橋梁結(jié)構(gòu)病害分析與改造加固設(shè)計哈爾濱工業(yè)大學(xué)張樹仁教授哈爾濱工業(yè)大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院張樹仁教授1

我國橋梁改造加固任務(wù)繁重，據(jù)交通部統(tǒng)計至2003年底，全國公路網(wǎng)中尚有危橋10443座，378439延米。要實現(xiàn)交通部規(guī)劃的2005年底基本消滅國、省干線公路危橋的目標(biāo)，所需資金約為90億元。中國橋梁改造加固市場的巨大潛力，吸引了國內(nèi)外眾多有遠(yuǎn)見卓識的工程技術(shù)人員和企業(yè)家把注意力轉(zhuǎn)移到這方面來，國外的先進(jìn)加固技術(shù)大量涌進(jìn)中國加固市場，各種加固公司像雨后春筍相應(yīng)而生，成功地創(chuàng)建了一批橋梁改造加固的優(yōu)秀范例，推進(jìn)了我國橋梁改造工作的發(fā)展。提高橋梁改造加固設(shè)計質(zhì)量，是確保加固工程質(zhì)量的前提和基礎(chǔ)。橋梁改造加固設(shè)計是比新建橋梁設(shè)計復(fù)雜得多的系統(tǒng)工程。我國目前的狀況是“有實力的大設(shè)計院無暇顧及，不愿意干，技術(shù)力量較差的小型設(shè)計單位又干不了”，橋梁改造加固設(shè)計基本上由科研單位、高等院校和。哈爾濱工業(yè)大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院張樹仁教授2各類專業(yè)公司來承擔(dān)。各類專業(yè)公司的技術(shù)水平差異較大，值得慶幸的是，近幾年來我國確已出現(xiàn)一批技術(shù)能力較高的專業(yè)化加固公司，完成一批橋梁加固工程的優(yōu)秀范例，他們代表了中國橋梁改造加固的主導(dǎo)方向。但是，有些專業(yè)公司以銷售加固材料為主，業(yè)務(wù)單一，對橋梁加固設(shè)計不熟悉。橋梁改造加固設(shè)計審核制度不規(guī)范，沒有明確的加固設(shè)計資質(zhì)要求，橋梁加固設(shè)計市場管理混亂。整頓和規(guī)范橋梁加固市場，提高橋梁改造加固設(shè)計質(zhì)量是提高橋梁改造加固工程質(zhì)量的重要措施之一。從技術(shù)角度分析，目前我國橋梁改造加固設(shè)計存在的主要問題是：（1）基層養(yǎng)護(hù)管理和設(shè)計部門，橋梁病害診斷技術(shù)力量薄弱，橋梁檢測手段落后。橋梁病害診斷是進(jìn)行橋梁加固設(shè)計的前提和基礎(chǔ)，只有診斷清楚，才能對癥下藥。橋梁檢測是橋梁病害診斷與分析的重要手段，檢測應(yīng)重在哈爾濱工業(yè)大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院張樹仁教授3分析，并應(yīng)與橋梁加固設(shè)計相結(jié)合。（2）考慮結(jié)構(gòu)損傷影響的承載力評估方法還不夠完善。（3）橋梁改造加固總體設(shè)計方案的設(shè)計思路不夠開闊，應(yīng)用技術(shù)單一，設(shè)計深度不夠。（4）個別橋梁加固設(shè)計生搬硬套國外或國內(nèi)其他行業(yè)的設(shè)計方法，忽略了橋梁帶載加固分階段受力的特點。有些加固設(shè)計只做宏觀的定性分析，缺少科學(xué)地定量分析計算，設(shè)計帶有很大的隨意性。針對我國目前橋梁改造加固加固市場的混亂局面，加強(qiáng)橋梁養(yǎng)護(hù)、管理及設(shè)計與施工技術(shù)隊伍建設(shè)是整頓橋梁加固市場的重要內(nèi)容之一。特別是在全國基層的橋梁養(yǎng)護(hù)、管理及設(shè)計與施工人員中，普及橋梁病害診斷與加固設(shè)計知識是十分必要的。哈爾濱工業(yè)大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院張樹仁教授4第一章橋梁病害診斷第二章混凝土結(jié)構(gòu)承載能力及耐久性評估第三章橋梁改造加固方案設(shè)計第四章橋梁加固薄弱受彎構(gòu)件設(shè)計計算講授提綱哈爾濱工業(yè)大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院張樹仁教授5第一章橋梁病害診斷§1-1環(huán)境因素引起的混凝土結(jié)構(gòu)損傷或破壞§1-2混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫分析基本內(nèi)容哈爾濱工業(yè)大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院張樹仁教授6混凝土結(jié)構(gòu)的病害表現(xiàn)形式多種多樣，引起病害的原因錯綜復(fù)雜，從引起病害的原因來分析，可以將其劃分為兩大類：第一類為由環(huán)境作用引起的混凝土結(jié)構(gòu)損傷與破壞。由于混凝土的缺陷（例如裂隙、孔道、汽泡、孔穴等），環(huán)境中的水及侵蝕性介質(zhì)就可能滲入混凝土內(nèi)部，與混凝土中某些成份發(fā)生化學(xué)、物理反應(yīng)，引起混凝土損傷，影響結(jié)構(gòu)的受力性能和耐久性。第二類為由荷載作用或設(shè)計、施工不當(dāng)造成的混凝土結(jié)構(gòu)損傷。例如，由于超載作用引起的裂縫，動力沖擊作用引起疲勞破壞。構(gòu)造措施和施工方法不當(dāng)引起結(jié)構(gòu)裂縫等。第一章橋梁病害診斷哈爾濱工業(yè)大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院張樹仁教授7§1-1環(huán)境因素引起的混凝土結(jié)構(gòu)損傷或破壞1混凝土的碳化混凝土的碳化是指混凝土中氫氧化鈣與滲透進(jìn)混凝土中的二氧化碳或其它酸性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程。一般情況下混凝土呈堿性，在鋼筋表面形成堿性薄膜，保護(hù)鋼筋免遭酸性介質(zhì)的侵蝕，起到了“鈍化”保護(hù)作用。碳化的實質(zhì)是混凝土的中性化，使混凝土的堿性降低，鈍化膜破壞，在水分和其它有害介質(zhì)侵入的情況下，鋼筋就會發(fā)生銹蝕。2氯離子的侵蝕氯離子對混凝土的侵蝕是氯離子從外界環(huán)境侵入已硬化的混凝土造成的。海水是氯離子的主要來源，北方寒冷地區(qū)冬季道路

、橋面撒鹽化雪除冰都有可能使氯離子滲入混凝土中。氯離子對混凝土的侵蝕屬于化學(xué)侵蝕，對結(jié)構(gòu)的危害是多方面的，但最終表現(xiàn)為鋼筋的銹蝕。第一章橋梁病害診斷哈爾濱工業(yè)大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院張樹仁教授8§1-1環(huán)境因素引起的混凝土結(jié)構(gòu)損傷或破壞3堿—骨料反應(yīng)堿—骨料反應(yīng)一般指水泥中的堿和骨料中的活性硅發(fā)生反應(yīng)，生成堿—硅酸鹽凝膠，并吸水產(chǎn)生膨脹壓力，造成混凝土開裂。堿—骨料反應(yīng)引起的混凝土結(jié)構(gòu)破壞程度，比其他耐久性破壞發(fā)展更快，后果更為嚴(yán)重。堿—骨料反應(yīng)一旦發(fā)生，很難加以控制，一般不到兩年就會使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯開裂，所以有時也稱堿骨料反應(yīng)是混凝土結(jié)構(gòu)的“癌癥”。堿—骨料反應(yīng)破壞的最重要特征之一是混凝土表面開裂，裂縫的形態(tài)與結(jié)構(gòu)中鋼筋形成的限制和約束狀態(tài)有關(guān)：鋼筋限制、約束力強(qiáng)的混凝土形成順筋裂縫；鋼筋限制約束作用弱的混凝土形成網(wǎng)狀或地圖狀裂縫，在裂縫處有白色凝膠物滲出。