公路旧桥加固技术 1.ppt

“公路旧桥加固技术”,任课教师： 胡兆同 教授 博士生导师 联系方法： 邮编：710064 地址：陕西省西安市南二环路中段 长安大学公路学院桥梁系 电话：029-82334831 13679277002 Email: hztgl.chd.edu.cn,公路旧桥加固技术,长安大学公路学院,公路桥梁加固规范,引言,1.1 加固的基本原则 1.2 加固工作程序 1.3 加固设计方案的比选原则 与要求,1.1 加固的基本原则,（1）桥梁结构不能满足结构安全或正常使用要求时，必须进行加固。 （2）加固后的桥梁结构整体寿命应恢复到原设计的桥梁寿命。 （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）对于大桥、特大桥，应有多个加固方案，并进行方案比选、经济评价和可行性研究报告。,1.1 加固的基本原则（续）,（5）加固设计及施工应尽量不损伤原结构，避免不必要的拆除或更换。 （6）加固设计应根据加固后结构的实际应力情况和实际的边界条件进行承载力验算。 （7）在加固施工过程中，应尽可能减少对交通的干扰，并采取措施，减小对环境的污染。 （8）加固施工过程中，应采取安全监测措施，确保人员及结构安全。,1.1.1 桥梁改造加固方案设计的原则,根据桥梁使用功能、病害检测分析和鉴定评估结果，桥梁结构加固设计应分为： 承载力加固（强度加固）； 使用功能加固（刚度加固）； 耐久性加固； 和抗震加固等四种情况。,1.1.1 （续）, 承载力加固是确保结构安全工作的基础，是桥梁改造加固设计的核心内容，其内容包括正截面抗弯承载力加固和斜截面抗剪承载力加固两部分。 承载力加固一般是采用加大截面尺寸和配筋等方法补充承载力的不足，设计时应考虑桥梁带载加固分阶段受力的特点，注意新加补强材料与原结构的整体工作。 使用功能加固是确保桥梁正常工作的需要，主要是对活载变形或振动过大的构件，通过加大截面尺寸，增加截面刚度等方法予以加强，以满足结构使用功能要求。,1.1.1 （续）, 耐久性加固是指对结构损伤部位进行修复和补强，以阻止结构损伤部分的性能继续恶化，消除损伤隐患，提高结构的可靠性，提高结构的使用功能，延长结构使用寿命。 抗震加固是对遭受地震破坏或可能遭受地震破坏的结构进行修复和补强、提高结构的延性和整体工作性能、增强结构的抗震能力。,1.1.1 （续）,在对桥梁结构病害检测分析和鉴定评估的基础上，根据技术经济条件和使用要求，有针对性地制定加固方案，是桥梁改造加固方案设计的重要内容。 桥梁改造加固设计应注意各种加固方法的综合利用，通过调整结构内力，尽量地减轻原有桥梁的负担，将加固补强的工作量压缩到最少。,1.2 加固工作程序,桥梁现状评价,加固工程可行性研究报告,加固工程施工图设计,加固工程施工监理招标,施工组织设计,加固施工,竣工验收,1.2.1 桥梁现状评价,桥梁现状评价是建立在对桥梁技术状况、各部位缺陷、病害进行全面细致的检查与检测基础上，对其进行使用功能评价和承载能力评价。 （1） 使用功能评价 设计技术标准： 包括原设计荷载标准、桥面净空、孔径、基础埋置深度等是否满足运营要求；,1.2.1 （续）,桥涵各部件完好程度： 各部件能否保持正常使用，如桥面平整度、伸缩缝、泄排水设施、支座、栏杆、人行道等构件的完好状况。 上下部承重结构质量状况，有无裂缝、腐蚀、风化、疲劳等破损现象及挠曲、沉陷等位移变形现象，以及对桥梁整体正常使用功能的影响程度；,1.2.1 （续）, 桥梁养护状况及意外事故的分析： 是否经常对桥梁进行检查、养护；养护难易程度，经常性养护费用及养护材料、机具设备消耗情况；有无发生过意外事故，发生事故的几率，处理发生事故难易程度等，并对影响桥梁使用功能进行分析，做出评价。,1.2.2 承载能力评价,承载能力评价包括以下内容： 原结构检算 原结构检算是基于原设计图纸（无图纸时，应实测有关设计结构尺寸参数），对桥梁结构承载能力极限状态、正常使用极限状态和桥梁地基与基础的承载能力进行验算。 基于检测结果的承载能力评定 根据桥梁结构或构件的检测评判结果，确定承载能力检算系数、恶化系数和截面折减系数以及活载影响修正系数的合理取值，对桥梁结构承载能力极限状态、正常使用极限状态和桥梁地基与基础的承载能力进行评定。