桥梁检测与维修加固报告.docx

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桥梁检测与维修加固报告

桥梁检测与维修加固

课程报告

报告标题：

桥梁结构实验报告

班级：

土木1015

姓名：

马浩

学号：

2010118506430

昆明理工大学城市学院

2013年04月17日

摘要：

随着桥梁使用年限的增长以及桥梁负荷的日趋增大,我国很多桥梁均出现了破损，因此研究如何修复这些桥梁已成为当今桥梁设计的重要课题。

通过对目前我国大部分桥梁修复的实例分析,桥梁加固是维修病害桥梁、提高桥梁承载能力的最基本、最常用的方法,提出了桥梁加固的基本原则，论述了桥梁加固的常见方法及其机理、特点，给出了桥梁加固的方案选择标准。

随着桥梁使用年限的增长以及桥梁负荷的日趋增大,我国很多桥梁均出现了破损，因此研究如何修复这些桥梁已成为当今桥梁设计的重要课题。

通过对目前我国大部分桥梁修复的实例分析,桥梁加固是维修病害桥梁、提高桥梁承载能力的最基本、最常用的方法,提出了桥梁加固的基本原则，论述了桥梁加固的常见方法及其机理、特点，给出了桥梁加固的方案选择标准。

关键词：

荷载试验;静载试验;动载试验；加固原则；加固方法；加固机理；加固特点；加固方案选择

第1章桥梁加固

1.1桥梁加固的原因

桥梁是公路的咽喉,其使用功能的好坏直接影响整条线路的畅通,既有公路中设计标准较低的桥梁严重制约了公路运输事业的发展，有桥梁已不能适应当前的设计标准要求。

同时,随着国民经济的发展,交通量和车辆载重不断加大,公路交通的负荷日趋增大,使部分早期设计修建的桥梁的既有损伤不断加重,加速了桥梁的老化、破损。

特别是修建年代早、设计标准低的桥梁,病害严重,已不能维持正常使用,而只能限速限载通行,甚至不得不关闭交通,严重影响和制约了交通运输和地方经济的发展。

1.2桥梁加固的步骤与基本原则

一般来说，桥梁的加固包括现有桥梁的改造及病害桥梁的修复。

其中，现有桥梁的改造一般是由于现在交通运输量的增长、设计荷载标准的提高、公路路基宽度的拓宽等使一些桥梁已不能满足当前交通运输的要求而进行改造；病害桥梁的修复一般是由于桥梁材料的老化，运营养护的不当等使一些桥梁出现了病害而进行维修。

桥梁的加固与桥梁的设计一样，除了应满足设计规范，符合技术可行、经济合理、结构安全的原则外，还必须经过一定的程序和步骤，这就是所谓的加固概念设计。

1.2.1、桥梁结构由于结构失效或损伤经评估不能满足结构安全或正常使用要求时，必须进行加固。

加固设计的内容及范围，应根据评估结论和委托方提出的要求确定，可以包括整体桥梁，也可以是指定的区段或特定的构件；

1.2.2、建立既有桥梁维修、加固、重建的经济分析模型，通过分析比较，选择技术可行、经济合理、对现有交通干扰较小的方案实施，以保证改造后的桥梁能安全运营；

1.2.3、根据需要改造桥梁的评估结论及经济分析，当得知现有桥梁可以通过加固、维修达到使用要求的结论后，再提出桥梁加固的设计方案；

具体做法原则：

（1）对于大桥、特大桥，其主要承重构件需要加固补强时，加固设计方案应大于2个，进行方案比选和经济评估，选择最佳加固方案；

（2）加固设计及施工尽量不损坏原结构，并保留具有利用价值的构件，避免不必要的拆除或更换；

（3）加固设计应与施工方法紧密结合，并采取有效措施，保证新老结构连接可靠、协同工作；

（4）加固设计应按结构实际损坏情况进行计算；

（5）在加固施工中，应尽可能减少对桥上和桥下的通行车辆及行人的干扰，采取必要的措施，减少对周围环境的污染；

（6）在施工过程中，若发现原结构或相关工程隐蔽部位的构造有严重缺陷时，应立即停止施工，会同加固方案设计者进行研究，待采取有效措施处理后，方能继续施工；加固施工中，应采取安全监测措施，确保人员及结构安全。

