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1、桥 梁梁 结 构构 常常 见 病病 害及其害及其FRP防防护、加固、修复新技、加固、修复新技术张 锡 祥重庆交通大学复合资料桥梁研讨所代 彤林同棪国际重庆工程咨询摘摘 要要 系统引见桥梁构造的常见病害及其纤维加强聚合物复合资料FRP防护、加固、修复新技术 研讨指出FRP技术是未来桥梁构造病害处治的开展方向12主主 要要 内内 容容 桥道梁常见构造病害及其FRP防护、加固、修复新技术 桥梁墩柱常见构造病害及其FRP防护、加固、修复新技术 桥梁索杆构造常见病害及其FRP防护、加固、修复新技术 结论1234 1. 1. 桥道梁常见构造病害及其桥道梁常见构造病害及其 FRP FRP防防护、加固、修复新
2、技术护、加固、修复新技术l 1.1 混凝土(RC)梁式、板式桥l 1.2 钢箱梁桥l 1.3 钢桁架桥1.1 1.1 混凝土混凝土RCRC梁式、板式桥梁式、板式桥 1.1.1 RC梁式、板式桥桥道梁、板常见构造病害 1.1.2 RC梁式、板式桥桥道梁、板FRP防护、加固修复新技术 1.1.1 RC梁式、板式桥桥道梁、板常见构造梁式、板式桥桥道梁、板常见构造病害病害 a非自然病害：设计、施工缺陷及超载、改动用途、不可抗力破坏等作用 构造强度、刚度缺乏，裂痕宽度超限，延性降低 构造承载才干极限形状 及正常运用极限形状的平安条件不满足； b) 自然病害：自然环境及老化影响 混凝土外表碳化、破碎、腐蚀
3、剥落 构造耐久性、平安性降低 1.1.2 RC梁式、板式桥桥道梁、板FRP防护、加固、修复新技术 1.1.2.1 RC梁、板FRP防护、加固、修复构造 1.1.2.2 RC梁、板FRP防护、加固、修复技术性能 1.1.2.3 RC梁、板FRP防护、加固、修复施工技术略 1.1.2.1 RC 1.1.2.1 RC梁、板梁、板FRPFRP防防护、加固、修复构造、加固、修复构造 RC RC-FRP-FRP复合梁、板构造构造复合梁、板构造构造 a) RC梁、板受拉区外缘粘贴满面粘贴或条带间隔粘贴FRP层合板抗弯及延性加固型RC-FRP复合梁、板构造图1 a； bRC梁、板受剪区侧面粘贴满面粘贴或条带间
4、隔粘贴FRP层合板抗剪及延性加固型RC-FRP复合梁、板构造图1 b； c RC梁、板截面周边包覆横向延续包覆FRP层合壳抗弯抗剪及延性、耐久性加固 型RC-FRP复合梁、板构造图1 c；a型RC-FRP梁b型RC-FRP梁c型RC-FRP梁图1 FRP加固RC梁截面构造GRPGRP层合板层合板RC RC 梁梁GRPGRP层合板层合板RC RC 梁梁RC RC 梁梁GRPGRP层合板层合板 1.1.2.2 RC 1.1.2.2 RC梁、板梁、板FRPFRP防防护、加固、修复技、加固、修复技术性能性能 RC RCFRPFRP复合梁板技复合梁板技术性能性能构造性能 a)以梁中钢筋适筋梁到达屈服极限
5、作为比较规范；型RC-GFRP复合梁及型RC-CFRP复合梁的极限承载才干可分别提高20及40左右，型RC-CFRP复合梁的极限承载才干可提高50以上承载才干极限形状比较； b)以梁的最大裂痕宽度作为比较规范，型RC-GFRP复合梁荷载到达规定的时，裂痕宽度减小3040；以规定的裂痕宽度来确定梁的承载才干，型RC-GFRP复合梁比RC梁的承载才干可提高1530左右正常任务极限形状比较； c)以梁的挠度控制造为比较规范，在RC梁破坏前，型RC-GFRP复合梁的挠度比RC梁的挠度减小不多，型RC-CFRP复合梁的挠度可减小1030，型RC-GFRP复合梁的挠度可减小2030，并且，型RC-GFRP