堿—骨料反應(yīng)裂縫與其他原因裂縫的主要區(qū)別是：第一章橋梁病害診斷哈爾濱工業(yè)大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院張樹仁教授9§1-1環(huán)境因素引起的混凝土結(jié)構(gòu)損傷或破壞①堿—骨料反應(yīng)引起混凝土局部膨脹，裂縫的兩個邊緣出現(xiàn)不平狀態(tài)（錯臺）；是堿骨料反應(yīng)裂縫的特有現(xiàn)象；②堿—骨料反應(yīng)與環(huán)境濕度有關(guān)，在同一工程中潮濕部位出現(xiàn)裂縫，而干燥部位卻安然無恙，是堿—骨料反應(yīng)裂縫區(qū)別與其他原因裂縫的外觀特征差別之一。③從裂縫出現(xiàn)的時間來判斷，堿—骨料反應(yīng)裂縫出現(xiàn)的時間較晚，多在施工后5~10年內(nèi)出現(xiàn)，而混凝土收縮裂縫出現(xiàn)的時間較早，一般在施工后若干天內(nèi)出現(xiàn)。4凍融循環(huán)破壞滲入混凝土中的水在低溫下結(jié)冰膨脹，從內(nèi)部破壞混凝土的微觀結(jié)構(gòu)。經(jīng)多次凍融循環(huán)后，損傷積累將使混凝土剝落酥裂，強(qiáng)度降低。凍融循環(huán)破壞的混凝土第一章橋梁病害診斷哈爾濱工業(yè)業(yè)大學(xué)交通通科學(xué)與工工程學(xué)院張張樹仁教教授10§1-1環(huán)境因素引引起的混凝凝土結(jié)構(gòu)損損傷或破壞壞剝落，開始始時在混凝凝土表面出出現(xiàn)粒徑為為2-3mm的小片剝落落，隨著使使用年限的的增加，剝剝落量及剝剝落塊直徑徑增大，剝剝落由表及及里，發(fā)展展速度很快快。一經(jīng)發(fā)發(fā)現(xiàn)凍融引引起的混凝凝土剝落，，必需密切切注意剝落落的發(fā)展情情況，及時時采取修補(bǔ)補(bǔ)措施。北方地區(qū)采采用撒鹽除除冰，由于于鹽類與凍凍融循環(huán)的的共同作用用引起的鹽鹽凍破壞是是凍融循環(huán)環(huán)破壞的一一種特殊形形式。鹽凍凍破壞是靜靜水壓及鹽鹽溶液的滲滲透壓和結(jié)結(jié)晶壓共同同作用的結(jié)結(jié)果，因此此，鹽凍破破壞要比單單純的凍融融破壞嚴(yán)酷酷得多。鹽凍破壞區(qū)區(qū)別于其他他破壞形式式的主要特特征是：①表面分層層剝落，骨骨料暴露，，但剝落層層下面的混混凝土完好好；②破壞速度度快，對未未采用防鹽鹽凍措施而而使除冰鹽鹽者，第一章橋橋梁病害害診斷哈爾濱工業(yè)業(yè)大學(xué)交通通科學(xué)與工工程學(xué)院張張樹仁教教授11§1-1環(huán)境因素引引起的混凝凝土結(jié)構(gòu)損損傷或破壞壞少則一冬，，多則幾冬冬，即可產(chǎn)產(chǎn)生嚴(yán)重鹽鹽凍破壞；；③在沒有干干擾的剝蝕蝕表面或裂裂縫中可見見到白色鹽鹽結(jié)晶體；；5鋼筋銹蝕混凝土中鋼鋼筋腐蝕的的首要條件件是鈍化膜膜壞，混凝凝土的碳化化及氯離子子侵蝕都會會造成覆蓋蓋鋼筋表面面的堿性鈍鈍化膜的破破壞，加之之有水分和和氧的侵入入，就可能能引起鋼筋筋的腐蝕。。鋼筋腐蝕蝕伴有體積積膨脹，使使混凝土出出現(xiàn)沿鋼筋筋的縱向裂裂縫，造成成鋼筋與混混凝土之間間的粘結(jié)力力破壞，鋼鋼筋截面面面積減少，，使結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件的承載載力降低，，變形和裂裂縫增大等等一系列不不良后果，，并隨著時時間的推移移，腐蝕會會逐漸惡化化，最終可可能導(dǎo)致結(jié)結(jié)構(gòu)的完全全破壞。第一章橋橋梁病害害診斷哈爾濱工業(yè)業(yè)大學(xué)交通通科學(xué)與工工程學(xué)院張張樹仁教教授12§1-1環(huán)境因素引引起的混凝凝土結(jié)構(gòu)損損傷或破壞壞值得注意的的是，上述述所有侵蝕蝕混凝土和和鋼筋的作作用都需要要有水作介介質(zhì)。另一一方面，幾幾乎所有的的侵蝕作用用對混凝土土結(jié)構(gòu)的破破壞都與侵侵蝕作用引引起的混凝凝土膨脹，，最終導(dǎo)致致混凝土的的開裂有關(guān)關(guān)。而且當(dāng)當(dāng)混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)開裂后后，腐蝕速速度將大大大加快。形形成導(dǎo)致混混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)的耐久性性進(jìn)一步退退化的惡化化循環(huán)。因因此，對新新建結(jié)構(gòu)而而言，提高高混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)耐久性性的基本途途徑是增強(qiáng)強(qiáng)混凝土的的密實度，，防止和控控制混凝土土開裂，阻阻止水分的的侵入；加加大混凝土土保護(hù)層的的厚度，防防止由于混混凝土保護(hù)護(hù)層碳化引引起鋼筋鈍鈍化膜的破破壞。對于于在役結(jié)構(gòu)構(gòu)而言，提提高混凝土土結(jié)構(gòu)耐久久性的基本本思路是在在清除病害害根源的基基礎(chǔ)上，封封堵裂縫，，修補(bǔ)破損損混凝土；；增設(shè)防水水層，防止止水分的侵侵入。第一章章橋橋梁梁病害害診斷斷哈爾濱濱工業(yè)業(yè)大學(xué)學(xué)交通通科學(xué)學(xué)與工工程學(xué)學(xué)院張張樹仁仁教教授授13§1-2混混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)的裂裂縫分分析實踐表表明，，混凝凝土結(jié)結(jié)構(gòu)的的任何何損傷傷與破破壞，，一般般都是是首先先在混混凝土土中出出現(xiàn)裂裂縫，，裂縫縫是反反映混混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)病害害的晴晴雨表表。所所以，，對混混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)的損損傷檢檢測，，首先先應(yīng)從從對結(jié)結(jié)構(gòu)的的裂縫縫調(diào)查查、檢檢測與與分析析入手手?；炷镣两Y(jié)構(gòu)構(gòu)的裂裂縫是是由材材料內(nèi)內(nèi)部的的初始始缺陷陷、微微裂縫縫的擴(kuò)擴(kuò)展而而引起起的。。引起起裂縫縫的原原因很很多，，但可可歸納納為兩兩大類類：第一類類：由由外荷荷載引引起的的裂縫縫，稱稱為結(jié)結(jié)構(gòu)性性裂縫縫（又又稱為為受力力裂縫縫），，其裂裂縫的的分布布及寬寬度與與外荷荷載有有關(guān)。。這種種裂縫縫的出出現(xiàn)，，預(yù)示示結(jié)構(gòu)構(gòu)承載載力可可能不不足或或存在在其他他嚴(yán)重重問題題。第一章章橋橋梁梁病害害診斷斷哈爾濱濱工業(yè)業(yè)大學(xué)學(xué)交通通科學(xué)學(xué)與工工程學(xué)學(xué)院張張樹仁仁教教授授14§1-2混混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)的裂裂縫分分析第二類類：由由變形形引起起的裂裂縫，，稱為為非結(jié)結(jié)構(gòu)性性裂縫縫，如如溫度度變化化、混混凝土土收縮縮等因因素引引起的的結(jié)構(gòu)構(gòu)變形形受到到限制制時，，在結(jié)結(jié)構(gòu)內(nèi)內(nèi)部就就會產(chǎn)產(chǎn)生拉拉應(yīng)力力，當(dāng)當(dāng)此應(yīng)應(yīng)力達(dá)達(dá)到混混凝土土抗拉拉強(qiáng)度度極限限值時時，即即會引引起混混凝土土裂縫縫，裂裂縫一一旦出出現(xiàn)，，變形形得到到釋放放，拉拉應(yīng)力力也就就消失失了。。兩類裂裂縫有有明顯顯的區(qū)區(qū)別，，危害害效果果也不不相同同，有有時兩兩類裂裂縫融融在一一起。。調(diào)查查資料料表明明，在在兩類類裂縫縫中以以變形形引起起的裂裂縫占占主導(dǎo)導(dǎo)的約約占80%；以荷荷載引引起的的裂縫縫占主主導(dǎo)的的約占占20%。對裂裂縫原原因的的分析析是裂裂縫危危害性性評定定，裂裂縫修修補(bǔ)和和加固固的依依據(jù)，，若對對裂縫縫不經(jīng)經(jīng)分析析研究究就盲盲目進(jìn)進(jìn)行處處理，，不僅僅達(dá)不不到預(yù)預(yù)期的的效果果，還還可能能潛藏藏著突突發(fā)性性事故故的危危險。。