既有钢筋混凝土桥梁加固后承载能力评定方法研究

'：中图分类号：ＴＴ４４Ｓ，７密级公开ＵＤＣ：本校编号：讀Ｗ《遺乂＃硕±学位论文论文题目：疏有钢筋混凝王桥梁加固后承载能力评定方法研究研究生嫂名：王文建学号：０）１９）１３学校指导教师姓名：王根会职称：教授（博导）申请学位等级：工學硕去专业：桥梁与隧道Ｘ程论文提交日期：２０１５．０５论义答辩日期：２０１５．０６ 独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研巧成果，除了文中特别加Ｗ标注和致谢么处外，论文中不包含其他人已经发表或溪写过的研。究成果，也不包含获得兰州交通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巧做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。■：Ｋ学位论文作者签名：签字日期户年（月日学位论文版权使用授权书、使用学位论文的规定本学位论文作者完全了解兰州定通大学有关保留。特授权兰州交通大学可！：＾１将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进巧检索，并采巧影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编供查阅和借阅。同意学校向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：＾签字日期：如王年６月皆日＾月／ｊ日 硕士学位论文既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究StudyonBearingCapacityEvaluationMethodofExistingReinforcedRCbeamBridges作者姓名：王文建学科、专业：桥梁与隧道工程研究方向：桥梁结构状态评估与加固技术学号：0212213指导教师：王根会完成日期：2015.05兰州交通大学LanzhouJiaotongUniversity 兰州交通大学硕士学位论文摘要随着交通运输事业的不断发展，交通需求和桥梁实际承载能力之间矛盾日益凸显。当既有桥梁承载能力不能满足交通需求时，社会经济效益较好的办法是对桥梁进行加固改造，以提升其承载能力。因此加固后桥梁承载能力评定具有重要工程意义，而对于加固之后桥梁承载能力具体评定方法规范没有相关规定，相关研究也很少，亟待研究解决。本文在总结常见加固方法基础上，以某碳纤维布(CFRP)加固的20m预应力钢筋混凝土空心板梁桥为背景，首先对加固后承载能力计算方法进行研究，并利用ANSYS建立单片预应力空心板梁模型对计算方法进行验证。然后在《公路桥梁承载能力评定规程》（TJG/TJ21-2011）（以下简称《评定规程》）基础上，针对CFRP加固后桥梁的特点，建立CFRP加固钢筋混凝土梁桥的技术状况评价指标，引入CFRP加固后空鼓、粘结状况等评价指标，建立CFRP黏结强度设计计算方法和试验测试方法，并给出各指标的推荐性评价标准。对检算系数、承载能力折减系数确定方法进行修正。最后利用荷载试验进行加固后承载能力评定，并提出加固后桥梁荷载试验的要求和CFRP加固桥梁荷载试验校验系数取值范围，建立ANSYS有限元模型与荷载试验实测结果进行对比分析，并对加固效果进行分析。根据论文的研究可以得出：本文建立的CFRP加固预应力空心板梁的承载能力计算方法能够满足计算要求；CFRP加固桥梁新增评价指标及评定标准、修正后的检算系数、承载能力折减系数确定方法对于加固后桥梁更加合理。CFRP粘结强度设计值计算方法及粘结强度评定标准合理；荷载试验综合评价表明该桥加固后承载能力满足要求，加固效果良好。CFRP加固能有效抑制梁体裂缝的开展，极限承载力大幅提高，受压区混凝土加固前后应力基本没有变化，梁底混凝土所受最大拉应力值减小，受拉区预应力钢绞线应力值减小，中和轴下移，说明CFRP加固能改善结构梁桥受力性能，提高结构承载能力。关键词：承载能力评定；荷载试验；CFRP加固；预应力空心板梁论文类型：应用研究-I- 既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究AbstractWiththecontinuousdevelopmentofthetransportation,thecontradictionishighlightingbetweentrafficdemandofthegrowingcontradictionandtheactualcarryingcapacityofbridge.Whenthebearingcapacityofexistingbridgescan"tmeetthedemandoftraffic,thesocialandeconomicwayistoreinforcementrenovationtoenhancebridge’sbearingcapacity.Sothestrengthenedbridgebearingcapacityevaluationisofgreatengineeringsignificance,butitswithoutaccesstorelevantnormsandrelatedresearchareveryfew,soitsbadlyinneedoffurtherresearchtosolve.Basedonsummarizingcommonreinforcementmethods,thisarticletakinga20mCFRPreinforcedprestressedhollowslabbeambridgeasbackground,firstresearchthecapacitycalculationmethodforreinforcedbeam,thenusingANSYStoverifythiscalculationmethodThenonthisbasisof“ThebearingcapacityevaluationrulesofHighwaybridge”(TJG/TJ21-2011),toaimatthecharacteristicsofreinforcedbridges,thepaperestablishthetechniqueconditionevaluationindexofCFRPreinforcedconcretegirderbridge.IntroducedevaluationindexandVoluntaryevaluationstandardof“Emptydrum”,bondingconditionsandetc.ThenestablishthebondingstrengthofCFRPdesigncalculationmethodandtestmethod,furthermore,checkedfactorandthecarryingcapacityreductionfactorgivenbyspecificationismodified.AtlastusetheloadtesttoevaluatecarryingcapacityofCFRPreinforcedprestressedhollowslabbeambridge.Thenpresentthedemandofbridgeloadtestandgivevaluesrangeofcalibrationcoefficientforbridgesafterreinforcement.Futhermore,establishANSYSfiniteelementmodeandcontrastwiththeresultsofloadtestandanalysisofthereinforcementeffect.Accordingtotheresearchofthepapertheconclusioncanbedrawedasfollows,thecapacitycalculationmethodestablishedbythethesiscanmeetthecomputingrequirements.Thenewevaluationindexandvoluntaryevaluationstandardisreasonable.BondingconditionstrengthdesignvaluecalculationmethodandbondingstrengthassessmentstandardsforCFRPiscorrect.Comprehensiveevaluationontheloadtestshowthatcarryingcapacitymeettherequirementsafterthebridgereinforcement,andreinforcementeffectisgood.ReinforcementbyCFRPcaneffectivelyinhibitthegirdercracks,improvetheultimatebearingcapacity,stressinconcretecompressivezonehasalmostnochangebeforeandafterreinforcement,themaximumtensilestressofconceretedecreases,thestressvalueofprestressedsteelstrandintensilezonedecreasesandtheneutralaxismovedown.TheseallshowthatreinforcementbyCFRPcanimprovebridge’sbearingcapacity.