公路桥梁加固设计规范讲解

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,公路桥梁加固设计规范讲解,请各位稍候,公路桥梁加固设计规范,讲解,华南理工大学,土木与交通学院桥梁室 单成林,2008,年,11,月,1,总则,为了提高公路桥梁的加固设计水平，指导桥梁加固设计，满足安全适用、技术可靠、经久耐用、经济合理、环境保护的要求，制定本规范。,本规范适用于各类公路桥梁以恢复使用功能、提高承载能力、增强安全性和耐久性为目的的加固设计。一般养护工程可参照使用。,1,总则,桥梁加固前，应按照有关要求及相关规范对其技术状况、承载能力进行检测、评定，并对建设方案进行社会、经济、技术比较。,有特殊使用要求的桥梁，其荷载标准、加固设计基准期、功能要求通过专门研究确定。,1.0.5,公路桥梁的加固设计除应满足本规范有关规定外，尚应符合国家、行业相关标准、规范的规定。,3,基本规定,3.2,加固设计计算基本假定,：,3.2.1,桥梁加固时，应考虑分阶段受力，在新加材料与原结构,(,构件,),未有效结合前，其恒载,(,含新加材料重量,),应由原结构截面承担,;,有效结合后施加的荷载,(,恒载、活载、附加载,),由加固后的组合截面承担。,3.2.2,在不同受力阶段，截面变形符合平截面假定。,3.2.3,在极限状态下，原结构受压区边缘混凝土的应变达到极限值，截面受压区应力可以简化为矩形计算，混凝土取抗压强度设计值。,3.2.4,在极限状态下，原结构受拉区钢筋仍为理想弹塑性材料，钢筋取抗拉强度设计值。,3.2.5,混凝土结构加固后的极限承载力，应以原结构截面中混凝土或钢筋强度设计值控制。,3,基本规定,3.3,加固基本原则与设计程序：,加固设计应依据原桥梁竣工图和设计图及检测评估报告进行，并经现场核对。,3.3.2 加固设计计算，应考虑结构病害影响、材料劣化、新旧材料的结合性能及材性差异。材料、几何等参数的取值，应采用桥梁现状的检测结果。,3.3.3 加固设计应进行各施工阶段构件的强度、稳定性及结构变形验算。,3.3.4 加固后的结构验算应考虑附加荷载(温度变化、混凝土收缩及徐变、预加应力、墩台位移、安装应力等)的影响。,3.3.5 改变结构体系加固时，结构构件任一截面上的应力不宜超过材料强度的设计值。,3.3.6 加固验算时，应根据桥梁建设年代的设计荷载、材料性能进行相应计算。,3.3.7 桥梁加固设计可按下列程序进行:加固工程可行性研究(含估算加固方案初步设计(含概算)加固施工图设计(含预算)。,4,加固用材料,桥梁结构加固用混凝土的强度等级应比原结构构件提高一级，且不得低于C30;当采用预应力混凝土进行加固时，其强度等级不得低于C40。,在材料性能检验和桥梁加固设计中，纤维复合材料截面面积的计算应符合以下规定:,1 对纤维布材，应按纤维的净截面积计算，即取纤维布材的计算厚度乘以宽度，纤维布材的计算厚度应按其单位面积质量除以纤维密度确定。,2,对单向纤维板材，应按不扣除树脂体积的板截面面积计算，即应按实测的板厚乘以宽度计算。,4,加固用材料,4.5.4,纤维复合材料的单位面积纤维质量和纤维体积应符合下列规定,:,1,单层碳纤维布材的单位面积纤维质量，不应低于,200g/,岁耐，不宜 高于,300g/,。单向碳纤维板材的厚度不应小于,1.0mm,，不宜大于,2.0mm;,板的宽度不宜大于,150 mm ;,碳纤维体积含量不应低于,60%,。