第一章章橋橋梁梁病害害診斷斷哈爾濱濱工業(yè)業(yè)大學(xué)學(xué)交通通科學(xué)學(xué)與工工程學(xué)學(xué)院張張樹仁仁教教授授15§1-2混混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)的裂裂縫分分析1．結(jié)構(gòu)構(gòu)性裂裂縫（（受力力裂縫縫）眾所周周知，，混凝凝土的的抗拉拉強(qiáng)度度很低低，抗抗拉極極限應(yīng)應(yīng)變大大約為為第一章章橋橋梁梁病害害診斷斷換句話話說，，混凝凝土即即將開開裂的的瞬間間，鋼鋼筋的的應(yīng)力力只有有事實上上，在在正常常使用用階段段鋼筋筋的應(yīng)應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于于此值值，所所以說說在正正常使使用階階段鋼鋼筋混混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)出現(xiàn)現(xiàn)裂縫縫是避避不可可免的的。因因而，，習(xí)慣慣上又又將這這種裂裂縫稱稱為正正常裂裂縫。。實踐踐證明明，在在正常常條件件下，，裂縫縫寬度度小于于0.3mm時，鋼鋼筋不不致生生銹。。為確確保安安全，，允許許裂縫縫寬度度還應(yīng)應(yīng)哈爾濱濱工業(yè)業(yè)大學(xué)學(xué)交通通科學(xué)學(xué)與工工程學(xué)學(xué)院張張樹仁仁教教授授16小一些些。新新頒布布的<公路鋼鋼筋混混凝土土及預(yù)預(yù)應(yīng)力力混凝凝土橋橋涵設(shè)設(shè)計規(guī)規(guī)范>JTGD62-2004（以下下簡稱稱<橋規(guī)JTGD62>）規(guī)定定：鋼鋼筋混混凝土土構(gòu)件件計算算的特特征裂裂縫寬寬度不不應(yīng)超超過下下列規(guī)規(guī)定的的限值值：Ⅰ類及Ⅱ類環(huán)境境0.2mmⅢ類及Ⅳ類環(huán)境境0.15mm圖1-1所示為為鋼筋筋混凝凝土簡簡支梁梁的典典型結(jié)結(jié)構(gòu)性性裂縫縫分布布示意意圖。。第一章章橋橋梁梁病害害診斷斷§1-2混混凝凝土土結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的裂裂縫縫分分析析圖1-1鋼筋筋混混凝凝土土梁梁結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)裂裂縫縫哈爾爾濱濱工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)交交通通科科學(xué)學(xué)與與工工程程學(xué)學(xué)院院張張樹樹仁仁教教授授17圖1-1中①①所所示示的的跨跨中中截截面面附附近近下下緣緣受受拉拉區(qū)區(qū)的的豎豎向向裂裂縫縫，，是是最最常常見見的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)性性裂裂縫縫。。在在正正常常設(shè)設(shè)計計和和使使用用情情況況下下，，裂裂縫縫寬寬度度不不大大，，間間距距較較密密，，分分布布均均勻勻。。若若豎豎直直裂裂縫縫寬寬度度過過大大，，預(yù)預(yù)示示結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)正正截截面面承承載載力力不不足足；；圖圖1-1中②②所所示示為為支支點點（（或或腹腹板板寬寬度度變變化化處處））附附近近截截面面由由主主拉拉應(yīng)應(yīng)力力引引起起的的斜斜裂裂縫縫。。在在正正常常設(shè)設(shè)計計和和使使用用情情況況下下很很少少出出現(xiàn)現(xiàn)斜斜裂裂縫縫，，即即使使出出現(xiàn)現(xiàn)裂裂縫縫寬寬度度也也很很小小。。若若斜斜裂裂縫縫寬寬度度過過大大，，預(yù)預(yù)示示結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的斜斜截截面面承承載載力力不不足足，，存存在在發(fā)發(fā)生生斜斜截截面面脆脆性性破破壞壞的的潛潛在在危危險險，，應(yīng)應(yīng)引引起起足足夠夠的的重重視視。。另外外，，鋼鋼筋筋混混凝凝土土墩墩柱柱受受壓壓構(gòu)構(gòu)件件由由于于縱縱向向壓壓力力過過大大引引起起的的縱縱向向裂裂縫縫、、預(yù)預(yù)應(yīng)應(yīng)力力筋筋錨錨固固區(qū)區(qū)由由于于局局部部應(yīng)應(yīng)力力過過大大引引起起的的劈劈裂裂裂裂縫縫等等都都屬屬于于結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)性性裂裂縫縫。。第一一章章橋橋梁梁病病害害診診斷斷§1-2混混凝凝土土結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的裂裂縫縫分分析析哈爾爾濱濱工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)交交通通科科學(xué)學(xué)與與工工程程學(xué)學(xué)院院張張樹樹仁仁教教授授18有些些結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)性性裂裂縫縫（（受受力力裂裂縫縫））是是由由設(shè)設(shè)計計錯錯誤誤和和施施工工方方法法不不當(dāng)當(dāng)所所造造成成的的。。例例如如：：鋼鋼筋筋錨錨固固長長度度不不足足、、計計算算圖圖式式與與實實際際受受力力不不符符、、次次內(nèi)內(nèi)力力考考慮慮不不全全面面和和施施工工安安裝裝構(gòu)構(gòu)件件支支承承吊吊點點錯錯誤誤等等都都可可以以使使構(gòu)構(gòu)件件產(chǎn)產(chǎn)生生裂裂縫縫。。在超超靜靜結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)中中基基礎(chǔ)礎(chǔ)不不均均勻勻沉沉降降，，將將引引起起結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的內(nèi)內(nèi)力力變變化化，，可可能能導(dǎo)導(dǎo)致致結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)出出現(xiàn)現(xiàn)裂裂縫縫。?；A(chǔ)礎(chǔ)不不均均沉沉降降引引起起的的上上部部結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的裂裂縫縫，，實實質(zhì)質(zhì)上上是是屬屬于于結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)性性裂裂縫縫（（受受力力裂裂縫縫））范范疇疇，，裂裂縫縫的的分分布布和和寬寬度度與與結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)形形式式、、基基礎(chǔ)礎(chǔ)不不均均沉沉降降情情況況及及大大小小等等多多種種因因素素有有關(guān)關(guān)。。這這種種裂裂縫縫對對結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)安安全全性性影影響響很很大大，，應(yīng)應(yīng)在在基基礎(chǔ)礎(chǔ)不不均均勻勻沉沉降降停停止止或或采采用用加加固固地地基基方方法法消消除除后后，，才才能能進(jìn)進(jìn)行行上上部部結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的裂裂縫縫處處理理。。第一一章章橋橋梁梁病病害害診診斷斷§1-2混混凝凝土土結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的裂裂縫縫分分析析哈爾爾濱濱工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)交交通通科科學(xué)學(xué)與與工工程程學(xué)學(xué)院院張張樹樹仁仁教教授授192．