桥梁加固设计理念剖析与商榷PPT课件

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1、桥梁加固设计理念剖析与商榷 问题的提出 从技术角度分析，目前我国桥梁加固设 计存在的主要问题是对桥梁加固设计的特 殊性认识不足，加固设计理念不清，加固 设计思想不明确。有些桥梁加固设计机械 地套用新建桥梁的设计方法，忽略了桥梁 带载加固分阶段受力特点和结构损伤的影 响；个别加固设计只做宏观定性分析，缺 少科学的定量分析，设计带有很大的随意 性。 解决这一问题，必须从加强桥梁加 固设计特殊性的认识和加固作用机理 分析入手，提高工程技术人员和领导 决策层的理论认识水平。 理性认识才能认清事物的本质，清晰 而明确的解决问题的思路是科学决策 的基础。 科学发展观讨论与 桥梁加固设计理念思考 在全党深入

2、学习和落实科学发展观的今 天,面对我国桥梁加固市场日益增长的巨大 需求,在充分肯定成绩的同时,认真地总结我 国桥梁加固事业走过的路,对于涉及加固设 计理念的原则性问题进行冷静的分析和思 考是十分必的. 本文的目的是“抛砖引玉”,愿与桥梁的同 行共同思考、讨论与榷商 1从被动加固到主动加固的思考 1.1桥梁加固设计的特点 桥梁结构自重大，一般均采用带载加固 。构件自重及先期恒载产生的内力由原梁 承担，活载（车辆荷载）及后加恒载产生 的内力由加固后的组合截面承担，加固设 计计算必须考虑分阶段受力的影响，这是 桥梁加固设计区别于一般结构设计的最大 特点。 1.2被动加固与主动加固的受力分析 加固薄弱

3、构件的方法很多，从工作原理上可划 分为被动加固和主动加固两大类： （1）直接加筋类被动加固 在被加固构件的受拉区（或抗剪)薄弱区直接增设 抗拉（或抗剪）补强材料，例如：补焊钢筋、粘 贴钢板、粘贴高强复合纤维材料。这种加固方法 从作用原理上属于被动加固范畴。后加补强材料 被动受力，只承担活载（车辆荷载）和后加恒载 引起的内力。 (2)预应力主动加固 对布置在被加固构件受拉区（或抗剪)薄 弱区的后加补强材料施加预应力，形成预 应力加固系统，例如：体外预应力加固和 采用锚固于被加固梁体上的预应力筋，然 后喷注高性能抗拉复合砂浆，将其与被加 固梁体粘结为一体的有粘结预应力加固等 。从工作原理上讲，预应

4、力加固属 于主动加固，后加补强材料主动受力，靠 预加力的作用，改善原梁的工作状态，间 接达到加固补强的目的。 1.3后加补强材料应变（应力）滞后 直接加筋类加固构件后加补强材料只 承担活载（车辆荷载）及后加恒载产 生的内力，与原梁钢筋相比，其应变 （应力）相对滞后，一般情况下在极 限状态时，其应力是达不到抗拉强度 设计值。 计算结果表明，采用直接粘结高强 复合纤维的被动加固方案，由于受分 阶段受力的影响，后加补强材料应变 （应力）滞后，后加补强材料的高抗 拉性能很难发挥作用，“大马拉小车” 是一种极大的浪费。特别是在倡导建 设节约型社会的环境下，这种盲目的 浪费是值得我们深思的。 1.4解决后

5、加补强材料应变（应力） 滞后的根本途径 解决后加补强材料应变（应力）滞后的根 本途径是变被动加固为主动加固，对后加 补强材料施加预应力，做成预应力加固体 系。 靠预应力筋的主动受力，从根本上解决 后加补强材料的应变（应力）滞后，提高 后加补强材料的利用效益，以最少的成本 ，创造最佳的加固效果。 2 积极推广预应力主动加固技术是 承载力加固的首选方案 承载力加固是确保结构安全工作的 基础，设计时必须考虑桥梁带载加固 分阶段受力特点，后加补强材料应变 （应力）滞后是影响加固构件工作性 能、制约后加补强材料利用效率和控 制加固工程成本的瓶颈。 预应力技术是20世纪最具革命性的 结构构思，已广泛用于土

6、木和建筑工 程。 针对桥梁带载加固后加补强材料应 变（应力）滞后的先天不足，预应力 加固技术在桥梁加固中的应用具有更 为特殊的意义。 预应力加固从根本上解决了后加补强材料 应变（应力）滞后问题，可以充分发挥后 加补强材料的高抗拉性能，提高后加补强 材料的利用效率；由于预加力的作用改善 了原梁的应力状态，可以提高原梁的承载 力和抗裂性能。 正截面抗弯加固要加预应力，斜截面抗 剪加固也要加预应力。 2.1桥梁结构预应力加固体系 （1）体外预应力加固体系 体外预应力加固是把具有防腐保护的预应力筋 布置在梁体的外部（或箱梁），对梁体施加预加 力，靠后增设的转向装置调整体外预应力筋的方 向，以适应内力沿

