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公路桥梁维修加固与改造技术
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
9加强薄弱构件 9增加或更换桥梁构件 9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
钢板表面处理 被粘混凝土和
胶粘剂配制 涂 胶 粘 贴 加固构件 卸荷
检验与试验
固定加压
防腐处理
固 化


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 V
2.5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。

混凝土基底处理
缺 陷 修 补
基底打磨
修 补 完 成


涂刷底胶
底胶与面胶不同，其内应含有与有机物及无机物均能亲和的功能键，能渗入混凝土内部一定深度。

修整找平层
构件表面凹陷使碳纤维布粘贴不严密而造成起鼓，同时碳纤维出现局部弯曲，降低了其加固效果，采用找
碳纤维布下料
(1)碳纤维布切口横向用宽胶带纸粘贴固定，在宽
涂刷浸渍胶
涂刷浸渍胶
粘贴碳纤维
将裁剪好的碳纤维布卷成桶状，由一端向另一端粘贴。

先用刮刀沿着纤维方向刮压，再用罗拉沿着纤维方向滚压。

禁止刮刀、罗拉在纤维横向赶压。

涂刷面胶
用滚筒刷在碳纤维表面均匀涂抹面胶，使碳纤维充分被浸润。

涂刷后罗拉沿纤维方向滚压2-3次，使纤维内部浸透粘结胶，但不得将已粘好的
质量检验
外观检查的病害
缺陷修补方法
空鼓修补：注入粘结树脂，切割回填树脂，补贴
切割回填树脂修补
拉拔试验
正拉粘接强度≥2.5MPa，且为混凝土内聚破坏
不合格试
件
合格试件
实测项目
项次检验项目合格标准检验方法频数
1 构件表面处理满足设计要求目测100%
2 粘贴位置偏差小于10mm 用尺量100%
3 粘贴质量有效粘贴面积≧95％指压和敲击20%
4 现场取样检验混凝土破坏取样机 2%～3%。