总之，在具体的加固设计中，必需首先明确这种加固原则，才能做到“牢固可靠、简便耐用、经济适用”。

1.3桥梁常见加固的方法

桥梁加固，就是通过一定的措施使构件乃至整个结构的承载能力及其使用性能得到提高，以满足新的要求。

也就是要针对桥梁所发生的不能满足继续使用的状况进行处理。

加固的原因有桥梁耐久性差和年久老化、设计失当或施工质量差等。

通过桥梁加固后，可以延长桥梁的使用寿命，用少量的资金投入，使桥梁能满足交通量的需求，还可以缓和桥梁投资的集中性，预防和避免桥梁坍塌造成的人员和财产的损失。

加固的方法主要分为上部结构加固、下部结构加固。

1.3.1、上部结构加固：

桥梁上部结构主要由桥面、主梁和支座组成。

桥梁上部结构加固通常是加固主梁。

主梁因制造材料不同有钢梁和圬工梁之分，其加固也可分为钢梁加固和圬工梁加固等。

钢梁加固　按加固方法和加固的程度分为钢梁局部加固和钢梁全面加固。

钢梁局部加固是对一些不能满足承载要求的杆件和联结部位进行的加固。

一般采用的方法是:

增大杆件截面、增多铆钉数量或加大铆钉直径;缩短杆件的自由长度；补充联结系杆件和拼接板等。

钢梁全面加固指改变主梁结构形式所进行的加固。

圬工梁加固　一般用增加圬工梁截面的方法进行加固。

加固时，应充分注意加固部分同原梁的连接，使圬工梁的新旧部分能共同起作用。

拱桥加固可因桥拱跨度不同而采取不同方法。

小跨度的拱桥可在拱上铺设钢筋混凝土板分担原有拱桥的载重；大跨度的拱桥可在拱圈下加衬拱。

1.3.2、下部结构加固：

桥梁下部结构主要由桥墩、桥台和桥梁基础组成。

其加固可分墩台加固和基础加固两个方面。

墩台加固　桥梁墩台局部损坏严重，影响行车安全时,在未彻底修理前可进行临时加固,常用的办法有：

在墩台旁增设排架，以减轻原有墩台载重；墩台顶如有损坏，可安装钢轨骨架加固。

　　桥梁墩台水下部分的修理和加固，可根据水深、河床地质和加固施工用料等条件采用不同的方法。

常用的方法是设置围堰（有土质、草或麻袋、套箱、板桩等），以便进行抽水和施工。

如抽水有困难，可进行不抽水施工，即用钢筋混凝土套箍或套箱下沉到河底，然后在套箍或套箱与桥墩间全部灌注水下混凝土将损坏处完全包裹起来。

　　基础加固　桥梁基础加固的方法有：

当基底土壤或桩基承载力不足时,可采取加宽基础,或压注浆料加固土层以增强基底承载力。

浅基墩台除采用局部或整孔防护措施外，还可以用加深基础的方法进行加固。

例如对于小墩台基础可用分段开挖加深基础的方法进行加固，施工时应采取临时措施，不使原有墩台受力。

也可采用钻孔桩法加固。

这种方法在墩台周围布置钻孔桩，在钻孔达到要求深度或岩层的情况下，再围绕墩台在桩头上修筑钢筋混凝土承台，并和原墩台连成整体，以加固基础。

1.4几种其他加固方法介绍

1.4.1、体系转换加固法

改变结构体系加固旧桥通常是指增设附加构件或进行技术改造，使桥梁的受力体系和受力状况发生改变，从而起到减小承重构件的应力，改善桥梁性能，达到提高承载能力的目的。

这种技术具有提高结构承载力，增大结构刚度，减小挠度等优点。

常使用的方法有：

拱桥转换为梁拱式拱上建筑法；梁桥转换为梁拱组合体系法；简支转连续法；多跨简支梁转为先简支后桥面连续体系法；增加辅助墩法等。

以上加固方案形式各异，但加固实质相同，即均是为所加固的桥梁加入新的支撑点，缩短梁的计算跨径，从而提高结构承载力。

1.4.2、增加构件加固法增加构件加固法主要是指增设纵梁提高承载能力或拓宽改建，增加横隔板加强横向联系。

当墩台地基安全性能好，并具有承载能力，上部结构也基本完好，但其承载能力不能满足要求，同时要求加宽桥面时，一般采用增加承载能力高和刚度大的新纵梁使新旧梁互相联结共同受力。