7、梁长方向的变化。 体外预应力加固特别适用于大跨径预应力混凝 土连续箱梁和连续T构箱梁桥的加固。 其关键技术是体外预应力筋的锚固、转向和防 腐保护问题。 （2）无粘结预应力加固体系 无粘结预应力技术是将具有防腐保护的预应 力筋布置在梁体的内部，待混凝土硬化后张拉 预应力筋，对梁体施加预加力。 将无粘结预应力技术推广用于桥梁加固，其 核心问题是解决为锚固无粘结预应力筋而增设 的混凝土支承保护层与被加固梁体的可靠粘结 问题。 无粘结预应力加固，特别适用于中、小跨径 钢筋混凝土T形梁的加固，构造简单，施工方 便。 3）高强复合纤维预应力加固体系 采用锚固、粘贴在梁体外部（或箱内） 的高强复合纤维布条（

8、或板条）对梁体施 加预加力。 这种加固体系目前尚处于试验研究阶段 ，其关键技术是解决适应于桥梁加固现场 施工的预应力纤维布（板）的张拉、锚固 和张拉后纤维布条（或板条）与被加固梁 体的可靠粘结问题。 （4）有粘结预应力加固体系 有粘结预应力加固体系是采用锚固 于被加固梁体上的高强钢丝，23股 钢绞线或小直径粗钢筋，对梁体施加 预加力，然后喷注具有较高抗拉强度 的复合砂浆，将预应力筋与被加固梁 体粘结为一体，构成有粘结预应力加 固体系。 2.2有粘结预应力加固 所用材料及构造要点 （1）预应力钢筋种类、张拉和锚固 用于有粘结预应力加固体系的预应力钢筋 ，可采用2股或3股钢绞线、高强螺旋肋钢 丝、

9、小直径精轧螺纹钢等国产钢材。 由于用于旧桥梁加固的预应力筋应力损失 较小，张拉控制应力较低，对某些情况下 （例如斜截面加固）甚至可以采用小直径 的HRB400和HRB335热轧钢筋做预应力筋 。 小直径精轧螺纹钢筋采用配套的 螺帽固，采用测力扳手扭紧螺帽的 办法进行张拉。 2股或3股钢绞线采用配套的夹片锚 具锚固，采用小型千斤顶进行张拉 。 小直径热轧钢筋采用与锚固于梁体 上的钢垫板焊接，采用横向拉紧变 形法进行张拉。 预应力筋采用锚固于梁体上的支 承角钢（或垫板）固定，支承角钢 （或垫板）与被加固梁体的锚固方 式因原梁钢筋布置的情况而异，可 以采用膨胀螺栓（或植筋），亦可 采用膨胀螺栓（或植

10、筋）与胶结（ 或焊接）相结合的方式。 小直径精轧螺纹钢筋采用配套的 螺帽固，采用测力扳手扭紧螺帽的 办法进行张拉。 2股或3股钢绞线采用配套的夹片锚 具锚固，采用小型千斤顶进行张拉 。 小直径热轧钢筋采用与锚固于梁体 上的钢垫板焊接，采用横向拉紧变 形法进行张拉。 (2)高性能抗拉复合砂浆 选择和喷注厚度 有粘结预应力加固体系依靠喷注的高性 能抗拉复合砂浆，将预应力筋与被加固梁 体粘结为一体,构成有粘结预应力加系统. 后喷的高性能抗拉复合砂浆与原梁混凝 土的可靠粘结是保证两者共同工作的基础. 复合砂浆的高抗拉性能和抗碳化及有害 介质的侵蚀能力是保护钢筋免于锈蚀，提 高结构耐久性的前提。 复合砂

11、浆的选择应突出粘结抗剪强度、抗 拉强度和收缩等三项主要指标。 用于梁底受拉区的复合砂浆的抗拉强度标 准值应不低于6Mpa，与原梁混凝土的抗剪 粘结强度标准值应不低于7Mpa，复合砂浆 硬化后不能出现宽度大于0.1mm的收缩裂 缝。 复合砂浆的主要性能指标应通过试验方 法确定。 2.3有粘结预应力加固案例分析 （1）用有粘结预应力体系对钢筋混凝 土T形梁进行正截面抗弯加固 图1所示为采用有粘结预应力体系对钢筋 混凝土T形梁正截面抗弯承载力加固补强的 构造示意图。 在梁肋的底面增设预应力钢筋，其数量 由受力要求确定，预应力筋长度，应根据 全梁各截面的抗弯承载力要求确定。 图1正截面加固示意图 （2

