公路桥梁维修加固技术交流

公路桥梁维修加固技术交流中铁大桥局武汉桥梁特种技术有限公司报告人：吴运宏主要内容梁式桥病害及维修加固技术4我国公路桥梁发展及管养现状1斜拉桥病害及维修加固技术2钢管拱桥病害及维修加固技术3小结5我国公路桥梁发展及管养现状13420世纪80年代一、我国公路桥梁发展及管养现状520世纪90年代一、我国公路桥梁发展及管养现状621世纪初一、我国公路桥梁发展及管养现状“世界桥梁建设七十年代看欧美，九十年代看日本，二十一世纪看中国”前国际桥梁协会主席伊藤学先生一、我国公路桥梁发展及管养现状•我国桥梁工程无论在建设规模还是科技水平上，均已跻身世界先进行列。871.3万座5.7万座截至2012年底一、我国公路桥梁发展及管养现状1.2建设成就9世界排名前十的大跨径斜拉桥一、我国公路桥梁发展及管养现状1.2建设成就10世界排名前十的大跨径悬索桥一、我国公路桥梁发展及管养现状1.2建设成就11世界排名前十的大跨径拱桥一、我国公路桥梁发展及管养现状1.2建设成就12世界排名前十的跨海大桥2011一、我国公路桥梁发展及管养现状1.3公路桥梁现状13我国现有公路桥梁有很多是根据20世纪70年代或80年代初期颁布的设计标准建造的,其设计荷载均较低。随着各种重型车辆,尤其是工程用重型运输车的不断出现,公路桥梁负荷日趋加重,加之旧桥部分老化、破损或受原设计标准的限制,己不能适应现代交通运输的要求。截至2006年，全国病害桥梁超过10万座。据统计,美国桥梁总数约为60万座,其中约20万座被美国联邦公路总局(FHWA)列为不符合要求,12万5千座被列为具有结构缺陷,每年需替换5000~8000座,FH2WA规划的桥梁修复与替换方案估计耗资＄455亿;英国运输部曾1990年抽样调查过200座混凝土公路桥,大约有30%的桥梁运营条件不良。在前南斯拉夫,大约有19%的桥梁运营条件不良;这些情况在发展中国家更为严重。一、我国公路桥梁发展及管养现状•近年桥梁垮塌事件14福建：武夷山公馆大桥四川：宜宾小南门桥新疆：库尔勒孔雀河大桥四川：攀枝花金沙江大桥一、我国公路桥梁发展及管养现状•近年桥梁垮塌事件15浙江：杭州钱塘江三桥黑龙江：哈尔滨阳明滩大桥引桥辽宁：盘锦田庄台大桥北京：怀柔宝山寺大桥一、我国公路桥梁发展及管养现状•部分现有桥梁的现状堪忧，造成大量病害桥梁的主要成因有：165.缺乏有效的管养机制2.九十年代到本世纪初，桥梁建设起飞时期，大量大跨度复杂桥梁建成，但行业整体设计、施工水平发展相对滞后，而且在那一阶段，优化也比较盛行，同时耐久性设计也没有引起重视3.桥梁运营阶段的养护重要性认识不足，对桥梁病害产生的基础研究不够4.超载、超限车难以控制1.建国初期修建的大量桥梁，建设标准低，耐久性考虑不足，并且年久失修病害一、我国公路桥梁发展及管养现状我国的桥梁管养现状，从行业角度看：17一、我国公路桥梁发展及管养现状•我国的桥梁管养现状，从从业单位角度看：18负责任有水平1、部分桥梁的养护针对性不强；2、针对养护的专项设计还处在起步阶段；3、检测、养护和维修从业单位的水平不均衡；4、技术水平高又负责任的企业偏少，部分企业过分追求自身利益。追求自身利益一、我国公路桥梁发展及管养现状斜拉桥病害及维修加固技术2192.1斜拉桥病害20二、斜拉桥病害及维修加固技术2.1.1结构特点•斜拉桥是一种主梁（加劲梁）受压（密索）或受弯（稀索）为主，支承体系以斜拉索受拉及桥塔受压为主的桥梁。斜拉桥的上部结构由梁、塔、索三类构件组成。•斜拉桥通常按照功能、梁体材料、塔的数量、索的布置以及主梁的机构体系等进行分类，例如双塔双索面混凝土斜拉桥等。212.1.2关键构件22梁索塔斜拉桥二、斜拉桥病害及维修加固技术斜拉索的病害，主要是PE破损、钢丝锈蚀、索导管积水、锚头锈蚀等。2.1.3斜拉桥病害231索体、防护套、锚头腐蚀二、斜拉桥病害及维修加固技术24二、斜拉桥病害及维修加固技术2.1.3斜拉桥病害25对于预应力混凝土主梁，开裂和下挠是其主要病害，梁的下挠同时也与塔有关，塔、梁收缩徐变产生下挠，同时也导致主梁开裂，斜拉索索力也会重新分布。