对于要进行拓宽改造的则还需要对墩台进行拓宽。

常使用的方法根据增加构件及新旧主梁联合受力形式可分为：

增设纵梁加固（不拓宽桥面）；增设边梁加固；单边拓宽技术改造；双边拓宽技术改造；增加辅助横梁加固。

目前，在很多桥梁加固改造中，同一座桥梁，针对不同的部位、不同的构件、不同的改造原因同时采用了几种不同的方法。

如宜宾马鸣溪金沙江大桥的加固，采用了增加构件加固法、粘贴钢板加固法、碳纤维加固法、桥面层补强加固法；西藏尼木大桥的加固，采用了粘贴钢板加固法、碳纤维加固法、桥面层补强加固法；绍兴斗门大桥的加固，采用了增加构件加固法、桥面层补强加固法，等。

1.4.3、桥梁墩台与基础加固

（1）扩大基础加固法桥梁基础扩大底面积的加固方法，称为扩大基础加固法。

此法适应于基础承载力不足或埋置太浅，而墩台又是砖石或混凝土刚性实体或基础时的情况。

当构造物基础具有较大的不均匀沉降，并且地基土质比较坚实时，可以采用扩大基础法进行加固。

而对于扩大部分基础底部的地基承载力不足的问题，可采取在扩大部分基础下打入一定数量的桩以提高地基承载力，桩的参数根据地基变形计算来加以选定。

扩大基础加固法，施工比较简单。

缺点是它必须使新老基础连成一体共同承受上部荷载，故其加固费用较高，而且加固效果也不易控制。

（2）高压旋喷注浆加固法高压旋喷注浆，就是先利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻入土层的预定位置，旋转并以一定的速度提升，同时将浆液或水以高压流的形式从喷嘴里射出，冲击破坏土体，高压流切割并搅碎土层，使其成颗粒状分散，一部分被浆液和水带出钻孔，另一部分则与浆液搅拌混合，随着浆液的凝固，组成具有一定强度和抗渗能力的固结体，从而对地基进行加固的一种加固方法。

旋喷注浆加固法，用途广泛，加固地基的质量可*而且效果好，成本低，加固效果明显，且施工便捷，目前已逐渐成为我国常用的对桥梁墩台基础处理方法之一。

（3）粘贴钢板加固法、碳纤维加固法桥梁墩台的加固改造也可以采用粘贴钢板加固法、碳纤维加固法增加墩台的刚度,提高墩台的抗弯、抗压和抗剪能力,其加固方法、加固机理与2.1.4及2.1.5一致,在此就不再详述。

