1、申请学位级别 工程硕士 学科专业名称建筑与土木工程论文提交日期 2010年11月 论文答辩日期 2010年12月 学位授予单位 学位授予日期 答辩委员会主席 评阅人 2008年3月 独 创 性 声 明本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签 名： 日 期： 学位论文使用授权书本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的
2、规定，即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。（保密的论文在解密后应遵守此规定）研究生： 导师（签名）： 日期 武汉理工大学工程硕士学位论文摘 要双曲拱桥于1964年首创后，很快在全国范围内得到了推广应用，特别是南方地区，在以后的二十多年里全国各地修建了不少的双曲拱桥。然而，经过多年的不适当使用或由于设计本身的原因，很多双曲拱桥出
3、现了不同程度的病害，甚至出现跨桥事件，这方面的例子是很多的。本文针对这类在役的双曲拱桥，试图提出一些在役桥梁性能检测与评估的方法，探讨该类桥梁的加固技术和方法，并结合某工程，进行了检测、评价及其加固设计，得出了一些有益的结论，对类似工程具有一定的参考和借鉴价值。1、介绍课题研究的背景以及课题的研究现状，阐述了对双曲拱桥的性能检测、评价及加固的研究意义；2、总结在役桥梁检测及性能评价的一般方法，分析了目前在役桥梁检测及评估方法的一些不足之处；3、结合江苏邳州某双曲拱桥对在役双曲拱桥的性能检测、评估及加固做了一些新的探讨，提出一种新的在役桥梁检测思路；4、并对双曲拱桥的加固措施进行总结，探讨一种更
4、为可行的在役双曲拱桥加固方法。关键词：在役双曲拱桥；承载力检测；性能评价；加固设计AbstractTwo-Way Curved Arch Bridges have been built widely all over the whole country since it was first t in 1964, especially in southern areas in our country. However, Diseases and infects have appeared due to improper uses or design, even some bridge colla
5、pse examples took place in the world.This article first proposed Two-Way Curved Arch Bridge in the application of evaluation methods, namely in the field of appearance formulated on the basis of the bridge in service with the capacity to dynamic testing method. In bridge bearing capacity test, the m
6、easured use of motor vehicles under the load curve inversion internal force structure changes affecting the internal forces of line, and the theoretical values are compared with that of in-service bridge internal forces impact on the actual line, based on this work out reasonable load bearing capaci
7、ty of the bridge programmed, in-service Two-Way Curved Arch Bridge Before the reinforcement of the capacity evaluation feasible. In appearance inspection and evaluation capacity on the basis of the Road and Bridge Maintenance Standards, the proposed consolidation of the former bridge the technologic
8、al status assessed.1. The background and current situation about this research has been introduced. the research significance about checking and estimating of this Two-Way Curved Arch Bridge have been explained.2. General method and performance evaluation of existing Two-Way Curved Arch Bridge have