再一个是斜拉桥这种大型结构的大型伸缩缝，往往也是病害多发的部位。2上锚固区、主梁、主塔裂缝二、斜拉桥病害及维修加固技术•裂缝：分为结构性裂缝和非结构性裂缝。•结构性裂缝一般规律性比较明显，主梁跨中及支座处的裂缝，以及桥塔上横梁处的裂缝主要是结构裂缝。•其余位置处的裂缝主要是非结构裂缝。如：环境侵蚀、铺装层厚度不足等腐蚀破坏造成的裂缝，和由于底板混凝土拉应力超过其抗拉强度造成的底板横向裂缝等。262.1.3斜拉桥病害二、斜拉桥病害及维修加固技术2.2斜拉索快速更换技术27斜拉索快速更换技术28斜拉桥为大型桥梁通常处于交通咽喉要道要求不断交通或部分中断外部干扰多，安全风险大结构运营使用多年结构内力状态不明确斜拉桥换索的工程特点工期紧张外部干扰多控制难度大二、斜拉桥病害及维修加固技术斜拉索快速更换技术29斜拉桥实现快速换索的基础条件张拉控制目标快速牵引张拉设备更换顺序同步更换数量二、斜拉桥病害及维修加固技术斜拉索快速更换技术30成功引入：秦顺全院士的无应力状态法确定最优的快速换索顺序和同步更换的拉索数量一定的外荷载、结构体系、支承边界条件、单元的无应力长度和无应力曲率组成的结构,其对应的结构内力和位移是惟一的,与结构的形成过程无关。结构单元的内力和位移随着结构的加载、体系转换和斜拉索的张拉而变化,单元无应力长度只有人为地调整才会发生变化。当荷载和结构体系一定时,单元的无应力长度的变化必然惟一地对应一个单元轴力的变化。二、斜拉桥病害及维修加固技术2.3工程实例31上虞人民大桥全桥斜拉索更换上虞人民大桥横跨曹娥江，连接上虞市新老城区的交通干道，1996年通车。H型独塔双索面预应力混凝土斜拉桥，垮径布置为125m+125m，每个索面由14对拉索组成对称平行索面形式，全桥共计112根斜拉索。工程概况上虞人民大桥全桥斜拉索更换工程概况上虞人民大桥全桥斜拉索更换交通组织上虞人民大桥全桥斜拉索更换斜拉索更换顺序在施工期间不中断交通的情况下，封闭一侧车道，仅开通另一侧车道实行双向单车道通行，换索施工采用先上游后下游、先长索后短索、同时拆除一对旧索（如E1a与W1a为一对）紧接着安装一对新索的换索顺序对全桥拉索进行更换。上虞人民大桥全桥斜拉索更换拉索更换施工新索在两索面之间展开旧索放张卸至桥面以备外运上虞人民大桥全桥斜拉索更换拉索快速更换成果56天完成即全桥112根斜拉索更换，全部拉索更换完成后仅对部分短索进行索力调整。涪陵长江大桥全桥斜拉索更换工程概况涪陵长江大桥是国道319线跨越涪陵长江江面的一座塔梁分离式悬浮体系PC梁斜拉桥，1997年通车，斜拉索扇形布置，边、中跨各设26对，塔中1对，全桥106对，212根。涪陵长江大桥全桥斜拉索更换工程概况涪陵长江大桥全桥斜拉索更换交通组织涪陵长江大桥全桥斜拉索更换拉索快速更换的难点交通咽喉工期紧张梁端锚固无张拉空间新旧拉索规格不同内力状态不明更换控制困难外部干扰多安全风险高实现斜拉索快速更换存在如下难点：全桥换索前需要完成两桥头伸缩缝约束解除、塔下临时支座安装以及钢纤维混凝土桥面凿除。拉索更换施工步骤：1、旧索放张；2、旧索拆除；3、新索架设与张拉；4、误差调整。拉索更换完成后，拆除塔下临时支座、摊铺桥面沥青铺装并恢复两桥头伸缩缝。涪陵长江大桥全桥斜拉索更换总体施工内容涪陵长江大桥全桥斜拉索更换拉索更换顺序在全桥更换212根斜拉索工作总量已定的前提下，在现有的技术装备水平下，决定换索工期的关键在于斜拉索更换的顺序和同时可更换的斜拉索数量。N1～N15全桥8根，每塔4根斜拉索一起更换，两塔独立施工N16～N17全桥8根，每塔4根斜拉索一起更换，两塔需同步施工N18～N26全桥4根，每塔2根，两塔上、下游异侧2根斜拉索更换，且需保持同步施工N27涪陵长江大桥全桥斜拉索更换全桥拉索更换顺序：涪陵长江大桥全桥斜拉索更换总体施工方案1000850大行程快速牵引张拉设备为加快既有斜拉索拆除放松以及新斜拉索架设入洞速度并解决梁端无法安装软牵引张拉设备的难题，专门研制具备快速和大行程特点的张拉设备，并配套大容量快速油泵,减少张拉次数、提高张拉效率。