,2,单层芳纶纤维布材的单位面积纤维质量，不应低于,280 g/,，不宜高 于,830g/,。,3,玻璃纤维布材的单位面积纤维质量，不应低于,300 g/,，不宜高于,600 g/,。,4,.6,胶粘剂,桥梁加固用胶粘剂，根据所加固结构的重要程度分为A级胶与B级胶;其中A级胶用于重要结构或构件的加固，B级胶用于一般结构或构件的加固。,桥梁加固用胶粘剂应进行毒性检验，对完全固化的胶粘剂，其检验结果应符合实际无毒卫生等级的规定。,在桥梁加固用的胶粘剂中，不得使用乙二胺作为改性环氧树脂的固化剂;不得在其中掺人挥发性有害溶剂和非反应性稀释剂,。,5,增大截面加固法,5.1,一般规定,5.1.1,本方法适用于钢筋混凝土和预应力混凝土受弯构件、钢筋混凝土受压构件的加固，以提高受弯构件的抗弯承载力、抗剪承载力和刚度,;,提高受压构件的正截面承载力和刚度。,5.1.2,按现场检测结果确定的原结构构件混凝土强度应满足下列要求,:,1,钢筋混凝土受弯构件不应低于,C20,，受压构件不应低于,C15,。,2,预应力混凝土构件不应低于,C30,。,5,增大截面加固法,5.1.4 增大截面加固桥梁构件的作用(或荷载)效应，按下列两个阶段进行计算:,1 第一阶段:新浇混凝土层达到强度标准值之前，构件按原构件截面计算，荷载应考虑加固时包括原构件自重在内的恒载、现浇混凝土层自重及施工荷载。,2 第二阶段:新浇混凝土层达到强度标准值后，构件按加固后整体截面计算，作用(或荷载)应考虑包括加固后构件自重在内的恒载、二期作用的恒载及使用阶段的可变作用。作用效应组合系数取值:恒载的荷载效应分项系数取1.2;使用阶段的可变作用效应分项系数按现行(公路桥涵设计通用规范(JTG-D60)取用。,5,增大截面加固法,5.2 受弯构件加固计算,5.2.1 采用增大正截面的加固可分为在截面受压区或受拉区增设现浇混凝土加厚层两种方法。,5.2.2 仅在受压区增设现浇混凝土加厚层的钢筋混凝土和预应力混凝土受弯构件，在加固施工中以原构件为支撑，在其上浇筑混凝土加厚层并与原构件组合，构件的计算应按公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)第8.1节的规定进行,：,1 受弯构件截面增大后的相对界限受压区高度,b,，可根据原构件混凝土强度等级和截面受拉区钢筋种类，按照公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTGD62-2004)表5.2.1取用。,5,增大截面加固法,2 计算现浇混凝土加厚层与原构件之间混凝土收缩差效应时，应考虑混凝土徐变的影响。无可靠技术资料作依据时，对整体浇筑的混凝土加厚层，可按相应于温度降低15一20考虑;对分段浇筑的混凝土加厚层，可按相应于温度降低1015考虑。,3 若计算结果表明增设现浇混凝土加厚层即可满足要求，也应按构造要求配置加厚层内的钢筋。,5,增大截面加固法,（,受弯构件,）,5.2.3,在受拉区加固受弯构件时的承载力计算，除应符合现行,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范,(JTG D62),对受弯构件正截面承载力计算的基本假定外，尚应满足下列要求,:,1,在受弯承载能力极限状态下，截面受压边缘混凝土应变达到极限压应变,cu,。截面受压区混凝上应力按等效矩形应力图形，混凝土抗压强度取原构件混凝土轴心抗压强度设计值,.f,cd1,。