,1.2.2 （续）,荷载试验鉴定 当通过桥梁调查检测与检算分析不足以鉴定桥梁承载能力时，可采取荷载试验测定桥梁在荷载作用下的实际工作状态，结合桥梁调查、检测与检算来评定桥梁的承载能力。,1.2.3 加固工程可行性研究报告,根据桥梁使用功能和承载能力评价的情况，如果桥梁主要承重构件需要进行加固，则应委托有加固设计经验的单位进行加固工程可行性研究工作。 公路旧桥加固工程可行性研究报告编制办法（草案）,1.2.4 加固工程施工图设计,加固工程可行性研究报告经评审并补充完 善后，经有关部门批准后，方可进行加固工程 施工图设计工作。 1.2.5 加固工程施工、监理招标 加固工程施工图设计评审通过后，进行加 固工程施工、监理招标。,1.2.6 施工组织设计,由中标施工单位编制加固施工组织设计， 经监理批复后，开始施工。 1.2.7 施工 施工时应采取确保质量和安全的有效措施， 并应遵照有关现行桥梁规范进行施工。 1.2.8 竣工验收 按公路旧桥加固工程竣工验收办法 （草稿）进行验收。,1.3 加固设计方案的比选原则与要求,1.3.1 进行加固方案比选时，应遵循以下原则： （1）结构验算分析简单，构造措施合理； （2）施工过程中对环境的影响要小； （3）施工难度小，工艺成熟，质量和工期易于控制； （4）施工过程中安全有保障； （5）工程费用经济合理； （6）加固后的结构耐久性好，后期养护费用小。 1.3.2 比选要求 （1）各加固设计方案应进行同等深度的比选。 （2）针对以上比选原则，应列表进行综合比选。,1.4 常见的桥梁病害及功能不足,在役桥梁结构随着使用时间的延续，受结构使用条件变化及环境侵蚀等因素的影响，会使结构受到不同程度的损伤，造成桥梁病害，使结构性能退化，使用功能逐步降低。由于道路等级、荷载等级的提高，交通量的增长，原有桥梁的功能已经不能满足要求。 结构受到损伤后，需要对结构损伤原因和程度进行分析，确定结构损伤后的承载能力和剩余寿命。在此基础上进行分析，根据经济技术条件提出结构处理措施，如维修、改造、加固或拆除重建等。,1.4.1 桥梁结构病害,桥梁结构的病害形式多种多样，引起病害的原因很复杂，从引起病害的原因分析，可以将其划分为两大类： 第一类为由环境作用引起的混凝土结构损伤与破坏。由于混凝土的缺陷（例如裂隙、孔道、汽泡、孔穴等），环境中的水及侵蚀性介质就可能渗入混凝土内部，与混凝土中某些成份发生化学、物理反应，引起混凝土损伤，影响结构的受力性能和耐久性。 第二类为由荷载作用或设计、施工不当造成的混凝土结构损伤。例如，由于超载作用引起的裂缝，冲击作用引起疲劳破坏。构造措施和施工方法不当引起结构裂缝等。,1.4.1 （续）,第一类由于环境作用： （1） 混凝土的碳化 指混凝土中氢氧化钙与渗透进混凝土中的二氧化碳或其它酸性气体发生化学反应的过程。 （2） 氯离子的侵蚀 氯离子对混凝土的侵蚀是氯离子从外界环境侵入已硬化的混凝土造成的。 （3） 碱骨料反应 碱骨料反应一般指水泥中的碱和骨料中的活性硅发生反应，生成碱硅酸盐凝胶，并吸水产生膨胀压力，造成混凝土开裂。,1.4.1 （续）,（4） 冻融循环破坏 渗入混凝土中的水在低温下结冰膨胀，从内部破坏混凝土的微观结构。经多次冻融循环后，损伤积累将使混凝土剥落酥裂，强度降低。 （5） 钢筋锈蚀 混凝土中钢筋腐蚀的首要条件是钝化膜破坏，混凝土的碳化及氯离子侵蚀都会造成覆盖钢筋表面的碱性钝化膜的破坏，加之有水分和氧的侵入，就可能引起钢筋的腐蚀。 对于在役结构而言，提高混凝土结构耐久性的基本思路是在清除病害根源的基础上，封堵裂缝，修补破损混凝土；增设防水层，防止水分的侵入。,1.4.1 （续）,第二类为由荷载作用或设计、施工不当造成： （1）结构性裂缝（受力裂缝） 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D62-2004规定：钢筋混凝土构件计算的特征裂缝宽度不应超过下列规定的限值： 类及类环境 0.2mm 类及类环境 0.15mm,钢筋混凝土简支梁的典型结构性裂缝分布示意图,1.4.1 （续）,(2)非结构性裂缝 收缩裂缝 混凝土表面收缩变形受到混凝土内部约束或其他约束限制时，即在混凝土中产生拉应力，引起混凝土开裂。 温度裂缝 钢筋混凝土结构随着温度变化将产生热胀冷缩变形，这种温度变形受到约束时，在混凝土内部就会产生拉应力，当此应力达到混凝土的抗拉强度极限值时，即会引起混凝土裂缝，这种裂缝称为温度裂缝。