涪陵长江大桥全桥斜拉索更换斜拉索塔端挂设涪陵长江大桥全桥斜拉索更换斜拉索梁端挂设涪陵长江大桥全桥斜拉索更换拉索快速更换成果历时仅112天即完成了全桥212根斜拉索的更换任务，全桥斜拉索更换完成后仅对塔下3根斜拉索进行索力调整，基本实现零调整，创造了国内一次更换斜拉索数量最多、施工速度最快的记录。涪陵长江大桥全桥斜拉索更换2.4工程视频5051斜拉索快速更换工程---重庆涪陵长江大桥52斜拉桥综合维护工程---武汉长江二桥钢管拱桥病害及维修加固技术3533.1钢管拱桥桥病害54三、钢管拱桥病害及维修加固技术1结构特点•拱桥是指以承受轴向压力为主的拱圈或拱肋作为主要承重构件的桥梁。拱桥具有在竖向荷载作用下，两端支承处除有竖向反力外，还产生水平推力的结构特点。•凝土钢管混拱桥属于按拱肋材料分类的拱桥结构形式的一种。钢管混凝土拱桥通过向钢管内填充混凝土，利用钢管约束受压混凝土的膨胀，使混凝土处于三向受压状态，从而显著提高混凝土的抗压强度。551结构特点56一类：不带吊杆一类：带吊杆中承式或下承式拱桥：1.拱肋2.吊杆、系杆、横梁、桥面板上承式拱桥：1.拱肋2.立柱钢管拱桥，最核心的是拱肋的安全三、钢管拱桥病害及维修加固技术2钢管拱桥病害571拱肋管内混凝土空洞离析2短吊杆、系杆腐蚀疲劳损伤3下端预埋管积水三、钢管拱桥病害及维修加固技术•管内混凝土空洞离析：施工不当造成管内混凝土灌注不密实、混凝土收缩引起钢管与混凝土之间出现缝隙。582钢管拱桥病害三、钢管拱桥病害及加固技术•短吊杆、系杆疲劳损伤：在动态悬吊体系钢管拱桥中尤其应引起重视，疲劳和腐蚀相互影响，在桥梁荷载和风雨激振下，钢丝容易发生疲劳，如宜宾小南门桥、武夷山公馆大桥都是短吊杆出现问题而发生局部垮塌。592钢管拱桥病害三、钢管拱桥病害及维修加固技术•下端预埋管积水：防水罩失效、预埋管长度不够且低于桥面、冷凝水及防水措施不到位等。602钢管拱桥病害三、钢管拱桥病害及维修加固技术3.2吊杆更换技术61沈阳长青大桥吊杆更换工程概况浑河长青大桥位于沈阳市东南部，主桥为三孔中承式钢管混凝土拱桥，净跨径为120m+140m+120m，全桥118根吊杆，更换其中52根。沈阳长青大桥吊杆更换工程概况沈阳长青大桥吊杆更换工程概况通行车道封闭车道人行道非机动车道人行道机动车道机动车道机动车道机动车道非机动车道沈阳长青大桥吊杆更换交通组织吊杆更换总体方案在拱圈上设置支撑架，吊杆横梁下设托架，采用四根临时辅助索承担相应荷载，张拉辅助索至现存吊杆力后，拆除原吊杆系统；沈阳长青大桥吊杆更换吊杆更换总体方案沈阳长青大桥吊杆更换将新吊杆安装就位后，张拉新吊杆张拉至设计索力，逐步放松辅助索至张拉力为零。吊杆更换过程中应对桥面标高和吊杆索力进行控制，确保标高变化在桥面板应力允许范围以内。沈阳长青大桥吊杆更换临时吊杆系统沈阳长青大桥吊杆更换吊杆更换顺序全桥采用8套临时吊杆系统，4套用于张拉，4套用于倒换，先更换南边跨吊杆，再更换北边跨吊杆，最后更换中跨吊杆，每跨吊杆按照由长到短的顺序更换，每跨最长吊杆最后更换。沈阳长青大桥吊杆更换吊杆更换步骤沈阳长青大桥吊杆更换吊杆快速更换成果54天完成全部52根吊杆更换，吊杆更换一次成功，全部更换完成后未进行吊杆力调整。3.3主梁结构体系改造技术72浑河长青大桥位于沈阳市东南部，主桥为三孔中承式钢管混凝土拱桥，净跨径为120m+140m+120m，在原预应力混凝土横梁间增设五道纵梁，其中两侧两道为钢纵梁，利用原横梁植筋后钢纵梁锚固于横梁上。沈阳长青大桥主梁结构体系改造主梁结构体系改造加固方案主梁结构体系改造加固方案沈阳长青大桥主梁结构体系改造技术原理：单根钢纵梁在桥梁单跨内通长，在吊杆横梁处通过耳板和横梁底面托板抱箍吊杆横梁，钢纵梁内设置纵横加劲肋。