-II- 兰州交通大学硕士学位论文KeyWords：BearingCapacityEvaluation；LoadTest；CFRPStrengthen；PrestressedHollowHlabBeamTypeofThesis:ApplicationResearch-III- 既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究目录摘要.............................................................................................................................IAbstract..............................................................................................................................II目录..........................................................................................................................IV1绪论.............................................................................................................................11.1引言................................................................................................................11.2桥梁承载能力的退化演变............................................................................11.3桥梁承载能力评定基本方法........................................................................31.4加固后桥梁承载能力评定研究现状............................................................41.5本文主要研究内容........................................................................................52钢筋混凝土桥梁加固方法综述.................................................................................62.1增大构件截面加固........................................................................................62.1.1加厚桥面板...............................................................................................62.1.2增大主梁梁肋混凝土截面.......................................................................62.2粘贴钢板加固................................................................................................72.3体外预应力加固............................................................................................82.4改变结构体系加固........................................................................................82.4.1桥面连续...................................................................................................82.4.2简支梁变为连续梁结构...........................................................................92.4.3改桥为涵...................................................................................................92.5增加辅助结构构件加固................................................................................92.5.1增加主梁加固...........................................................................................92.5.2增设横隔梁加固.......................................................................................92.6粘贴碳纤维加固..........................................................................................103CFRP加固技术及承载能力计算分析....................................................................123.1加固原理及特点..........................................................................................123.2CFRP加固要求...........................................................................................123.2.1材料特性要求.........................................................................................123.2.2加固用量计算.........................................................................................143.2.3施工工艺与要求.....................................................................................143.2.4端部锚固要求.........................................................................................15-IV- 