非非結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)性性裂裂縫縫混凝凝土土的的非非結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)性性裂裂縫縫根根據(jù)據(jù)其其形形成成的的時時間間可可分分為為：：混混凝凝土土硬硬化化前前裂裂縫縫、、硬硬化化過過程程裂裂縫縫和和完完全全硬硬化化后后裂裂縫縫。。非非結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)性性裂裂縫縫的的產(chǎn)產(chǎn)生生受受混混凝凝土土材材料料組組成成、、澆澆筑筑方方法法，，養(yǎng)養(yǎng)護(hù)護(hù)條條件件和和使使用用環(huán)環(huán)境境等等等等多多種種因因素素影影響響。。（1）收收縮縮裂裂縫縫在混混凝凝土土凝凝固固過過程程中中，，由由于于多多余余水水分分蒸蒸發(fā)發(fā)，，引引起起的的混混凝凝土土體體積積縮縮小小稱稱為為干干縮縮。。同同時時，，水水泥泥與與水水起起水水化化作作用用逐逐漸漸硬硬化化而而形形成成的的水水泥泥骨骨架架不不斷斷緊緊密密，，引引起起的的混混凝凝土土體體積積縮縮小小稱稱為為凝凝縮縮。。收收縮縮中中以以干干縮縮為為主主，，占占總總收收縮縮量量的的8/10~9/10。收收縮縮量量隨隨時時間間增增長長而而不不斷斷加加大大，，初初期期收收縮縮較較快快，，爾爾后后日日趨趨緩緩慢慢。。普普通通混混凝凝土土在在標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)狀狀態(tài)態(tài)下下的的極極限限收收縮縮變變形形約約為為(3~4)××10－4。第一一章章橋橋梁梁病病害害診診斷斷§1-2混混凝凝土土結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的裂裂縫縫分分析析哈爾爾濱濱工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)交交通通科科學(xué)學(xué)與與工工程程學(xué)學(xué)院院張張樹樹仁仁教教授授20當(dāng)混混凝凝土土成成形形后后，，表表面面水水份份蒸蒸發(fā)發(fā)，，這這種種水水份份蒸蒸發(fā)發(fā)總總是是由由表表及及里里逐逐步步發(fā)發(fā)展展，，截截面面內(nèi)內(nèi)外外溫溫度度不不等等，，內(nèi)內(nèi)外外收收縮縮量量不不一一樣樣。?；旎炷镣帘肀砻婷媸帐湛s縮變變形形受受到到混混凝凝土土內(nèi)內(nèi)部部約約束束或或其其他他約約束束限限制制時時，，即即在在混混凝凝土土中中產(chǎn)產(chǎn)生生拉拉應(yīng)應(yīng)力力，，引引起起混混凝凝土土開開裂裂。。尤尤其其是是混混凝凝土土早早期期養(yǎng)養(yǎng)護(hù)護(hù)不不當(dāng)當(dāng)，，混混凝凝土土表表面面直直接接受受到到風(fēng)風(fēng)吹吹日日曬曬的的影影響響，，表表面面水水份份蒸蒸發(fā)發(fā)過過快快，，產(chǎn)產(chǎn)生生較較大大的的拉拉應(yīng)應(yīng)力力，，混混凝凝土土早早期期強(qiáng)強(qiáng)底底低低，，很很容容易易出出現(xiàn)現(xiàn)收收縮縮裂裂縫縫。。收縮裂縫縫發(fā)生在在混凝土土面層，，裂縫淺淺而細(xì)，，寬度多多在0.05~0.2mm之間。對對板類構(gòu)構(gòu)件多沿沿短邊方方向，均均勻分布布于相鄰鄰兩根鋼鋼筋之間間，方向向與鋼筋筋平行。。對高度度較大的的鋼筋混混凝土梁梁，由于于腰部水水平鋼筋筋間距過過大，在在腰部（（或腹板板）產(chǎn)生生豎向收收縮裂縫縫，但多多集中在在構(gòu)件中中部，第一章橋橋梁梁病害診診斷§1-2混凝土土結(jié)構(gòu)的的裂縫分分析哈爾濱工工業(yè)大學(xué)學(xué)交通科科學(xué)與工工程學(xué)院院張張樹樹仁教教授21中間寬兩兩頭細(xì)，，至梁的的上、下下緣附近近逐漸消消失，梁梁底一般般沒有裂裂縫。大大體積混混凝土在在平面部部位收縮縮裂縫較較多，側(cè)側(cè)面也有有所見。。收縮裂裂縫對構(gòu)構(gòu)件承載載力影響響不大，，主要影影響影響響結(jié)構(gòu)外外觀和耐耐久性。。（2）溫度裂裂縫鋼筋混凝凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)隨著溫溫度變化化將產(chǎn)生生熱脹冷冷縮變形形，這種種溫度變變形受到到約束時時，在混混凝土內(nèi)內(nèi)部就會會產(chǎn)生拉拉應(yīng)力，，當(dāng)此應(yīng)應(yīng)力達(dá)到到混凝土土的抗拉拉強(qiáng)度極極限值時時，即會會引起混混凝土裂裂縫，這這種裂縫縫稱為溫溫度裂縫縫。按結(jié)結(jié)構(gòu)的溫溫度場不不同、溫溫度變形形、溫度度應(yīng)力不不同，溫溫度裂縫縫可分為為三種類類型：①截面面均勻勻溫差差裂縫縫第一章章橋橋梁梁病害害診斷斷§1-2混混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)的裂裂縫分分析哈爾濱濱工業(yè)業(yè)大學(xué)學(xué)交通通科學(xué)學(xué)與工工程學(xué)學(xué)院張張樹仁仁教教授授22一般橋橋梁結(jié)結(jié)構(gòu)為為桿件件體系系長細(xì)細(xì)結(jié)構(gòu)構(gòu)，當(dāng)當(dāng)溫度度變化化時，，構(gòu)件件截面面受到到均勻勻溫差差的作作用，，可忽忽略橫橫截面面兩個個方向向的變變形，，只考考慮沿沿梁長長度方方向的的溫度度變形形，當(dāng)當(dāng)這種種變形形受到到約束束時，，在混混凝土土內(nèi)部部就會會產(chǎn)生生拉應(yīng)應(yīng)力，，出現(xiàn)現(xiàn)裂縫縫。例例如：：連續(xù)續(xù)梁預(yù)預(yù)留伸伸縮縫縫的伸伸縮量量過小小，或或有施施工時時散落落的混混凝土土碎塊塊等雜雜物嵌嵌入伸伸縮縫縫，或或堆集集于支支座處處沒有有及時時清理理，使使伸縮縮縫和和支座座失靈靈等，，當(dāng)溫溫度急急劇變變化時時，結(jié)結(jié)構(gòu)伸伸長受受到約約束，，上部部橋跨跨結(jié)構(gòu)構(gòu)就會會出現(xiàn)現(xiàn)這種種截面面均勻勻溫差差裂縫縫，嚴(yán)嚴(yán)重者者還可可能造造成墩墩臺的的破壞壞。②截面面上、、下溫溫差裂裂縫以橋梁梁結(jié)構(gòu)構(gòu)中大大量采采用的的箱形形梁為為例，，當(dāng)外外界溫溫度驟驟然第一章章橋橋梁梁病害害診斷斷§1-2混混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)的裂裂縫分分析哈爾濱濱工業(yè)業(yè)大學(xué)學(xué)交通通科學(xué)學(xué)與工工程學(xué)學(xué)院張張樹仁仁教教授授23變化時時，會會造成成箱內(nèi)內(nèi)外的的溫度度差，，考慮慮到橋橋梁為為長細(xì)細(xì)結(jié)構(gòu)構(gòu)，可可以認(rèn)認(rèn)為在在沿梁梁長方方向箱箱內(nèi)外外的溫溫差是是一致致的，，沿水水平橫橫向沒沒有溫溫差。。將三三維熱熱傳導(dǎo)導(dǎo)問題題簡化化為沿沿梁的的豎向向溫度度梯度度來確確定，，一般般假設(shè)設(shè)梁的的截面面高度度方向向、溫溫差呈呈線性性變化化。在這種種溫差差作用用下，，梁不不但有有軸向向變形形，還還伴隨隨產(chǎn)生生彎曲曲變形形。梁梁的彎彎曲變變形在在超靜靜定結(jié)結(jié)構(gòu)中中不但但引起起結(jié)構(gòu)構(gòu)的位位移，，而且且因多多余約約束存存在，，還要要產(chǎn)生生結(jié)構(gòu)構(gòu)內(nèi)部部溫度度應(yīng)力力。當(dāng)當(dāng)上、、下溫溫差變變形產(chǎn)產(chǎn)生的的應(yīng)力力達(dá)到到混凝凝土抗抗拉強(qiáng)強(qiáng)度極極限值值時，，混凝凝土就就要出出現(xiàn)裂裂縫，，這種種裂縫縫稱為為截面面上、、下溫溫差裂裂縫。。