结构加固改造之结构加固概述—1

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1、,第一节 结构加固概述,同济大学 土木工程学院,结构加固改造理论与技术,目录,8.1 概述 8.1.1 建筑结构加固的原因 8.1.2 工程结构加固的程序 8.1.3 工程结构加固的原则 8.1.4 常见桥梁病害,概述,工程建设到一定阶段之后，主要建设方式转变为工程结构的维修改造。 加固与改造的前提是对其进行鉴定。,梁底裂缝,柱裂缝,8.1.1 建筑结构加固的原因,1.结构损伤 2.工程质量事故 3.结构耐久性 4.结构改变使用要求 以上四点均可能造成工程隐患，降低结构安全性和耐久性。,结构损伤 建造阶段：设计疏忽，施工失误 正常使用阶段：自然及人为灾害 老化阶段：损伤的积累 导致结构正常承载

2、能力下降，影响结构的耐久性。,工程质量事故 工程勘察失误 设计方案不当或计算失误 施工质量低劣 结构使用或改建不当,结构的耐久性 内因：工程材料自身特性和施工质量 外因：工程所处环境条件和防护措施,结构改变使用要求 扩大建筑面积改善使用功能，建筑物加层或整体移位。,建筑物整体移位,建筑物加层,8.1.2 工程结构加固程序,加固及改造比建新房复杂得多： 1.受建筑物原有条件限制； 2.房屋长期使用后存在很多问题； 3.材料差异。 因此，需严格遵守加固原则与加固程序。,结构加固程序,1.结构材料力学性能的检测 2.结构完损性和安全性鉴定 3.结构加固方案制订 4.结构加固施工图纸设计 5.施工过程

3、中的检查和施工后的验收,1.结构材料力学性能检测 收集原有设计施工材料，特别是竣工和验收材料。,2.结构完损性和安全性鉴定 完损性：结构目前的破损状态，以外观检查为主。 安全性：构件和结构的安全程度，以内力分析和截面验算为主。,3.结构加固方案制订 这时应考虑多种因素，最主要的是建筑物的使用要求和可能的加固施工条件。,4.结构施工图设计 特别注意加强新老结构之间的连接，保证协同工作，并注意被加固结构在施工期间的安全。,5.施工过程中的检查和施工后的验收 加固工程中两项十分重要的工作。,8.1.3 工程结构加固原则,先鉴定后加固 注意总体受力 加固方案优化 尽量利用原结构承载力 随时检查，随时消

4、除隐患 与抗震设防相结合,8.1.4 常见桥梁病害（上部结构）,钢筋混凝土及预应力混凝土简支板桥 钢筋混凝土及预应力混凝土连续板桥 钢筋混凝土及预应力混凝土简支梁桥 钢筋混凝土及预应力混凝土连续梁桥及悬臂梁桥 钢筋混凝土板拱、肋拱及箱形拱桥 ,钢筋混凝土及预应力混凝土简支板桥,跨中板底竖向裂缝,板底纵向裂缝,钢筋混凝土及预应力混凝土连续板桥,1.各跨中附近板底由下而上的多条竖向裂缝，横向有可能贯通； 2.墩顶处桥面开裂，一般都横向贯通，裂缝可有一条到多条； 3.各跨中板底附近出现纵向裂缝； 4.跨中下挠程度过大。,跨中及板顶竖向裂缝,钢筋混凝土及预应力混凝土简支梁桥,支撑端腹板斜向裂缝及跨中竖

5、向裂缝,钢筋混凝土及预应力混凝土连续梁及悬臂梁桥,牛腿处局部裂缝,锚固齿板后开裂,箱梁上下底板板纵向裂缝,箱梁腹板斜向裂缝,箱梁腹板水平裂缝,横隔板局部裂缝,钢结构主要病害,均匀锈蚀 孔蚀 缝隙腐蚀 应力腐蚀 腐蚀疲劳,缺陷退化,铆接病害 栓接病害 焊缝病害,疲劳 脆断,局部失稳 撞击,涂装病害,锈蚀,开裂,异常变形,连接病害,钢结构的涂镀层失效,涂装系统在某种条件下不能达到其潜在寿命时，可以认为涂层发生失效。 涂层失效往往并不是某个单一原因引起的，而是由于对发生在涂层工艺过程中许多方面缺乏足够注意所造成的。,局部失稳,撞击变形,特殊情况下的变形,正交异性钢桥面板,横梁（横联)与主梁腹板连接处