兰州交通大学硕士学位论文3.3CFRP加固预应力空心板梁承载能力计算方法.......................................173.3.1全过程受力分析.....................................................................................173.3.2破坏模式分析.........................................................................................183.3.3承载能力计算.........................................................................................193.4空心板梁承载能力有限元分析..................................................................223.4.1模型建立基本条件.................................................................................223.4.2有限元模型建立.....................................................................................243.4.3承载能力有限元计算分析.....................................................................243.4.4裂缝开展情况分析.................................................................................254基于结构检算的加固后桥梁承载能力评定...........................................................274.1概述..............................................................................................................274.2承载能力检算系数的修正..........................................................................284.2.1检测指标及权重确定.............................................................................284.2.2缺损状况评价指标修正.........................................................................304.2.3CFRP粘结强度检测评定......................................................................334.2.4自振频率评定标准.................................................................................364.3承载能力恶化系数的修正..........................................................................374.4截面折减系数的修正..................................................................................384.4.1混凝土截面折减系数.............................................................................384.4.2CFRP截面折减系数..............................................................................384.4.3普通钢筋及预应力钢筋截面折减系数.................................................394.5活载修正系数的确定..................................................................................404.6工程实例应用..............................................................................................414.6.1工程概况.................................................................................................414.6.2加固后缺损状况检查及评定.................................................................434.6.3材质状况及状态参数检测评定.............................................................444.6.4检算修正系数的确定.............................................................................454.6.5承载能力检算评定.................................................................................455基于荷载试验的加固后桥梁承载能力评定...........................................................465.1概述..............................................................................................................465.2静载试验方案..............................................................................................465.2.1荷载横向分布系数.................................................................................46-V- 既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究5.2.2试验车辆荷载及控制截面.....................................................................475.2.3试验工况及测点布置.............................................................................485.2.4加固后桥梁荷载试验要求.....................................................................505.2.5荷载数据分析方法.................................................................................515.3动载试验......................................................................................................525.3.1自振特性测试.........................................................................................525.3.2行车动力响应测试.................................................................................545.3.3动载