第一章章橋橋梁梁病害害診斷斷§1-2混混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)的裂裂縫分分析哈爾濱濱工業(yè)業(yè)大學(xué)學(xué)交通通科學(xué)學(xué)與工工程學(xué)學(xué)院張張樹仁仁教教授授24③截面面內(nèi)外外溫差差裂縫縫水泥在在水化化過程程產(chǎn)生生一定定的水水化熱熱，其其大部部分熱熱量是是在混混凝土土澆筑筑后3天以內(nèi)內(nèi)放出出的。。大體體積混混凝土土產(chǎn)生生的大大量水水化熱熱不容容易散散發(fā)，，內(nèi)部部溫度度不斷斷上升升，而而混凝凝土表表層散散熱較較快，，使截截面內(nèi)內(nèi)部產(chǎn)產(chǎn)生非非線性性溫度度差。。另外外，預(yù)預(yù)制構(gòu)構(gòu)件采采用蒸蒸氣養(yǎng)養(yǎng)護(hù)時時，由由于混混凝土土升溫溫或降降溫過過快，，致使使混凝凝土表表面劇劇烈升升溫或或降溫溫，也也會使使截面面內(nèi)部部產(chǎn)生生非線線性溫溫度差差。在在這種種截面面內(nèi)外外溫差差作用用下，，結(jié)構(gòu)構(gòu)將產(chǎn)產(chǎn)生彎彎曲變變形，，截面面縱向向纖維維因溫溫差的的伸長長將受受到約約束，，產(chǎn)生生溫度度自應(yīng)應(yīng)力。。對超超靜定定結(jié)構(gòu)構(gòu)還會會產(chǎn)生生阻止止撓曲曲變形形的約約束應(yīng)應(yīng)力。。有時時此溫溫度應(yīng)應(yīng)力是是相當(dāng)當(dāng)大的的，尤尤其是是混凝凝土早早期強(qiáng)強(qiáng)度比比較較較低，，很容容易造造成混混凝土土裂縫縫。第一章章橋橋梁梁病害害診斷斷§1-2混混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)的裂裂縫分分析哈爾濱濱工業(yè)業(yè)大學(xué)學(xué)交通通科學(xué)學(xué)與工工程學(xué)學(xué)院張張樹仁仁教教授授25混凝土土溫度度裂縫縫有以以下特特點：：①裂縫縫發(fā)生生在板板上時時，多多為貫貫穿裂裂縫；；發(fā)生生在梁梁上多多為表表面裂裂縫。。②梁板板式結(jié)結(jié)構(gòu)或或長度度較大大的結(jié)結(jié)構(gòu)，，裂縫縫多是是平行行于短短邊。。③大面面積結(jié)結(jié)構(gòu)（（例如如橋面面鋪裝裝）裂裂縫多多是縱縱橫交交錯。。④裂縫縫寬度度大小小不一一，且且沿結(jié)結(jié)構(gòu)全全長沒沒有多多大變變化。。預(yù)防溫溫度裂裂縫的的主要要措施施是合合理設(shè)設(shè)置溫溫度伸伸縮縫縫，在在混凝凝土組組成材材料中中摻入入適量量的磨磨細(xì)粉粉煤灰灰，減減少水水化熱熱，加加強(qiáng)混混凝土土養(yǎng)護(hù)護(hù)，嚴(yán)嚴(yán)格控控制升升溫和和降溫溫速度度。第一章章橋橋梁梁病害害診斷斷§1-2混混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)的裂裂縫分分析哈爾濱濱工業(yè)業(yè)大學(xué)學(xué)交通通科學(xué)學(xué)與工工程學(xué)學(xué)院張張樹仁仁教教授授26第二章章混混凝凝土結(jié)結(jié)構(gòu)承承載能能力及及耐久久性評評估§2-1在役混混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)的承承載能能力與與耐久性性評估估的基基本概概念§2-2考慮鋼鋼筋腐腐蝕影影響的的承載載能力力評估方方法基本內(nèi)內(nèi)容哈爾濱濱工業(yè)業(yè)大學(xué)學(xué)交通通科學(xué)學(xué)與工工程學(xué)學(xué)院張張樹仁仁教教授授27§2-1在役混混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)的承承載能能力與與耐久久性評評估的的基本本概念念混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)受到到損傷傷后，，需要要對結(jié)結(jié)構(gòu)損損傷的的原因因和程程度進(jìn)進(jìn)行分分析，，對損損傷對對結(jié)構(gòu)構(gòu)承載載能力力及耐耐久性性的影影響進(jìn)進(jìn)行評評估，，其主主要內(nèi)內(nèi)容是是：①考慮結(jié)結(jié)構(gòu)損傷傷影響的的承載能能力評估估②在役結(jié)結(jié)構(gòu)剩余余使用壽壽命評估估在評估分分析的基基礎(chǔ)上，，根據(jù)經(jīng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)術(shù)條件，，制定科科學(xué)的維維修加固固方案，，提出結(jié)結(jié)構(gòu)處理理措施。。評估現(xiàn)有有結(jié)構(gòu)的的安全可可靠性的的核心問問題是確確定考慮慮結(jié)構(gòu)病病害損傷傷后的結(jié)結(jié)構(gòu)承載載能力。。橋梁結(jié)結(jié)構(gòu)的承承載能力力評定通通常采用用以下三三個途徑徑：①根據(jù)相相關(guān)規(guī)范范要求對對照橋梁梁的存在在的缺陷陷及病害害進(jìn)行綜綜合評定定例如我我國<公路養(yǎng)護(hù)護(hù)技術(shù)規(guī)規(guī)范>中對橋梁梁技術(shù)狀狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)和裂縫縫寬度，，都做了了規(guī)定。。依此標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)將橋橋梁技術(shù)術(shù)狀況劃劃分為四四類。公公路養(yǎng)護(hù)護(hù)第二章混混凝凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)承載能能力及耐耐久性評評估哈爾濱工工業(yè)大學(xué)學(xué)交通科科學(xué)與工工程學(xué)院院張張樹樹仁教教授28§2-1在役混凝凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)的承載載能力與與耐久性性評估的的基本概概念管理部門門推廣使使用的<橋梁技術(shù)術(shù)狀況評評估專家家系統(tǒng)>也屬于綜綜合評估估方法，，這種評評估方法法只能給給出宏觀觀的分析析結(jié)果。。②現(xiàn)場荷荷載試驗驗評估方方法通過現(xiàn)場場荷載試試驗（靜靜載試驗驗和動載載試驗））可直接接檢測結(jié)結(jié)構(gòu)的實實際承載載力。荷荷載試驗驗與理論論計算分分析相結(jié)結(jié)合是比比較符合合實際的的承載力力評定方方法，但但試驗設(shè)設(shè)備復(fù)雜雜，技術(shù)術(shù)難度高高，經(jīng)費費支出大大，目前前尚難以以大規(guī)模模推廣應(yīng)應(yīng)用。③理論計計算分析析評估方方法在現(xiàn)場調(diào)調(diào)查和病病害檢測測分析的的基礎(chǔ)上上，考慮慮結(jié)構(gòu)病病害、損損傷的影影響，按按現(xiàn)行規(guī)規(guī)范計算算結(jié)構(gòu)承承載力是是國內(nèi)采采用的承承載力評評估的主主要方法法。第二章混混凝凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)承載能能力及耐耐久性評評估哈爾濱工工業(yè)大學(xué)學(xué)交通科科學(xué)與工工程學(xué)院院張張樹樹仁教教授29§2-1在役混凝凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)的承載載能力與與耐久性性評估的的基本概概念結(jié)構(gòu)的剩剩余使用用壽命預(yù)預(yù)測是耐耐久性評評估的核核心內(nèi)容容。結(jié)構(gòu)構(gòu)的剩余余壽命系系指在不不加維修修或正常常維修及及正常使使用條件件下，結(jié)結(jié)構(gòu)可能能繼續(xù)使使用的年年限。