6、,主梁扭转引起的疲劳裂纹,主梁腹板受压区的呼吸疲劳,主梁受拉翼缘贴板端头开裂,桥梁加固新技术,粘贴纤维复合材料（FRP）加固技术 粘贴钢板加固技术 施加体外预应力加固技术 SPS钢桥面板加固技术,主要内容,FRP材料简介,FRP材料是一种新型结构材料。全称为纤维增强塑料（Fiber Reforced Plastic，即FRP）是一种以纤维作为增强材料，以纤维、纱线或织物的形式增强树脂基体的复合材料。,FRP材料样品,FRP材料的优势,FRP材料以其独特的优点常常用于加固钢筋混凝土梁和桥墩。它与钢板相有以下优点： FRP的强度更大，重量轻； 可以现场剪裁，粘贴方便； FRP材料不生锈，耐腐蚀性好

7、，因而可以用在海水、氯盐等腐蚀环境。 剪断和接长很方便，可以裁成各状，因而可以用于构件形状复杂或构件位于于狭窄空间处。,粘贴FRP材料加固主梁,施工工艺流程,1. 裂缝处理、基底处理、砼表面打磨,粘贴FRP材料加固主梁,2. 涂底胶,粘贴FRP材料加固主梁,3. 修整找平层,粘贴FRP材料加固主梁,4. 粘贴纤维材料,川黔线肖家桥粘贴碳纤维加固,粘贴FRP材料加固主梁,箱梁内部粘贴碳纤维加固,粘贴FRP材料加固主梁,箱梁外部粘贴碳纤维加固,粘贴FRP材料加固主梁,板梁桥粘贴碳纤维加固实例,粘贴FRP材料加固主梁,拱圈粘贴碳纤维材料加固,粘贴FRP材料加固主梁,铁路桥梁底粘贴碳纤维加固,粘贴FR

8、P材料加固主梁,施工工艺,粘贴FRP材料加固桥墩,基层处理,找平处理,涂刷浸渍树脂,粘贴FRP布,粘贴FRP材料加固桥墩,粘贴FRP材料加固桥墩,虎门大桥桥墩采用碳纤维材料加固前后对比,效果验证,与未加固桥墩相比，经FRP加固的桥墩的极限应力、极限应变等均有明显的增加,FRP环向粘贴能改变墩柱的破坏模式 FRP环向粘贴能显著提高墩柱的极限承载力 FRP环向粘贴能显著提高墩柱的抗震性能,粘贴FRP材料加固桥墩,FRP材料用于新建桥梁,FRP夹心桥面板由上下的FRP面层和FRP夹层粘接而成。上面层受压和下面层受拉承受弯矩，夹层部分主要承受剪力，同时连接上下面层。,FRP桥面板,FRP桥面板分类及优

9、点,FRP材料用于新建桥梁,FRP桥面实物,FRP材料用于新建桥梁,FRP新型组合桥面板,FRP材料与钢材组合 夹层钢板组合结构是夹层板结构体系（SPS）中的一种，是在两层钢板之间注入聚氨酯核芯，由弹性体芯材与钢板内表层牢固粘结而形成复合结构。夹层板在板结构中有着广泛的用途，在桥梁工程中，可以用在桥梁新结构、桥面板替换、修复等应用中。 FRP材料与混凝土的组合 混凝土受压而FRP受拉，如图所示：,FRP材料用于新建桥梁,FRP拉索,用FRP材料作为斜拉桥的拉索，可以充分发挥出FRP中纤维材料抗拉强度高、蠕变小，特别是耐腐蚀的优势。,FRP材料用于新建桥梁,拉索的典型筋材：日本CFCC拉索体系,

10、瑞士的Stork Bridge是 瑞士世界上第一座FRP斜拉索的公路桥。,FRP材料用于新建桥梁,已建成的FRP桥梁,Aberfeldy Bridge（英国）,FRP材料用于新建桥梁,FRP材料用于新建桥梁,Stork Bridge（瑞士）,FRP材料用于新建桥梁,Herning Bridge （丹麦）,FRP材料用于新建桥梁,Laroin Bridge （法国）,粘贴钢板加固技术,施工工艺,粘贴钢板加固作用与粘贴纤维布的加固作用类似，提高了建筑物的耐剪切、耐弯曲能力，延长其使用寿命，达到了增加荷载的目的。相较粘碳纤维加固，防火性能有所提高。,粘贴钢板加固技术,1. 钢板制作与砼表面处理 2.

