橋梁結構安全評價及加固

橋梁結構安全評價及加固

講授：張彬

2012.03

圖1k0+368-k0+384面路裂縫

圖2中央大街靠環(huán)心島處路面磨損嚴重，加強筋外露

圖3橋面伸縮縫鐵板多處缺損

圖4橋臺B處橋頭跳車

圖5人行道面層破損

圖6S20-11-D支座破損

圖7S21-12-U支座破損

圖8S1橋面板下表面混凝土被侵蝕

圖9S19-1梁體混凝土中度剝落

圖10S39梁體體混混凝凝土土嚴嚴重重剝剝離離圖11S20-7-4附近近主主梁梁裂裂縫縫圖12S20懸臂臂端端露露筋筋銹銹蝕蝕圖13S5-7梁處處外外側側內內漏漏圖14S7-4-2,3,4橫隔隔梁梁露露筋筋圖15橋臺臺B護墻墻處處沉沉降降圖16P16-1柱體體表表皮皮脫脫落落圖17橋板板懸懸空空(支支座座損損傷傷））圖18橋板板漏漏水水圖19橋板板露露筋筋圖20露筋筋橋橋臺臺沉沉降降圖21高高宋宋橋橋橋橋班班板板塌塌陷陷圖22框框架架結結構構主主梁梁裂裂縫縫（（沉沉降降））圖23基基礎礎沉沉降降圖24盤錦錦大大橋橋跨跨塌塌圖25盤錦錦大大橋橋跨跨塌塌（（細細部部））2004年年6月月，，盤盤錦錦市市田田莊莊臺臺大大橋橋垮垮塌塌事事故故，，專專家家組組認認為為這這次次事事故故是是由由于于一一輛輛超超載載貨貨車車的的重重壓壓從從而而造造成成了了大大橋橋北北起起第第十十五五孔孔（（橋橋中中部部））的的懸懸臂臂端端突突然然斷斷裂裂,從從而而導導致致了了橋橋板板脫脫落落。。該該橋橋屬屬T型型剛剛構構橋橋，牛牛腿腿處處裂裂縫縫導導致致斷斷裂裂。。發(fā)發(fā)生生事事故故的的田田莊莊臺臺大大橋橋,建建于于72年年，，77年年投投入入使使用用，，全全長長878米米，，橫橫跨跨遼遼河河，，是是遼遼寧寧省省屈屈指指可可數數的的大大型型橋橋梁梁之之一一。。由由于于設設計計問問題題及及運運營營中中的的超超載載、、超超速速，，95年年（（18年年）即即定定為為危危橋橋，，限限載載15噸噸的的標標志志。。給給錢錢就就過過，，60噸噸以以上上照照過過，，嚴嚴重重超超負負荷荷運運營營，，導導致致跨跨塌塌．．圖26綦江江虹虹橋橋垮垮塌塌前前原原貌貌圖27綦江江虹虹橋橋垮垮塌塌現場場1999年年１月４日日發(fā)生的綦綦江虹橋垮垮塌事件，，這座長102米、、寬10米米多的中承承式拱形橋橋（該橋建建成還不足足3年）造造成死４００人、傷１１４人的慘慘劇和６０００多萬元元的重大經經濟損失。。從虹橋事事件中揭露露出來的腐腐敗、瀆職職等問題，，對基本建建設戰(zhàn)線嚴嚴肅法紀、、保證工程程質量，具具有深刻的的警示意義義。國家檢檢察機關近近幾年查處處的10多多萬件賄賂賂案件，涉涉及建筑業(yè)的竟竟占73％％?？梢娂訌姀娊ㄖ⒎ǚ?，加強建建筑市場管管理是多么么重要！（（后期的招招標）圖28廣廣東東莞莞商業(yè)街房房屋大坍塌塌事故發(fā)生在1999.12.1廣廣東東莞商商業(yè)街房屋屋大坍塌事事故，造成成10余人人死亡（不不完全統(tǒng)計計），這是是典型的人人為災害。。房屋倒塌塌后覆蓋了了整個商業(yè)業(yè)街。據查查該工程是是典型的““豆腐渣””工程。無無辦理報建手續(xù)、、無國土證證、無規(guī)劃劃許可證、、無施工許許可證。2001年年11月7日凌晨4點半，全全長約1000米左左右，投資資幾千萬元元，如飛虹虹般橫跨金金沙江的提籃中承式式大橋——四川宜宜賓市南門門大橋，在在十幾分鐘鐘里，轟然然斷裂，成成為三截，，造成2人人死亡2人人受傷。