6、复合梁破坏前RC比梁具有更大的挠度，使RC梁的延性添加，但应留意，型RC-CFRP复合梁的延性比RC梁降低正常任务极限形状比较； d)以梁的抗剪承载才干作为比较规范；型RC-GFRP复合梁及型RC-CFRP复合梁的极限承载力比RC梁可分别提高1030及2040；型RC-CFRP复合梁的极限承载力可提高3070； e)以梁的动态疲劳性能作为比较规范，型RC-GFRP梁随着疲劳次数的添加，加固加强的效果愈明显。疲劳循环50万次后，型RC-GFRP复合梁与RC梁相比，钢筋最大应变减小约15，跨中挠度减小约40，开裂高度减小约15，裂痕宽度减小约70，疲劳循环200次的寿命增大约2倍。防护性能 FRP
7、资料本身耐腐蚀、耐老化，在对RC梁、板进展修复和抗弯、抗剪、抗裂、抗振、抗疲劳加固的同时，能对RC梁、板外表进展封闭防护，阻止有害气体和雨水进入裂痕腐蚀钢筋，还能防止混凝土外表碳化，提高构造的耐久性。1.2 1.2 钢箱梁桥钢箱梁桥 1.2.1 钢箱梁常见构造病害 a)自然病害：主要表现为钢箱锈蚀呵斥的壁厚减薄、强度、刚度、稳定性及耐久性下降； b)非自然病害：主要表现为设计施工缺陷及构造超载、改变用途，不可抗力等要素作用呵斥的构造强度、刚度、稳定性、耐久性缺陷 1.2.2 钢箱梁FRP防护、加固、修复新技术 1.2.2.1 钢箱梁FRP防护、加固、修复构造 1.2.2.2 钢箱梁FRP防护、
8、加固、修复技术性能 1.2.2.3 钢箱梁FRP防护、加固、修复施工技术略 1.2.2.1 1.2.2.1 钢箱梁钢箱梁FRPFRP防护、加固、修复构造防护、加固、修复构造 集钢箱梁S箱梁防护、加固、修复为一体的有效方法，是沿钢箱梁的截面周边包覆FRP层合壳构成S-FRP复合箱梁图2图2 S-FRP复合箱梁截面构造单箱单室钢箱梁单箱单室钢箱梁FRPFRP层合壳层合壳单箱单室钢箱梁单箱单室钢箱梁FRPFRP层合壳层合壳 1.2.2.2 1.2.2.2 钢箱梁钢箱梁FRPFRP防护、加固、修复技防护、加固、修复技术性能术性能 a S-FRP复合箱梁的强度、刚度由S箱梁的剩余强度、刚度及新增FRP箱
9、壳的补充强度、刚度合成，决议复合箱梁的承载、跨越才干； b FRP箱壳既是复合箱梁的承力构造之一，又是复合箱梁的围护构造，二者既能衔接结实、变形协调、共同任务并提高箱梁的抗振、抗疲劳性能，还能一劳永逸地处理S箱梁的防锈问题并提高构造的耐久性； c FRP箱壳壁厚较薄，自重较轻，对原S箱梁的构造自重及截面尺寸增加可忽略不计，但其阻止了S箱梁因锈蚀导致的壁厚继续减薄、强度、刚度下降的构造病害发生，实践提高了S箱梁的构造平安性； d CFRP的强度是构造钢材的10倍，弹性模量与其相当，GFRP的强度是构造钢材的8倍，弹性模量为其1/3左右，二者的耐疲劳性能均优于钢材，故FRP箱壳对S箱梁既不会构成附
10、加约束而添加约束内力，也不会先于S箱梁破坏而使构造防护、加固、修复失效。1.3 1.3 钢桁架桥钢桁架桥 1.3.1 钢桁架桥常见构造病害 a) 自然病害：主要表现为桁架固锈蚀呵斥的桁架杆件截面尺寸减小、构造强度、刚度、稳定性、耐久性下降； b) 非自然病害：主要表现为设计、施工缺陷及构造超载、改动用途、不可抗力破坏等要素作用呵斥的桁架部分或整体构造强度、刚度、稳定性、耐久性缺陷 1.3.2 钢桁架桥FRP防护、加固、修复新技术 1.3.2.1钢桁架FRP防护、加固、修复构造 1.3.2.2钢桁架FRP防护、加固、修复技术性能 1.3.2.3钢桁架FRP防护、加固、修复施工技术略 1.3.2.