试验方案.........................................................................................545.4有限元模型建立..........................................................................................555.5荷载试验结果及分析..................................................................................565.5.1静载试验结果分析.................................................................................565.5.2动力荷载试验结果分析.........................................................................625.6承载能力综合评定......................................................................................655.7加固效果分析..............................................................................................665.7.1挠度变化规律及分析.............................................................................665.7.2应力分析.................................................................................................685.7.3动力特性分析.........................................................................................686结论与展望...............................................................................................................716.1结论..............................................................................................................716.2展望..............................................................................................................71致谢............................................................................................................................73参考文献....................................................................................................................74攻读学位期间的研究成果..............................................................................................77-VI- 兰州交通大学硕士学位论文1绪论1.1引言近几十年来随着我国经济水平的不断提升，我国交通运输事业也不断迈上新台阶，公路里程也在不断增大，公路交通在国民经济中的地位越来越凸显，而桥梁作为现代交通的关键组成部分，有着举足轻重的作用。据中国公路普查资料截至2000年我国公路桥梁数达278809座，总计10311794米；2004年我国共有公路桥梁321612座，总计13376415米，到了2006年相关资料显示我国桥梁总数约达50万座，其中便有公路桥梁35万余座，每年新开工建设的桥梁约有一万余座，建设速度惊人。世界上第一座真正意义上的钢筋混凝土桥梁于1875年由法国著名园艺师蒙耶建成，由于充分利用了钢筋和混凝土的优点，工程造价低，现在已经发展成为桥梁的首选结构形式，应用广泛。在目前所建桥梁中，90%以上为钢筋混凝土桥梁。然而公路里程在增长，车辆增加对于交通通行能力的需求增加更快，且重型车辆也越来越多，供需矛盾日益突出，桥梁往往超负荷运行，再加上许多早期建成的钢筋混凝土桥梁很多已不能满足当前及今后交通发展的需要。早期修建的桥梁，由于运营时间较长、材料老化、破损和原设计荷载等级偏低，桥梁设计宽度不够等原因，承载能力不断退化，再加上我国早期对于桥梁的养护意识不强，措施不到位，很多桥梁产生了不同程度的损坏，甚至已经成为危桥，成为公路交通运输的瓶颈。据第二次全国公路普查（2000年）资料显示我国公路当时有危桥9597座，约占当时公路桥梁总数的3.5%，到了2004年，危桥增至13303座，约占4.1%，再加上运营状况不好和承载能力不能满足交通需求的桥梁，这一数量更大。对于承载能力不能满足荷载标准或者使用要求的桥梁要么拆除重建要么进行改造加固。拆除重建耗资巨大、周期长、影响交通运输。而工程实践表明，对桥梁进行合理的改造加固能够有效的恢复甚至提高原桥的承载和通行水平，因此改造加固成为首选方法。不仅如此正确的进行加固后桥梁承载能力评定是保证加固后桥梁正常运营和延长使用年限的需要，具有重要的研究意义。1.2桥梁承载能力的退化演变桥梁在整个服役期内，结构性能不断劣化，桥梁的强度、刚度、耐久性等逐渐衰退。随着社会的不断进步，对通行能力的需求却迅速增长，交通运输车重、车速逐渐提升，对公路技术标准的要求也随之提高，由此造成，交通需求与桥梁承载能力之间的供需矛-1- 既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究盾日益凸显，超负荷运营进一步激发桥梁结构性能的劣化，当富余承载能力耗散完之后，各种内部缺陷诱发病态凸显出来，桥梁结构承载能力加速衰退[1][2]。桥梁承载能力衰变和交通对承载能力需求变化如图1.1所示。图1.1桥梁承载能力衰变和交通对承载能力需求曲线当桥梁承载能力不能满足需要时，需要对其进行改造加固，使结构性能得到改善和增强。因此加固桥梁全寿命可分为耗散阶段、衰变阶段、提升阶段和溃损阶段如图1.2所示[3]。图1.2桥梁承载能力退化演变趋势-2- 兰州交通大学硕士学位论文1.3桥梁承载能力评定基本方法桥梁结构是一个很复杂的体系，各部分和因素之间相互作用、相互制约，影响着桥梁的承载能力。如何对承载能力进行高效、准确的评定桥梁承载能力是当前各国桥梁界研究的热门问题，不同国家、不同桥型现有评价方法又不尽相同。我国常用方法有：外观检查评估法、基于旧桥检算系数法、荷载试验法、基于专家经验的方法、基于设计规范的方法、基于有限元模型修正方法、基于可靠度理论方法等[4][5]。(1)外观检查评估法外观检查评估法，首先对桥梁进行全方位的检测，再根据现行评定标准进行分层综合评定，评定层次顺序为单项指标—构件—部件—桥面系（上部结构、下部结构）—综合评定。(2)基于旧桥检算系数法现行评定规程对钢筋混凝土桥梁承载能力进行评定，采用了引入桥梁检算系数、承载力恶化系数、截面折减系数和活载修正系数分别对结构抗力效应和荷载效应的极限状态方程进行修正，并通过计算结果比较判定结构或构件的承载能力状况[6]。(3)荷载试验方法桥梁荷载试验包括静载试验和动载试验。静载试验通过测试测点在静力荷载下的静应变、静位移、裂缝和沉降等指标，评定结构在静力荷载作用下的工作状态和使用能力。动载试验主要利用特定的激振方法（环境激振、车辆激振、强迫振动、冲击荷载）引起桥梁结构的振动，通过测定结构的自振特性参数和动力响应，对桥梁的整体刚度情况与运营性能状况进行宏观判断[7]。(4)基于专家经验方法基于专家经验的方法通过专家系统对专家意见进行无记名统计，分析并得到一致性结果，该方法主要通过专家系统完成，用计算机模拟专家的决策机制，得到的结果比较合理，缺点在于仍然是对桥梁状况定性的描述。(5)基于有限元模型修正的方法基于有限元模型修正的方法以荷载试验为基础，根据测定结构响应数据，结合适当的理论和算法对有限元模型进行校正，使得有限元模型与实际情况更加吻合。