1990年年竣工剛通通車時日車車流量不過過1000輛輛左右，僅過兩年年，到1992年5月，南岸岸成立經濟濟開發(fā)區(qū)，，至今居民民人數已有有7萬余，，很多單位位也建在或或遷至南岸岸，南北兩兩岸的過橋橋車流量在在11年里里急劇增長長，至今每每日過橋車車流量已達達3萬輛左左右。也就就是說，11年里車車流量急劇劇增長30倍。設計前瞻瞻性；兩邊邊的斷裂處處都是在主主橋與引橋橋的結合點點，恰也是是吊橋動態(tài)與與靜態(tài)的結結合點．圖29宜賓南門大大橋垮塌事事故2005年年，江蘇省省吳江市梅梅堰鎮(zhèn)一座座橋梁突然然坍塌，造造成４人受受傷。坍坍塌的大橋橋建造于８８０年代中中期，為簡支空心板板橋，距今已有有２０年左左右的歷史史，是座危危橋。圖30江蘇省吳江江市梅堰鎮(zhèn)鎮(zhèn)一座橋梁梁坍塌事故內蒙包頭高高架倒塌圖31臺灣高屏大大橋斷裂2000年年8月，連連接高雄與與屏東的重重要通道高高屏大橋，，突然攔腰腰斷裂，16輛大大大小小的車車輛墜入河河中，22人受傷。。橋面突突然從中間間下陷斷裂裂，下陷的的部分長達達一百米左左右，其中中一部分橋橋面還被河河水沖走。。高屏大橋橋已通車22年。湖南省株洲洲市紅旗路路一座待拆拆除的高架架橋突然發(fā)發(fā)生坍塌，，現場超過過20臺車車輛被砸壞壞或掩埋。。對震害作出出鑒定，并并制定修復復、加固方方案。圖為為高架橋支支柱震害。?；炷翗蚨斩照鸷ι轿鲬h木木塔，建于于公元1056年，，塔高67.3m，，八角形，，底層直徑徑30.27m。該該塔共9層層，是我國國保存至今今的唯一木木塔，也是是現存的最最高的木結結構之一。。它雖經多多次大地震震仍完整無無損，足以以證明我國國歷史上木木結構的輝輝煌成就。。圖32比薩斜塔(姑建于1174年，竣工于于1350年，白色大大理石建造，現以每每年8cm的速度向南南面下沉，，塔頂已超超出基邊線線大約4．9M。)圖33趙洲橋被國際橋梁梁和建筑協(xié)協(xié)會列為重重點保護文文物的世界界署名的““趙州橋””(曾名““安濟橋””)--大弧形敞肩肩式石拱橋橋，卻則有一一番風采。。趙州橋位位于河北省省趙縣南門門外約3km的皎河河上，建于于隋朝開皇皇大業(yè)年間間(公元590一608年)，在1400年中中，作為我我國南北交交通一條主主要干道上上的一座石石拱橋，沒沒右間斷地地為南來北北往的行旅旅客商以及及各種運輸輸服務。而而且，在邢邢臺大地震震、唐山大大地震時．．它雖受到到波擊．但但仍屬良好好。一．橋梁病病患的基本本概念１．在役橋橋梁也叫“即有有橋梁”、、“已有橋橋梁”或““舊有橋梁梁”，是指指正在發(fā)揮揮其使用功能的橋梁。橋橋梁是經過過規(guī)劃、設設計及施工工而形成，，必須滿足足使用功能、美觀觀、舒適和和安全的要要求。２．橋梁壽壽命人有生、老老、病、死死，包括自然壽命（從生到死死未受到外外界任何損損害，老死死的）、生理壽命（實際壽命命，病死的的——無緣緣無故死的的很少，大大多是癌癥癥、心腦血血管等）和和隨機壽命（天災人禍禍，如戰(zhàn)爭爭、地震、、海嘯、礦礦難、交通通、犯罪———槍斃）。因此，，人的壽命命影響因素素錯綜復雜雜，難于預預測，除非非自殺。第一部分概概論橋梁也相近近，有設計壽命、、使用壽命命、隨機壽壽命和剩余余壽命。設計壽命:是在設計時時根據標準準定出的，，固定的，，如50年年100年年等。