,2,构件达到受弯承载能力极限状态时，新增普通钢筋的拉应变,s2,按平截面假定确定。新增普通钢筋的拉应力,s2,应为钢筋的弹性模量,E,s2,与其拉应变,s2,的乘积。,5,增大截面加固法,（,受弯构件,）,5.2.4,在矩形截面或翼缘位于受拉边的,T,形截面钢筋混凝土受弯构件的受拉区进行抗弯加固时，其正截面受弯承载力应按下列公式计算：,5,增大截面加固法,（,受弯构件,）,5,增大截面加固法,（,受压构件,）,5,增大截面加固法,（,受压构件,）,5,增大截面加固法,5.5.1,新浇混凝土应符合下列规定：,1,新浇混凝土强度级别宜比原构件混凝土强度提高一级，且不低于,C25,。,2,新浇混凝土层的最小厚度，对板不宜小于,100 mm,，对梁和受压构件不宜小于,150mm,。,3,当新浇混凝土层厚度小于,100mm,时，可采用小石子混凝土或喷射高性能抗拉复合砂浆。在结构尺寸复杂和新浇混凝土施工条件差的情况下，可采用微膨胀或自密实混凝土。,5,增大截面加固法,5.5.2,加固用受力钢筋直径不小于,12mm,，不宜大于,25mm ;,构造钢筋直径不小于,10mm;,箍筋直径不宜小于,8mm,。,5.5.3,新增钢筋应按现行,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范,( JTG D62),要求进行设置，并应符合下列规定,:,1,当新增纵向钢筋与原构件受力钢筋采用短筋焊接时，短筋的直径不宜小于,12mm,，各短筋的中距不应大于,500mm,。,2,当用单侧或双侧加固时，应设置,U,形箍筋或封闭式箍筋并与原构件牢固连接。,5,增大截面加固法,5.5.4,在受拉区增设混凝土加固的受弯构件，新增纵向钢筋需截断时，应从计算截断点外至少增加一个锚固长度。受压构件新增纵向受力钢筋应伸人原结构中并满足锚固要求。,5.5.5,新老混凝土结合面处，原构件的表面应凿成凹凸差不小于,6mm,的粗糙面。,5.5.6,为满足式,(5.4.1),和式,(5.4.2-2),要求，需要在原构件混凝土中植抗剪钢筋时，数量应根据受力及构造要求确定，植筋设计见本规范附录,A,。,6,粘贴钢板加固法,6.1,一般规定,本方法适用于钢筋混凝土受弯、受拉和受压构件的加固。,粘贴钢板加固桥梁构件的作用效应宜分别按下列两个阶段进行计算,:,1,第一阶段,:,粘贴钢板加固施工前，作用,(,或荷载,),应考虑加固时包括原构件自重在内的实际恒载及施工时的其他荷载。,2,第二阶段,:,粘贴钢板加固后，作用,(,或荷载,),应考虑包括构件自重在内的恒载、二期恒载作用及使用阶段的可变作用。作用效应组合系数取值,:,恒载的荷载效应分项系数,1.2;,使用阶段的可变作用效应分项系数按现行,公路桥涵设计通用规范,(JTG D60),取用。,6,粘贴钢板加固法,6,粘贴钢板加固法,6,粘贴钢板加固法,6.5 构造要求,6.5.1 采用直接涂胶粘贴的钢板厚度不应大于5mm;钢板厚度大于5mm时，应采用压力注胶粘结。,6.5.2 对钢筋混凝土受弯构件进行正截面加固时，钢板宜采用条带粘贴，钢板的宽厚比不应大于50。,6.5.3 当粘贴的钢板延伸至支座边缘仍不满足本规范第6.2.5 条延伸长度的要求时，应采取下列锚固措施:,6,粘贴钢板加固法,6.5.7 直接涂胶粘贴钢板宜使用锚固螺栓，锚固深度不应小于6.5倍螺栓直径。螺栓布置的间距应满足下列要求:,1 螺栓中心最大间距为24倍钢板厚度;最小间距为3倍螺栓孔径。,2 螺栓中心距钢板边缘最大距离为8倍钢板厚度或120mm中的较小者。