11、1 1.3.2.1钢桁架桥钢桁架桥FRPFRP防护、加固、修复构造防护、加固、修复构造 a) 桁架杆件防护、加固、修复技术想象图3 b) 桁架整体封锁防护、加固、修复构造图4图4 复合桁箱梁截面构造图3 复合桁架杆件截面构造聚氨酯硬质泡沫聚氨酯硬质泡沫GRPGRP层合壳层合壳角角 钢钢GRPGRP层合壳层合壳空空 间间 钢钢 桁桁 架架1.3.2.2 1.3.2.2 钢桁架钢桁架FRPFRP防护、加固、修复技术性能防护、加固、修复技术性能 a) 复合桁架杆件构造，基于单根桁架杆件的防护、加固和修复，以提高单根桁架杆件的刚度增大桁架构造的总刚度，修复后桁架的外轮廓外形不变、构造受力方式不变，仍是
12、经过结点传力的杆件受力体系； b)复合桁箱梁构造，基于整体桁架的防护、加固和修复，以新增FRP外箱壳补充原桁架的强度、刚度、稳定性并兼作围护构造，修复后的桥梁外形、构造受力方式有较大改动，由经过结点传力的杆件受力体系变为以杆件为加劲肋的肋板复合箱梁构造； c)两种构造都能很好地封锁桁架杆件，防止水、气介质腐蚀钢桁架，防止其截面尺寸锈蚀减小，强度、刚度消弱的构造隐患，还能省却钢桁架日常养护的除锈蚀刷漆繁重任务和大量费用； d)复合桁架杆件构造设计简单，施工复杂、费用较高，仍处于研讨实验阶段，效果有待于实际检验； e)复合桁箱梁构造设计复杂、施工简单、费用较低，已用于桥梁防护、加固、修复工程、效果
13、较好。 2. 2. 桥梁墩柱常见构造病害及其桥梁墩柱常见构造病害及其FRPFRP防护、防护、加固、修复新技术加固、修复新技术 2.1 桥梁墩柱常见构造病害 主要表现为振动时易发生剪切脆性破坏，混凝土易压碎、劈开和剪切裂痕较多。 2.2 桥梁墩柱FRP防护、加固、修复新技术 2.2.1 RC墩柱FRP防护、加固、修复构造 2.2.2 RC墩柱FRP防护、加固、修复技术性能 2.2.3 RC墩柱FRP防护、加固、修复施工技术略2.2.2 RC2.2.2 RC墩柱墩柱FRPFRP防护、加固、修复技术性能防护、加固、修复技术性能 构造性能 a) 墩柱受压时，FRP层合壳约束阻止RC墩柱横向膨胀，可以提
14、高混凝土的抗压强度，并改善混凝土的变形性能，从而提高墩柱的极限承载力提高1080，并减缓墩柱的破坏过程； b) 墩柱受剪时，FRP外壳可防止RC柱中纵向钢筋切断截面周围的剪切破坏，对混凝土的约束作用比箍筋对混凝土的约束作用更为直接和有效，同时使墩柱的延性显著改善提高30以上，从而对减轻地震引发的桥梁墩柱剪切脆性破坏具有明显的改善作用。 防护性能 a) FRP外壳既是RC-FRP复合墩柱的外层承力构造，又是RC墩柱的外层围护结构； b) FRP外壳对RC墩柱构成密贴封锁防护，可防止RC墩柱混凝土外表碳化和腐蚀介质渗入裂痕锈蚀钢筋，提高构造的耐久性。 2.2.1 RC 2.2.1 RC墩柱墩柱FR
15、PFRP防护、加固、修复构造防护、加固、修复构造 a) 先对RC墩柱裂痕压注EP修复，再根据墩柱的受力特点采用环向包覆FRP层合壳或环向包覆FRP层合壳加纵向粘贴FRP层合板构成RC-FRP复合墩柱； b)对于环向包覆FRP层合壳的矩形截面RC墩柱的柱角要先倒圆角再缠包，以减小角点应力集中。拱桥立柱CFRP抗压、抗剪加固实例 3. 3. 桥梁索杆构造常见病害及其桥梁索杆构造常见病害及其FRPFRP防护、防护、加固、修复新技术加固、修复新技术 3.1 桥梁索杆构造常见病害 主要表现为构造受力和环境腐蚀呵斥的索、杆外表防护失效，危及构造平安运用。 3.2 桥梁索杆构造FRP防护、加固、修复新技术