该方法可避免一些大型、复杂的结构试验，能有效的节省科研费用和缩短科研周期[8]。(6)基于结构可靠度方法结构可靠度理论以概率统计为基础，将结构可靠性的主要影响因素作为变量，通过数据得到其客观变异性，根据结构可靠度理论，可靠性包括安全性、适用性和耐久性，-3- 既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究运用可靠度数学理论计算结构可靠度指标失效概率或结构可靠指标，以此判断结构的安全性。但目前研究还很少用于实桥，因为桥梁的时变可靠度问题，未知数很多，可靠指标的计算和结构安全判别等，尚无切实有效的分析办法，亟待研究[9]。1.4加固后桥梁承载能力评定研究现状现行桥梁承载能力评定方法很多，主要以桥梁设计规范为基础，综合外观检查与结构检算进行评定，荷载试验法是评定的核心方法。但现行方法主要是针对既有桥梁的承载能力评价，对于加固后的桥梁虽然很多方法仍然适用，但是加固后桥梁有其自身特点，须在现有评定方法基础上进行修正，但规范给出相关说明，相关研究也很少。张琳琳[10]等通过对8×60m等截面箱肋单波双曲拱桥增大截面法加固前后进行结构检算和鉴定性荷载试验，测试其加固前后的实际承载能力，检验加固效果。得出加固后结构应变、挠度校验系数均小于加固前的校验系数，实测基频略高于加固前的基频，冲击系数小于加固前的实测值。史丽远[11]对碳纤维加固的5×10m钢筋混凝土空心板桥通过荷载试验，通过对加固后桥梁的材料应力、主梁的挠度和横向刚度的分析对加固后桥梁的承载能力进行评定。张兆宁[12]以某30m现役空腹式双曲拱桥为工程背景，采用粘钢加固，对加固前后利用ANSYS进行有限元分析，分析指出加固之后桥梁承载能力及刚度明显提高，有效降低了桥跨结构位移与应力，改善了桥梁整体受力性能。贺国京等[13]以一座已加固的钢筋混凝土双曲拱桥为工程背景，建立misdscivil空间有限元分析模型，计算该桥的内力、变形和自振特性。比较荷载试验实测结果，分析加固前、后的计算结果和试验结果，评定加固后的桥梁承载能力。高飞[14]认为桥梁承载能力评定可综合静载试验和桥梁技术状况评定，静载试验与技术状况共计100分，静载试验的得分与应力挠度校验系数有关，技术状况的评分按桥梁养护规范确定，最终分值越高桥梁安全储备越大。王娟[15]在硕士学位论文中对（35m+45m+35m）预应力连续刚构桥采用体外预应力加固的承载能力进行评定，主要通过misdscivil建立加固前后有限元模型进行对比验算再利用荷载试验进行加固后承载能力评定。全恩懋[16]在硕士学位论文中通过对50余座加固后石拱桥的调研，总结提出加固后石拱桥承载能力的主要影响因素，在对这些因素进行敏感性分析研究的基础上建立了一套基于《公路桥梁养护规范》和《城市桥梁养护技术规范》的石拱桥加固后承载能力的评估方法，仍以外观检查法作为基础。-4- 兰州交通大学硕士学位论文从以上几篇典型论文可以看出，现在对于加固后桥梁的承载能力评定主要方法是荷载试验，而且论文也均未明确指出加固后桥梁承载能力评定与加固前的不同之处，而对于现在应用较广泛的《评定规程》对于加固后桥梁的评定问题也没有相关说明，亟待进一步研究。1.5本文主要研究内容本文针对公路工程中最普遍的钢筋混凝土梁桥，对采用CFRP加固后的承载能力评定方法进行研究，主要包括以下内容：(1)第一章首先说明了承载能力演变的基本规律，并对既有桥梁常用承载能力评定方法进行了阐述。(2)第二章综述了钢筋混凝土桥梁上部结构加固常见方法，并对各方法的特点和适用性进行分析，重点对CFRP加固与粘贴钢板加固进行对比。(3)第三章对CFRP加固原理、特点、设计要点和施工工艺要求等进行了阐述分析，并分析CFRP加固预应力空心板梁桥受力特点和破坏模式，在此基础上建立加固计算方法，再利用ANSYS验证计算方法的合理性，并对加固后承载能力和裂缝开展情况进行分析。(4)第四章在现有《评定规程》基础上，针对加固后有桥梁的特点，对加固后桥梁承载能力评定中检算系数Z1、截面折减系数的确定方法进行修正。建立CFRP粘结状况结强度设计值计算方法及粘结强度评定标准，最后对修正后的方法应用于工程实例。(5)第五章通过荷载试验对加固后桥梁承载能力进行评定，并对加固效果进行分析。-5- 既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究2钢筋混凝土桥梁加固方法综述钢筋混凝土梁桥应针对病害等具体情况，采取相应加固措施，确保桥梁正常使用运行。对目前钢筋混凝土梁桥上部结构主要加固方法介绍如下[17]。2.1增大构件截面加固钢筋混凝土梁桥长期运营过程中上部结构出现裂缝、变形过大等现象往往是由原结构截面面积不足（混凝土截面或钢筋截面）、施工质量不佳等原因造成的，导致结构承载能力降低甚至无法满足荷载标准的要求时可采用增大混凝土截面进行加固。主要包括加厚桥面板和增大主梁梁肋混凝土截面两种方式。2.1.1加厚桥面板通过加厚桥面板加固桥梁时，需先部分凿除原桥面铺装，再在桥面板上浇筑一层钢筋混凝土，以增大桥面板厚度，从而提升桥梁抗弯刚度。为增强有效粘结，应每隔一定距离在桥面板上设置齿形剪力槽或埋设柱状剪力键（钢筋短柱），或用环氧树脂粘结新老混凝土。采用此法时可以在加厚层设计厚度基础上，再增加2~3cm磨耗层，而不用做桥面铺装层[18]。2.1.2增大主梁梁肋混凝土截面加大梁肋下缘能够有效增大混凝土截面，且需在新增截面设置主筋。为保证新旧混凝土之间有效黏结和固定新增主筋位置，应对新旧结合部位的混凝土进行凿毛处理并清理干净，并用锚固箍筋将新增主筋与凿露原主筋相连。采用增大主梁梁肋混凝土截面进行加固时，必须考虑结构分阶段受力的特点，此加固方法当加固截面所增加的恒载超过原结构下缘受拉区强度许可的限度时不可采用。原截面增大截面图2.1增大主梁梁肋截面加固示意图-6- 兰州交通大学硕士学位论文增大构件截面加固属于主动加固范畴，计算理论比较简单，施工作业操作简单，适应性强、受力可靠、加固费用较低，设计和施工经验比较成熟，能有效提高桥梁刚度和承载能力。该加固方法适用于一般结构中板、梁、柱构件的加固，但该法会造成混凝土构件的体积增大、自重增加、施工周期加长、施工空间大、对施工工艺要求高、施工困难等。2.2粘贴钢板加固粘贴钢板加固，是将钢板采用高性能的环氧类粘接剂粘结于混凝土构件的表面，使钢板与混凝土形成统一的整体，利用钢板良好的抗拉强度达到增强构件承载能力及刚度的目的。该加固方法属于被动加固的范畴，可充分发挥圬工材料的抗压性能和钢材的抗拉性能，从而提高结构的抗弯、抗剪能力，还可有效抑制裂缝的开展，一般用于桥梁结构抗拉强度不足的加固。对以变形控制为主的结构加固效果明显，且不破坏原有结构，对原有结构的尺寸改变很小，施工简便、时间短，不影响桥下净空，施工周期短，对交通影响小。研究表明，粘结界面性能主要受粘结施工工艺质量影响，同时也受到材料性能、构件表面特征的制约。当钢板用于增加原构件的抗弯强度时，钢板应粘贴在梁底，如图2.2所示。膨胀螺栓粘钢胶钢板图2.2钢板抗弯加固示意图采用该方法加固时必须注意以下问题：①钢板必须通长连接，不得断开，两端必须牢固锚固，以确保结构的传力效果；②为防止钢板锈蚀，表面需涂刷防锈漆，当环境中存在腐蚀介质时应有其他可靠的防护措施；③定期检查锚固情况和钢板腐蚀情况。-7- 既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究2.3体外预应力加固体外预应力法加固通过张拉在梁的下缘受拉区设置用粗钢筋形成的预应力拉杆或高强预应力钢丝束，对梁体产生偏心预压力，使梁体下缘受压产生上拱，以抵消部分外荷载产生的内力，起到卸载作用，从而减小了结构变形和裂缝宽度、改善了结构受力，提高结构承载力。该加固法可大幅度改善和调整原结构的状态，提高结构刚度、抗裂性且对自重增加很小。管道、浆体、锚固体系和转向块等部件共同构成了体外预应力体系。拉杆支撑柱图2.3体外预应力加固示意图该法是一种主动加固法，既可用于重车通过时的临时加固措施，也可作为永久加固措施来提高桥梁承载力，通常用于预应力筋或普通钢筋严重锈蚀及其他病害造成结构承载力下降时的加固，也可用于较小梁体裂缝和降低钢筋疲劳应力幅度的加固；适用构件为大跨度或重型结构以及高应力、高应变状态的大型混凝土构件的加固。但此法存在施工困难，后期养护成本高，张拉时容易出现钢筋松弛、失效等问题，同时对原结构外观有一定影响。预应力束露于外边，必须采取特殊保护手段，转向块集中承受很大的横纵向力，因此要求转向块满足强度和尺寸要求。2.4改变结构体系加固由于不同结构体系受力特点不同，因此，通过改变原桥上部结构的结构体系可以达到改善结构受力、提高承载能力的目的。改变结构体系加固主要包括：桥面连续、简支转连续和改桥为涵三种方法。