最小距离为2倍螺栓孔径。,如果螺栓只用于钢板定位或粘贴加压时，不受上述限制。,7,粘贴纤维复合材料加固法,7.1 一般规定,7.1.1 本方法适用于钢筋混凝土受压柱，以提高延性、耐久性的加固;亦可用于梁、板的加固。,7.1.2 采用纤维复合材料加固受压柱时，原构件混凝土强度等级不宜低于C15。,采用碳纤维复合材料加固梁、板时，混凝土强度等级不宜低于C25;采用芳纶纤维复合材料、玻璃纤维复合材料时，混凝土强度等级不宜低于C20。,7.1.3 纤维复合材料、茹结材料和表面防护材料的性能及使用环境等均应符合本规范第4.5节和第4.6节的要求。,7,粘贴纤维复合材料加固法,7.1.4,采用纤维复合材料加固时，必须将纤维复合材料与构件牢固地粘贴在一起，变形协调，共同受力。,7.1.5,加固时宜卸除作用在结构上的部分荷载。,7.1.6,结构设计计算，必须进行分阶段受力和整桥结构验算。,7.1.7,加固后构件的承载能力由原构件中受拉钢筋,(,预应力钢束,),或受压混凝土达到其强度设计值控制。,7,粘贴纤维复合材料加固法,7.1.8,采用纤维复合材料加固受弯构件时，其破坏形式应为正截面破坏先于斜截面破坏。,7.1.9,墩柱延性不足时，应采用全长无间隔环向连续粘贴纤维复合材料加固，即环向围束法加固。,7.1.10,必要时应采取可靠的锚固措施。,7,粘贴纤维复合材料加固法,7.6.2,对矩形截面或翼板位于受拉边的钢筋混凝土,T,形截面受弯构件，在受拉面粘贴加固时，正截面承载力按下列公式计算,(,图,7.6.2) :,1,当混凝土受压区高度,x,大于,fb,h,，且小于,b,h,0,时,7,粘贴纤维复合材料加固法,1,考虑二次受力影响时，加固前构件在初始弯矩作用下，截面受拉边缘混凝土的初始应变，按式,(7.6.2-s),计算,;,当不考虑二次受力时，取,0;,f,纤维复合材料的允许拉应变，取,f,= K,m,fu,，且不应大于纤维复合材料极限拉应变的,2/3,和,0.007,两者中的较小值，,fu,为纤维复合材料的极限拉应变,;,8,体外预应力加固法,8.1,一般规定,8.1.5,当被加固构件的混凝土强度等级低于,C25,时，不宜采用预应力加固方法。,8.1.6,转向装置的尺寸设计应综合考虑体外预应力产生的径向力大小、体外预应力束的根数及其曲线形状、孔道直径、普通钢筋间距及混凝土保护层等因素。,8.2,加固计算,8.2.3,持久状况承载能力极限状态计算,1,正截面抗弯承载力计算,8,体外预应力加固法,1) 体外索加固梁的正截面抗弯承载力计算图式，参见图8.2.3-1:,8,体外预应力加固法,式中: ,pu,e,当构件达到极限抗弯承载能力时，体外预应力筋(束)的极限应力计算值按式(8.2.3-5)计算;,h,o,体(内)外预应力筋和原梁普通钢筋的合力点到梁顶面的距离，h,o,=h一a;,8,体外预应力加固法,8.2.4 持久状况正常使用极限状态计算,1 体外预应力加固受弯构件按下列三种情况设计:,1) 全预应力混凝土加固结构，在作用(或荷载)短期效应组合下控制截面边缘木容许出现拉应力，在结构自重和体外预应力作用下简支梁控制截面的上缘不得消压。,2) A类体外预应力混凝土加固结构，在作用(或荷载)短期效应组合下控制截面边缘可出现不超过限值的拉应力。,3) B类体外预应力混凝土加固结构，在作用(或荷载)短期效应组合下控制截面边缘可出现超过限值的拉应力，但裂缝宽度应小于限值。