9、been analyzed, and some deficiencies of these methods have been put forward.3. Some new thought about how to checking, estimating and reinforcement of Two-Way Curved Arch Bridge has been described, in Jiangsu Pi Zhou;4. A actual Two-Way Curved Arch Bridge reinforcement design was made in detail,and
10、a new reinforcement method suitable for this kind bridge is proposed,and the result shows that it is benificial both in economy and possibility.Key Words: Iin-seveece Bridge; Two-Way Curved Arch Bridge; Lloading Testing; Performance Evaluation; Reinforcement DesignIV目录第一章 绪论11.1 课题的研究背景及科学意义11.2 课题的
11、国内外研究现状21.2.1 在役双曲拱桥检测评估研究现状21.2.2 在役双曲拱桥加固研究现状31.3 本文的主要内容5第二章 在役桥梁检测及性能评价常用方法与应用72.1在役桥梁检测内容与方法72.1.1桥梁检测依据72.1.2 在役桥梁结构物外观与内部缺陷检测82.1.3 在役桥梁结构承载力检测102.2 在役桥梁性能评价方法132.2.1 在役桥梁性能评估内容132.2.2 在役桥梁性能评估方法15第三章 在役双曲拱桥性能检测、评估183.1邳州某拱桥概况183.2邳州某拱桥结构物外观与内部缺陷检测193.2.2内部缺陷检测203.3邳州某拱桥静载试验253.3.1静载试验检测工况253
12、.3.2各检测工况布车方式及加载程序253.3.3挠度测试断面布置及测试结果273.3.4 应力测试断面布置及测试结果30第四章 在役双曲拱桥加固技术探讨334.1双曲拱桥常用改造加固技术334.1.1外包混凝土加固拱肋334.1.2粘贴钢板（筋）或碳纤维加固方法334.1.3增强横向联系334.1.4锚喷混凝土加固344.1.5调整拱上自重、改变结构体系加固法344.1.6小结344.2双曲拱桥改造加固新技术354.2.1新方法的主要特点及基本原理354.2.2加固构造与设计384.2.3邳州某拱桥加固设计40第五章 结论与展望45附图47参考文献56致 谢59第一章 绪论1.1 施工监控的
13、意义和目的随着地震灾区的灾后重建工作如火如荼地展开，基础桥梁建设进入了高峰时期。大型桥梁的结构安全可靠性已成为当今社会普遍关注的重大问题。为保证桥梁结构运营的安全性、可靠性、耐久性、行车舒适性等，实施大桥梁施工过程的监测监控，已成为大型桥梁建设不可或缺的重要环节。一般来说，混凝土材料的特殊性和预应力桥梁施工工艺的复杂性，加之施工过程中许多难以预料的因素，可能导致构件中某些部位的应力储备不足或过大、线型偏离，从而形成安全隐患。开展桥梁施工监测监控的目的，就是在提供主梁合适立模标高（预拱度）的同时，保证桥梁结构的设计线形；通过对关键控制断面应力、应变、变形及温度等物理量的测量来了解结构各构件在每一
14、施工阶段的实际受力状况及变形情况；及时发现问题，以便采取相应的技术措施。使桥梁结构受力合理，线形符合设计要求，确保大桥的施工安全、施工质量、美观可靠和长久耐用。现已建成相当数量的预应力斜腿刚构桥，其结构设计、施工工艺貌似简单，然而建成后混凝土箱梁开裂的现象亦十分普遍。其主要原因与纵竖向预应力设计与配置、纵竖向预应力筋张拉工艺、预应力混凝土结构对温度的敏感程度等相关联，影响因素错综复杂。而开展施工监测监控工作以配合现场施工，则成为了保证大桥施工安全和施工质量的重要手段，并起到指导施工的积极作用1.2 课题的国内外研究现状1.2.1 在役双曲拱桥检测评估研究现状 国内外的桥梁工程技术人员及广大科研
15、工作者结合工程实际，对公路旧拱桥承载能力的检测、评定和加固进行了大量的研究，取得了不少成果。 近年来，由于大量危旧拱桥面临维修和加固，旧拱桥加固改造技术的研究得到了越来越多的重视。旧拱桥加固改造技术，是针对正在使用中的旧拱桥进行检测、评价、维修、加固或改造等技术对策的总称。日的是对这些桥梁使用状况作出符合客观实际的判断，采取相应的技术措施。但是，我国比较注重桥梁结构加固方法在工程实践中的应用，而对这些方法的原理和加固设计计算方法等深入研究不够。因此，我国在旧拱桥检测、评定和加固方面仍处于滞后状态。 另一方面，相关单位及科研人员利用有限元理论，考虑拱桥受力行为的几何与材料非线性及其耦合，对拱的极
