桥梁病害及加固措施毕业论文Word文档下载推荐.docx
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据日本有关统计资料表明,结构建筑物(包括公路桥梁)在投入使用后一般分两个周期对其承载能力和使用性能进行检测、评价,一是投人使用后约20年,称为小周期;
二是约60年左右,称为大周期。
小周期对结构进行检测的目的是:
确保结构建筑物处于完好的技术状态;
大周期是对结构建筑物进行鉴定,判定其使用状态,以便做出相应的对策。
近十几年来,我们进行旧桥检测、评价和加固技术的研究,主要针对20世纪50~80年代修建的公路桥梁,其中大部分是钢筋混凝土梁桥和双曲拱桥,目的是对这些桥梁使用状况作出符合客观实际的判断,从而制定出相应的技术加固或改造措施。
自20世纪70年代始,我国着手对旧桥加固改造技术进行研究。
在"
六五"
计划期间,对公路旧桥的检测、评价和加固方法进行了广泛的研究和工程实践,并取得了良好的社会效益和经济效益。
"
七五"
期间,交通部适时地将"
旧桥检测、评价、加固技术的应用“列为1989~1990年科技进步”通达计划"
项目,交通部科技情报所具体组织推广。
此举极大地推动了公路旧桥加固、改造的技术研究,因此,在公路梁桥和拱桥等旧桥承载力的检测、评定、加固改造技术和施工工艺等方面都取得了许多宝贵经验,有不少旧桥加固、改造的成功范例。
总之,必须对旧桥、危桥进行加固,使之适应各种发展的需要。
在桥梁病害问题尚未达到大量暴露之前做出全面的修整完善。
为我国的交通事业提供一个安全、快速、重载行驶的桥梁环境。
桥梁加固的目的及方法
(1)加固的目的
桥梁建成后,为确保正常的运营,必须加强经常性的检查养护与维修,为适应交通量和超重车的增加,还需要对原有旧桥进行合理而有效的加固,来提高通过能力和荷载标准。
其维修加固的目的主要有:
①保桥梁工程的安全、完整、适用与耐久;
②握桥梁结构状况,完善基础资料,为维修加固提供必要条件;
③提高现有桥梁的通过能力与承载能力;
(2)上部结构常用的加固方法
①桥面补强层加固法
在梁顶上加铺一层钢筋混凝土层,一般先凿除旧桥面,使加铺层与原有主梁形成整体,增大主梁有效高度,提高抗压截面强度,改善桥梁荷载横向分布能力,从而达到提高桥梁承载力的目的。
②增大截面和配筋加固法
当梁的强度、刚度、稳定性和抗裂性能不足时,通常采用增大构件截面、增加配筋、提高配筋率的加固方法。
这种方法是增大梁底面或侧面的尺寸,增配主筋,提高梁的有效高度和抗弯强度,从而提高桥梁的承载力。
该法广泛用于梁桥及拱桥拱肋的加固。
③锚喷混凝土加固法
借助高速喷射机械,将新混凝土混合材料连续地喷射到已锚钢筋网的受喷面上,凝结硬化而形成钢筋混凝土,从而增大桥梁的受力断面,增加补强钢筋,加强结构的整体性,使其能承受更大的外荷载作用。
④粘贴钢板(筋)加固法
当交通量增加,主梁出现承载力不足,或纵向主筋出现严重腐蚀的情况时,梁板桥的主梁会出现严重的横向裂缝。
采用粘结剂及锚栓,将钢板粘贴锚固在混凝土结构的受拉边缘或薄弱部位,使其与结构形成整体,以钢板代替增设的补强钢筋,达到提高梁的承载能力的目的。
这种加固方法的特点是:
a)不需要改变被加固的原结构的尺寸;
b)施工工艺简单,施工质量较容易控制。