1.5加固方案的选择

加固方案与诸多因素有关，选择合理的加固方案非常重要，常考虑下列因素：

1.5.1桥梁结构型式；

1.5.2桥位地形、水文、自然状况；

1.5.3桥梁现状分析研究结论；

1.5.4施工技术水平；

1.5.5能否封闭交通；

1.5.6预期加固效果；

1.5.7资金投入量。

上述各种常见加固方法可综合运用，优化组合，更能体现出加固效果及经济效益，但还应注意以下几点：

（1）不同的加固方法有对应的设计计算方法；

（2）加固后的桥梁结构承载能力提高幅度受原结构的制约，如原结构配筋率、截面尺寸等，不可能无限制地提高承载能力；

（3）对于大跨径复杂桥梁结构的加固计算，一般要做结构整体分析，有效工具是有限元法，必要时应考虑非线性影响。

第2章桥梁检测

2.1桥梁表观检查分析与评价

表观检查包括桥梁整体与局部构造几何尺寸的量测、结构病害的检查与量测等,表观检查的项目和要求对不同的桥型有不同的侧重点。

表观检查要达到可以定量反映桥梁结构状况,依据相关规范评定桥梁技术等级的要求。

结构资料的调查包括了解桥梁的原结构设计、施工工艺及过程以及桥梁的结构维修养护历史等。

材料检测主要是指桥梁结构材料的无损或微损检测。

对于钢筋混凝土桥梁来讲,主要是混凝土与钢筋的相关检测,包括混凝土的强度等级、碳化深度、与耐久性有关的含碱量和氯离子含量,以及钢筋的锈蚀状况、保护层厚度测试等。

表观检查和材料检测技术及相关测试仪器设备发展很快,是桥梁无损检测的重点研究领域。

测试仪器设备及相关技术研究在国外桥梁无损检测研究方面占有很大的比重,相继研制成功或正在研制融合电、磁、雷达、数字信号处理等相关学科的高技术成套测试仪器和设备。

如用于桥面板检测的双频带红外线自动温度成像系统;用于桥面板检测的探地雷达成像系统;整桥测量的激光雷达;整桥测量的无线电脉冲发器等。

2.2桥梁承载力的荷载检测法

2.2.1　静载试验检测方法

静载试验检测法通过对桥梁进行静载试验,量测与桥梁结构性能相关的参数,与桥梁工作性能相关的主要参数有变形、挠度、应变、裂缝等。

通过静载试验,可测出这些参数,从而分析得出结构的强度、刚度及抗裂性能,据此判断桥梁的承载能力。

混凝土桥梁的静载试验,一般需进行以下测试内容。

（1）结构的竖向挠度、侧向挠度和扭转变形。

每个跨度内至少有3个测点,并取得最大的挠度及变形值,同时观测支座下沉值。

有时测试也为了验证所采用的计算理论,要实测控制截面的内力、挠度纵向和横向影响线。

（2）记录控制截面的应力分布,并取得最大值和偏载特性。

沿截面高度不少于5个测点,包括上、下缘和截面突变处。

有些结构需测试支点及附近、横隔板附近剪应力和主拉应力,此时需将应变计布成应变化。

（3）支座的伸缩、转角,支座的沉降;墩顶位移及转角。

（4）仔细观察是否已出现裂缝,出现初始裂缝时所加的荷载,仔细表明裂缝出现的位置、方向、长度、宽度及卸载后闭合情况。

如果结构的控制截面变形、应力或裂缝扩展,在尚未加到预计最大试验荷载前,已提前达到或超过设计标准的允许值,应立即停止加载,同时注意观察裂缝扩展情况,撤离仪器和人员。

（5）细观察卸载后的残余变形。

对于特殊结构而言,如悬索桥和斜拉桥,尚需观察索力和塔的变位并进行支座的测定。

2.2.2　动载试验检测方法

动力荷载试验的目的在于研究桥梁结构的动力性能,该性能是判断桥梁运营状况和承载能力的重要标志之一。

比如,动力系数是确定车辆荷载对桥梁动力作用的重要技术参数,直接影响到桥梁设计的安全与经济性能;桥梁过大的振动可引起乘客和行人的不舒适;桥梁自振频率处于某些范围时,可由外荷载引起共振的危险。

这是以前动力检测的主要目的。

但是最近10年以来,研究者试图扩大动力检测方法的范围和功能,原理主要如下:

结构损失的发生必然导致结构参数（刚度、阻尼和内部荷载）的改变。

如果恰当地估计这些变化,就能给结构损伤状态的评估提供一个量化的方法。

利用振动方法对桥梁进行损伤检测的基础是从桥梁振动模态的变化中能够估计出桥梁结构参数的变化。

桥梁振动模态通常可用常规的试验模态分析测试方法得到。

在桥梁的不同位置布置测点,通过结构损伤前后由这些测点记录的信息可提取出的桥梁振动模态特性参数的变化,以此来确定结构损伤发生的位置、大小及结构损伤的类型。

桥梁的动力试验,主要是围绕冲击系数做文章,实际的动力试验包括以下内容:

（1）测定桥跨结构在车辆荷载下的强迫振动特性,如冲击系数、强迫振动频率、动位移和动应力等。

（2）测定桥跨结构的自振特性,如自振频率、振型和阻尼特性等。

2.3桥梁检测技术的发展趋势

2.3.1桥梁无损伤检测技术

传统的桥梁检测方法主要依赖于动静载试验和检测人员的现场目测,辅以混凝土硬度实验、超声波探测、腐蚀作用实验等多种检测手段。

进入20世纪90年代,随着现代传感与通信技术的发展,无损检测技术更是出现了前所未有的发展势态,先后涌现出一大批新的检测方法和检测手段,使无损检测技术向着智能化、快速化、系统化的方向发展。

近年来,致力于桥梁检测的研究人员提出了许多成功的方法对桥梁进行非破坏性评估。

一些新的方法被广泛应用于桥梁检测,如利用相干激光雷达测试桥梁下部结构的挠度,利用全息干涉仪和激光斑纹测量桥体表面的变形状态,利用双波长远红外成像检测桥梁混凝土层的损伤,利用磁漏摄动检测钢索、钢梁和混凝土内部的钢筋等。