16、限承载能力进行计算分析，取得了一些成果。但是，一般只限于对裸拱的分析，没有考虑拱上建筑的联合作用，不能有效的运用于工程实践。 日前公路行业广泛使用的旧桥承载能力评定方法是我国交通部在1988年颁布的公路旧桥承载能力鉴定方法（试行）。根据公路桥梁承载能力检测评定规程的研究及其对原有鉴定方法的完善与改进，提出公路旧桥承载能力鉴定方法基本表达式如下。对钢筋混凝土拱桥结构承载能力 （1-1）式中：荷载效应函数； 永久荷载（结构重力）的安全系数； 永久荷载（结构重力）效应； 简载Q的安全系数； 可变荷载及永久荷载中混凝土收缩、徐变影响力效应，基础变位影响力效应；对重载交通桥梁，汽车荷载效应应计入活载影响
17、修正系数； 结构工作条件系数； 结构抗力函数； 混凝土强度安全系数； 混凝土强度取用值； 混凝土强度安全系数 钢筋的截面折减系数； 钢筋强度取用值； 钢筋强度安全系数； 承载能力检算系数； 承载能力恶化系数；对于旧拱桥结构承载能力的检算评定，基本表达式给出了明确的准则。在实际工程应用中，结构本身的承载能力可以根据原桥设计（竣工）图纸和现场桥梁调查检测得到的主要截面尺寸、材料强度的实际值，以及现场调查检测的各种缺陷病害等来确定。但是，对于荷载效应函数S中的各项涉及到的影响因素较多，很难准确把握在役双曲拱桥的实际结构承载力情况，故需要建立一种更为符合实际检测评价方法。1.2.2 在役双曲拱桥加固研
18、究现状 桥梁施工控制包括主动控制和被动控制，所谓主动控制，是在预先分析各种风险因素及其导致目标偏离的可能性和程度的基础上，拟定和采取有针对性地预防措施；所谓被动控制是一种面对未来的控制，通过对产生偏差原因的分析，研究制定纠偏措施，以使偏差得以纠正，工程实施恢复到原来的计划状态，或虽然不能恢复到计划状态但可以减少偏差的严重程度。在现实的桥梁监控中，仅仅采取被动控制措施，出现偏差是不可避免的，而且偏差可能有累积效应，即虽然采取了纠偏措施，但偏差可能越来越大，从而难以实现预定的目标。另一方面，主动控制的效果虽然比被动控制好，但仅仅采取主动控制措施却是不现实的，或者说是不可能的。因为施工过程中有相当多
19、的风险因素是不可预见的，或者无法定量的确认。因此，对于桥梁施工控制来说，主动控制和被动控制两者缺一不可，必须紧密结合。图1-2为控制的过程。图1-2 施工控制的过程对于桥梁施工监控的具体实施来说，主动控制表现为施工程序的制定，结构计算参数的确定等等。为了避免误差的产生或者减小误差的影响程度，在制订方案或者计算时应充分考虑可能会出现的情况。如对连续刚构桥合龙影响较大的合龙工艺、配重、混凝土容重、混凝土弹性模量等，必须尽早确定。被动控制则表现为误差的修正，具体为一个施工量测判断修正预告施工的循环过程，为了能够控制桥梁的外型尺寸和内力，首先必须安排一些基本的和必要的量测项目，其内容包括主梁各施工工况
20、的标高、主梁部分控制断面的应力、结构温度场、气温以及对混凝土材料的一些常规试验。在每一工况返回结构的量测数据之后，要对这些数据进行综合分析和判断，以了解已存在的误差，并同时进行误差原因分析。在这一基础上，将产生误差的原因予以尽量消除，给出下一个工况的施工控制指令，在现场施工形成良性循环。斜腿刚构桥施工监控过程见流程图1-3所示：图1-3 施工监控过程流程图1.3 本文的主要内容双曲拱桥于1964年首创后，很快在全国范围内得到了推广应用，在以后的二十多年里全国各地修建了不少的双曲拱桥。然而，由于设计、施工等方面的原因，很多双曲拱桥出现了不同程度的病害。作者结合对江苏邳州某拱桥的加固改造与评估进行
21、了研究。本文的主要工作如下：59第二章 在役桥梁检测及性能评价常用方法与应用桥梁检测是对桥梁的结构物直接测试的一项科学实验上作。它包括结构物常规检测和结构承载力检测，其主要任务是通过有计划地对结构物加载后的性能进行观测和对测量参数（如位移、应力、振幅、频率等）进行分析，以便了解桥梁实际上作状态，对结构物的上作性能做出评价以及对桥梁结构的承载能力和使用条件做出正确估计，并为桥梁加固提供可靠的数据依据12。在役桥梁结构评估的科学性是结构评估准确性的保证，结构评估的准确性是结构维修、加固处理的前提，只有准确的评估，才能采取适当的处理措施，确保桥梁结构修复后的可靠性和耐久性，取得较好的经济、技术效果。
22、结构评估的准确性依赖于检测评估的方法和乎段。桥梁评估是一个复杂的系统评估，规范5中对桥梁的评估是在确定出一定的损伤状态（即评定出整体分数）后得出整个结构的技术状态等级，但由于评定往往建立在评价者的知识水平、经验以及主观感觉上，掺杂着人为因素造成的偏差，有很多模糊的因素影响精确的评估。因而在役桥梁性能评价方法的研究近年来不断的进行着。2.1在役桥梁检测内容与方法2.1.1桥梁检测依据桥梁检测主要依据中华人民共和国国家、交通部及建设部等颁发的标准和规范进行，有关的技术标准各规范如下： （1）公路养护技术规范（JT J073 一96）； （2）公路工程技术标准（JT GB01 一2003）； （3）