⑤改变结构受力体系加固法
这种加固、改造方法是通过改变桥梁结构受力体系,达到提高桥梁承载能力的目的。
如在简支梁下增设支架或桥墩,或把简支梁与简支梁纵向加以连接,由简支梁变为连续梁,或在梁下增设钢桁架等加劲梁或叠合梁,以减小梁的内应力,达到提高桥梁的承载力的目的。
改变结构体系的方法有多种,但往往都需要在桥下操作,或设置永久设施,因而减小了桥下净空,或施工时会影响通航,所以必须考虑桥下通航及排洪能力。
该法由于加固效果好,也是目前国内外常用来解决临时通行超重车辆的一种加固措施。
重车通过后,临时支承可能随之拆除,故对通航影响不大,不影响河道排洪能力。
(3)下部结构常用的加固方法
桥梁的下部结构主要是承载上部结构传来的荷载,再把它传到地基中去。
因此起到承上启下的重要作用,针对旧桥的损坏情况及存在的问题,分别采用不同的方法进行加固,其主要方法有:
①基础加固法
②桩基加固法
③钢筋混凝土套箍或护套加固法
④桥台新建辅助挡土墙加固法
⑤墩台拓宽方法
⑥减轻荷载法
⑦顶升法
⑧其他方法如抛石法、旋喷法、砂桩法等
总的来说,对有缺陷和病害的桥梁,常用的加固、改造技术和方法有:
减轻恒载、加固临界杆件、提供新补充杆件、改善原结构的受力体系等,增大桥梁承受活载的能力。
此外,对下部结构,支座和车行道伸缩缝,应适当清洁,改善几何形状,增加安全设施,这对改善服务性能和延长现有结构的使用寿命,都起着重要的作用。
尽管每座旧桥的情况各不相同,具有各自不同的特点,但也存在一定的共性。
我们应遵循桥梁加固、改造工作的共性,结合具体桥梁的特殊性,在实践中发挥积极性和创造性,不断进取和探索,采用最先进的技术和材料,在旧桥利用、加固、改造工作中,创造和总结出多种切实可行的方法,使旧桥继续发挥固有的使用功能,以保证公路交通畅通无阻。
第二章梁式桥上部结构的加固
桥梁上部结构是直接与列车接触的结构物,上部结构的好坏也直接影响着交通的正常运营。
既有桥梁随着使用时间的延续,受结构使用条件及环境侵蚀等因素的影响,加之设计和施工的不当,都会使结构受到不同程度的损伤,发生各种病害,使结构性能退化,使用功能逐步降低乃至完全丧失。
本文针对梁式桥的上部结构常见病害进行研究,对各种病害情况及时采取相应的加固措施,确保桥梁的正常运行使用。
梁式桥常见缺陷及其成因
为了对旧桥采取合理、安全、可靠的维修加固措施,需首先了解其产生的各种常见缺陷及发生原因。
梁式桥上部结构的各种常见缺陷及产生原因叙述如下。
梁式桥上部结构的常见缺陷
(1)混凝土梁式桥表层的主要缺陷
在混凝土桥梁结构所发生的各种缺陷中,根据其结构类型、构造形式,使用条件;
缺陷发生部位和形式的不同,一般可分为表层缺陷和内部缺陷两类。
表层缺陷主要有:
蜂窝,麻面,露筋、孔洞,层隙,磨损,表面腐蚀、老化,剥落、表面裂缝、掉角、模板走样、接缝不平、构件变形等。
内部隐蔽缺陷主要有:
混凝土的强度标号,抗渗标号,抗冻标号不足,内部空洞和蜂窝,钢筋的型号、数量,位置不对,焊接质量不良,混凝土保护层不足,钢筋的锈蚀等。
因此,发现混凝土桥出现缺陷后,必须及时对缺陷进行调查研究,分析缺陷的产生原因,现状,发展趋势,以及桥梁遭受破坏的程度,对使用的影响等,及时采取措施进行维修加固。
(2)桥梁车辆荷载设计标准偏低,承载能力不足
