公路旧桥检测评定与加固技术研究及推广应用系交通部2001年度西部交通建设科技项目。项目就桥梁常用检测仪器设备、桥梁检测技术、旧桥检算方法、承载能力评定方法和桥梁加固成套技术,开展了系统研究、归纳和总结提升,并将研究成果在全国十多个省市近130座旧桥中进行了推广应用,产生了显著的经济效益和社会效益。项目研究成果总体上达到了国际领先水平。
通过多年来对公路旧桥检测评定与加固技术的研究、相应的推广应用方面的一系列的措施及所积累的经验,表明了公路旧桥检测评定与加固技术的研究及推广应用具有可观的经济效益和社会效应,对规范公路旧桥加固改造市场、提升旧桥加固技术水平和质量品质是十分必要的。
通过对浙江省交通工程试验检测市场规模、试验检测机构现状、试验检测市场存在的主要问题及其原因进行分析,提出了解决这些问题的对策和措施。
目前我国公路桥梁承载能力评定主要依据1988年颁布的《公路旧桥承载能力鉴定方法(试行)》进行,该方法对于桥梁检算的规定过于原则化,对承载能力检算系数的取值规定过于专家经验化,因此,我国现有的公路桥梁随载能力鉴定主要是基于荷载试验的评定方法。在1988年评定方法的基础上,提出了基于检测结果、通过检算分析评定桥梁随载能力的新方法体系。
针对目前旧桥承载能力评定方法存在的不足,克服需大量借助昂贵荷载试验进行旧桥承载能力鉴定的缺点,主要介绍了混凝土旧桥表观损伤、强度、钢筋锈蚀电位、氯离子含量、钢筋分布及保护层厚度、混凝土碳化深度、电阻率、内部缺陷和表层损伤等的检测方法与评价指标及结构或构件的耐久性综合评定方法。
通过对现有的检测混凝土强度技术规程在检测与评定桥梁构件强度时存在的不适应性进行分析,建立适用于桥梁结构或构件及局部的混凝土强度检测方法与评定标准。
系统地介绍了模糊评判理论在桥梁技术状态评定中的应用,通过对桥梁结构体系和影响因素及传力、受力等特点分析,建立了一套切实可行的桥梁技术状态评价方法。并通过工程实例,将模糊评判结果与荷载试验结果进行了一致性分析,验证了其评价结果的有效性。
在较为系统的介绍了基于检测结果的桥梁承载能力评定方法后,对相关的研究内容、评定原则和评定模式进行了论述,提出了在桥梁设计规范的基础上引入桥梁承载能力检算系数、承载能力恶化系数、折减系数和活载修正系数的承载能力评定方法体系。
在介绍了引起钢筋锈蚀的因素及过程后,分析了钢筋锈蚀造成结构性能退化的机理,并分析钢筋的锈蚀对桥梁结构的影响。通过对钢筋锈蚀引起结构抗力衰减过程分析,建立了结构抗力的等效模型,分析结构评价时刻的可靠度,并与初始状态进行比较,建立了基于桥梁检测结果的可靠性分析方法。以实现对桥梁当前和将来状态的可靠性评估及预测。
模型试验是研究结构受力性能的有效方法。本文对在车轮荷载作用下,两种不同边界条件的微弯板进行模型试验研究,探讨不同边界条件下微弯板的受力性能。试验结果表明,有无侧向约束是影响微弯板受力性能的重要因素之一;在旧桥微弯板板底中尽管存有一些开裂现象,但仍可继续使用。
由于钢筋锈蚀、混凝土碳化和日益增加的交通荷载影响,桥梁性能随着时间劣化,可靠性降低。因此,在分析影响既有钢筋混凝土桥梁可靠性不确定性因素的基础上,将这些因素归结为随机性和模糊性,以模糊随机变量为基本变量,考虑桥梁在服役过程中的耐久性损伤对可靠性的影响,针对既有桥梁荷载的分析背景同拟建桥梁的不同,进一步考虑模糊性,建立了考虑失效准则模糊性的模糊随机状态方程,将JC法改进用于计算模糊随机可靠指标,以装配式简支梁桥可靠性评价为例给出了具体方法和过程。
为了了解目前我国预应力混凝土连续箱梁的超方水平,对结构的计算检验提供参考,以两座预应力混凝土连续箱梁为工程背景,采用现场调查方法对箱梁混凝土超方问题进行了研究。调查研究得到了两座桥箱梁超方水平的概率和在箱梁横截面上的分布,并得出了箱梁混凝土超方水平和施工方法之间的关系。