2.4.1桥面连续简支梁桥在梁缝位置即原伸缩缝位置加铺锚固钢板和受力钢筋使两孔简支梁的桥面连续起来，能提高桥梁整体性和刚度，有效改善跳车、错位等不利行车舒适的病害[19]。-8- 兰州交通大学硕士学位论文2.4.2简支梁变为连续梁结构在简支梁下增设支架或桥墩，或把简支梁与简支梁纵向加以连接，由简支变连续，可有效减小梁的最大弯矩，增强原简支梁桥跨中截面的抗弯承载能力[20]。该加固法，加固方案简单、受力明确，能有效控制变形和减小结构内力。施工时会影响桥下通航和排洪。目前，此方法主要用于需要临时通过重车的加固。使用之后，临时支承可能随时被拆除。2.4.3改桥为涵在无通航要求和不影响排洪能力的情况下，跨径较小的桥梁可以将简支梁桥改造为涵洞。2.5增加辅助结构构件加固当桥梁上部结构承载能力不能满足荷载等级或通行要求时，可通过增加辅助构件来提高承载能力或使荷载分布更加均匀，常用的方式为增加主梁加固和增设横隔梁加固。2.5.1增加主梁加固增加主梁加固时，在原中梁的两侧新增加主梁，施工时，在新增主梁位置将原桥面凿开，切断原横隔梁，设置悬挂模板，现场浇筑新增主梁混凝土。对于预应力混凝土桥梁，必须先预制张拉好之后才能安装就位。增设主梁不仅可以有效的提高桥梁承载能力，同时可以拓宽桥面。采用这种方法加固桥梁，能有效增大桥梁整体刚度，改善荷载横向分布性能。有时候桥梁结构虽然完好，当设计承载能力标准不能满足交通量的需求时，也可以采此方法进行改造加固。同时对于需要对桥面进行拓宽的T梁桥或板梁桥也可通过增加主梁进行改造。2.5.2增设横隔梁加固增加横隔梁加固施工时应在设计新增横隔梁位置对应主梁梁肋上钻孔，增设全桥宽的横向连接钢筋，钢筋两端锚固在两侧主梁梁肋外侧，浇筑横隔梁混凝土采用悬挂模板。该加固方法可以增加各主梁之间的横向联系，从而提高桥梁整体刚度。但该加固方法会对原结构造成一定程度的损伤，应尽量避免用于结构构件配筋较为复杂的区域。-9- 既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究新增横梁新增横梁图2.4增设横隔梁加固法示意图2.6粘贴碳纤维加固碳纤维因质量很轻、耐腐蚀很好、容易施工、抗拉强度高而被广泛应用。碳纤维布（片）加固法亦被视为混凝土梁式桥加固补强、提高承载能力，碳纤维加固包括碳纤维布和碳纤维板两种。粘贴碳纤维加固是采用高性能粘结剂将碳纤维粘贴在结构物表面，当结构荷载增加时，碳纤维参与受力，从而提高结构承载能力[21]。横隔板碳纤维布图2.5粘贴碳纤维加固示意图该加固方法属于被动加固范畴，施工时一般只需手工操作，工艺简单，可靠性较高。队原结构应力分布改变很小，能有效封闭裂缝和抑制裂缝的发展，提高混凝土的抗腐蚀和碳化能力，可用于以延长结构使用年限为目的的耐久性加固。碳纤维由于其抗拉强度很高，也用于梁（板）的抗弯加固和梁与柱(桥墩)的抗剪加固，但不适宜于以控制结构变形为主要目的的使用功能加固。上述加固方法中，除粘贴钢板加固与粘贴CFRP加固施工较为简单外，其他方法无论是从设计计算还是施工工艺都比较复杂，且大都需要较长时间中断交通，无论从经济效益角度还是社会效益角度在满足加固要求前提下都不应作为首选加固方法[22]。而粘贴钢板加固与粘贴CFRP加固机理相似，两种加固方法的比较见表2.1所示：-10- 兰州交通大学硕士学位论文表2.1CFRP加固与粘贴钢板加固比较比较项目CFRP加固粘贴钢板加固采用环氧树脂或建筑结构胶粘加固机理贴在受弯构件表面，与构件形成整与CFRP加固相同体，达到提高构件承载能力目的受力性能单向受拉各向同性能够与基材紧密连接，抗撕裂结构胶粘结后，还需用锚栓锚固，粘结粘结性性好，变形协调性较好不充分，抗撕裂效果不佳可根据使用需要进行任意裁需提前切割成型，不规则形状和尺寸难剪，不需要大型机具，轻质柔软，以下料，转角处难以加固；需要机械提升固施工性容易粘贴，局部空鼓可用针管注胶定；因自身刚度、自重大，易出现空鼓，且修复难以发现缺陷，不易补修具有极好的耐久性、耐腐蚀由于与混凝土导热率差异较大，在温度作耐久性性，可以抵抗常遇的酸、碱、盐用下钢板与混凝土容易产生变形不同步，从而及大气腐蚀等作用导致粘结层破坏，且钢板易锈蚀，需定期维护。基本不增加原结构自重和结会增加原结构自重，锚固钻孔会对原结构对原结构影响构尺寸，不会损伤原结构造成一定损害工期很短较短后期维护几乎不需要需定期进行钢板防腐和锚固检查由上表可以看出采用CFRP加固的优越性大于粘贴钢板加固。CFRP材料由于其优异的物理、力学性能，施工性强等特点，是结构进行抗弯和抗剪加固时，尤其是当高度受到限制时的首选加固为方法，具有很大的研究和应用价值。-11- 既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究3CFRP加固技术及承载能力计算分析3.1加固原理及特点采用CFRP对构件进行抗弯加固时，CFRP粘贴在受拉区，以提高构件的抗弯承载力。粘贴CFRP加固后，在受拉区混凝土开裂前，CFRP应力很小；开裂后，CFRP逐渐参与共同工作，应力增长加快；在钢筋屈服后，CFRP开始充分发挥抗弯作用，其高强的性能开始充分表现。CFRP和混凝土梁之间通过粘结层传递剪应力和粘结正应力)，从而达到共同工作的目的[23]。CFRP加固具有以下特点：①不增加构件重量及截面尺寸。CFRP自重仅为200g~300g/m2，设计厚度0.111~0.167mm，加上环氧树脂系列粘结材料的自重也很轻，对整个结构重量及桥下净空的影响微乎其微。②施工方便，可根据加固构件需求裁剪成不同形状，可通过修补措施保证较高的有效粘贴率。③施工时对原结构不会造成新的损伤。补强时直接在构件表面进行粘贴，不需要锚固螺栓或开凿混凝土。④能有效封闭并约束裂缝的发展。CFRP粘贴于构件表面，不仅封闭了裂缝，其高强、高模量的特性还能约束裂缝的进一步生成和扩展。⑤耐腐蚀性好。在不利环境下粘贴CFRP加固较其他方法更显示出其优异的性能。⑥不影响结构的外观。因CFRP厚度薄且随机性强，贴于结构表面时，基本不影响结构外观形状，并可在粘贴后的碳纤维布上刷涂和原结构一致的颜色来保证原结构的外观风格。3.2CFRP加固要求3.2.1材料特性要求(1)CFRP碳纤维材料一般由纤维和基体组成。目前可用于旧桥加固的CFRP包括单向碳纤维布、单向碳纤维交织布、双向碳纤维交织布及单项碳纤维层压材料等，应根据不同的结[75]构加固部位和受力特性与方向等，选择合适的CFRP材料进行加固。CFRP、GFRP及热轧钢筋的应力-应变曲线对比见图3.1，可以看出FRP为脆性材料，热轧钢筋为延性材料，CFRP的强度远远高于GFRP及热轧钢筋，CFRP不存在屈服点-12- 兰州交通大学硕士学位论文和塑性区，具有应力应变完全线弹性的力学特点。抗拉强度一般为3550MPa，弹性模量2.35×105MPa，均远高于一般材料。CFRP的主要性能指标见表3.1。图3.1CFRP、GFRP及热轧钢筋的应力-应变曲线表3.1CFRP主要性能指标类别抗拉强度（MPa）弹性模量（MPa）伸长率（%）弯曲强度（MPa）层间剪切强度（MPa）5一级≥3400≥2.4×10≥1.7≥700≥455二级≥3000≥2.1×10≥1.5≥600≥35(2)粘结材料粘结层是CFRP加固的薄弱环节，其强度和刚度决定了最终加固效果。只有粘结材料具有足够的强度和刚度才能确保CFRP与混凝土之间有效传递剪力，粘结材料同时应具有良好的韧性，才能避免因为混凝土开裂而造成粘结层的脆性破坏。根据施工现场要求，粘结材料应在一般施工环境气候条件下能够固化，固化时间需保证在3h左右。且要求粘结材料对材料组分含量的准确度不能太敏感，并且具有合适的流动性和粘度，固化收缩率小[24][25]。粘结材料主要包括：底胶、修补胶和结构胶接剂[26]。底胶须具有较低的粘度以及良好的粘结性能；修补胶应具备优良的力学、施工和触变性能；结构胶接剂在粘结材料中作用关键，所以要求结构胶接剂不但要有良好的渗透性还必须具有一定的初粘力，以防止新粘贴的CFRP塌落而形成空洞。胶黏剂与CFRP的相容性和粘结力必须极好，才能满足CFRP和混凝土形成有效粘结整体的要求[27]。-13- 既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究3.2.2加固用量计算碳纤维布加固用量计算一般按强度或应力等效换算成钢筋，再按照传统的钢筋混凝土受力分析模型进行计算，可按式（3.1）估算[28]：SA(R/R)(3.1)tsytf其中，S为碳纤维布用量（面积）；A为抵抗弯矩不足多需的钢筋面积；R为钢tsy筋的抗拉设计强度；R为碳纤维布抗拉设计强度。tfCFRP用量还必须考虑锚固长度和搭接长度，以及必要的剪裁耗损等。3.2.3施工工艺与要求CFRP与混凝土的有效粘结是增强承载能力的基础，如果不能保证粘结施工质量，CFRP强度再高，计算再精确都毫无意义。