鋼鋼筋銹蝕蝕是影響響混凝土土結(jié)構(gòu)耐耐久性和和使用壽壽命的重重要因素素，因此此，一一般將鋼鋼筋銹蝕蝕作為判判斷混凝凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)使用壽壽命終結(jié)結(jié)的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)。混凝凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)剩余壽壽命評估估是個目目前尚未未很好解解決的科科研課題題，它涉涉及到鋼鋼筋銹蝕蝕破壞機(jī)機(jī)理和鋼鋼筋銹蝕蝕脹力模模型的研研究和耐耐久性終終結(jié)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)的確定定。目前前，對在在役結(jié)構(gòu)構(gòu)的耐久久性評估估和剩余余壽命預(yù)預(yù)測，大大多還是是依賴有有經(jīng)驗的的工程技技術(shù)人員員作出經(jīng)經(jīng)驗性評評價和處處理意見見。第二章混混凝凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)承載能能力及耐耐久性評評估哈爾濱工工業(yè)大學(xué)學(xué)交通科科學(xué)與工工程學(xué)院院張張樹樹仁教教授30§2-2考慮鋼鋼筋腐蝕蝕影響的的承載能能力評估估方法1、鋼筋銹銹蝕對結(jié)結(jié)構(gòu)承載載力的影影響混凝土中中的鋼筋筋腐蝕是是造成混混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)損傷傷，影響響結(jié)構(gòu)承承載能力力的最主主要因素素，其主主要表現(xiàn)現(xiàn)是：①鋼筋腐腐蝕后，，使鋼筋筋的有效效截面面面積減少少；②鋼筋腐腐蝕后，，力學(xué)性性能劣化化，強(qiáng)度度降低；；③鋼筋腐腐蝕后，，混凝土土保護(hù)層層開裂甚甚至脫落落，使混混凝土的的有效斷斷面面減少；；④鋼筋腐腐蝕后，，鋼筋與與混凝土土之間的的粘結(jié)性性能退化化，影響響鋼筋與與混凝土土的共同同工作。。（1）腐蝕鋼鋼筋的屈屈服強(qiáng)度度和極限限強(qiáng)度鋼筋腐蝕蝕對其力力學(xué)性能能的影響響取決于于腐蝕程程度。試試驗研究究表明，，腐蝕鋼鋼筋的屈屈服強(qiáng)度度與相應(yīng)應(yīng)的截面面損失率率之間的的關(guān)系，，基本上上服從線線性關(guān)系系。第二章混混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)承載能能力及耐久久性評估哈爾濱工業(yè)業(yè)大學(xué)交通通科學(xué)與工工程學(xué)院張張樹仁教教授31§2-2考考慮鋼筋腐腐蝕影響的的承載能力力評估方法法牛荻濤[]在綜合分析析試驗資料料的基礎(chǔ)上上，給出了了腐蝕鋼筋筋實際屈服服強(qiáng)度和極極限強(qiáng)度計計算表達(dá)式式為第二章混混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)承載能能力及耐久久性評估（2-1）（2-2）哈爾濱工業(yè)業(yè)大學(xué)交通通科學(xué)與工工程學(xué)院張張樹仁教教授32§2-2考考慮鋼筋腐腐蝕影響的的承載能力力評估方法法（2）腐蝕鋼筋筋與混凝土土之間的粘粘結(jié)性能退退化對承載載力的影響響?；炷林械牡匿摻罡g蝕后，在鋼鋼筋與混凝凝土接口上上生成疏松松的銹層，，破壞鋼筋筋表面與混混凝土之間間的化學(xué)膠膠結(jié)力，并并降低了鋼鋼筋與混凝凝土之間的的摩擦力；；對變形鋼鋼筋橫肋的的銹蝕將降降低鋼筋和和混凝土之之間的機(jī)械械咬合力，，保護(hù)層混混凝土銹脹脹開裂甚至至脫落，則則降低外圍圍混凝土對對鋼筋的約約束，所有有這些因素素都將導(dǎo)致致鋼筋與混混凝土之間間的粘結(jié)性性能退化。。鋼筋腐蝕引引起的鋼筋筋與混凝土土之間粘結(jié)結(jié)性能退化化，將導(dǎo)致致鋼筋與混混凝土不能能很好的協(xié)協(xié)同工作。。鋼筋發(fā)生生嚴(yán)重腐蝕蝕時，鋼筋筋與混凝土土之間的粘粘結(jié)力顯著著降低，鋼鋼筋與混凝凝土之間共共同工作能能力減弱，，梁的受力力第二章混混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)承載能能力及耐久久性評估哈爾濱工業(yè)業(yè)大學(xué)交通通科學(xué)與工工程學(xué)院張張樹仁教教授33§2-2考考慮鋼筋腐腐蝕影響的的承載能力力評估方法法特征接近于于無粘結(jié)預(yù)預(yù)應(yīng)力拉桿桿或配有普普通鋼筋的的無粘結(jié)預(yù)預(yù)應(yīng)力梁。。由于目前前人們對鋼鋼筋腐蝕引引起的粘結(jié)結(jié)力退化規(guī)規(guī)律及其對對受拉鋼筋筋強(qiáng)度發(fā)揮揮的影響程程度還不十十分清楚，，因此，現(xiàn)現(xiàn)今只能用用一個協(xié)同同工作降低低系數(shù)來考考慮粘結(jié)退退化的影響響。協(xié)同工工作降低系系數(shù)與鋼筋筋銹蝕量或或銹脹裂縫縫寬度有關(guān)關(guān)。冶金建建筑科學(xué)研研究院的試試驗研究表表明，鋼筋筋的截面損損失率大于于10%時，鋼筋與與混凝土之之間的粘著著力顯著降降低，應(yīng)考考慮鋼筋與與混凝土協(xié)協(xié)同工作降降低系數(shù)的的影響，建建議將其承承載力乘以以0.8~0.9的系數(shù)。2、考慮鋼筋筋腐蝕影響響的承載能能力計算（1）正截面抗抗彎承載力力按<橋規(guī)JTGD62>規(guī)定，構(gòu)件件承載能力力極限狀態(tài)態(tài)的基本方方程式為：：第二章混混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)承載能能力及耐久久性評估哈爾濱工業(yè)業(yè)大學(xué)交通通科學(xué)與工工程學(xué)院張張樹仁教教授34§2-2考考慮鋼筋腐腐蝕影響的的承載能力力評估方法法第二章混混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)承載能能力及耐久久性評估（2-3）哈爾濱工業(yè)業(yè)大學(xué)交通通科學(xué)與工工程學(xué)院張張樹仁教教授35§2-2考考慮鋼筋腐腐蝕影響的的承載能力力評估方法法對使用多年年的在役結(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行承承載能力評評估時，應(yīng)應(yīng)考慮鋼筋筋腐蝕的影影響。其承承載力計算算基本方程程與一般鋼鋼筋混凝土土構(gòu)件基本本相同，只只是在計算算鋼筋應(yīng)力力項時，應(yīng)應(yīng)采用腐蝕蝕鋼筋的實實際屈服強(qiáng)強(qiáng)度和腐蝕蝕后的有效效截的面積積，并計入入?yún)f(xié)同工作作降低系數(shù)數(shù)，考慮鋼鋼筋與混凝凝土之間粘粘結(jié)性能退退化的影響響?？紤]鋼筋銹銹蝕影響的的受彎構(gòu)件件正截面承承載力計算算的基本方方程可由內(nèi)內(nèi)力平衡條條件求得第二章混混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)承載能能力及耐久久性評估哈爾濱工業(yè)業(yè)大學(xué)交通通科學(xué)與工工程學(xué)院張張樹仁教教授36§2-2考考慮鋼筋腐腐蝕影響的的承載能力力評估方法法第二章混混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)承載能能力及耐久久性評估圖2-1考慮鋼筋腐腐蝕影響的的受彎構(gòu)件件正截面承載載力計算簡簡圖哈爾濱工業(yè)業(yè)大學(xué)交通通科學(xué)與工工程學(xué)院張張樹仁教教授37§2-2考考慮鋼筋腐腐蝕影響的的承載能力力評估方法法第二章混混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)承載能能力及耐久久性評估（2-4）（2-5）公式的適用用條件是（2-6）哈爾濱工業(yè)業(yè)大學(xué)交通通科學(xué)與工工程學(xué)院張張樹仁教教授38§2-2考考慮鋼筋腐腐蝕影響的的承載能力力評估方法法第二章混混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)承載能能力及耐久久性評估（2-7）哈爾濱工業(yè)業(yè)大學(xué)交通通科學(xué)與工工程學(xué)院張張樹仁教教授39§2-2考考慮鋼筋腐腐蝕影響的的承載能力力評估方法法應(yīng)該指出，，公式（2-4）和（2-5）是針對受受拉鋼筋腐腐蝕的單筋筋T形截面導(dǎo)出出的，由于于計算中不不考慮受拉拉區(qū)混凝土土的抗拉作作用，因此此，在公式式中未計入入鋼筋腐蝕蝕引起的混混凝土截面面損傷。