16、3.2.1 桥梁索杆构造FRP防护、加固、修复构造 3.2.2 桥梁索杆构造FRP防护、加固、修复技术性能 3.2.3 桥梁索杆构造FRP防护、加固、修复施工技术略 3.2.1 3.2.1 桥梁索杆构造桥梁索杆构造FRPFRP防护、加固、修复构造防护、加固、修复构造 a) 新桥索杆的外表防护构造 在张紧的高强钢丝束或高强粗钢筋束的外围直接挤拉成型与钢丝、钢筋束连成构造整体的FRP索杆外壳构成外表防护； b) 旧桥索杆的防护、加固、修复构造 在桥梁运用形状下，现场缠绕成型与索杆已损伤的PE护壳连成整体的FRP外壳，对索杆进展防护、加固和修复。吊桥吊索的GFRP防护外壳构造GRP防护套管A-A桥梁
17、钢拉吊索GRP护套管外壳t1=12GRP护套管内壳t2=23A吊桥吊索吊索护套管立面吊索护套管立剖聚氨酯泡沫锥形体减振块紧固螺栓橡胶减振块桥顶面A 3.2.2 3.2.2 桥梁索杆构造桥梁索杆构造FRPFRP防护、加固、修复技术防护、加固、修复技术性能性能 a) FRP吸振、消能、抗断裂、耐疲劳的性能优于高强钢筋、钢丝和PE，故比PE更能与索杆钢筋、钢丝共同任务、协调变形，即使在长期疲劳振动形状下，也不易开裂和疲劳失效，不会发生PE那种在高应力形状和动态疲劳下的界面剥离及外表龟裂景象，从而杜绝水、气渗入索杆钢筋、钢丝的通道，一劳永逸地处理桥梁拉索、吊索、吊杆的防锈问题； b)FRP与高强钢丝束
18、或高强粗钢筋复合而成的复合索杆，因钢丝束或粗钢筋与FRP外壳之间加有纵向FRP纤维，一方面增大了索杆的纵向强度和刚度，另一方面还增大了钢丝束或粗钢筋与FRP外壳之间的衔接效果，故在复合索杆中起着 承力与防护的双重作用； c)对于受损的桥梁索杆，可在桥梁运营形状下对索杆外包纵横向加强的FRP外壳对索杆进展补强加固和修复。桥梁索杆构造桥梁索杆构造FRPFRP防护、加固、修复工程例如防护、加固、修复工程例如 4. 4. 结论结论 4.1 FRP用于混凝土桥的防护、加固和修复，不仅可封锁裂痕和提高极限承载才干，更重要的是使原桥的延性增大，开裂减弱，下挠征兆明显，动态疲劳性能提高，防止混凝土桥因超载、地
19、震等要素呵斥的突发脆性破坏等灾难性事故； 4.2 FRP用于钢桥的防护、加固和修复，不仅可防止构造尺寸因锈蚀减薄、强度、刚度下降的构造加固效果，提高钢桥的运用寿命，还可一劳永逸地处理钢构造的防锈问题，节约日常维涵养护费用； 4.3 FRP用于桥梁墩柱及索杆构造的防护、加固和修复，外加FRP壳与RC墩柱或桥梁索杆构成RC-FRP复合墩柱或S-FRP复合索杆，起着承力和防护的双重作用，还可极大地改善桥梁墩柱的延性，实现桥梁索杆营运形状下的不换索防护、加固和修复； 4.4 FRP用于桥梁构造的防护、加固和修复，不仅有着常规资料难以到达的技术经济优势，还使以前许多难以处理的桥梁防护、加固、修复难题如构造尺寸、桥下净空不允许较大改动、施工场所遭到限制、恶劣腐蚀介质环境的桥梁防护、加固和修复等迎刃而解，因此可以预言，FRP技术将是未来桥梁构造防护、加固、修复的开展方向。 谢 谢