因此加固施工过程必须遵守相关技术要求，保证施工质量。CFRP加固施工前宜卸除作用在结构上的部分荷载（桥面铺装等），施工时将CFRP用环氧树脂预浸成为复合增强材料，用环氧树脂粘结剂沿受拉方向或垂直于裂缝方向粘贴在加固结构上，使CFRP与原结构共同受力。加固施工时应选择熟悉操作有相关经验的专业施工队，按图3.2施工工艺流程如进行：定位放样混凝土表面处理配制底层树脂对不平整处修复处理配制找平材料涂刷底层树脂配制浸渍树脂粘贴碳纤维布表面防护图3.2CFRP加固施工工艺流程(1)施工工艺①混凝土表面处理-14- 兰州交通大学硕士学位论文对于混凝土表面劣化层用砂轮机进行打磨和清除，表面错位与突出部位要磨平，转角部位进行倒角处理；对混凝土结构产生的裂缝缝宽小于0.2mm时用环氧树脂涂抹封闭，当缝宽大于0.2mm时用环氧树脂灌缝。②混凝土表面清洗先用钢丝刷刷除粘贴面浮渣，再用空压机吹除粉尘，并用丙酮或无水酒精擦拭粘贴面或用清水冲洗，必须等干燥之后才能进行下一道工序。③修补粘贴面基面凹处需找平修补，以保证基面的平整，确保加固效果，一般采用找平胶进行修补。找平胶干燥后才能进行下一道工序。④涂刷底胶首先将底胶按设计比例配置并搅拌均匀，为了确保粘结质量，要求每次拌合量应在规定时间内用完，超过规定时间的胶液不能使用。然后用滚筒或刷子均匀地涂在基面上，并自然风干。底胶硬化后，对表面凸起部分，用磨光机或砂纸打光，待底胶干燥后进入下一道工序。(2)粘贴施工要求①对被加固构件的基面要求为保证粘贴效率，要求基面的混凝土强度不低于C15，保护层良好，对于构件表面破损，必须修复并将粘结基面打磨平整、清理干净之后才能进行下一道工序，以防止CFRP局部剥断破坏和粘贴失效。②CFRP的粘贴宜薄布多层粘贴，并与粘结材料充分浸润，保证黏结效率。③CFRP的搭界与截断CFRP应避免沿主纤维方向搭接，搭接严禁在应力最大区段，且搭接长度≥100mm，多层搭接时接口应错开，接口之间的净间距＞200mm。④施工时其他注意事项现场温度低于5℃，下雨或雾天应停止施工。3.2.4端部锚固要求对于普通CFRP抗弯加固应采用延伸长度ld来确保其高强性的发挥，CFRP切断位置距有效利用截面的距离应大于等于ld，并延伸至不需要CFRP界面外不小于200mm（图3.3），l[29]d按下式计算：-15- 既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究EAfffl(3.2)dfbcdp其中，E为碳纤维布钢筋弹性模量；为充分利用截面处CFRP拉应变；A为受拉fff面上粘贴的CFRP截面面积；f为CFPR与混凝土间粘结强度设计值，按式（4.7）~（4.9）cd计算；b为受拉面上粘贴的CFRP有效范围内的粘结宽度。p图3.3CFRP粘结延伸长度为保证CFRP的有效粘结，应采取附加锚固措施，最常用锚固方法为粘贴CFRPU形箍或压条锚固，如图3.4所示，图3.4端部用CFRPU形箍锚固U形箍或压条应均匀布置，且在延伸长度端部设置一道，粘贴面积A应满足下式要求：1EAbLffffpcd2A≥(3.3)fcd其中，A对于梁为U形箍在梁侧粘贴面积，对于板，表示CFRP压条与板受拉面混凝土粘贴面积；L为实际延伸长度；为U形箍或CFRP压条粘结应力有效传递系数，取0.5。当较宽的梁或板仅在中部粘贴CFRP窄条时，CFRPU形箍或压条锚固效果不好，此时应采取其它锚固措施。-16- 兰州交通大学硕士学位论文3.3CFRP加固预应力空心板梁承载能力计算方法现行《公路桥梁技加固设计规范》（JTG/TJ22-2008）（以下简称《加固规范》），仅给出普通钢筋混凝土构件CFRP加固后正截面承载力计算方法，而对于预应力钢筋混凝土构件CFRP加固后正截面承载力计算没有相关说明，以下根据相关研究和构件受力特点建立预应力钢筋混凝土构件CFRP加固后正截面承载力计算方法。3.3.1全过程受力分析CFRP加固后的预应力空心板梁由混凝土、普通钢筋、预应力钢筋、CFRP四部分共同受力，CFRP贴于梁底，能够抑制裂缝的开展，提高梁的抗裂性，同时CFRP分担梁底拉应力，相当于增加了梁底体外配筋，CFRP加固后预应力空心板梁全过程受力可分为四个阶段[30]：阶段Ⅰ：从开始受力到空心板梁底混凝土开裂。此阶段空心板梁处于弹性受力阶段，CFRP对受拉区混凝土约束作用较小。由于开裂前梁体受力较小，混凝土、普通钢筋、预应力钢筋、CFRP均处于弹性阶段，挠度-弯矩大致呈线性关系，因此CFRP应力也较小。相对于未加固梁，由于CFRP的约束作用截面的弹性性质会表现的的更加充分，其中A点为开裂临界点。阶段Ⅱ：空心板梁受拉区混凝土开裂到普通受拉钢筋屈服，梁体带裂工作，逐渐进入状态，曲线存在明显拐点，斜率减小。该阶段混凝土逐渐退出工作，应力增长速度加快，与未加固梁相比，由于CFRP的约束作用，裂缝的开展变缓，拉应力由普通钢筋、预应力钢筋、CFRP共同承担，梁的刚度较未加固梁体有所提高，其中B点为普通受拉钢筋屈服点。阶段Ⅲ：普通钢筋屈服到预应力钢筋屈服。曲线斜率进一步减小，此阶段拉应力由预应力筋和CFRP承担，其中C点为预应力筋屈服点。阶段Ⅳ：预应力钢筋屈服到空心板破坏。此阶段拉应力全部由CFRP承担，曲线上又出现一个拐点，曲线斜率又一次减小，CFRP应力增长速度加快，裂缝迅速开展，相比未加固桥梁，结构的承载能力明显提高，CFRP发挥出高抗拉性。最终破坏以受压区混凝土压碎或CFRP被拉断为临界状态，D点为空心板破坏临界点。CFRP加固后空心板梁全过程受力如下图所示：-17- 既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究图3.5CFRP加固后梁受力全过程挠度-弯矩曲线3.3.2破坏模式分析根据相关试验研究，CFRP加固的预应力混凝土梁的受弯破坏主要有五种[37][38]：①预应力筋屈服，受压区混凝土被压碎；②受拉钢筋屈服之后CFRP被拉断破坏；③预应力筋尚未屈服，受压区混凝土已经被压碎；④粘结层破坏；⑤混凝土结构胶截面发生剥离破坏。后面3种破坏明显带有脆性破坏性质，其中破坏模式③是由于CFRP粘贴量过大造成，破坏模式④、⑤是由于施工质量不好所引起的。在实际加固工程中后3种破坏形态应当予以避免，否则认为加固失败，确定其加固计算方法是没有意义的，本文不加以讨论。为避免破坏模式③的出现，应对最大加固量进行控制，对破坏模式④、⑤则需严格控制施工质量。针对前两种破坏模式，建立相应的CFRP加固后正截面承载力计算方法。(1)界限破坏当受压区混凝土达到极限应变，同时预应力筋同时达到极限拉应变，为界限cupu破坏Ⅰ，这种界限破坏在进行加固设计时应予以避免，可通过混凝土界限相对受压区高度予以控制，加固后实际相对受压区高度应小于，对于预应力构件取值，可由bbb《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）查得，列于下表。表3.2预应力混凝土构件相对界限受压区高度取值b砼强度ξb钢筋种类C50及以下C55、C60C65、C70C75、C80钢绞线、钢丝0.400.380.360.35精轧螺纹钢0.400.380.36/-18- 兰州交通大学硕士学位论文当受压区混凝土达到极限应变，同时受拉区CFRP也达到极限拉应变，这种cufu状态称为加固梁的界限破坏Ⅱ，此时的相对受压区高度称为界限相对受压区高度，fb的计算公式如下：fb0.8cu(3.4)fb[]cuf1其中，为CFRP允许拉应变，取k，且不大于CFRP极限拉应变的ffmfu2/3和0.01两者中较小值；为CFRP的极限拉应变；k为CFRP强度折减因子，取kfumm1与k中的较小值，k按公式（3.5）计算，k为环境影响折减系数，对于CFRP取m2m1m20.85。nEtfff1nEt≤214000fff428000k(3.5)m1107000nEt＞214000fffnEtfff当k＞0.9时，k=0.9；n为碳纤维布层数；t为每层碳纤维布厚度。mmff(2)破坏模式的判断以界限相对受压区高度作为判别破坏模式的标准，通过与实际相对受压区高度的比较判断破坏模式，判别如下：当＞b时，预应力筋尚未屈服，受压区混凝土已经被压碎，设计中应予以避免；当=b时，预应力筋屈服，同时受压区混凝土已经被压碎，为界限破坏Ⅰ，设计中应予以避免；当时，此时破坏模式为受压区混凝土压碎破坏，相当于钢筋混凝土梁的bfb超筋破坏；当时，此时CFRP拉断破坏，同时受压区混凝土压碎破坏，为界限破坏Ⅱ；fb当时，此时破坏模式为CFRP拉断破坏，类似钢筋混凝土梁的适筋破坏；fb""当2/h时，CFRP拉断破坏，此时可近似取h2。ss3.3.3承载能力计算结合目前的预应力混凝土梁抗弯承载力的研究，仍以平截面假定和变形协调方程为分析基础，计算时考虑CFRP的应变滞后效应对于承载能力的影响[31]，不考虑CFRP与混凝土之间的相对滑移，忽略CFRP厚度对力和力矩的影响。