正常使用桥梁的承载能力是由其设计荷载标准所确定的。
随着时间的推移、历史的发展,公路运输对桥梁载重的要求也在发展,所以为适应这个要求,公路桥梁的设计规范在不断地进行修订。
随着规范的修订,设计用的汽车荷载也在不断增大。
但依据“旧规范”设计的许多桥梁却仍在营运使用,而这些用旧规范设计的桥梁,其上部结构,如桥面铺装和桥面系构件(如主梁,横梁等)的承载能力,要比现行规范所要求的荷载设计标准为小。
这样,在现仍使用的桥梁中,就出现了各种承载能力的桥梁并存的情况。
另外,从现实的交通情况来看,实际行驶的车辆,其载重往往超过桥梁的承载能力。
因此,许多旧桥,也可能包括部分近期新建的桥梁,由于荷载等级偏低,承裁能力不足,而使桥梁结构受到损坏,乃至整危及桥梁的使用性能。
(3)桥面净宽偏小,影响桥梁的通过能力
由于公路交通的不断发展,显得许多旧桥的修建标准偏低,桥面窄小,致使车辆不能顺利流畅通过。
在此情况下,往往必须采取拓宽加固的措施,从而达到增加桥面净宽,提高桥面车辆通过能力的目的。
梁式桥缺陷的产生原因与种类
混凝土梁式桥主要缺陷中,除设计荷载偏小,承载能力和通过能力不足是由于人为与客观的原因造成的外,其它主要是由于设计,施工和外界因素等原因造成的,上部结构形成缺陷的各种主要原因,详述如下:
(1)设计方面的原因
设计上引起缺陷主要有结构不合理,计算上的错误以及设计施工图不完善等三方面。
①结构不合理。
在桥梁设汁方案的选择过程中,一般由桥梁地质条件、施工方法、经济指标,使用要求等多方面的因素来决定所选用桥梁的结构型式。
其中包括是采用钢筋混凝土结构,还是采用预应力混凝土结构;
是采用简支梁桥,还是采用连续梁或悬臂结构,是采用板梁,还是T梁,或箱形梁、工字梁等断面形式;
最后是跨径的划分和梁高等问题的确定。
如果结构选择确定不合理,将会使桥梁建成后有可能发生缺陷。
②设计计算方面的错误。
在桥梁设计计算过程中,由于计算错误和取值差错等原因可能使桥梁建成后就出现问题。
同时,在预应力混凝土构件设计中没有很好地考虑二次应力、干燥收缩、徐变影响的情况也是经常有的。
很多问题的出现是由于一些设计人员技术水平不高,经验不足,在设计时用错标准,不恰当地确定设计条件和容许应力所造成的。
③设计施工图纸不完善。
在设计图纸中,钢筋和预应力钢筋的布置往往是存在一定问题的。
如钢筋接头部位、锚固处和一些构造钢筋的布置等构造细节,在施工图纸上有时没有标明,因此,在施工中常常会出现不正确的做法。
如将长20m以上的钢筋作为一根示于图中,在施工现场,当然不能用那么长的钢筋作备料。
施工时,如若把钢筋接头设置在弯矩最大处,便容易出现隐患。
(2)施工方面的原因
①材料性质不好。
施工中所采用的混凝土,钢筋,预应力钢材等材料,如质量不好,不符合规范的要求,则常常是导致桥梁结构产生各种缺陷的内在因素。
②施工质量不好。
在混凝土结构物产生破坏的原因中,最多的是由于施工质量不好引起的。
特别是修建混凝土公路桥时,工程种类多,其大部分是现场施工,每个现场施工操作工人往往要负担多方面的工作,如钢筋工,起重工,混凝土工等。
而且桥梁工程的工序较多,如果不注意或搞错,就有可能使结构出现缺陷并最后暴露出来。
现就容易产生缺陷的主要工种,作一概略说明。
①钢筋安装。
钢筋网或钢筋骨架在安装中最容易出现的是安装后钢筋混凝土的保护层太厚或太薄的问题。
