～6mm为宜，一般取 4mm。

湿粘可至8mm 对于受拉区不得小于200t，亦不得小于 600mm；对于受压区，不得小于160t，亦不 得小于480mm；算。

对于大跨度结构或可能 经受反复荷载的结构，锚固区尚宜增设U型 箍板或螺栓等附加锚固措施。

钢板及其邻接的混凝土表面，应进行密封防 水防腐处理。

简单而有效的办法是用M15水 泥砂浆抹面，其厚度对于梁不应小于20mm， 对于板不应小于15mm。

耐久性要求桥梁上部结构的加固技术 ——粘贴钢板加固粘钢加固施工要点被 粘 混 凝 土 和钢 板 表 面 处 理胶粘剂配制 涂 胶 加固构件 卸荷粘 贴固 定 加 压 化固检 验 与 试 验防 腐 处 理0 K V V凿毛合格混凝土凿毛混凝土凿毛(刻槽)凿毛不合格0 K V V钻孔植埋螺栓钻孔植埋螺栓0 K V V钢板下料等离子切割0 K V V打磨合格钢板打磨除锈打磨钢板打磨不合格0 K V V2.5钢板打磨除锈打磨后生锈、污染0 K V V钢板试贴钢板及粘贴位置对应 编号。

适当弯曲螺栓穿入钢 板孔内。

0 K V V配胶（1）称量准确。

（2）拌合均匀。

（3）搅拌方向一致。

（4）超过可使用时间不得再用。

0 K V V粘贴钢板（1）用丙酮清洗混凝土表面和钢板粘贴面。

（2）在钢板上涂抹一层中间厚两边薄的结构胶。

（3）安装钢板、安装垫片、螺母，交替拧紧螺母。

0 K V V粘贴钢板粘贴合格0 K V V粘贴钢板粘 钢 不 合 格0 K V V• 粘贴钢板质量检测固化检验（1）时间：钢板粘贴24小时后。

（2）方法：小锤敲击钢板。

（3）标准：固化面积不小于应粘贴面的95%。

0 K V V现场试验（1）抗压试件 （2）剪切试件 （3）拉拔试验0 K V V防腐涂装一般环境：采用普通醇酸漆。

潮湿及其他恶劣环境：采用重防腐体系， 底漆采用无机富锌漆，中间漆采用环氧云 铁，面漆采用聚氨酯漆。

实测项目项 次 1 2 3检验项目 加 固 构 件 结 合 面 处理 钢 板 粘 贴 结 合 面 处理 钻孔深度、孔径、 螺栓植入深度合格标准 满足设计要求 满足设计要求 满足设计要求检验方法 目测 样板、目测 用尺量频数 100% 100% 20%4粘贴锚 固区粘结面积≧90%非 锚固区粘结面积 ≧85%超声探测 或敲击20%桥梁上部结构的加固技术 ——粘贴碳纤维片加固优点 适用范围轻质高强 操作简单 易于粘贴 不锈蚀由于桥梁构件普遍尺寸大、配筋 多，粘贴碳纤维增加的抗弯承载力 相对较小，一般使用在： 小型构件，如跨径小的板、楼板。

应力复杂部位，如箱梁腹板。

包柱，使受压柱形成约束混凝土。

桥梁上部结构的加固技术 ——粘贴碳纤维片加固CRFP 片材 加固类型 梁桥加固 板梁加固 抗弯 抗剪 抗弯 抗剪 抗剪 墩柱加固 抗偏压 抗震 抗弯 薄壁板加固 抗剪 抗震 适用 最佳适用 适用 适用 最佳适用 最佳适用 适用 适用 最佳适用 适用 CFRP板 最佳适用 适用 最佳适用 CFRP织物 适用 最佳适用 适用碳纤维性能规范规定[εf]＝0.007或其极限拉应变的较小值，即其 容许抗拉强度 [fp]=Ef×[εf]＝1680MPa Q235钢的抗拉强度fsd=195MPa [fp]/fsd=8.6 即粘贴一层300g/m2(厚0.167mm)碳纤维1m宽，相当于增 加了14.36cm2（3根φ25）I级钢筋，或2根φ25Ⅱ级钢筋。

桥梁上部结构的加固技术 ——粘贴碳纤维片加固材料要求碳纤维片材的主要力学性能要求性能 抗拉强度 (MPa) CFRP板 CFRP布环氧树脂粘结剂的主要性能指标性能（200C） 密度（kg/m3） 弹性模量(GPa) 剪切模量(GPa） 泊松比 拉伸强度(MPa) 剪切强度(MPa) 抗压强度(MPa) 破断拉应变(%) 近似的断裂能(Jm-2) 环氧树脂粘结剂 1100-1700 0.5-20 0.2-8 0.3-0.4 9-30 10-30 55-110 0.5-5 200-1000 25-100 45-80≥2000≥3000弹性模量 (MPa)≥1.4×105≥2.1×105伸长率(%)≥1.4≥1.4热膨胀系数(10-6/0C） 玻璃转换温度(0C）桥梁上部结构的加固技术 ——粘贴碳纤维片加固力学特点碳纤维片材受拉时呈线弹性关系直至破坏,其脆性性能与钢筋的延性有 明显的区别 碳纤维片材不具备钢筋所拥有的延性，加固后结构的延性将受到限制 碳纤维片材的延性缺乏，构件中的应力重分布将受到约束 在粘贴碳纤维片材的结构设计中不能简单地将碳纤维片材作为钢筋的 替代物，必须考虑碳纤维片材的脆性特点桥梁上部结构的加固技术 ——粘贴碳纤维片加固粘贴碳纤维片材加固施工构造要求抗弯加固构造要求 条碳纤维片材，应尽量并列布置 尽量避免碳纤维片材间的搭接，平行布置多条或多处 碳纤维片材加固时，各条或各层搭接位置应相互错开 碳纤维片材端部宜采取可靠的锚固措施 当在梁、板的正弯距区粘贴碳纤维片材加固时，对于 跨径20m以内，宜将碳纤维片材末端延伸至支座边 缘。

跨径大于20m时，碳纤维片材截断位置应满足锚 固长度的要求 对于T形或箱形连续梁，可在翼板底面粘贴碳纤维片 材进行负弯距加固，此时碳纤维片材应紧靠梁肋粘 贴，其粘贴范围宜在4倍翼板厚度以内 当碳纤维片材用于侧面加固时，碳纤维片材宜在距受 拉区边缘1/4梁高范围内 板的抗弯加固时，碳纤维片材宜采用多条密布方案 抗剪加固构造要求 在截面商的转弯处粘贴碳纤维 片材时，转角的最小半径不小 于30mm 抗剪加固最好采用封闭粘贴或U 形粘贴，条件不允许时也可采 用侧面粘贴，且宜设置端部锚 固措施 当采用碳纤维片材条带间隔粘 贴时，其净间距不应大于现行 《公桥规》规定的最大箍筋间 距的0.7倍 为提供水分散发的路径，不提 倡碳纤维片材的大面积粘贴桥梁上部结构的加固技术 ——粘贴碳纤维片加固粘贴碳纤维片材加固施工工序构件表面处理 涂刷底层树脂 找平胶修补粘贴碳纤维片材表面防护施工放样按照设计图纸对粘贴碳纤维的范围进行定位，其四 边均要比实际粘贴碳纤维区域宽3～5cm。