23、公路旧桥承载力鉴定方法（试行）1998； （4）混凝土结构试验方法标准（GB50152一 92）； （5）回弹法检测混凝土抗压强度技术规程（JTJ/T 23一2001）； （6）公路工程质量检验评定标准（JTJ071一98）； （7）公路桥涵设计通用规范（JTG D60一 2004）； （8）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62- 2004）； （9）城市桥梁设计准则（CJJ11一 93）； （10（城市桥梁设计荷载标准（ CJJ77 一 98）JT J073。2.1.2 在役桥梁结构物外观与内部缺陷检测2.1.2.1结构物外观检测外观检查是桥梁检测中一项非常重要的工作，通
24、常如果产生了病害会有一些表象，通过外观的检查可以分析判断这些病害产生的原因，提出整治措施并且有利于明确接下来工作的重点。外观检查要求做到抓住重点，力求全面。通常可以根据桥型确定调查的要点，如梁桥的检查要点有：跨中区域的裂缝、挠度；端部的斜裂缝；如梁连接部位的状况；构件的外观质量等等。拱桥的检查要点有：拱圈拱顶下缘与拱脚上缘裂缝；拱轴线的坐标；墩的位移等等。桥梁从总体上可以分为上部结构、下部结构、附属结构。上部结构在梁式桥中主要是指主梁，在拱中则还包括主拱肋、拱波、拉索、风撑等等，根据结构形式有所区别；下部结构则包括桥墩、桥台、基础与承台、桩等；附属结构则有桥面铺装、人行道、缘石、栏杆、伸缩缝等
25、。每个部位都有其自已的受力特征，病害也有一些共性，如果出现的不是常规病害，应当仔细研究找出病因，常规病害在找出病因的同时应根据其损坏程度进行评估，然后确定是否有必要加固或更换构件用以维持正常的运营。2.1.2.2结构物内部缺陷检测混凝土构件中常见的缺陷有裂缝、碎裂、剥落、层离、蜂窝、空洞、环境侵蚀和钢筋锈蚀等。一些缺陷仅靠外观检查是难以发现的，因此必须借助其他方法进行检测。日前常用的无损探测方法有声波检测法、超声波探伤法和雷达检测技术。用锤或敲击构件听其声音的差异来判断构件有否损坏，这是简便的人工检查方法，也是一般检查中常用的手段；用超声波脉冲速度法可探查钢材、焊缝和混凝土中存在的裂缝、空洞和
26、火灾损伤等；使用脉冲雷达的电磁回波法能检测具有沥青覆盖层的混凝土桥面板。随着桥型的多样化以及新工艺的不断发展，将有越来越多的材料应用到桥梁结构中，但目前最基本，使用最广泛的还是钢筋和混凝土。钢材的强度一般以设计、施工有关资料为依据，不再检查，当怀疑钢材质量有问题或者资料不明确时应采取必要的措施截取试件进行材料试验。（1）混凝土强度测定混凝土的强度会随着时间的推移产生一些变化，比较人的桥梁通常会有同期的试块用以确定强度。对于没有试块的桥梁，目前测试方法主要有回弹法（即Sclmi idt锤法或表而硬度法）、超声波法、超声波回弹综合法、贯入法、断裂法、取芯样试验法等12。回弹法、超声波法以及综合法是
27、属于非破损测试方法，应用较广泛，不少国家已有指南或标准。当由专业检测人员测试时，三种方法的测试结果平均误差约10%左右，相比较而言，超声波回弹综合法检测精度要高一些。对于龄期在90d以上，采用回弹法要考虑混凝土表而碳化深度的修正。混凝土的湿度对回弹值和超声波脉冲速度都有一定的影响。（2）钢筋锈蚀的评价技术混凝土的密实度、渗水性、含水量、含氯盐量、碳化深度、保护层厚度不足和开裂等缺损，是导致钢筋锈蚀的诸多因素；反之，钢筋锈蚀又促使混凝土进一步破损。通过简单的外观检查、敲击检查可以检测程度较重的钢筋锈蚀现象。其他检测方法有：直接评定钢筋锈蚀技术：电阻探测器技术是根据金属板锈蚀而变薄，其电阻增大的原
28、理32。线性极化探测技术是根据电化动力学原理，测量试验电极问的微小电流。半电池电位测量法是通过与一已知的、并保持常量的基准电极（半电池）的极电位相比较，能有效地测量混凝土中钢筋的极电位。便于现场原位检测，在钢筋混凝土结构耐久性评定中被广泛应用。间接评定钢筋锈蚀技术：用保护层测定仪检测钢筋的混凝土保护层厚度是否足够。测定混凝土电阻率。通常取四电极法测量。混凝土中氯离子含量测试方法，评定氯盐对钢筋的锈蚀。混凝土碳化深度的现场测试方法，是用2%酚酞酒精溶液喷洒在混凝土的新鲜断口处。若显示紫红色，则PH值大于10，说明末碳化；若保持无色，则PH值小于10，说明已碳化。如果碳化深度达到钢筋部位，混凝土失去保护作用，则钢筋可能被锈蚀。2.1.3 在役桥梁结构承载力检测2.1.3.1静力试验（1）试验前的准备工作首先要选择有代表性的试验孔（或墩），选择主要综合考虑以下条件：该孔（或墩）计算受力最不利；该孔（或墩）施工质量较差，缺陷较多或病害较严重；该孔（或墩）便于搭设脚手架及设置测点或试验时便于加载