保护层太薄或太厚都有可能使结构局部强度不足,在外力作用下而产生破坏。
②混凝上的浇筑和养生。
混凝土浇筑不慎会导致结构出现空洞,蜂窝麻面等缺陷;
养生不足又会使结构出现裂缝。
③预制构件的安装。
预制构件安装不好,如尺寸出现偏差,断面尺寸有可能不足,从而使结构强度存在问题。
④模板等临时工程的设置。
模板设立不好,或拆除过早,也都是导致结构产生缺陷的原因。
(3)外界因素
外界因素是指行驶于桥梁上的车辆流量的不断增加,车辆载重的加大,发生突然事故,如受机械撞击的影响,受到自然界特大灾害,如地震、洪水等的破坏,周围恶劣环境,如海水、污水等化学作用;
以及桥梁基础产生破坏,出现不均匀沉陷等因素。
这些因素也都是导致桥梁结构产生缺陷的重要原因。
桥梁加固的常用方法
桥梁建筑物,除了会发生表层损坏,裂缝,蜂窝及锈蚀等缺陷外,还会由于设计标准低,结构布置不合理,施工质量差、外在因素的影响等,致使桥梁结构受到破坏,承载能力和通过能力不足,危及结构的安全,影响桥梁的正常使用。
因此,应针对具体情况,及时采取加固措施,确保桥梁的正常运行使用。
加固的一般原则
对旧桥进行加固,根据情况的不同,采用的方法也多种多样。
究竟在什么情况下才进行加固,加固时应考虑何种加固方法为好,这些都是桥梁加固时,应加以考虑的原则问题。
(1)桥梁进行加固的情况
对旧桥采取加固措施,一般有如下几种情况:
①桥梁承载力不足,按照现行需要通行的车辆进行验算不能满足强度要求。
由于重型车辆的增加,原有桥梁承载能力不足而发生损坏现象,或者为使整条线路上或一个路段内桥梁承载能力保持一致,对个别载重能力较低的桥梁,应按目前载重要求,对旧桥进行加固。
②桥梁局部产生破损,如裂缝,脱落等,若破损严重,以不能满足强度要求时,应尽快对个别受损构件进行加固,若破损不严重,对强度要求没有影响时,可不必加固。
③桥面宽度不足,影响车辆通过能力时,应进行拓宽加固。
④桥梁局部或整体刚度不足,已影响正常使用时,为提高其刚度,需进行加固。
⑤因战争或遭受特大自然灾害,桥梁受损需进行抢修工作,以及为保证重车临时通过桥梁时的安全,需对桥梁进,行临时加固。
(2)桥梁加固方法的选用原则
①桥梁加固是一种借加大或修复桥梁构件来提高局部或整座桥梁承载能力或通过能力的措施。
因此,桥梁加固工作一般以不更改原建筑形式为原则,只有在复杂的情况下,才更改其结构。
②桥梁加固可以有各种不同的方式,视旧桥的情况,承载能力的减弱程度以及今后的任务而变。
桥梁的加固一般有如下几种:
a)扩大或增加原结构构件截面,以提高原结构的强度和刚度;
b)以新的结构代替旧的应力不够的结构;
c)改变原结构的受力体系,使原结构减少受力;
d)对原结构施加外应力(如预应力),以改变原结构的受力图形,达到提高桥梁刚度和强度的目的。
③采用扩大或增加桥梁构件截面的方法进行加固时,应特别注意新加部分与原有部分的结合,使其成为—个整体起到加固作用。
④不管采用何种加固方案,都应考虑投资少;
工效快、不中断交通,技术上可行,有较好的耐久性等方面的要求。
加固的常用方法
(1)或增加构件截面法,此法包括下列几种形式:
①桥面补强层加固法;
②增加梁截面和配筋加固法;
③钢板粘贴或增设其他钢架,以做成组合梁的加固法;
(2)改变结构体系法;