从钢梁的强度、刚度、稳定和疲劳等方面阐述了既有桥梁钢结构构件的检算原理,介绍了桥梁加固原则。针对规范[1]中按传统的弹性平板屈曲理论计算钢箱梁受压翼缘临界应力偏高和压弯构件弯扭屈曲计算未考虑附加弯矩对屈曲弯矩影响等不足,运用能量法则,提出了修正方法,对检算与加固有借鉴作用。
对某钢管混凝土拱桥不同的稳定性设计方案进行了介绍,利用有限元方法对钢管拱施工、成桥各阶段的整体稳定性进行了空间分析,并讨论了影响整体稳定性的因素,希望通过比选找出最佳的稳定性方案。
在预应力桥梁加固工程中,准确进行预应力钢筋的定位是钢筋再张拉及补压浆的前提条件。本文详细阐述了探地雷达在钢筋定位中使用判断方法及其影响因素,通过工程应用,结果表明用探地雷达进行预应力筋定位,其效果比较理想。
对于大多缺乏原始设计和施工资料的旧拱桥,很难对其承载能力作出准确的评定。以一座旧双曲拱桥的调查为例,提出了通过结构尺寸、拱轴线、截面配筋、材料强度和病害情况调查来恢复旧拱桥图纸的方法。该方法可以为缺失技术资料的旧拱桥的调查、检测提供参考。
以某钢筋混凝土T型梁桥的检测为例,介绍混凝土旧桥表观损伤、强度、钢筋锈蚀电位、氯离子含量、钢筋分布及保护层厚度、混凝土碳化深度、电阻率、内部缺陷和表层损伤等的检测方法与评价指标及结构或构件的耐久性综合评定方法。
目前预应力混凝土连续箱梁桥的预应力损失情况评价与测试是值得研究的问题。通过对预应力损失影响因素和预应力连续梁桥变形特点的分析,本文对预应力损失评估方法进行了探讨,提出了以变形为主要指标的预应力损失计算方法,并根据实桥测试加以验证。
某净跨径34m的双曲线,运营近20年检查发现拱顶下沉达12cm,拱顶和拱脚开裂严重,裂缝最大宽度最大达8～10 mm,必须进行加固处理。根据对该桥的检测评价情况,结合病害和承受繁重交通的限制条件,采用体外预应力进行加固。加固后的荷载试验表明承受能力得到恢复,取到了较好的效果,为双曲拱桥拱顶下沉、拱脚开裂病害的自治提供了一种新的思路。
结合桥梁结构特点,对主梁受弯、受剪和受拉的承载力不足采用粘贴钢板代替增设的补强钢筋,提高桥梁的承载能力。对粘贴钢板加固法的适用条件、材料要求、力学特点、设计计算、构造措施、工序质量控制及加固工程质量检验评定方法等方面进行了系统研究,此外提出的工序和质量控制对实际加固工程具有指导意义。
结合旧桥加固的特点和项目组多年来从事该领域的经验,对公路旧桥加固方法和工程实践进行了系统的总结。同时,对旧桥加固的基本原则、加固工作程序、加固技术经济指标分析方法、加固设计方案的比选原则与要求、常用桥梁结构加固方法、加固工序质量控制与竣工验收方法等进行了深入的研究,形成了一套系统、规范、可行的公路旧桥加固技术体系。
介绍了桥梁铺装层改造中当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,采用的适用于中小跨径桥梁的桥面补强加固法特点,从其适用条件、材料要求、力学特点、设计计算、构造措施及工序质量控制等方面进行了系统研究,可操作性强,对实际桥面补强加固工程具有指导意义。
为满足未来大规模桥梁维护管理的需要,以国内外建设项目后评价的发展概况总结分析为基础,论述了桥梁加固后评价研究工作的重要意义,给出了桥梁加固后评价的基本概念,提出了桥梁加固后评价的内容,应包括目标评价、实施过程评价、技术性评价、效益性评价、影响性评价及持续性评价,并对桥梁加固后评价方法论进行了探讨,力求为卓有成效地开展桥梁加固工程奠定了理论基础。
为全面评价桥梁的加固效果,以桥梁加固后引起通行车辆的变化为出发点,分析了桥梁加固项目的环境影响性评价内容和方法。采取相应的环保措施可有效的减少或消除项目对环境的影响,分别从噪声控制、空气污染控制和水污染控制三个方面分析评价桥梁加固项目的环境污染控制措施的执行情况及效果。
