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1、1 桥梁文化概论桥梁文化概论 Chongqing JiaoTong UniversityChongqing JiaoTong University 桥梁加固桥梁加固设计设计 向中富 2 桥梁存在的主要问题 3 桥梁与普通结构物的不同点桥梁与普通结构物的不同点 涉及面广 跨径（规模）大 空间性极强 设计与施工密切相关 施工难度与风险极大 4 影响桥梁发展的因素影响桥梁发展的因素 桥梁事业发展与进步的前提： 桥梁设计理论发展 桥用材料性能提高 桥梁施工技术进步 桥梁管养水平提升 5 桥梁事故桥梁事故 桥梁功能：跨越承载的工程结构 开放公共的大众建筑 形式多样的人文景观 沟通交流的社交渠道 桥梁事故
2、后果：对国家形象、经济发展、社会运转、百姓 生活 等产生不利影响。 6 桥梁事故桥梁事故 施工事故结构或施工设备垮塌、人员伤亡、质量事故 。 运营事故桥梁垮塌、人员伤亡、交通中断。 事故原因人为因素（历史局限、决策失误、管理混乱） 自然灾害（地震、洪水、泥石流、滑坡、崩塌 落石、风灾、冰灾、火灾及其次生 灾害） 桥梁病害（开裂、下挠。） 7 中国已成为世界桥梁大国？中国已成为世界桥梁大国？YESYES 1988年，全国共有桥梁12万余座, 2013年，全国桥梁数超过70万座， 中国已成为桥梁大国！ 8 中国已成为世界桥梁强国？中国已成为世界桥梁强国？NONO 中国还称不上世界桥梁强国的原因之一
3、是： 质量控制还不够理想 桥梁质量评价体现在“安全、功能。”。 其中：安全性保证桥梁服役期没有风险； 功能性保证桥梁正常服役。 9 服役桥梁问题、病害服役桥梁问题、病害 缺少标志、标牌，管理失控： 超载、火灾。 桥面防排水失效： 影响正常安全行车、导致结构安全隐患。 铺装、栏杆破损、残缺： 影响行车、行人安全、车辆冲击增加结构受力负担。 10 服役桥梁问题、病害服役桥梁问题、病害 支座安全精度差，伸缩装置、支座破损、失效： 改变桥梁结构受力模式，危及结构稳定及受力安全。 桥梁结构开裂、破损： 结构强度降低，危及结构承载能力安全。 桥梁强度、稳定和刚度不满足使用要求： 危及结构使用安全。 11
4、服役桥梁存在的主要问题服役桥梁存在的主要问题 混凝土桥梁加速下挠： 桥梁破坏的前兆！必须及时评估判断！ 1977年建造的世界最大跨径混凝土梁桥（241米），1993年测得 的跨中下挠1.4米，1996年3月采用8根体外索加固，6个月后垮塌。 桥梁基础冲刷： 危及桥梁安全！ 12 服役桥梁问题、病害服役桥梁问题、病害 桥梁火灾 重庆某桥被严重烧伤 13 服役桥梁问题、病害服役桥梁问题、病害 船只撞击垮塌 广东某桥 江苏某桥 14 服役桥梁问题、病害服役桥梁问题、病害 超载导致垮塌 山西某桥在182吨重负 下终于未能挺住 15 服役桥梁问题、病害服役桥梁问题、病害 桥梁洪灾 辽宁某桥被洪水冲垮 1
5、6 服役桥梁问题、病害服役桥梁问题、病害 地震灾害 17 服役桥梁问题、病害服役桥梁问题、病害 桥梁钢结构结构缺陷、锈蚀、疲劳等导致垮塌： 18 服役桥梁问题、病害服役桥梁问题、病害 桥梁混凝土涂装保护不够： 主要针对腐蚀环境中的钢筋混凝土结构，以日本为例，混凝土涂 装的发展经历了较长过程： 60年代 混凝土结构大量使用，曾认为不需维护 70年代 混凝土裂纹，钢筋锈蚀 80年代 腐蚀严重，国土交通部制定混凝土修复标准 90年代 高速道路管理集团制定混凝土涂装及FRP补修基准 2000年 路桥集团制定了混凝土块剥落防止对策手册 19 桥梁问题、病害的主要原因桥梁问题、病害的主要原因 发展速度与基