①增设纵梁法;
②增设立柱或桥墩,使简支变连续;
或改桥为涵的改变结构体系法;
(3)对结构施加预应力的预应力法;
(4)更换部分或全部主梁的换梁法;
桥面铺装层的维修加固
公路桥梁桥面行车道板,起着直接承受作用于桥面铺装上的荷载,并传递分配荷载的作用,是公路桥的主要构件中承受荷载和应力最大的构件之一。
桥面板出现碎裂,脱落等破坏现象后,将直接影响车辆的过桥通行,危及交通安全。
因此,必须采取各种维修和加固措施,对其进行维修与加固。
桥面板的修补措施
桥面板出现表面碎裂、脱落或洞穴现象后,必须采取局部修复的方法进行维修。
修复时将破损部分全部凿除,再浇筑新鲜混凝土,并注意加强养护。
根据损坏产生原因的不同,桥面板损坏的修补措施如表2-1所列。
表2-1桥面板损坏的修补措施
损坏原因
修补措施
过大的轮重作用
加固桥面板,限制车辆载重
过大的冲击作用
桥面铺装、伸缩缝装置的养护维修
设计承载能力不足
加固桥面板、重新浇筑混凝土或更换桥面板
混凝土质量与施工不良
重新浇筑桥面板或更换桥面板
分布钢筋数量不足
加固桥面板
由于主梁作用产生负弯矩或拉应力作用
桥面板的刚度不够
加固桥面板(增大桥面板刚度或缩短跨径)
桥面板自由边的过大弯矩的作用
设置横梁、加固桥面板或重新浇筑部分混凝土
由于支承梁的不均匀下沉而产生的附加弯矩作用
设置横梁分担主梁的荷载及加固桥面板
桥面补强层加固法
在旧有混凝土或钢筋混凝土桥面板上,重新加铺一层混凝土或钢筋混凝土补强层,这种方法称为桥面板补强层加固法。
此法既能修补已出现裂缝、剥离等损坏的桥面板,又能加高原有梁板的有效厚度,增加梁板的抗弯能力,改善铰结梁板的荷载横向分布,从而提高桥梁的荷载能力。
采用桥面补强层加固施工比较方便,可与一般修筑桥面混凝土铺装层一样进行。
这种加固法对双车道或桥面拓宽的梁板桥,可以两边分开先后施工,对交通影响不大。
同时,还可结合道路路面维修养护工作一起进行,有利因素较多。
桥面补强层加固的常用方法有:
采用钢筋网与混凝土、钢筋网与膨胀混凝土、钢纤维混凝土等。
国内采用最多的是钢筋混凝土补强层加固。
2.3.3桥面补强层加固法的施工
(1)施工工艺流程
桥面补强层加固法施工程序一般如图2-1所示。
凿除破损部分混凝土
焊接或埋设钢筋锚
涂粘结剂
安装补强钢筋网
浇注混凝土补强层
养生(架设浮桥)
图2-1桥面补强层施工程序
(2)施工措施
桥面补强层加固法能否达到预期效果,关键取决于新旧混凝土能否牢固地形成一个整体。
因此,为确保新旧结构共同受力的可靠性和耐久性,需要从施工工艺上采取适当措施,以提高新旧混凝土的粘结程度。
一般可采用的措施有:
①对旧桥面进行凿毛处理。
先凿去桥面铺装(若为沥青混凝土铺装层,则务必全部凿除),然后再凿去部分梁顶面混凝土,约2cm左右,并使表面粗糙,成齿状形,箍筋外露。
②对结合面进行适当处理,如采取清扫,干燥等措施;
③为使新旧混凝土有更好的粘性,在凿毛后的混凝土面上可涂抹一层胶结剂,例如铝粉水泥浆,1:
1铝粉水泥砂浆,环氧胶液等。
④加设新旧混凝土之间的联系钢筋。
可在旧混凝土层上设置钢筋锚,如图2-2,也可把补强层钢筋网与底层钢筋焊接。
⑤采用干硬性混凝土或钢纤维混凝土浇筑补强层,以减少新浇混凝土的收缩,从而减少新旧混凝土之间产生的差动收缩力,提高补强效果。