针对桥梁加固的技术性效果,利用桥梁结构或构件的特定信息,从安全性、耐久性和适用性三方面分析了桥梁加固后结构技术状况的评价内容,以桥梁加固后各项技术指标的改善情况为检验标准,建立了结构技术状况评价指标体系,可为全面衡量桥梁的加固效果提供依据。
根据公路建设与经济发展的辨证关系,应用工程技术经济学的基本原理,对桥梁加固所引起的直接经济效益和间接经济效益进行了研究分析。桥梁加固产生的直接经济效益通过区分桥梁通行交通量的类型和车辆运输成本的变化进行了分析。利用桥梁加固工程的投资效果,建立了桥梁加固间接经济效益的计算方法。
实施过程评价是桥梁加固后评价的一项重要内容,结合桥梁工程的特点,参考传统的后评价理论,对桥梁加固项目实施过程评价的主要内容进行了研究和探讨,建立了桥梁加固实施过程评价的定量评价指标体系。
介绍了针对桥梁下部结构的增补桩基加固法,对地基承载力不够采用在桩基础的周围补加钻孔桩或打入钢筋混凝土预制桩并扩大原承台,并将承台与桩顶连接在一起,以此提高基础承载力,增加基础稳定性,从适用条件、力学特点、设计计算、构造措施及工序质量控制等方面进行了系统的归纳总结,供同行参考。
如何使新增构件与现有结构共同作用是加固处治的关键问题。在此,介绍3种某桥的一个桥墩承台和桩基础病害的处治,由于原结构出现断桩和承台严重开裂,对此进行了特殊考虑。设计中分析了现有结构的承载力,通过张拉托梁预应力钢束,对现有承台进行预加载,使新加桩基起到卸载作用,并与原桩基共同支承承台。同时采用环向预应力,对承台形成套箍作用,提高了承台的承载力,以保证施工安全。
为了客观反映材料退化、结构损伤、运营环境变化及结构工作状态改变等因素对桥梁承载能力的影响,分析了桥梁加固计算的特点,给出了基于损伤退化模型的钢筋混凝土梁式桥正截面及斜截面承载能力计算公式,提出了结构加固计算的一般步骤,并以工程实例给出了具体应用方法。
混凝土刚架拱桥是一种非常实用的中等跨径桥梁结构形式。20世纪80～90年代,我国修建了相当数量的混凝土刚架拱桥,现在很多这种结构型式的桥梁存在病害。本文从混凝土刚架拱桥益发的典型病害着手,以某实桥加固为例,研究探讨了对这种桥型的综合加固技术措施。
对梨温高速公路进贤连接线跨浙赣铁路立交桥1号桥墩下沉的原因从技术的角度进行了分析,并介绍了处治设计方案的比选及施工要点。
本文介绍的钢筋锈蚀综合测量装置是一种新型的、多参量、适合于现场测量的混凝土结构钢筋锈蚀状况的无损检测仪器。本仪器的研制,主要根据腐蚀电化学的原理,综合电化学的检测方法,应用先进的电子测量、测试技术和计算机技术,对钢筋混凝土结构的钢筋锈蚀的参量进行测量,从而,根据相关的评判标准对混凝土结构中的钢筋锈蚀状况进行评估,提供了科学的手段。本装置可广泛应用于公路交通、铁路、建筑、水利和其他相关领域的混凝土结构中钢筋状况的检测,为早期发现钢筋的锈蚀提供了先进的综合检测手段。
本文从无损检测的实际需要出发,就一种能够实现图形化测量的钢筋保护层测量仪的研制过程,阐述了其中主要的设计思想和试验成果。对仪器的系统构成、传感器性能的保证措施、行走机构的方案遴选和技术实现、主机系统集成、软件系统的构成与功能要求等方面都有详尽的论述。
在简要介绍了国内外桥梁检查设备的现状后,着重论述了新研制的轻型可移动拼装式桥梁检测工作架的性能、结构特点。该检测工作架主要解决接近桥梁构造物进行桥梁检查工作的通道问题,为一般公路桥梁检查或检测作业提供工作平台。
由于智能混凝土超声检测装置应用于野外桥梁检测,因此要求设备可实现长时间电池供电,体积小、重量轻,同时由于分析处理的信息量大,不仅包括声参量,而且包括每一测点的波形信息。在项目的总体设计思想方案的要求下,在分析超声仪的各个发展阶段的优劣的基础上,研制成功了新型的非金属超声检测仪。