6、础研究、技术储备间存在矛盾 规范不够完善 设计、施工对工程的责任意识不够 监理作用发挥不够 施工质量欠佳 管理养护不到位 20 混凝土简支、简支连续梁桥主要病害混凝土简支、简支连续梁桥主要病害 栏杆破损 桥面铺装破损 支座周围堵塞、卡死、锈蚀、 剪切破坏、偏压破坏 伸缩缝破损、堵塞抵死 锥坡垮塌 桥头跳车 预制吊装空心板铰缝破损（单板受力）、空心板顶板破损 预制吊装T梁横隔板联接破损（降低结构整体受力性能） 21 混凝土简支、简支连续梁桥主要病害混凝土简支、简支连续梁桥主要病害 原有设计荷载标准低，结构承载力不满足现行荷载要求 结构开裂（简支梁跨中横向开裂、跨端腹板斜向开裂）、钢 筋锈蚀、预应
7、力损失等导致承载力不足 梁体超限下挠，不满足正常使用要求 超载导致结构受损甚至垮塌 支座原因、墩旁堆载、墩旁施工等引起桥墩偏位 桥台开裂、位移 冲刷引起墩台基础悬空 船撞、车撞引起墩台、梁体受损 22 连续梁、连续刚构桥开裂连续梁、连续刚构桥开裂 近年来，由于在设计方法、施工质量控制和运营养护中存在的 诸多缺陷和不足，大跨径连续梁、连续刚构桥往往建成时间不 长就出现病害，最主要是开裂和超限下挠。不但导致养护费用 的大幅增加，损害桥梁的美观，更重要的是造成交通运营和结 构安全度的降低，其发展受到严重制约。 23 裂缝形态裂缝形态 箱梁裂缝： 影响结构刚度和耐久性 24 裂缝形态裂缝形态 箱梁裂缝
8、： 影响结构刚度和耐久性 25 裂缝原因裂缝原因 设计主拉应力控制 主拉应力限值偏高，以50#混凝土为例，JTJ 023-85规范主拉应力的控 制限在2.42.7MPa，同期先进国家的规范主拉应力的控制限在1.0MPa 左右仅为85规范的一半甚至更低。我国2004桥规已大幅调低了主拉应力 限值到1.0MPa左右。 主拉应力的计算由于不考虑箱梁的空间效应而造成计算值偏低。 腹板厚度减薄的分界点不适当。腹板厚度变化对箱梁截面应力状态的 变化通常十分敏感，一般箱梁设计腹板厚度变化处取在1/4跨处，往往造 成1/4跨截面的正应力、剪应力和主拉应力较大的提升。 26 裂缝原因裂缝原因 设计主拉应力控制
9、梁高变化曲线采用不合理。梁高收得过快将直接导致截面内的剪应 力和主拉应力的快速升高，在1/4跨断面会造成主拉应力控制紧张。 边跨偏长则其整体刚度偏小，在恒载与活载作用下，梁端现浇段会 出现较大的主拉应力。 27 裂缝原因裂缝原因 设计箱梁温度应力的控制 箱梁桥的温度场受到桥梁走向、材料特性、截面构造和环境条件的影 响。由于箱梁的空间几何闭合特性，其箱梁的温度应力的控制远比T梁 复杂。箱梁温度梯度产生的应力比活载产生的应力还要大。顶、底板和 腹板的水平裂缝占有不小的开裂比例，温差控制的不足不能不说是造成 箱梁断面薄弱部位纵向开裂及腹板斜裂缝的重要原因。 28 裂缝原因裂缝原因 设计箱梁的预应力设
10、计 传统上，除有顶、底板束外还有下弯束、上弯束以及连续束，配束复杂 ，施工不便。上世纪80年代末仅采用顶、底板束，完全依赖竖向预应力抗 剪的直束布束方式。由于没有弯束，90%的腹板长度都没有纵向预应力束 穿过，混凝土的施工获得了极大的改善，同时钢束不弯折预应力损失也大 为降低，遗憾的是：采用直束布束方式预应力箱梁桥，其腹板开裂程度要 远大于弯束布置的方式。原因是：竖向预应力不可靠，特别在梁高较小梁 端，跨度1/41/2梁段。 横向束布置不合理，包括顶板、底板。 29 裂缝原因裂缝原因 施工预应力施工控制的影响 为了抢工期，混凝土箱梁节段施工周期为往往仅5-7天。实际中， 多数在3天就开始预应力
11、束筋张拉，给桥梁的承载能力带来无法挽回 的影响：预应力损失增大、收缩徐变增加，是桥梁下挠和开裂的重要 原因。 30 裂缝原因裂缝原因 施工预应力施工控制的影响 预应力束、筋孔道压浆饱满度始终是一个难题。 有效预应力、预应力不均匀度控制不力也有影响。 预应力失效。 施工混凝土质量施工控制影响 混凝土的质量也是导致箱梁桥开裂的一个重要因素。包括蜂窝、麻面、 孔洞、露筋、剥落、起鼓、坑槽、渗水、预应力管道未压浆或不饱 满、钢筋锈胀，混凝土干缩、漏浆、胀模和浇、拼接缝不平和开裂 等。 31 裂缝原因裂缝原因 施工混凝土质量施工控制影响 箱梁混凝土强度高是其优点，但同时水化热和收缩也大，抗拉强度与抗压