使用壽命:即使用期限限（即實際壽壽命），是與橋梁梁的初始狀狀況(包括設計、、施工、結結構、材料料等)、使用維維修情況、、自然環(huán)境境等諸多因因素都密切切相關的模糊數字。是一個多多種學科交交叉，實踐踐、理論、、計算全都都用上而不不能給出確確切答案的的問題———熱點問題題（使用壽命命預測）。。至今．世界界各國的建建筑物法規(guī)規(guī)對橋梁使使用期限有有明確規(guī)定定的并不多多。隨機壽命:是指受某種種外因作用用，突然失失去使用功功能，如火火災、水災災、地震、、違章建筑筑的強制拆拆毀、房屋屋沉陷倒塌塌、超速超超載橋梁跨跨塌等。剩余壽命:即設計壽命命減去使用用壽命，由由于使用壽壽命的不確確定，則不不可能簡單單計算，是是建筑工程程的研究熱熱點之一，，同上屬于于同一問題題。我們最關關心的是是對建筑筑“健康康”狀況況的把握握和使用用壽命的的預測。。發(fā)現““病情””如何診診治的問問題，即即對剩余余壽命的的預測，，檢測評評估，對對癥下藥藥——病病患治理理。3．橋橋梁的建建設程序序形成一定定規(guī)模、、滿足使使用要求求及安全全要求的的建筑，，必須遵遵循建設設程序，，程序是是：規(guī)劃審批批→論證證決策→→設計施施工→竣竣工驗收收→保保養(yǎng)、維維修（加加固）。所謂程程序就包包含兩層層含義，，既不能能缺項，，也不能能前后顛顛倒。二.我國國在役橋橋梁的現現狀1．工業(yè)與與民用建建筑我國城鎮(zhèn)鎮(zhèn)累積100余億平方方米的工工業(yè)與民民用建筑筑，并且且以每年年近6～7個億平方方米的速速度增長長。然而而，現有有的建筑筑60％以上超超期服役役．已步步入老齡齡化或末末老先衰衰。解危危資金杯杯水車薪薪，使解解危速度度遠低于于增危速速度。大大量危房房已成了了沉重的的包袱，，房屋坍坍塌而房房毀人亡亡的慘鍋鍋時有發(fā)發(fā)生。新新建房屋屋的質量量事故也也給用戶戶帶來諸諸多煩惱惱．而且且使用壽壽命大為為降低。。03年年大小的的倒塌事事故500余起。最近北京京媒體報報道說，，統(tǒng)計數數據顯示示，我國國房屋建建筑壽命命較短，，北京尤尤其明顯顯，平均下來來還不到到３０年年，僅為為設計壽壽命５００年到７７０年的的一半，帶病服服役。半半官方的的建設部部住宅產產業(yè)化促促進中心心副主任任童悅仲仲說：““我國城城市住宅宅壽命低低于５００年的情情況相當當普遍””，“使使用壽命命短已成成為我國國住宅的的突出問問題”。。2.公路路橋與鐵鐵路橋梁梁截止到2008年，各各種橋型型總和約約有40余萬座座。存在安全全隱患和和耐久性性問題的的橋梁占占總數的的50%，個別別地方甚甚至超過過了70%，在在這些橋橋中危橋橋又占20%——30%，幾萬余座之多。?鐵路橋橋梁總數數41727座座，2637.384km,其中解解放前橋橋梁6360座座，197.7km,座數和和長度分分別占15.24%和和7.5%。橋橋梁長度度占全部部線路長長度（7.3萬萬km））的3.61%。?混凝土橋橋(2245.383km)座數占占全部橋橋梁總數數94.38%，鋼橋（（152.566km)占全全部橋梁梁總數4.24%，混混合橋(237.692km)占1.13%，臨臨時橋(1.743km)占占0.25%。?各種公公路橋梁梁總數約約36萬余余座。急需維修修加固的的橋梁超超過20000座，總總投資超超過1000億，檢測、、維修、、加固的的經濟、、社會價價值，甚甚至超過過了新橋橋的規(guī)劃劃與建設設，該領領域研究究開發(fā)具具有光明明的前景景。