,1.4.2 桥梁结构功能不足,（1）不能满足荷载等级提高的要求； （2）不能满足交通量增长的要求； （3）不能满足抗震设防等级的要求。,不能满足荷载等级提高的要求-1,不能满足荷载等级提高的要求-2,不能满足荷载等级提高的要求-3,不能满足交通量增长的要求,不能满足抗震设防等级的要求,1.4.3 桥梁结构病害实例,桥面系破坏,主梁钢筋外露锈蚀,箱梁腹板裂缝,桥梁主梁损坏落梁,主梁开裂,桥墩倾斜,桥墩钢筋锈蚀混凝土剥落,基础露筋,桩基冲刷外露,1.5 混凝土桥梁结构表层缺陷及裂缝处理,1.5.1 混凝土修补 混凝土桥梁构件蜂窝、空洞以及较大范围表面破损等 的修补施工,应采用比原结构强度指标高一级的混凝土。 还可采用水泥砂浆、聚合物水泥砂浆或改性环氧砂浆 修补。 处于严重腐蚀下的混凝土桥梁，其混凝土可进行表面 防腐涂装。 混凝土表面缺陷处理之前，应对生锈的钢筋进行除锈 和防腐处理。,1.5.2 结构裂缝的处理,首先进行裂缝调查及标注。核实裂缝数量、长度、宽度 等，并对裂缝编号，绘制裂缝分布图。 选择合适的裂缝处理方法、修补材料及工序。 对裂缝缝口进行表面处理，使工作面平顺、干燥、无油 污。处理范围沿裂缝走向宽30-50mm。 裂缝处理的方法包括：表面封闭法、自动低压渗注法、 压力注浆法等。 注浆嘴沿裂缝走向布置，间距视裂缝宽度一般为200-400 mm。注浆压力根据液浆流动性选择，一般为0.1-0.4MPa。,混凝土裂缝处理-1,混凝土裂缝处理-2,2 桥跨结构加固方法,2.1 粘贴钢板加固法 2.2 外包钢加固法 2.3 粘贴碳纤维片加固法 2.4 桥面补强层加固法 2.5 增大截面和配筋率加固法 2.6 预应力加固法 2.7 增加构件加固法 2.8 改变结构受力体系加固法,2.1 粘贴钢板加固法,2.1.1 特点及适用条件 主梁承载力不足、或纵向主筋出现严重的锈蚀、或梁板桥的主梁出现严重的横向裂缝时，可将钢板粘贴或锚固在混凝土结构的受拉缘或薄弱部位，使其与结构形成整体，以钢板代替增设的补强钢筋，提高桥梁的承载能力。 粘贴钢板适用于加固受弯、受剪和受拉构件，适用的环境温度在-2060范围内，相对湿度不大于70% 及无化学腐蚀的地区。,粘贴钢板加固法示例-1,粘贴钢板加固法示例-2,粘贴钢板加固法示例-3,2.1.2 附加影响,（1）需对结合面进行处理，钻埋螺栓孔对原结构会 产生损伤。 （2）钢板需作防腐处理，增加了日后养护的费用。,2.1.3 材料要求 （1）钢板：加固用钢板一般以Q235、Q345钢或16锰钢为宜，其强度设计值，应按现行钢结构设计规范采用。 （2）混凝土：混凝土强度的试验值、标准值及设计值按现行规范采用，不得低于C30。,2.1.4 力学特点,在适筋范围内，随着荷载的增加，梁中原有钢筋屈服，钢板也达到屈服强度，随后混凝土被压碎而破坏。 对粘贴钢板加固受弯构件，破坏前外贴钢板与混凝土之间具有较好的粘结性能，可以保证钢板与被加固构件间的共同工作，并保证钢板达到屈服强度。 对粘贴钢板加固受剪构件，构件的破坏类似于普通钢筋混凝土受剪构件，首先出现斜裂缝，然后裂缝不断发展，钢板应力明显增大，最后构件产生破坏。,2.1.5 设计计算,（1）梁（板）受拉区粘结钢板加固计算 正截面承载能力极限状态计算 矩形截面正截面承载力根据图2-1，可按下式计算：,（2-1）,（2-2）,钢板锚固粘结长度计算,钢板锚固粘结长度，是指在原梁不需要加固截面以外的粘贴钢板的延伸长度，其锚固长度按下式计算：,（2-3）,L1 2,若钢板粘结长度不能满足计算长度，可在钢板的端部锚固黏结U形箍板，如图2-2所示。,（2）斜截面承载力极限状态计算,当梁的斜截面受剪承载力不足时，可采用局部粘贴并联U形箍板进行加固（图2-3）,斜截面受剪承载力按下式计算：,同时，必须满足条件：,1.5,（2-6）,（2-7）,2.1.6 施工工序,（1）加固构件粘合面处理, 对混凝土构件的粘合面，应先刷除表面油垢后用水冲洗，再对粘合面进行打磨，除去2mm3mm厚表层，或露出新鲜面；用压缩空气除去粉尘，若表面严重凹凸不平，可用环氧树脂砂浆修补。 对于新混凝土粘合面，先用角磨机将粘合面磨平，用钢丝刷将表面浮渣刷去，再用丙酮擦拭表面。 对于龄期在3个月以内或湿度较大的混凝土构件，粘合前尚须进行人工干燥处理。,（2）钢板粘合面处理, 如钢板未生锈或轻微锈蚀，可用喷砂、砂布或平砂轮打磨，直至出现金属光泽。