12、强度的比较普通混凝土低，对混凝土的配比设计以及施工养护提出了更高 的要求。 高强混凝土设计中水泥和水的用量是关键，水泥含量过高产生水化热高， 很容易在箱梁混凝土内形成温度场，产生自生应力。水泥含量低，则强度 不能保证。 32 裂缝原因裂缝原因 养护超载影响 桥梁使用荷载超过设计荷载，导致结构受力开裂，如箱梁横桥向开裂、腹 板斜向剪力裂缝、箱梁顶板纵向裂缝等。 养护桥面铺装破损导致车辆冲击影响 桥梁使用荷载长期对箱梁进行冲击，尤其是处于下坡路段末端的桥梁，容 易导致箱梁顶板破损、裂缝等。 33 连续梁、连续刚构桥水害连续梁、连续刚构桥水害 桥面排水不畅，致使桥面积水，不但影响行车安全，还导致箱
13、梁结构受到渗水侵蚀。 桥面防水构造缺失或破损（尤其是施工用空洞未封填），导致 箱梁结构受到渗水侵蚀和箱内积水、淤泥。 桥头排水处治不到位，导致箱内积水，严重影响结构安全。 34 连续刚构桥超限下挠连续刚构桥超限下挠 主梁超限下挠： 影响结构承载力和使用功能 桥名桥型竣工年主跨（m）下挠量（mm） 黄石大桥连续刚构1995245305 虎门大桥辅航道桥连续刚构1997270222 三门峡黄河公路大桥连续刚构1992140220 重庆江津长江大桥连续刚构1997240320 广东南海金沙大桥连续刚构1994120220 大河铺大桥连续刚构1994150270 主梁突变下挠： 结构存在重大安全隐患，
14、需高度重视 35 拱桥主要病害拱桥主要病害 桥面系、下部结构病害与梁桥类似 主拱圈横向、纵向开裂 实腹式拱桥拱上侧墙外移、与拱圈分离 梁式拱上建筑病害与梁式桥类似 中下承式拱桥吊杆、系杆防护破损及钢筋锈蚀、锚头积水及 锈蚀 钢管混凝土拱桥拱圈防护破损及锈蚀 拱圈变形（下挠、外倾）、拱脚变位（竖、水平向位移、转 动） 36 拱桥主要病害拱桥主要病害 37 拱桥主要病害拱桥主要病害 38 拱桥主要病害拱桥主要病害 主拱圈突发开裂或裂缝不断发展 主拱圈轴线突发变形 主拱圈拱脚突发变位 中下承式拱桥吊杆、系杆病害 拱圈恒载（拱上及悬吊结构）及布置改变 39 斜拉桥主要病害斜拉桥主要病害 桥面系及下部结
15、构与梁、拱桥梁类似 斜拉索防护破损、钢筋锈蚀甚至断裂 斜拉索减震构造失效，导致斜拉索疲劳断裂 主梁纵向减震构造失效 斜拉索锚头积水、锈蚀 桥塔、主梁开裂（混凝土）、锈蚀（钢结构） 桥塔主梁线形、位置变化 40 斜拉桥主要病害斜拉桥主要病害 41 斜拉桥主要病害斜拉桥主要病害 斜拉索索力突变 桥塔、主梁线形突变 桥塔、主梁突发开裂 斜拉索减震构造失效 42 悬索桥主要病害悬索桥主要病害 桥面系及下部结构与梁、拱桥类似 主缆防护破损、积水，导致钢筋锈蚀甚至断裂 索鞍卡死、锈蚀 隧道锚周围岩体松动、受到施工等扰动，影响锚固效果 隧道锚锚室内积水、除湿设备损坏，导致主缆锚固构造锈蚀 吊杆防护破损、积水、导致钢筋锈蚀甚至断裂。 吊杆锚头积水、锈蚀 索塔、加劲梁开裂（混凝土）、锈蚀（钢结构） 桥塔、加劲梁线形、位置变化 43 悬索桥主要病害悬索桥主要病害 44 悬索桥主要病害悬索桥主要病害 主缆严重锈蚀、索鞍卡死 隧道锚周围岩体松动、受到施工等扰动 桥塔、主梁突发开裂 支座、伸缩缝卡死 45 钢结构桥梁主要病害钢结构桥梁主要病害 锈蚀。 杆件变形。 开裂、焊缝脱落。 联接构造破坏。 螺栓断裂脱落。 腐蚀。 46 充分认识设计的主导地位 大多数工程问题均与设计缺陷、设计不当有关。 如何避免设计缺陷，提高其设计的合理性、可靠性是摆在设计者面前 的一个课题，设计者必须充分认识设计的主导地位，将