如如果受壓區(qū)區(qū)混凝土截截面損失較較大時，則則應(yīng)考慮其其對承載力力的影響。。2、斜截面抗抗剪承載力力對在役結(jié)構(gòu)構(gòu)的斜截面面抗剪承載載力計算，，應(yīng)考慮斜斜裂縫對混混凝土抗剪剪承載力的的影響，及及鋼筋銹蝕蝕對箍筋和和彎起鋼筋筋抗剪承載載力的影響響。斜截面面抗剪承載載力計算表表達(dá)式可改改寫為下列列形式。第二章混混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)承載能能力及耐久久性評估哈爾濱工業(yè)業(yè)大學(xué)交通通科學(xué)與工工程學(xué)院張張樹仁教教授40§2-2考考慮鋼筋腐腐蝕影響的的承載能力力評估方法法第二章混混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)承載能能力及耐久久性評估（2-10）（2-9）（2-8）哈爾濱工業(yè)業(yè)大學(xué)交通通科學(xué)與工工程學(xué)院張張樹仁教教授41§2-2考考慮慮鋼鋼筋筋腐腐蝕蝕影影響響的的承承載載能能力力評評估估方方法法第二二章章混混凝凝土土結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)承承載載能能力力及及耐耐久久性性評評估估哈爾爾濱濱工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)交交通通科科學(xué)學(xué)與與工工程程學(xué)學(xué)院院張張樹樹仁仁教教授授42第三三章章橋橋梁梁改改造造加加固固方方案案設(shè)設(shè)計計§3-1橋梁梁改改造造加加固固方方案案設(shè)設(shè)計計的的原原則則§3-2型橋橋梁梁加加固固方方案案評評述述基本本內(nèi)內(nèi)容容哈爾爾濱濱工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)交交通通科科學(xué)學(xué)與與工工程程學(xué)學(xué)院院張張樹樹仁仁教教授授43基本本內(nèi)內(nèi)容容在對對橋橋梁梁結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)病病害害檢檢測測分分析析和和鑒鑒定定評評估估的的基基礎(chǔ)礎(chǔ)上上，，根根據(jù)據(jù)技技術(shù)術(shù)經(jīng)經(jīng)濟(jì)濟(jì)條條件件和和使使用用要要求求，，有有針針對對性性地地制制定定加加固固方方案案。。哈爾爾濱濱工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)交交通通科科學(xué)學(xué)與與工工程程學(xué)學(xué)院院張張樹樹仁仁教教授授44§3-1橋橋梁梁改改造造加加固固方方案案設(shè)設(shè)計計的的原原則則1．分分清清加加固固的的性性質(zhì)質(zhì)根據(jù)據(jù)橋橋梁梁病病害害檢檢測測分分析析和和鑒鑒定定評評估估結(jié)結(jié)果果，，橋橋梁梁結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)加加固固設(shè)設(shè)計計應(yīng)應(yīng)分分為為：：承承載載力力加加固固（（強(qiáng)強(qiáng)度度加加固固））、、使使用用功功能能加加固固（（剛剛度度加加固固））和和耐耐久久性性加加固固等等三三種種情情況況。。承載載力力加加固固是是確確保保結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)安安全全工工作作的的基基礎(chǔ)礎(chǔ)，，是是橋橋梁梁改改造造加加固固設(shè)設(shè)計計的的核核心心內(nèi)內(nèi)容容，，其其內(nèi)內(nèi)容容包包括括正正截截面面抗抗彎彎承承載載力力加加固固和和斜斜截截面面抗抗剪剪承承載載力力兩兩部部分分。。承承載載力力加加固固應(yīng)應(yīng)考考慮慮分分階階段段受受力力的的特特點點，，注注意意新新加加補(bǔ)補(bǔ)強(qiáng)強(qiáng)材材料料與與原原結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的整整體體工工作作。。使用用功功能能加加固固是是確確保保橋橋梁梁正正常常工工作作的的需需要要，，主主要要是是對對活活載載變變形形或或振振動動過過大大的的構(gòu)構(gòu)件件，，加加大大截截面面尺尺寸寸，，增增加加截截面面剛剛度度，，以以滿滿足足結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)使使用用功功能能要要求求。。第三三章章橋橋梁梁改改造造加加固固方方案案設(shè)設(shè)計計哈爾爾濱濱工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)交交通通科科學(xué)學(xué)與與工工程程學(xué)學(xué)院院張張樹樹仁仁教教授授45§3-1橋橋梁梁改改造造加加固固方方案案設(shè)設(shè)計計的的原原則則耐久久性性加加固固是是指指對對結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)損損傷傷部部位位進(jìn)進(jìn)行行修修復(fù)復(fù)和和補(bǔ)補(bǔ)強(qiáng)強(qiáng)，，以以阻阻止止結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)損損傷傷部部分分的的性性能能繼繼續(xù)續(xù)惡惡化化，，消消除除損損傷傷隱隱患患，，提提高高結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的可可靠靠性性，，提提高高結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的使使用用功功能能，，延延長長結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)使使用用壽壽命命。。2．橋橋梁梁加加固固與與加加寬寬設(shè)設(shè)計計相相結(jié)結(jié)合合在公公路路改改造造設(shè)設(shè)計計中中，，很很多多情情況況下下橋橋梁梁加加固固和和加加寬寬是是同同時時進(jìn)進(jìn)行行的的。。在在加加寬寬寬寬度度不不大大的的情情況況下下，，盡盡量量將將加加寬寬部部分分與與原原橋橋連連為為一一體體，，使使新新舊舊橋橋共共同同工工作作，，利利用用新新加加寬寬部部分分，，調(diào)調(diào)整整原原橋橋內(nèi)內(nèi)力力，，減減輕輕原原梁梁負(fù)負(fù)擔(dān)擔(dān)，，間間接接達(dá)達(dá)到到加加固固補(bǔ)補(bǔ)強(qiáng)強(qiáng)的的目目的的。。第三章橋橋梁梁改造加加固方案案設(shè)計哈爾濱工工業(yè)大學(xué)學(xué)交通科科學(xué)與工工程學(xué)院院張張樹樹仁教教授46§3-1橋梁改改造加固固方案設(shè)設(shè)計的原原則3．注意各各種加固固補(bǔ)強(qiáng)方方法的綜綜合應(yīng)用用橋梁加固固補(bǔ)強(qiáng)的的方法很很多，但但是基本本上可以以劃分為為兩大類類：第一類為為改變結(jié)結(jié)構(gòu)體系系，調(diào)整整結(jié)構(gòu)內(nèi)內(nèi)力、減減輕原梁梁負(fù)擔(dān)。。