桥梁结构常见病害.ppt
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1、2019/6/4,第七届全国建筑物鉴定与加固学术会议,1,桥 梁 结 构 常 见 病 害及其 FRP防护、加固、修复新技术,张 锡 祥 重庆交通大学复合材料桥梁研究所 代 彤 林同棪国际(重庆)工程咨询有限公司,2019/6/4,第七届全国建筑物鉴定与加固学术会议,2,摘 要,系统介绍桥梁结构的常见病害及其纤 维增强聚合物复合材料(FRP)防护、加固、修复新技术 研究指出FRP技术是未来桥梁结构病害处治的发展方向,1,2,2019/6/4,第七届全国建筑物鉴定与加固学术会议,3,主 要 内 容,桥道梁常见结构病害及其FRP防护、加固、 修复新技术 桥梁墩柱常见结构病害及其FRP防护、加固、修复
2、新技术 桥梁索杆结构常见病害及其FRP防护、加固、修复新技术 结论,2019/6/4,第七届全国建筑物鉴定与加固学术会议,4,1. 桥道梁常见结构病害及其 FRP防护、加固、修复新技术,1.1 混凝土(RC)梁式、板式桥 1.2 钢箱梁桥 1.3 钢桁架桥,2019/6/4,第七届全国建筑物鉴定与加固学术会议,5,1.1 混凝土(RC)梁式、板式桥,1.1.1 RC梁式、板式桥桥道梁、板常见 结构病害 1.1.2 RC梁式、板式桥桥道梁、板FRP 防护、加固修复新技术,2019/6/4,第七届全国建筑物鉴定与加固学术会议,6,1.1.1 RC梁式、板式桥桥道梁、板常见结构病害,a)非自然病害:
3、设计、施工缺陷及超载、改变用途、不可抗力破坏等作用 结构强度、刚度不足,裂缝宽度超限,延性降低 结构承载能力极限状态 及正常使用极限状态的安全条件不满足; b) 自然病害:自然环境及老化影响 混凝土表面碳化、破碎、腐蚀剥落 结构耐久性、安全性降低 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),2019/6/4,第七届全国建筑物鉴定与加固学术会议,7,1.1.2.1 RC梁、板FRP防护、加固、修复
4、构造 RC -FRP复合梁、板结构构造,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); b)RC梁、板受剪区侧面粘贴(满面粘贴或条带间隔粘贴)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(横向连续包覆)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,2019/6/4,第七届全国建筑物鉴定与加固学术会议,8,1.1.2.2 RC
5、梁、板FRP防护、加固、修复技术性能 RC FRP复合梁板技术性能,结构性能 a)以梁中钢筋(适筋梁)达到屈服极限作为比较标准;型RC-GFRP复合梁 及型RC-CFRP复合梁的极限承载能力可分别提高20及40左右,型RC-CFRP 复合梁的极限承载能力可提高50以上(承载能力极限状态比较); b)以梁的最大裂缝宽度作为比较标准,型RC-GFRP复合梁荷载达到桥规 规定的时,裂缝宽度减小3040;以桥规规定的裂缝宽度来确定梁的承载 能力,型RC-GFRP复合梁比RC梁的承载能力可提高1530左右(正常工作极 限状态比较); c)以梁的挠度控制作为比较标准,在RC梁破坏前,型RC-GFRP复合梁
6、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复合梁破坏前RC比梁具 有更大的挠度,使RC梁的延性增加,但应注意,型RC-CFRP复合梁的延性比RC 梁降低(正常工作极限状态比较);,d)以梁的抗剪承载能力作为比较标准;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20 40;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标准,型RC-GFRP梁随着疲劳 次数的增加,加固增强的效果愈明显。疲劳循环50万次后,型RC- G
7、FRP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,裂缝宽度减小约70,疲劳循环200 次的寿命增大约2倍。 防护性能 FRP材料自身耐腐蚀、耐老化,在对RC梁、板进行修复和抗弯、 抗剪、抗裂、抗振、抗疲劳加固的同时,能对RC梁、板表面进行封 闭防护,阻止有害气体和雨水进入裂缝腐蚀钢筋,还能防止混凝土 表面碳化,提高结构的耐久性。,2019/6/4,第七届全国建筑物鉴定与加固学术会议,10,1.2 钢箱梁桥,1.2.1 钢箱梁常见结构病害 a)自然病害:主要表现为钢箱锈蚀造成的壁厚减薄、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
8、工缺陷及结构超载、改 变用途,不可抗力等因素作用造成的结构强度、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、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),2019/6/4,第七届全国建筑物鉴定与加固学术会议,11,1.2.2.1 钢箱梁FRP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,2019/6/4,第七届全国建
9、筑物鉴定与加固学术会议,12,1.2.2.2 钢箱梁FRP防护、加固、修复技术性能,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 壳的补充强度、刚度合成,决定复合箱梁的承载、跨越能力; b) FRP箱壳既是复合箱梁的承力结构之一,又是复合箱梁的围护结构, 二者既能连接牢固、变形协调、共同工作并提高箱梁的抗振、抗疲劳性能, 还能一劳永逸地解决S箱梁的防锈问题并提高结构的耐久性; c) FRP箱壳壁厚较薄,自重较轻,对原S箱梁的结构自重及截面尺寸增 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 降的结构病害发生,实际提高了S箱梁的结构安全性;
10、d) CFRP的强度是结构钢材的10倍,弹性模量与其相当,GFRP的强度是 结构钢材的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箱梁既不会构成附加约束而增加约束内力,也不会先于S箱梁破坏 而使结构防护、加固、修复失效。,2019/6/4,第七届全国建筑物鉴定与加固学术会议,13,1.3 钢桁架桥,1.3.1 钢桁架桥常见结构病害 a) 自然病害:主要表现为桁架固锈蚀造成的桁架杆件截面尺寸减小、 结构强度、刚度、稳定性、耐久性下降; b) 非自然病害:主要表现为设计、施工缺陷及结构超载、改变用途、 不可抗力破坏等因素作用造成的桁架局部或整体结构强度、刚度、稳定性
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