打磨粗糙度越大越好，打磨纹路尽量与钢板受力方向垂直，然后用脱脂棉花沾丙酮擦拭干净。 如钢板锈蚀严重，须先用适度盐酸浸泡20min，使锈层脱落，再用石灰水冲洗，中和酸离子，然后用平砂轮打磨出纹道，最后用丙酮擦试干净。 （3）卸荷 为了减轻粘贴钢板的应力、应变滞后现象，粘贴钢板及胶液固化期间应封闭交通。,（4）配胶,粘结剂中最常用的是环氧类粘结剂。环氧类粘结剂分为甲、乙两组，使用前应进行现场质量检验，合格后方能使用。 （5）粘贴 粘结剂配制好后，用抹刀同时涂抹在已处理好的混凝土表面和钢板上，厚度3mm5mm，中间厚边缘薄；然后将钢板贴于预定位置。若是立面粘贴，为防止流淌，可加一层脱蜡玻璃丝布。粘好钢板后，用手锤沿粘贴面轻轻敲击钢板，如无空洞声，表示已粘贴密实，否则应剥下钢板补胶，重新粘贴。,（6）固定与加压,钢板粘贴好后立即用特制U形夹具夹紧或用木杆顶撑，压力保持为不小于0.1MPa，以使胶液刚从钢板边缝挤出为宜。若用膨胀螺栓固定，膨胀螺栓锚固，其埋设孔洞应与钢板一道在涂胶前钻成。 （7）固化 环氧类粘结剂在常温下固化，温度应保持在20以上，24h即可拆除夹具或支撑，若低于15，应采用人工加温，一般用红外线灯加热。固化期间不得对钢板有任何扰动。,（8）检验,按加固施工规范6.7，质量检验与验收条款中的方法和要求进行。,（9）防腐处理 按设计要求进行防腐处理。,2.1.7 构造要求,（1）混凝土强度等级不应低于C20。 （2）钢板厚度不应大于5mm为宜，一般取4mm。 （3）粘结钢板的锚固长度对于受拉区不得小于200t（t为钢板厚度），亦不小于600mm；对于受压区，不得小于160t，亦不小于480mm；对于大跨度结构或可能经受反复荷载的结构，锚固区尚宜增设U形箍板或螺栓等附加锚固措施。 （4）钢板及其邻接的混凝土表面，应进行密封防水防腐处理。,2.1.8 质量控制与加固工程质量 检验评定方法,2.1.8.1 工程质量控制 工程质量控制可用敲击检查法，也可用红外线和超声波检测。钢板的有效粘结面积不应小于95%。 重点检查结合面处理、植埋螺栓、粘贴、固化等工序。要求对粘贴后的钢板进行粘贴性能试验，以确保粘贴后的钢板能够与原结构共同受力。,2.1.8.2 加固工程质量检验评定方法,（1）基本要求 粘贴钢板加固所用材料类别、规格及质量应符合有关 规范及设计要求。 按规定的程序施工，加压及固化时间应符合设计要求。 锚固螺栓数量、规格、钢板的搭接长度不得少于设计 值。 按设计要求进行防腐处理。 （2）实测项目 实测项目参照公路工程质量检验评定标准（JTG F80/1- 2004）相关规定进行检验评定，特殊实测项目见 表2-2 P9。,2.1.8.3 外观鉴定,所有钢板、螺栓表面应无铁锈，钢板周围应有 胶液挤出。 2.1.9 评述 （1）粘贴钢板由于质量轻，操作便利，易于控制工 程质量。 （2）钢板由于拉压强度均很高，加之粘贴后的钢板 主要承受活载，对于受弯、受压和受拉构件其 补强效果优于加大混凝土截面。 （3）结合面处理和钻埋螺栓孔对原结构有一定损 伤，因此, 应严格按照设计要求进行施工，将 损伤程度降到最低。,粘贴钢板加固法其他示例-1,粘贴钢板加固法其他示例-2,粘贴钢板加固法其他示例-3,粘贴钢板加固法其他示例-4,2.2 外包钢加固法,2.2.1 特点及适用范围 外包钢加固法施工简便、效果直观明显，对施工环境影响小、成本低，不显著增大原构件截面尺寸和自重，但可大幅度提高其承载能力。 外包钢加固法适用于提高受压为主构件（桥墩、拱肋、桁架杆等）的承载力、刚度及延性，适用于环境温度在-2060范围内，相对湿度不大于70%及无化学腐蚀地区。,外包钢加固法示例,2.2.2 附加影响,（1）须对结合面进行处理，并钻埋螺栓孔，对原结 构有一定损伤。 （2）钢材需作防腐处理，增加了日后养护的费用。 2.2.3 材料要求 （1）钢材 外包钢采用的型钢、钢板、扁钢和钢管以Q235、 Q345钢16锰钢为宜，钢材、连接螺栓及焊缝的强度 设计值，应按现行钢结构设计规范规定采用。,（2）混凝土,被加固构件混凝土强度不宜低于C20，表面应凿除疏松杂质，露出新鲜密实混凝土。 （3）连接材料 湿式外包钢法中，当采用化学浆液灌浆连接时，其浆液组成在工程应用前应进行试配，选择可灌性好、收缩性小、粘结强度高、固化时间可调整、耐久性好，且材料是无毒或低毒的浆液。 