⑥补强层混凝土浇筑后,应加强养护,避免使补强层过早受力,故可采取在桥面上架设临时浮桥的方法,如图2-3所示。
图2-3为避免补强层过早受力而设置的浮桥示意图
图2-2加设钢筋锚示意图
2.4增大梁截面和配筋加固法
当梁的强度,刚度、稳定性和抗裂性能不足时,通常可采用增大构件截面和增加配筋的加固方法。
对抗拉强度不足的简支梁桥进行补强施工时,可在梁底部(受拉区)或侧面增配补强主筋,或在腹板上增设补强箍筋,然后喷涂或浇筑混凝土,从而使梁的抗弯截面增大,以提高梁的承载能力。
增大梁截面和配筋加固法的优点是,能在桥下施工,不影响交通,加固工作量不大,而且加固的效果也较为显著。
因此,在桥梁结构补强加固中,是一种应用较多的方法。
增大构件截面和配筋来提高主梁承载能力的加固法,一般多用于梁板桥的加固。
对于板梁桥,主要是考虑增设板梁底面的加强主筋和截面,对于T型梁桥除考虑增设梁底主筋和截面外,还须考虑设置套箍。
板梁桥增大截面和配筋加固法
加固施工时施工程序
(1)凿槽、配设补强钢筋。
首先沿着原构件底部主筋部位下面凿槽。
槽不宜过宽过深,以不影响补强钢筋的放置及焊接为度,并尽量减少原主筋周围混凝土的握裹力损失。
槽凿好后,接着剪断原有钢筋,放入补强钢筋。
(2)将补强钢筋与原主筋焊接。
焊接时一般可采用焊一段空一段的间断焊接方式(焊缝长约6~8cm),以免温度过高影响混凝土质量。
剪断的钢箍可焊在补强钢筋上,使其形成较为牢固的钢筋骨架,
(3)将板梁底部的混凝土表面凿毛、洗净。
(4)喷涂或浇筑砂浆或混凝土予以覆盖,以形成新旧钢筋混凝土结合良好的断面。
混凝土或砂浆覆盖层不宜太薄,其厚度应衍合钢筋混凝土截面保护层的要求。
施工措施和要求
为确保加固工作获得预期要求,施工中要注意采取各种有效措施,使工程质量得到保证。
(1)为避免在焊接钢筋时,因温度过高而烧坏混凝土,影响混凝土与钢筋之间的握裹力,焊接钢筋时可用湿布裹住焊接附近的钢筋,使之降温。
对烧坏的混凝土要尽量凿除。
另外,由于钢筋受热而伸长以及自重的影响,钢筋有下垂现象,对下垂钢筋要用木棍顶住,再焊接箍筋。
(2)为保证新旧混凝土的接合,减少因变形而产生的接合裂缝,在喷涂砂浆或浇筑混凝土前,应用压力水冲除接合部位的余灰,使其湿润。
通常可采用早强砂浆、早强混凝土或膨胀混凝土喷涂或浇筑。
(3)加强新浇水泥砂浆层或混凝土层的养生工作。
同时,为避免因过早行车而影响工程质量,也可采用架设浮桥的方法。
(4)为便于混凝土的浇筑,可采用在桥孔下设置轻便托模的方法。
托模的作法是:
模板用8号铅丝吊在桥底,用木撑撑住模板,再用钢丝绳将长木方吊在人行道立柱根部,以保证模板稳定,使震捣时不易变形。
(5)当为避免影响桥下遍航时,还可采用悬挂式脚手架的形式进行施工。
施工时,在桥的两侧钢筋混凝土栏杆上系绕直径为20mm左右的钢丝绳,并穿过泄水孔兜住桥面,桥下一头钢丝绳捆扎圆木,上面加方木再满铺5cm木板作为施工作业之用,脚手顶面距梁底2m左右以便施工操作。
T形梁增大截面和配筋加固法
T形梁底及腹板采用加置钢筋,然后喷涂或浇筑一层砂浆或混凝土以增大梁断面的加固法如图2-4所示,将提高弯曲应力的钢筋放在梁下面的水平面上,并将加强剪应力的钢筋箍放在梁的竖向上,以达到加固补强的目的见图2-5。
(1)把梁底面