學科科的定位位為：混凝土梁梁式橋檢檢測、評評估（安安全、壽壽命預測測）及加加固。三.結構構安全1.結構安全全性：結構安全全性是一一個綜合合性的概念、是結構防止止破壞或倒塌的能能力，是結構工工程最重重要的質質量指標標。它取取決于結結構的整體穩(wěn)定定性（牢牢固性））、結構構的耐久久性、使用狀態(tài)態(tài)、時間間及正常使使用階段段的檢測維修修，決定于于結構的的設計與與施工安安全水準準（標準準或目標標）。2.安安全設置置水準：：與設計壽壽命有關關，水準準高壽命命長。與與結構構構件安全全水準關關系最大大的二個個因素是是：1）規(guī)范范規(guī)定結結構需要要承受多多大的荷荷載（荷荷載標準準值），比如我我國規(guī)范范自1959年年以來均均規(guī)定樓樓板承受受的活荷荷載是每每平方米米150公斤(現已確確定在新新的規(guī)范范里將改改回到200公公斤)，，而美、、英則為為240和250公斤斤；橋梁的的最不利利布載、、車輛類類型等；2)規(guī)規(guī)范規(guī)定定的荷載載分項系系數與材材料強度度分項系系數的大大小，前者是是放大的一個系系數，后后者是縮小的一個系系數。盡管我國國設計規(guī)規(guī)范所設設定的安安全貯備備較低，，但是某某些工程程的材料料用量反反而有高高于國外外同類工工程的，，這里的的問題主主要在于于設計墨墨守陳規(guī)規(guī)，在結結構方案案、材料料選用、、分析計計算、結結構構造造上缺乏乏創(chuàng)新，，以高消耗耗確保結結構安全全。3.整體體牢固性性：是指結構構出現某某處的局局部破壞壞不至于于導致大大范圍連連續(xù)破壞壞倒塌的的能力，，或者說說是結構構不應出出現與其其原因不不相稱的的破壞后后果。結構的的整體體牢固固性主主要依依靠結結構具具有良良好的的延性和和必要要的冗冗余度度，木結結構、、鋼結結構、、磚混混及鋼鋼混。汶川、、玉樹樹大地地震造造成的的巨大大傷亡亡與當當地房房屋結結構缺缺乏整整體牢牢固性性有很很大關關系。。2001年石石家莊莊發(fā)生生故意意破壞壞的惡惡性爆爆炸事事件(分4次次數棟棟樓房房倒塌塌，死死亡108人、、傷38人人）。4.結結構構的耐耐久性性（T)：：是工程程結構構使用用期內內結構構保持持正常常功能能的能能力，，這一一正常常功能能包括括結構構的安全全性和和結構構的適適用性性，而而且更更多地地體現現在適適用性性上。。注：結構耐耐久性性、強強度及及使用用壽命命的關關系：：強度度是指指結構構承載載能力力的瞬瞬間指指標，，耐久久性是是與使使用的的荷載載（靜靜載或或動載載）和和環(huán)境境條件件相關關的延延時性性（時時間））定性性指標標，與使用用壽命命緊密密相關關。以往往注重重強度度忽視視耐久久性的的研究究，導導致大大量的的結構構安全全隱患患，是是造成成建筑筑病害害的主主要原原因之之一（（如干干濕、、凍融融等大大氣侵侵蝕以以及工工程周周圍水水、土土中有有害化化學介介質侵侵蝕，，導致致混凝土土炭化化等的耐耐久性性要求求則相相對考考慮較較少））。問題：：結構耐耐久性性的研研究是是進行行橋梁梁健康康評價價和剩剩余壽壽命研研究的的重要要課題題之一一。#砼碳化化指砼砼中的的Ca(OH)2與空氣氣中CO2或水中中的CO2或其它它酸性物物質反應變變成CaCO3而失去去堿性的過程程，Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O。砼的的碳化化值指指砼自自表面面的碳化深深度。