随着振动实验模态分析技术的发展,运用振动测试数据进行结构动力模型修正理论得到了充分的发展,为桥梁结构的安全检测开辟了新的途径。

基于振动模态分析技术,人们研究发现结构的动力响应是整体状态的一种度量,当结构的质量、刚度和阻尼特性发生变化时,选用结构振动模态作为权数,对结构损伤前后的模态变化量进行加权处理,从而实现对单元损伤的识别和有效定位。

2.3.2桥梁结构损伤识别技术

（1）小波分析损伤识别法。

由于小波分析适合分析非平稳信号,因此可作为损伤识别中信号处理的较理想的工具,用它来构造损伤识别中所需要的特征因子,或直接提取对损伤有用的信息。

小波分析在损伤识别中的应用是多方面的,如:

奇异信号检测、信噪分离、频带分析等。

（2）神经网络损伤识别法。

神经网络在损伤识别中的基本思路是:

首先,用无损伤系统的振动测量数据来构造网络,用适当的学习方法确定网络的参数;然后,将系统的输入数据送入网络,网络就有对应的输出,如果输入过程是成功的,当系统特性无变化时,系统的输出和网络的输出应该吻合;相反,当系统有损伤时,系统的输出和网络的输出就有一个差异,这个差异就是损伤的一种测度。

2.4国外桥梁检测技术发展动向

2.4.1已启动的研究程序

（1）先进的桥面板检测系统,包括双带远红外热成像系统、地面渗透雷达等。

（2）先进的桥梁测试和健康监测系统,包括全桥监测系统的无线电发送、精确的差分式全球定位系统测量桥梁变形、应用钢传感器对桥梁超载进行测量和监测等。

（3）先进的疲劳裂纹探测和评估系统,包括测桥梁裂纹的新型超声波和磁分析仪系统、热成像系统、便携式声发射系统、无线应变测量系统、微波探测和定量分析、无源疲劳荷载测量设备和电磁声发射传感器等。

（4）先进的锈蚀探测和评估技术,包括磁漏探测技术、探测先张法压浆空隙的冲击—反射系统、埋入式锈蚀微传感器以及以磁为基础的测量系统。

（5）用强迫振动响应法定量评估桥梁下部结构、用激光振动计测量斜拉索索力以及量化的无损检测方法与桥梁管理系统结合的课题。

2.4.2探索性的研究项目

（1）声发射技术的基础性研究,发展一种改进的宽带E探测器,它有能力产生（信号）并探测不同受力模式下的疲劳裂纹。

（2）磁力控制传感器的研究。

（3）用微波技术对疲劳裂纹进行探测和定量分析。

（4）光纤和其他微传感器。

第3章结　语

通过对桥梁进行检测可以得知,桥梁的运营状态,确保其安全使用。

传统检测方法在精度和简便性等方面有所不足。

随着计算机和科学技术的快速发展,人工智能将广泛地运用在各类桥梁结构的检测试验和分析上。

同时,学科交叉现象日益普遍,一些高新技术的最新研究成果应用于桥梁无损检测技术的研究,必将推动桥梁检测技术的飞速发展。

桥梁的加固维修问题已经成为世界普遍关注的课题，为了规范、指导桥梁加固技术的应用，交通部在2001年西部交通建设科技项目中设定了“公路旧桥检测评定与加固技术研究及推广应用”项目，旨在通过该课题的研究提出一整套完整的、实用的公路桥梁检测、评定与加固成套技术，为我国公路危旧桥的改造提供技术支持，确保危旧桥的改造工作科学合理、经济安全。

新的旧桥检测、评定、加固方面的规范即将出台，届时，桥梁加固将会做到“有法可依”。

参考文献：

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[2]刘沐宇,袁卫国1桥梁无损检测技术的研究现状与发展[J]1中外公路,2002,22（6）.

[3]铁志杰121世纪桥梁管理的无损检测[J]1国外桥梁,1999,（4）.

[4]韦融军,马科,黄林根1谈柳江大桥桥测[J]1山西建筑,2005,（18）

[5]公路桥梁加固设计规范（JTG/TJ22-2008）人民交通出版社

[6]公路桥梁加固施工技术规范（JTG/TJ23-2008）人民交通出版社