,8,体外预应力加固法,2,体外预应力混凝土结构弹性内力分析时，应采用原梁全截面换算截面几何性质，亦可近似采用毛截面几何性质。,计算体外预应力混凝土结构的弹性应力时，全预应力构件、,A,类构件应采用全截面换算截面积几何性质,;B,类构件应采用开裂的换算截面积几何性质。,8,体外预应力加固法,4,体外预应力筋,(,束,),的预应力损失计算中应考虑,:,体外预应力筋,(,束,),转向和锚固构造管道中的摩擦损失,l1,，锚具变形、预应力筋,(,束,),回缩和接缝压密损失,l2,，分批张拉损失,l4,、，预应力筋,(,束,),的松弛损失,l5,。,5,抗裂性验算,1),正截面抗裂性验算,2),斜截面抗裂性验算,6,正常使用极限状态下的挠度，根据给定的截面刚度计算。,8,体外预应力加固法,8.2.5,应力计算,1,持久状况设计的体外预应力混凝土受弯构件，应计算其使用阶段正截面混凝土的法向压应力、斜截面混凝土的主压应力，原梁受拉区预应力钢筋的拉应力，以及体外预应力筋,(,束,),中的拉应力。计算上述应力时，作用,(,或荷载,),取其标准值。应力计算时汽车荷载必须考虑其冲击系数。,9,改变结构体系加固法,9.1 一般规定,9.1.1 改变结构体系加固法是采用一定技术措施改变原结构受力体系，降低控制截面内力，提高桥梁结构整体承载能力的一种加固方法。,9.1.2 桥梁常用改变结构体系加固法包括:将多孔简支梁改为连续梁，将单孔简支梁改为支撑梁，将中、下承式拱改变为拱一斜拉组合体系，将连续梁、连续刚构改变为矮塔斜拉桥，将带挂梁T形刚构改变为连续刚构以及其他增设结构(杆件)而使原结构受力体系发生改变的方法。,9.1.3,对拟采用改变结构体系法加固的桥梁，需进行深人、细致的方案论证。,9,改变结构体系加固法,9.1.4,采用改变结构体系加固时，应对新、旧整体结构的各受力阶段进行验算，并且与增大截面法、粘贴钢板法等综合使用。,9.1.5,施工中应严格执行设计规定的施工方法和程序。,15 桥梁抗震加固,15.1 适用范围,本规范抗震加固部分主要适用于单跨跨径不超过150m的混凝土梁桥、圬工或钢筋混凝土拱桥。,15.2 抗震评估,15.2.1 应根据公路桥梁抗震设计细则( JTG/T B02-01一2008)的设防标准，对桥梁进行抗震评估，确定不同地震水平下桥梁体系及构件的危险程度，并结合投资效益分析，确定桥梁是否需要加固以及加固后应达到的性能标准。,15.2.2 桥梁抗震评估应分为抗震初步评估阶段和抗震详细评估阶段。,15 桥梁抗震加固,15.2.5,桥梁抗震性能详细评估应根据,El,和,E2,地震作用下的桥梁各构件的抗震能力与其对应的地震需求比进行验算评估,:,15.2.6,在,E1,地震作用下可采用弹性地震分析方法，确定结构构件的地震需求。在,E2,地震作用下，除本规范特别规定以外，宜根据结构特点采用非线性地震反应方法，确定结构构件的地震需求。,15.2.7,对于,D,类桥梁和采用重力式桥墩的桥梁，可只进行,E1,地震作用下的抗震性能评估。,15.2.8,根据桥梁在地震作用下动力响应特性的复杂程度，应将梁式桥、高架桥分为规则性桥梁和非规则性桥梁两类。,15 桥梁抗震加固,15.2.9,根据条的规则和非规则分类，各类桥梁的抗震分析计算方法可参见表。,15.3,桥墩加固方法,1,增大截面加固法,2,外包钢管加固法,3,粘贴纤维复合材料加固法,15 桥梁抗震加固,15.3.4,顺桥向和横桥向,E1,地震作用效应和永久作用效应组合后，应按现行公路桥涵设计规范相关规定验算加固后桥墩的强度。,