例如：：加斜撐撐減少梁梁的跨度度、簡支支梁改為為連續(xù)結(jié)結(jié)構(gòu)、增增加縱梁梁數(shù)目、、調(diào)換梁梁位、加加大新建建邊梁截截面尺寸寸，調(diào)整整橫向分分布系數(shù)數(shù)，減輕輕原梁負(fù)負(fù)擔(dān)等。。第二類為為加大截截面尺寸寸和配筋筋，加固固薄弱構(gòu)構(gòu)件。對薄弱構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行行加固補(bǔ)補(bǔ)強(qiáng)的方方法很多多，從作作用原理理可分為為兩大類類：第三章橋橋梁梁改造加加固方案案設(shè)計哈爾濱工工業(yè)大學(xué)學(xué)交通科科學(xué)與工工程學(xué)院院張張樹樹仁教教授47§3-1橋梁改改造加固固方案設(shè)設(shè)計的原原則①在受受拉區(qū)直直接增設(shè)設(shè)抗拉補(bǔ)補(bǔ)強(qiáng)材料料，例如如：補(bǔ)焊焊鋼筋，，粘貼鋼鋼板，粘粘貼高強(qiáng)強(qiáng)復(fù)合纖纖維（碳碳纖維、、芳綸纖纖維）等等。這種種加固方方法，設(shè)設(shè)計時，，必須考考慮橋梁梁帶載加加固分階階段受力力特點。。后加補(bǔ)補(bǔ)強(qiáng)材料料的強(qiáng)度度發(fā)揮程程度受原原梁變形形的限制制，一般般情況下下是達(dá)不不到其抗抗拉強(qiáng)度度設(shè)計值值。特別別是采用用直接粘粘貼高強(qiáng)強(qiáng)復(fù)合纖纖維加固固時，在在極限狀狀態(tài)下，，復(fù)合纖纖維的高高強(qiáng)抗拉拉性能根根本無法法充分發(fā)發(fā)揮作用用，“大大馬拉小小車”是是一種極極大的浪浪費。若若不考慮慮分階段段受力特特點，過過高的估估計了后后加補(bǔ)強(qiáng)強(qiáng)材料的的作用，，設(shè)計是是不安全全的。②采用用預(yù)加力力原理進(jìn)進(jìn)行加固固補(bǔ)強(qiáng)，，例如：：體外預(yù)預(yù)應(yīng)力加加固，韓韓國M.S公司的SRAP加固工藝藝等。由由于預(yù)加加力的作作用，改改善了原原梁的應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)態(tài)，提高高了原梁梁的承載載能力和和抗裂性性能。采采用預(yù)加加力加固固，可以以充分發(fā)發(fā)揮加固固補(bǔ)強(qiáng)材材料的力力學(xué)性能能，提高高了材料料的利用用效率。。第三章橋橋梁梁改造加加固方案案設(shè)計哈爾濱工工業(yè)大學(xué)學(xué)交通科科學(xué)與工工程學(xué)院院張張樹樹仁教教授48§3-1橋梁改改造加固固方案設(shè)設(shè)計的原原則應(yīng)該指出出，在進(jìn)進(jìn)行橋梁梁加固方方案設(shè)計計時，應(yīng)應(yīng)特別注注意的是是：在保保持原梁梁截面尺尺寸不變變的前提提下，采采用上述述對受拉拉區(qū)進(jìn)行行補(bǔ)強(qiáng)的的方法，，加固后后截面所所能承擔(dān)擔(dān)的最大大承載力力是有限限的。承承載力提提高的幅幅度取決決于原梁梁的配筋筋率，與與所采用用的加固固方法無無關(guān)。在在某些情情況下，，由于原原梁的高高度較小小，相對對配筋率率較大，，單純采采用受拉拉區(qū)加固固補(bǔ)強(qiáng)，，仍不能能滿足設(shè)設(shè)計荷載載要求時時（例如如：設(shè)計計荷載由由汽—15，提高到到公路Ⅰ級），可可采用加加厚橋面面的方法法同時對對梁的受受壓區(qū)加加固，增增加梁的的有效高高度，亦亦可達(dá)到到提高原原梁承載載力的目目的。通通常的作作法是結(jié)結(jié)合橋面面鋪裝層層維修，，采取有有效的構(gòu)構(gòu)造措施施，第三章橋橋梁梁改造加加固方案案設(shè)計哈爾濱工工業(yè)大學(xué)學(xué)交通科科學(xué)與工工程學(xué)院院張張樹樹仁教教授49§3-1橋梁改改造加固固方案設(shè)設(shè)計的原原則加強(qiáng)橋面面鋪裝層層與原梁梁翼板的的整體連連接，設(shè)設(shè)計中可可考慮部部分橋面面鋪裝層層混凝土土參與主主梁共同同工作。。此外，橋橋梁加固固設(shè)計應(yīng)應(yīng)注意各各種加固固方法的的綜合利利用，通通過調(diào)整整結(jié)構(gòu)內(nèi)內(nèi)力，盡盡量地減減輕原梁梁的負(fù)擔(dān)擔(dān)，將加加固補(bǔ)強(qiáng)強(qiáng)工作量量壓縮到到最少。。第三章橋橋梁梁改造加加固方案案設(shè)計哈爾濱工工業(yè)大學(xué)學(xué)交通科科學(xué)與工工程學(xué)院院張張樹樹仁教教授50§3-2典型橋梁加加固方案案評述1．鞍千9號橋加固固設(shè)計設(shè)計單位位：原哈哈爾濱建建筑工程程學(xué)院實施時間間：1987年（1）原橋的的基本情情況和加加固設(shè)計計要求鞍千9號橋位于于遼寧省省鞍山至至千山公公路上見見圖3－1，原橋橋為跨跨徑L=12m的單跨跨二梁梁式鋼鋼筋混混凝土土簡支支梁橋橋，設(shè)設(shè)計荷荷載為為汽—15，掛—80，橋面面凈空空為凈凈—7，下部部結(jié)構(gòu)構(gòu)為座座落于于巖盤盤上的的沉井井基礎(chǔ)礎(chǔ)，重重力式式混凝凝土橋橋臺。。鞍千公公路擴(kuò)擴(kuò)建為為二級級路，，路基基寬度度為12m，行車車道寬寬度為為9m，在橋橋位處處道路路雙側(cè)側(cè)加寬寬，橋橋面凈凈空為為凈－－9+2×1.5m，橋梁梁的設(shè)設(shè)計荷荷載提提高為為汽—20，掛—100。第三章章橋橋梁梁改造造加固固方案案設(shè)計計哈爾濱濱工業(yè)業(yè)大學(xué)學(xué)交通通科學(xué)學(xué)與工工程學(xué)學(xué)院張張樹仁仁教教授授51§3-2型型橋橋梁加加固方方案評評述（2）橋梁梁現(xiàn)場場調(diào)查查和承承載力力檢算算現(xiàn)場檢檢測發(fā)發(fā)現(xiàn)，，原梁梁混凝凝土質(zhì)質(zhì)量良良好，，未有有發(fā)現(xiàn)現(xiàn)可見見裂縫縫，實實測混混凝土土強(qiáng)度度在26Mpa以上。。經(jīng)檢檢算原原梁可可以滿滿足原原設(shè)計計荷載載汽—15，掛—80的要求求。但但距汽汽—20，掛—100的要求求，正正截面面承載載力相相差約約15%。查閱原原設(shè)計計圖紙紙和現(xiàn)現(xiàn)場實實際核核對，，原橋橋為座座落于于巖盤盤上的的小沉沉井基基礎(chǔ)，，橋臺臺混凝凝土質(zhì)質(zhì)量良良好，，經(jīng)檢檢算認(rèn)認(rèn)為原原橋基基礎(chǔ)具具有較較大的的超載載潛力力。第三章章橋橋梁梁改造造加固固方案案設(shè)計計哈爾濱濱工業(yè)業(yè)大學(xué)學(xué)交通通科學(xué)學(xué)與工工程學(xué)學(xué)院張張樹仁仁教教授授52§3-2型型橋橋梁加加固方方案評評述（3）加固固設(shè)計計要點點①利用用原橋橋基礎(chǔ)礎(chǔ)的承承載潛潛力，，采用用插入入錨固固鋼筋筋，加加大橋橋臺蓋蓋梁懸懸臂長長度。。②新加加寬部部分與與原梁梁整體體工作作，適適當(dāng)加加大新新增主主梁的的截面面尺寸寸，增增加邊邊梁剛剛度，，調(diào)整整荷載載橫向向分布布系數(shù)數(shù)，減減輕原原梁的的負(fù)擔(dān)擔(dān)。為為了加加強(qiáng)新新加寬寬部分分與原原梁的的整體體工作作，將將原梁梁懸臂臂混凝凝土鑿鑿掉50cm，露出出懸臂臂鋼筋筋與新新加寬寬部分分橋面面板鋼鋼筋焊焊接；；在支支點和和跨中中增設(shè)設(shè)連接接橫梁梁。③清除除原橋橋面鋪鋪裝層層，全全橋統(tǒng)統(tǒng)一加加鋪10cm厚的橋橋面鋪鋪裝混混凝土土，為為了加加強(qiáng)新新舊混混凝土土之間間的連連接，，將原原橋面面頂面面鑿成成齒槽槽，保保證新新舊混混凝土土共同同工作作。計計入6cm橋面鋪鋪裝層層參與與主梁梁工作作，即即梁的的有效效高度度增加加6cm。第三章章橋橋梁梁改造造加固固方案案設(shè)