外包钢材与原混凝土宜采用膨胀螺栓或植钢筋连接，以保证两者协同工作，其质量应符合有关技术标准的规定。,2.2.5 设计计算,（1）外包钢加固承载能力极限状态计算 湿式外包钢加固 当除锚筋连接外还以乳胶水泥粘贴或以环氧树脂 化学灌浆等方法粘结时，称为湿式外包钢加固法。 湿式外包钢加固法的形式有两种： 一种是在柱侧加环扁钢箍，不包角钢，适用于圆 形截面或扁圆截面的构件。 另一种是在梁、柱采用四角包裹角钢，角钢间用 扁钢相连，适用于矩形截面的构件。,2.2.4 力学特点,干式外包钢加固法受力简单直观，外包钢可以按刚度比分担原结构的荷载，加固效果明显。 湿式外包钢加固法除角钢可以分担原结构的荷载，外套扁钢箍可以对核心混凝土产生约束作用，提高其受压强度，加固效果较干式外包钢加固法好。,湿式外包钢加固(续),湿式扁钢箍加固法：混凝土强度可按约束混凝土计算；抗压和抗弯计算时外包角钢应乘以强度降低系数0.85；抗剪计算时钢箍钢应乘以强度降低系数0.7。 约束混凝土强度按下式计算： （2-8） 其中，套箍系数,干式外包钢加固,当型钢与原柱间无任何连接，或虽填塞有水泥砂浆但仍不能确保结合面剪力有效传递时，称为干式外包钢加固。 干式外包钢构件与原柱所受外力按各自刚度比例分配。,（2）外包钢加固构件截面抗弯刚度计算 湿式和干式均可采用下式近似计算：,（2-9）,2.2.6 施工工序,（1）构件表面处理 刷除构件表面油垢污物，然后打磨粘合面，直到 完全露出新鲜密实混凝土，用压缩空气去除粉尘。 构件表面打磨平整后，刷环氧树脂浆一薄层，或 填抹乳胶水泥、水泥砂浆等找平材料。 对钢材粘合面进行除锈打磨处理，直至出现金属 光泽。打磨纹路应尽量与钢板受力方向垂直。然后用脱 脂棉花沾丙酮擦拭干净。 （2）角钢、缀板制作 根据设计及构件的实际尺寸进行现场下料，以使钢 材与原构件更好地贴合。,（3）承压钢板、节点板固定,预埋钢件进行固定。 （4）固定 在处理好的柱角处抹上乳胶水泥、水泥砂浆；立即 将角钢粘贴上，然后用夹具在两个方向将柱四角角钢夹 紧，再将扁钢箍与角钢焊接，整个焊接过程应在胶浆初 凝前完成。 （5）填塞胶泥 对于湿式外包钢加固法，应在型钢与原结构之间填 塞胶泥，使二者结合密实。 （6）防腐处理 按设计要求进行防腐处理。,2.2.7 构造要求,（1）外包角钢时，角钢厚度不应小于3mm，也不宜大于8mm。扁钢箍截面不应小于25mm×3。 （2）外包型钢两端应有可靠的连接和锚固。 （3）锚固螺栓的直径不宜小于10mm，间距不宜大于20（d+2）。 （4）当采用环氧树脂化学灌浆外包钢加固时，扁钢箍应紧贴混凝土表面，并与角钢平焊连接。当采用乳胶水泥浆粘贴外包钢时，扁钢可以焊于角钢外面。 （5）型钢及其邻接的混凝土表面，应进行密封防水防腐处理。,2.2.8 质量控制与加固工程质量 检验评定方法,2.2.8.1 工程质量控制 工程质量控制以目视和锤击检查为主，重点检查结合面处理、预埋件、固定等工序。要求对外包钢的粘贴性能进行试验，以确保外包钢能够与原结构共同受力。 2.2.8.2 加固工程质量检验评定方法 （1）基本要求 外包钢所用型钢及焊接材料类别、规格及质量应符合有关规范及设计要求。 按规定程序施工，加压及固化时间应符合设计要求。 锚固螺栓数量、规格应符合设计值要求。 按设计要求进行防腐处理。,2.2.8.2 加固工程质量检验评定方法(续),（2）实测项目 实测项目参照公路工程质量检验评定标准 （JTGF80/1- 2004）相关规定进行检验评定，特殊 实测项目见表2-3 P13。 2.2.9 评述 （1）外包钢加固法可以直观地提高构件的承载力。 （2）施工方便简单。 （3）从技术经济角度讲，外包钢加固法用于受压 构件最为合理，受弯构件次之。,外包钢加固法其他实例-1,外包钢加固法其他实例-2,2.3 粘贴碳纤维片加固法,2.3.1 特点及适用条件 粘贴碳纤维（CFRP）片材具有轻质高强、操作简单、易于粘贴、不锈蚀的优点，可用于抗弯、抗剪、抗压（偏心受压）及抗震等多种形式的加固。 该方法适用于混凝土梁桥、板桥的抗弯和抗剪加固。对于配筋率较低或钢筋锈蚀严重的旧桥，加固效果十分显著；还适用于混凝土墩柱的补强，抗震延性补强以及地震破坏后的修复等，其适用性见表2-4 P14。 环境要求（如温度、湿度等）较严格。