11、 钻孔、植入锚栓,粘贴钢板加固技术,3. 涂胶、贴合钢板、加压锚固 4. 钢板防腐处理,粘贴钢板加固技术,粘贴钢板加固主梁和桥墩,粘贴钢板加固技术,粘贴钢板加固主梁梁底,粘贴钢板加固技术,粘贴钢板加固拱肋,粘贴钢板加固技术,粘贴钢板加固横隔板,粘贴钢板加固技术,粘贴钢板加固帽梁,体外预应力加固技术,技术优点 钢束的耐久性有了保证。体外预应力的钢束可检测、可更换。 体外束钢束布置在外，钢束布置简单，混凝土浇筑方便，质量容易保证。 设计较为自由。去掉布置体内束而增加的非受力结构，避免体内钢束的过分拥挤，避免因减少钢束数而采用过大直径的体内钢束。,适用性 可在不限制通行的条件下进行加固加工，既可作为

12、桥梁通过重车的临时加固手段，也可作为永久提高承载能力的措施。,体外预应力加固技术,施工工艺,体外预应力加固技术,1. 钻孔、种植钢筋,体外预应力加固技术,2. 绑扎钢筋、布置预应力管道,体外预应力加固技术,3. 立模、浇注混凝土,体外预应力加固技术,4. 安装索套管、穿索,体外预应力加固技术,5. 张拉、锚固,体外预应力加固技术,6. 管道压浆、完成体外索施工,体外预应力加固技术,采用体外预应力技术加固的小型桥梁,体外预应力加固技术,体外预应力技术加固桥梁（使用转向器）,体外预应力加固技术,体外预应力技术铁路桥梁,SPS钢桥面板加固技术,正交异性钢桥面板是现代钢桥中的标准部件, 具有轻质、高强

13、、便于安装的优点, 然而正交异性钢桥面板直接承受车轮荷载的反复冲击, 产生较高的局部应力, 桥面板和肋板的焊接连接处易发生疲劳破坏,出现疲劳裂纹, 并导致其上的原有桥面铺装层开裂, 影响桥梁的使用寿命。,SPS钢桥面板加固技术,对于发生裂纹的正交异性钢桥面板的加固方法有多种, 其中夹芯钢板系统sandwich plate system( SPS)是一种效果较好, 且施工便捷的方法。其优点有： 结构简单, 抗疲劳性能较好 刚度大, 强度高, 承载能力好 减振缓冲性能好, 使用安全 钢材使用量少, 重量轻,施工工艺 在该方法中, 首先是在现有的桥面钢板上添加周界板坯, 然后在其上添加新的钢板。在这

14、之后, 便形成一个浅的水密空腔, 然后在其中注入两种组分混合组成的弹性材料。在大约十分钟之内这两种组分会发生反应形成一种固态的弹性夹层, 把两块钢板永久地粘合在一起。,SPS钢桥面板加固技术,SPS设计示意,SPS样品,SPS钢桥面板加固技术,1 灌注孔布设,2 布设加紧梁防止钢板弯曲变形,SPS钢桥面板加固技术,SPS钢桥面板加固技术流程,3 声纳探测密实度,4 荷载试验,SPS钢桥面板加固技术,SPS钢桥面板加固技术流程,SPS钢桥面板加固技术,SPS钢桥面板用于新建桥梁,1 主梁和桥面板架设过程,SPS钢桥面板加固技术,2 桥梁架设完毕,SPS钢桥面板加固技术,3 桥面铺装和荷载试验,谢谢大家 !,同济大学 Tongji University,