12、）采用有粘结预应力体糸对钢筋 混凝土T形梁进行斜截面抗剪加固 图2为采用横向拉紧变形法张拉的有粘结 预应力斜截面加固示意图。 在靠近支点的第一个横隔梁区段范围的腹 板上出现大量的斜裂缝，主拉应力过大， 斜截面抗剪承载力不足。 采用横向拉紧变形法张拉的有粘结预应力 斜截面加固方案。 图2采用横向拉紧变形法张拉的有粘预应力斜截面加固示意图 （注：图中虚线表示张拉前预应力筋的位置， 实线表示张拉后预应力筋的折线位置） （3）采用有粘结预应力体系对空心板梁进行正截 面抗弯加固 图3所示为采用横向拉紧变形法张拉预应力对空 心板梁桥加固的构造示意图。 在板底增设平行布置的小直径（1216）普 通热轧钢筋（

13、HRB355或HRB400），钢筋间距 为（100200）mm。 钢筋两端焊接在固定于原梁底板两端的锚固钢 板条上。 在钢筋的中部位置，对相邻两根钢筋施加横向 拉紧力，将钢筋拉紧并固定呈折线形（图3a和图 3b ）。 图3 采用横向拉紧变形法张拉预应力对空心板梁桥加固的构造示意图 （图中虚线为张拉前钢筋位置，实线为张拉后钢筋位置） 2.4有粘结预应力加固效果分析 理论分析和工程实践表明，采用有粘结预应力加 固体系对T形梁、空心板及箱形梁桥的正截面进行 加固，可以根据结构受力要求，较大幅度地提高 梁的正截面抗弯承载力； 在梁底喷注的复合砂浆，可以保护后加预应力筋 免于锈蚀，在腹板两侧喷注的复合砂

14、浆增加了混 凝土保护层的厚度，提高了原梁混凝土抗碳化和 抗有害介质侵蚀能力，减缓原梁钢筋的腐蚀速度 ，提高了整个结构的耐久性。 此外，后喷注的复合砂浆层加大了原梁的截面 尺寸，提高了结构的抗弯刚度，对解决活载变形 或振动过大问题也是有利的。 采用横向拉紧变形法张拉的有粘结预应力斜截 面加固方法，构造简单，施工方便，可以有效地 提高加固材料利用效率，提高斜截面抗剪承载力 ，两侧喷注的复合砂浆，加大了腹板厚度，既可 减少主拉应力，又可保护钢筋免于腐蚀，提高了 结构的耐久性。 综上所述，采用有粘结预应力加固体系，可以 达到承载力加固和耐久性加固的双重目的，既可 提高结构承载力，以满足提载加固的受力要

15、求， 又可全面提高原梁的耐久性，延长结构的使用年 限。同时对解决结构变形和振动问题也会有所帮 助。 有粘结预应力加固体系特别适用于中 、小跨径的钢筋混凝土T形梁和空心板 梁的加固，尤其是对高速公路和城市 立交工程中大量采用的中等跨径的钢 筋混凝土及预应力混凝土连续箱梁桥 ，由于受箱梁高度限制，在箱内布置 体外预应力筋有困难的情况下，采用 在箱梁底部增设预应力筋，然后喷注 高性能抗拉复合砂浆的有粘结预应力 加固体系是理想的加固方案之一。 黑龙江哈同公路蚂蚁河2号桥 主梁加固(2004年) 河北省京沪高速漳卫新河岔河 大桥加固(2006年) 山西省太旧高速公路太原武宿立交 L匝道桥加固(2008年

16、) 3 高强复合纤维的材料在桥梁加固中 的合理应用 20世纪90年代以来，高强复合纤维加固 技术在我国发展很快，在构件的受拉（或 受剪）薄弱区段直接粘贴高强纤维布（或 板）的加固方法在桥梁加固中盛行一时。 采用缠绕粘贴高强复合纤维对墩柱包裹的 约束加固也有所应用。高强复合纤维预应 力加固尚处于实验研究阶段，实际应用不 多。 31粘贴高强复合纤维加固机理和 加固效果分析 前已指出，在受拉区（或受剪）薄弱部 位直接粘贴高强复合纤维材料的加固方法 ，从作用原理上属于被动加固范畴，后加 补强材料只承载活载产生的内力，与原梁 钢筋相比，其应变（应力）相对滞后，一 般情况下在极限状态时其应力达不到抗拉 强度设计值。 以目前大量采用的直接粘贴碳纤维布（强 度标准值为3350Mpa)加固的钢筋混凝土T 形梁为例： 对于原梁的配筋率为4.5%的情况，极限 状态下碳纤维的应力只有776.6Mpa，此值 只相当于其抗拉强度标准值的23%； 对于原梁配筋率为2.9%的情况（在实际 工程中，这种情况是不多见的），极限状 态下碳纤维的应力为2260Mpa，相当于其 抗拉极限强度标准值的67%。 计算结果表明，采用