,粘贴碳纤维加固法 碳纤维布,粘贴碳纤维加固法 碳纤维板及底胶,粘贴碳纤维加固法示例1,粘贴碳纤维加固法 示例2,2.3.2 附加影响,2.3.3 材料要求 纤维片和黏结剂必须由供应商配套提供，并同时给出材料的各项性能指标。若无法提供材料性能指标，可参考表2-5和表2-6 P14 中的材料性能指标。,2.3.4 力学特点,碳纤维片材受拉时呈线弹性关系直至破坏，其脆性性能与钢筋的延性有明显的区别。一方面碳纤维片材不具备钢筋所拥有的延性，加固后结构的延性将受到限制； 另一方面由于碳纤维片材的延性缺乏，构件中的应力重分布将受到约束。因此，在粘贴碳纤维片材的结构设计中不能简单地将碳纤维片材作为钢筋的替代物，必须考虑碳纤维片材的脆性特点。,2.3.5 设计计算,2.3.5.1 设计计算要求 （1）混凝土桥梁结构自重大，加固时不能完全卸载，必须考虑二次受力。 （2）混凝土桥梁结构尺度大，由实验室条件下得到的经验公式不一定都能适用于桥梁结构的加固，因此必须对这些公式进行修正。 （3）加固设计时，计算过程包括承载能力极限状态和正常使用极限状态的验算。一般情况下，正常使用极限状态将控制加固设计。,2.3.5.1 设计计算要求（续）,（4）承载力极限状态的验算中，通常将破坏模式分为两大类，即粘贴碳纤维片材后能整体工作的构件与粘贴碳纤维片材后不能整体工作的构件。 （5）正常使用极限状态的验算包括： 应力的限制，以避免钢筋的屈服、混凝土的破坏或过度徐变和CFRP的断裂；变形的限制；开裂的限制，以保证结构的耐久性和粘结的完整性。 （6）意外的设计情况（特殊的设计）应考虑由于撞击、故意破坏或火灾等引起的碳纤维片材的脱落。,2.3.5.2 抗弯加固设计计算,（1）抗弯加固方法 抗弯加固通常是在构件的受拉面粘贴CFRP片材，当条件不允许时也可以在构件的侧面粘贴（图2-4 P16）。 CFRP片材中还可以施加预应力，从而更大程序地提高构件的承载能力，但施加预应力需要较为复杂的张拉设备和锚固设施。 通常在CFRP片材端部设置附加锚固措施，以增强其端部锚固性能。常见的附加锚固措施有U形CFRP条带锚固和钢板锚固等（图2-5 P16 ）。,CFRP片材粘贴位置示意图 （图24、5）,（2）基本假定,平截面假定，达到受弯承载力极限状态时CFRP片材的应变由平截面假定确定，但不应超过CFRP片材的允许拉应变cf。 考虑二次受力时，加固前混凝土受拉区边缘的初始应变按如下方法计算（图2-6 P16）。 钢筋应力取钢筋应变与其弹性模量的乘积，但不大于其强度设计值；CFRP片材的拉应力取其弹性模量与拉应变的乘积。 达到受弯承载力极限状态前，CFRP片材与混凝土之间不发生粘结破坏。,（2）基本假定（续）, CFRP片材拉断时的应力取其弹性模量与允许拉应变的乘积，其中允许拉应变计算如下：,（3）抗弯承载能力极限状态计算,界限高度系数 CFRP片材达到允许拉应变与受压区混凝土压坏同时发生时，定义此时的混凝土受压区高度与截面高度的比值为界限高度系数，按式（2-14 P18）进行计算 。 基本计算公式，式（2-16）-（2-19）。 截面强度复核，计算弯矩及CFRP片材加固量，验算极限承载力。 加固设计，已知计算弯矩，求CFRP片材的加固量。 T形截面的计算。P21,（4）承载能力极限状态计算时应满足的规定,为保证受拉钢筋充分屈服，受压区高度x不宜大于 加固后受弯承载力的提高幅度不宜超过40%。 当采用侧面粘贴CFRP片材时，宜将CFRP片材面积乘以折减系数（1-0.5hcf），其中 hcf 为侧面CFRP片材的粘贴高度，且由于CFRP合力重心发生了变化，计算式也应作相应改动。,2.3.5.3 抗剪加固设计计算,（1）抗剪加固方法 抗剪加固中CFRP片材的粘贴形式有多种，从纤维粘贴的方向来看，可垂直构件轴线或与构件成某一倾角（图2-11）P22,片材的粘贴形式(续图213、14),（2）抗剪承载能力极限状态计算 加固后梁的抗剪承载力按下式计算：,（2-33）,2.3.5.4 混凝土墩柱的加固计算,（1）CFRP布或织物粘贴方法 包裹法 通常用单向CFRP布或织物浸渍树脂后包裹粘贴于柱体上。CFRP纤维方向一般取柱的环向，CFRP片材可重叠粘贴多层。 沿柱的高度方向，CFRP片材粘贴有以下几种方式：连续粘贴图2-16a）、螺旋形间隔粘贴图2-16b）及环状间隔粘贴图2-16c）。P24,包裹法（续）,纤维丝缠绕法 与包裹法相似，不同的是缠绕法采用CFRP纤维丝代替CFRP布或织物，从而可以用机器自动地将纤维丝缠绕到柱体上。