它是是確定定鋼筋筋保護護層厚厚度的的依據據。當當砼失失去堿堿性環(huán)環(huán)境，，鋼筋筋就易易銹蝕蝕膨脹脹并脹脹裂砼砼，最最終削削弱砼砼對鋼鋼筋的的握裹裹力，，導至至鋼筋筋砼構構件的的破壞壞，碳化化與地地區(qū)與與環(huán)境境關系系密切切。5.結結構構的可可靠性性：包括安安全性性、適適用性性和耐耐久性性三項項要素素，是是衡量量結構構穩(wěn)定定的綜合性性定性性指標。。6.結結構構可靠靠度：：結構在在規(guī)定定的時時間內內（設計基基準期期50年），在在規(guī)定定的條條件下下（正常設設計、、正常常施工工和正正常的的使用用條件件，不不包括括人為為的過過失影影響），完完成預預定功功能（（能承受受在正正常施施工和和正常常使用用時可可能出出現的的各種種作用用的能能力———即即安全全性）的概率率，是結結構可可靠性性的概概率度度量———模糊預預測。結構安安全是是一個個綜合合指標標，是變量量。以橋橋梁為為例是是隨著著荷載載增加加、交交通量量增加加而降降低，，隨結結構物物的使使用年年限而而降低低（材材料碳碳化、、老化化）。。構件件或單單元結結構的的安全全性關關聯整整體安安全，，如前前面橋橋梁倒倒塌、、破壞壞實例例。問題題：：橋橋梁梁結結構構可可靠靠度度的的研研究究四.橋橋梁梁檢檢測測評評估估的的主主要要問問題題1、、目目前前舊舊橋橋的的檢檢測測評評估估仍仍處處于于半半經經驗驗、、半半理理論論狀狀態(tài)態(tài)，，其其計計算算分分析析的的理理論論依依據據還還不不甚甚完完善善，，對對其其評評定定方方法法的的研研究究迫迫在在眉眉睫睫。。2、、損傷傷識識別別（（就就診診））是舊舊橋橋評評定定的的基基礎礎工工作作，，但但目目前前的的損損傷傷識識別別理理論論距距實實際際應應用用尚尚有有一一定定的的距距離離。。高高靈靈敏敏度度的的損損傷傷識識別別指指標標、、傳傳感感器器優(yōu)優(yōu)化化布布置置、、誤誤差差分分析析等等問問題題需需進進一一步步研研究究。。3、、剩余余極極限限承承載載力力評定定是是舊舊橋橋加加固固工工作作的的關關鍵鍵步步驟驟，，目目前前的的理理論不不能能準準確確的的計計算算結結構構的的剩剩余余極極限限承承載載力力。。利利用用損損傷傷識識別別的的結果果，，結結合合人人工工檢檢測測的的手手段段，，查查明明材材料料退退化化情情況況，，以以此此作作為為基礎礎來來分分析析剩剩余余承承載載力力，，是是研研究究承承載載力力的的一一種種方方法法。。4、、目目前前的的檢檢測測手手段段還還有有待待于于完完善善，，如如：：預預應應力力鋼鋼絞絞線線的的銹銹蝕蝕程程度量量測測、、錨錨頭頭的的銹銹蝕蝕無無損損探探測測等等。。5、、建建立立完完善善的的檢檢測測、、評評估估及及加加固固構構架架體體系系。。6、、安全全監(jiān)監(jiān)測測和和剩剩余余壽壽命命預預測測，是是該該領領域域的的難難點點和和研研究究方方向向。。第二二部部分分橋橋梁梁檢檢測測內內容容與與方方法法綜綜述述目前前，，橋橋梁梁的的檢檢測測評評估估技技術術發(fā)發(fā)展展很很快快，，尤尤其其是是無損損檢檢測測新技技術術的的應應用用，，如如:X射射線線（物物探探技技術術））、、紅外外成成像像、、雷雷達達探探測測、、固固定定激激光光全全橋橋掃掃描描技技術術、、精精確確差差分分GPS監(jiān)監(jiān)測測橋橋梁梁變變形形技技術術（邊邊坡坡監(jiān)監(jiān)測測技技術術））、、超聲聲波波磁磁性性裂裂紋紋分分析析法法、、電電磁磁法法測測鋼鋼筋筋銹銹蝕蝕等等技技術術在在橋橋梁梁結結構構檢檢測測中中得得到到了了充充分分應應用用，，提提高高了了測測試試的的精精度度和和準準確確性性。。