,预制CFRP板套筒,预制套筒可做成半圆形或槽形，也可以做成带缺口的圆形（图2-17）P25，此法可改变柱的形状（图2-18），此时CFRP套筒同时可充当浇筑混凝土的模板。,（2）碳纤维片材加固轴心受压圆柱墩的承载能力 极限状态计算,CFRP片材加固轴心受压圆形柱的承载力可按下式计算：,（2-35）,结合我国公桥规，建议采用下式进行计算：P25,（2-36）,2.3.5.5 正常使用极限状态计算,将碳纤维等同于钢筋，按公桥规的有关规定，对应力、变形和裂缝进行验算。 2.3.6 施工工序 粘贴CFRP片材加固的一般施工工艺流程为： 构件表面处理 涂刷底层树脂 找平修补 粘贴CFRP片 材料 表面防护,粘贴碳纤维加固的工法,2.3.7 构造要求,（1）抗弯加固构造要求 粘贴较多CFRP片材时，应尽量并列布置CFRP片材条带，条件不允许时可重叠粘贴，见图2-19所示 P27。 当重叠粘贴CFRP片材条带时，对于CFRP板不宜超过3层，对于CFRP布或织物不宜超过5层,（1）抗弯加固构造要求（续）,尽量避免CFRP片材间的搭接，必须搭接时，CFRP片材在纤维受力方向搭接长度应不小于100mm。当平行布置多条或多层CFRP片材加固时，各条或各层CFRP片材的搭接位置应相互错开，如图2-20所示。P28,CFRP片材端部宜采取可靠的锚固措施。,（1）抗弯加固构造要求（续）,当在梁、板的正弯矩区粘贴CFRP片材加固时，对于跨径20m以内，宜将CFRP片材末端延伸至支座边缘。跨径大于20m时，CFRP片材截断位置应满足锚固长度的要求：CFRP片材末端至不需要CFRP片材锚固截面的距离不小于200mm，如图2-21所示。P28,（1）抗弯加固构造要求（续）,对于T形或箱形连续梁，可在翼板（顶板）底面粘贴CFRP片材进行负弯矩区的加固，此时CFRP片材应紧靠梁肋粘贴，其粘贴范围宜在4倍翼板厚度以内，如图2-22。P29,（1）抗弯加固构造要求（续）,当CFRP用于侧面粘贴时，粘贴区域宜在距受拉区边缘的1/4梁高范围内，如图2-4b）所示。P16 板抗弯加固时，CFRP片材宜采用多条密布方案，见图2-16a）P24，条带宽度对于CFRP板，建议在100200mm之间，对于CFRP布或织物，建议在150300mm之间，且宜均布粘贴于板宽内。,（2）抗剪加固构造要求,在截面上的转弯处粘贴CFRP片材时，转角的最小半径就不小于30mm。 抗剪加固最好采用封闭粘贴或U型粘贴，条件不允许时也可采用侧面粘贴，且宜设置端部锚固措施。 当采用CFRP片材条带间隔粘贴（图2-15）时，P24其净间距不应大于现行公桥规规定的最大箍筋间距的0.7倍。 为提供水分散发的路径，不提倡CFRP片材的大面积粘贴。,（3）墩柱加固构造要求,当采用CFRP片材加固矩形柱时，应将转角修成圆角。 当采用CFRP板套筒进行加固时，预制套筒的尺寸应略大于加固构造的尺寸，并用水泥浆灌填期间空隙。 CFRP片材接缝处应用可靠的连接，当粘贴CFRP布时，最外一层结合处应保证有足够的重叠长度；当采用CFRP板套筒时，接缝处应用CFRP条带粘贴连接。,2.3.8 质量控制与加固工程质量 检验评定方法,2.3.8.1 工程质量控制 工程质量控制以目视检查和锤击为主，重点检查缺陷修补、构件表面处理、涂刷底层树脂和粘贴CFRP片材等工序。 （1）CFRP片材在运输、储蓄中不得受挤压，以免CFRP片材受损；也不得直接日晒和雨淋，粘结材料应阴凉密闭储存。 （2）各工序的施工质量，经检查认可后才能进行下道工序。监理人员对贴片数量与质量检查、签认。 （3）各工序的施工质量应严格按相关规定进行施工。,2.3.8.2 加固工程质量检验评定方法,（1）基本要求 所有进场材料，包括CFRP片材和粘结材料，应符合质量标准，并具有出厂合格证。 应严格按有关规范进行各工序隐蔽工程检验与验收。 CFRP片材实际粘贴面积、搭接长度等符合设计要求。 必要时可对施工质量进行现场抽样检验。 必要时可对材料进行现场抽样检验。 CFRP片材与混凝土之间的总有效粘结面积不应低于95%。当CFRP片材出现空鼓时应进行补救。 （2）实测项目 实测项目参照公路工程质量检验评定标准（JTG F80/1- 2004）相关规定进行检验评定，特殊实测项目 见表2-7。