是評評價價依依據據。。一.橋橋梁梁檢檢測測主主要要內內容容與室室內內試驗驗不同同，，室內內試驗驗是是指指對對材材料料的的試試塊塊或或構構件件的的力力學學性性能能驗驗證證，，如如抗抗壓壓、、抗抗折折、、抗抗拉拉、、抗抗剪剪、、抗抗彎彎及及抗抗?jié)B滲等等。。檢測測是指指對對實體體構構筑筑物物的力力學學功功能能的的現現場場檢檢驗驗(試試驗驗）），，檢檢驗驗的的主主要要內內容容包包括括：：強強度度、、混混凝凝土土裂裂縫縫（（長長度度、、寬寬度度、、深深度度、、間間距距、、位位置置、、方方向向和和形形狀狀等等））、、混混凝凝土土炭炭化化深深度度等等。。另另外外，，橋橋梁梁還還有有兩兩項項重重要要的的檢檢測測內內容容：：動載載檢測測（（試試驗驗））和和靜載載檢測測（（試試驗驗））。。二、、橋橋梁梁檢檢測測方方法法簡簡介介（實實體體強強度度與與試試件件強強度度））1.回回彈彈法法（間間接接））回彈彈法法是是用用回回彈彈儀儀彈彈擊擊混混凝凝土土表表面面,由由儀儀器器重重錘錘回回彈彈能能量量的的變變化化,反反映映混混凝凝土土的的彈彈性性和和塑塑性性性性質質,測測量量混凝凝土土的的表表面面硬硬度度來推推算算抗抗壓壓強強度度,是是混混凝凝土土橋橋梁梁現現場場檢檢測測中中常常用用的的一一種種非非破破損損試試驗驗方方法法.我我國國已已編編制制了了《《回回彈彈法法評評定定混混凝凝土土抗抗壓壓強強度度技技術術規(guī)規(guī)程程》》ＧＧＪＪ/ＴＴ23——92(正正在在使使用用)，屬估估算算.回彈彈法法的的主主要要優(yōu)優(yōu)點點是是:儀儀器器構構造造簡簡單單,方方法法易易于于掌掌握握,檢檢測測效效率率高高,費費用用低低廉廉,影影響響因因素素較較少少,幾幾十十年年來來回回彈彈法法已已成成為為結結構構混混凝凝土土檢檢測測中中最最常常用用的的一一種種無損損檢檢測測方法法。。但還還存存在在一一定定不不足足:回回彈彈值值受受碳碳化化深深度度、、測測試試角角度度的的影影響響,石石子子種種類類對對其其也也有有影影響響,要要對對回回彈彈值值進進行行不不同同的的修修正正.對對存存在在有有質質量量疑疑問問區(qū)區(qū)域域的的混混凝凝土土,需需用用其其它它方方法法進進行行進進一一步步檢檢測測。。*混混凝凝土土強強度度的的影影響響因因素素:裂裂隙隙（（空空隙隙））、、級級配配、、密密實實度度、、骨骨料料及及水水泥泥種種類類等等。。人們們通通過過試試驗驗發(fā)發(fā)現現，，混混凝凝上上的的強強度度與與其其表表面面硬硬度度存存在在內內在在聯聯系系．．通通過過測測量量混混凝凝土土表表面面硬硬度度，，來來推定定混凝凝土土抗抗壓壓強強度度，可作作為為混混凝凝土土強強度度檢檢驗驗的的輔輔助助手手段段。由瑞瑞士士科科學學家家史史密密特特發(fā)發(fā)明明了了回回彈彈儀儀。?；貜棌椃ǚǖ牡幕颈驹砝恚海菏鞘鞘故褂糜没鼗貜棌梼x儀的的彈彈擊擊拉拉簧簧驅驅動動儀儀器器內內的的彈彈擊擊重重錘錘，，通通過過中中心心導導桿桿，，彈彈擊擊混混凝凝土土的的表表面面．．并并測測出出重重錘錘回回彈彈的的距距離離．．以以反反彈彈距距離離與與彈彈簧簧初初始始長長度度之之比比為為回回彈彈值值．．由由其其與與混混凝凝土土強強度度的的相相關關關關系系來來推推定定混混凝凝土土抗抗壓壓強強度度。。2.超聲脈沖沖法