P30,2.3.9 评述,（1）粘贴CFRP片材加固混凝土桥梁，对于配筋较低或钢筋锈蚀严重的梁、板进行抗弯和抗剪加固，可以取得很好的效果，对于配筋率较高的梁、板，仅采用粘贴CFRP加固往往达不到要求的加固效果，此时可以考虑采用混合加固方法。 （2）对于混凝土墩柱，粘贴CFRP片材进行抗压或抗震加固效果显著，对震后墩柱的修复也有较好的效果。,粘贴碳纤维加固法其他实例-1,粘贴碳纤维加固法其他实例-2,粘贴碳纤维加固法其他实例-3,粘贴碳纤维加固法其他实例-4,2.4 桥面补强层加固法,2.4.1 特点及适用条件 桥面补强加固法是通过在桥面板（主梁顶面）加铺一层钢筋混凝土层，使其与原有结构形成整体，从而达到增大桥面板或主梁有效高度和受压截面，增加桥面整体刚度，提高桥梁承载能力的一种加固方法。 主梁或桥面板承载力不足，刚度不够，或铰接梁、板的铰缝不能有效传力时，可采用桥面补强加固法进行加固。受桥面补强层厚度的限制，这种加固方法主要适用于中小跨径的桥梁。,2.4.2 附加影响,1） 采用桥面补强进行加固：桥梁恒载将有所增加，应通过计算判断桥面增厚后是否可以提高桥梁的有效承载能力。若恒载的增加影响较大，则应考虑采用其他加固方法或与其他方法综合运用。 2） 加铺补强层厚后，桥面高程也将受到影响，连接路面或桥面纵坡应予调整。为减少补强层增加的恒载，往往必须先将原有的桥面铺装层凿除，并要求对伸缩缝进行改造。 3）对桥梁基础的承载能力有一定影响。,2.4.3 材料要求,（1）钢筋 补强层中通常布设两类钢筋：结合钢筋和构造钢筋，采用螺纹钢筋以增加握裹力，保证新旧混凝土有效结合。 （2）混凝土 补强层混凝土除应具有粘结力强、收缩小、抗裂性能高外，还应具有足够的韧性、抗冲击能力和抗渗性。可以使用外加剂；钢纤维混凝土，改善混凝土的性能。 （3）植筋胶 植筋胶应具备粘结力强、耐久性好、快硬性和低毒、无害等特性，一般可采用环氧树脂类黏结材料。 （4）界面剂 采用界面剂可增强新旧混凝土界面之间的粘结力。界面剂应抗化学腐蚀，强度高，可用于潮湿表面。,2.4.4 力学特点,采用桥面补强层法加固时，加固结构属二次受力结构，加固前原结构已经受力，补强层在加固后并不立即受力，而只有在新增荷载下，即第二次加载情况下才开始受力。 形成的加固构件就组合梁（板），也就具有组合构件分阶段受力的特点，相应具有“受拉钢筋应力超前”、“后浇混凝土受压应变滞后”和“荷载预应力”等力学特征。 补强层与原有梁（板）的结合面处于复合应力状态。结合面可传递压力，对于剪力和拉力，由于结合面混凝土所具有的抗剪和抗拉能力弱，易于出现裂缝。,2.4.5 设计计算,（1）内力设计值计算 补强层厚度不大，在补强层施工阶段原结构仅承受本身自重及补强层的重力，可不进行强度计算。在形成组合结构后，除承受自重外，还应计入可变荷载作用。 弯矩设计值按下式计算：P33,（2-38）,剪力设计值按下式计算：,（2-39）,上述荷载作用的分项系数按规范有关规定取用。,（2）正截面和斜截面承载能力极限状态计算,组合梁（板）的承载力试验表明： 结合面符合构造要求的组合梁与相同截面一次整体浇筑梁的承载力是非常接近或相等的。 （3）结合面受剪承载能力极限状态计算 结合面抗剪承载力应满足下列要求： V/bho 0.45MPa （2-40） （4）承载能力折减 计算加固结构承载能力时，还应考虑原结构的状况。当原结构完好时可直接运用式（2-38）式（2-41）计算；若存在缺陷或病害时，则应对上述计算结果予以折减。P33,2.4.6 施工工序,（1）施工工序 补强层加固施工项目主要包括结合面处理、补强层混凝土浇筑等，而且由于均在桥面施工，操作方便，施工工序也相对简单，工序如下：,（2）桥面板（主梁）结合面处理,结合面处理对保证新旧混凝土整体受力、共同工作具有重要作用。结合面应凿除原结构表面浮浆，使材料外露，形成不小于6mm自然凹凸粗糙面或用机械刻槽形成粗糙面，并彻底清扫干净。 要求施工时不能损坏原结构混凝土的强度，不应有局部光滑结合面。对存在缺陷的部位，应进行修补；出现钢筋锈蚀引起混凝土胀裂时，先剔除松动开裂的混凝土，再进行钢筋除锈和防护等。,（3）植埋结合钢筋,结合钢筋植埋施工步骤和技术要求如下： 桥面板上钻孔 孔深与结合钢筋埋设深度相同，孔径比结合钢筋大23mm，孔位应避让原结构的预应力和普通钢筋，并应使孔位间距在设计要求范围之内。 清理钻孔 先用硬毛刷清理，再以高压干燥空气吹去孔底灰尘，注胶前应注意防止杂物进