(1)计算图示-19- 既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究CFRP加固预应力构件承载能力计算仍遵守《加固设计规范》钢筋混凝土梁桥受弯加固相关假定，T形截面计算图示如下：b"fA"sεcε()cuσc()fcdxnxσs"A"s()fy"A"sh"fhh0MAsεpfpApε"sfApyAsAεfu()εf+ε1Eεffu()εfAffb图3.6第一类T形截面计算图示b"fA"sεcε()cuσc()fcdσs"A"s()fy"A"sh"fxxnhh0MAsεpfpApεs"fApyAsAfεfu()εf+ε1Eεffu()εfAfb图3.7第二类T形截面计算图示(2)承载能力计算公式对于工字形截面受压区高度计算，首先要判断截面为第一类截面还是第二类截面，具体可进行试算，若计算结果不满足则重新选定截面类型计算。①对于第一类T形截面，中和轴位于翼缘板内，受压区按矩形计算，在梁底受拉面粘贴CFRP加固时，正截面承载力按下列公式计算：a.当hx＜＜h时，fbb"1Mfbxhxf"A"(h")EAfA()(3.6)ucdf0ys0sfffsppps2CFRP加固后的预应力空心板梁，受压区高度x及CFRP拉应变可按式（3.7）联f立计算：-20- 兰州交通大学硕士学位论文""fbxfA"fAfAEAcdfysysppfff(3.7)cuflx0.8cuh"其中，f、f、f分别为混凝土抗压强度设计值、钢筋抗拉、抗压强度设计值；cdyy"""为混凝土极限拉应变，取0.0033；b、b、h为等效换算截面尺寸；A、A、A分cuffssp别为受拉钢筋、受压钢筋、预应力筋截面面积；为加固前在初始弯矩作用下，截面受1拉边缘混凝土的初始应变，按式（3.8）计算，不考虑二次受力时，取0；加固前在结构自重、实际恒载和施工荷载弯矩M作用下，截面受拉边缘混凝土初d1始应变（CFRP滞后应变）按以下公式计算：1Mxd11(3.8)1EIccr其中，x为加固前原构件开裂截面换算截面的混凝土受压区高度；E为原构件弹1c性模量；I为加固前原构件开裂截面换算截面的惯性矩。crb.当xh≤时，fbhhhfbfbfbMfA(h)EA(h)fAh（-）(3.9)uys0fffpepp222"c.当x2≤时，s"""MfA(h)fA(h)EA(h)(3.10)uys0spPpscffffs②对于第二类T形截面，在受拉面粘贴CFRP加固时，正截面承载力按下列公式计算：a.当hx＜＜h时，fbb"11"""Mufbxhcdf0xfcdbfbhfh0hff"A"(hys0")EsffAfsfA(ppps)22(3.11)受压区高度x及CFRP拉应变可按式（3.12）联立计算:f"""fbxf(bb)hfA"fAfAEAcdcdffysysppfff(3.12)cuflx0.8cuh"b.当h≤x≤h时，ffbMfA(h0.5x)EA(h0.5x)fAh（-0.5x）(3.13)uys0cffffpepp-21- 既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究3.4空心板梁承载能力有限元分析以CFRP加固后的裴家庄河桥单片中板作为研究对象，建立单梁有限元模性，分析CFRP加固预应力空心板承载能力，该桥详细情况及加固方案见本文4.6.1节内容，空心板预应力筋布置如图3.8所示。2120N29555N11220179181960/21996/2266.5415.2T=78.729°157.11120.7/21967.9515.2T=69.8187.84°139.61505.8/21960.5图3.8空心板预应力筋布置图3.4.1模型建立基本条件(1)基本假定采用ANSYS14.0对CFRP加固钢筋混凝土梁桥进行有限元分析。分析计算时的基本假定如下[32]：①CFRP与混凝土梁之间粘结良好，不考虑相对滑移；②钢筋与混凝土之间粘结良好，不考虑相对滑移，满足应变协调原理；③CFRP按完全线弹性材料考虑；④钢筋按理想弹塑性材料考虑；⑤不考虑胶层作用。(2)结构模型选择钢筋混凝土结构的有限元模型主要有整体式、分离式和组合式三种。该模型为预应力混凝土空心板梁桥，钢筋配置量很大，宜采用整体式模型，将普通钢筋弥散在混凝土中考虑普通钢筋的强度贡献。无论是从计算精度还是从计算结果的需要来看，均能满足要求。但预应力钢绞线模型需单独建立，通过与混凝土节点耦合实现相互作用；CFRP通过与混凝土单元共用节点实现建模[33]。(3)单元选取主要材料选取单元类型见下表所示：-22- 兰州交通大学硕士学位论文表3.3ANSYS模型单元选取材料类型单元选取单元特点混凝土SOLID65实体单元，可以定义出三种不同规格的钢筋。预应力钢绞线LINK180三维杆单元，不承受弯矩，具有塑性、大变形、大应变等功能。CFRPSHELL41膜应力单元，只受抗拉，无弯曲、抗压能力，材料各向异性。(4)建模参数ANSYS计算采用的参数如下：①混凝土：C40等级，根据加固前后回弹测试结果，结构强度状况良好，故弹性423模量取E3.2510N/mm，泊松比0.20，容重2500kg/m，裂缝张开传递系数c0.5，裂缝闭合传递系数0.9；52②钢筋：普通钢筋采用R235和HRB335钢筋，弹性模量E2.010N/mm；预C应力钢绞线抗拉强度标准值fpk=1860MPa，公称直径d=15.2mm，泊松比0.3，弹性模量E52p=1.95×10N/mm；52③CFRP：弹性模量Ef2.410N/mm，单层纤维布厚度为0.167mm，泊松比为0.21，屈服强度3550MPa。(5)应力-应变关系①混凝土的应力-应变关系采用多线性随动(MKIN)应力-应变关系，单轴曲线无下降段[34][35]；②钢筋按理想弹塑性考虑，极限拉应变取为0.01；su③CFRP是各向异性的理想弹性材料，即应力-应变为线性关系，当CFRP达到极限抗拉强度时，即发生破坏。适合使用理想线弹性本构关系来模拟，即：E0cfcfcfcu(3.14)cf0cfcu(6)预应力的施加ANSYS有限元模型对于预应力筋的模拟分为等效荷载法和实体力筋法[35]，实体力筋法力学模型建立有三种分析方法：实体切分法、节点耦合法和约束方程法。而对于实体力筋法预应力效果的实现包括降温法和初始应变法两种方法。本文采用节点耦合法建立实体力筋的力学模型，并通过降温法实现预应力的施加。预应力筋的降温值计算公式为：TP/EA(3.15)其中，T为预应力筋降温值；P为预应力施加值；为预应力筋线性膨胀系数。-23- 既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究(7)CFRP加固效果的实现CFRP加固需考虑碳纤维布的二次受力，加固前，一期恒载作用下，混凝土梁底已经存在一定应力；加固后，在二期恒载及活载作用下CFRP开始产生应变。二次受力问题通过单元的生死实现，加固前通过杀死CFRP单元将其刚度或其他分析特性矩阵乘以一个很小的因子ESTIF，缺省值为1.0E6。死单元的单元载荷为0，从而不对载荷向量生效，加固之后在合适的荷载步骤重新激活即可[36]。3.4.2有限元模型建立建立单片空心板模型时，对截面进行简化，并在跨中加载位置建立弹性垫块，预应力空心板模型如图3.9、图3.10所示。图3.9单梁模型图3.10网格化分局部情况3.4.3承载能力有限元计算分析极限承载能力通过ANSYS弧长法进行非线性屈曲分析实现。混凝土本构关系采用多线性随动(MKIN)，单轴曲线无下降段，破坏准则采用拉应力准则，屈曲分析时，需要打开大变形，屈曲分析中获得的特征值乘以所施加的力即为极限荷载值[37][38]，再根据极限荷载计算抗弯承载能力，ANSYS分析值和公式计算值见表3.4、图3.11，表3.5为ANSYS分析的最大挠度值。表3.4单片空心板抗弯承载力计算结果桥梁状态ANSYS分析值（kN.m）公式计算值（kN.m）加固前2808.72723.5加固后3913.53681.0-24- 兰州交通大学硕士学位论文图3.11加固前后抗弯承载能力对比图表3.5ANSYS分析最大挠度值桥梁状态加固前（mm）加固后（mm）挠度值66.599.1以上图表数据分析可知，①加固前抗弯承载力ANSYS分析值与公式计算值相差3.2%，较为吻合，说明预应力空心板梁ANSYS模型合理；②加固后抗弯承载力ANSYS分析值与公式值结果相差8.2%，误差在合理范围内，说明计算方法合理，基本可以满足工程精度的要求；③加固后抗弯承载力公式计算值小于ANSYS分析值，说明该计算方法偏于安全；④加固后抗弯承载能力ANSYS分析值较加固前提高39.3%，理论计算值提高35.1%，CFRP加固后截面抗弯承载力得到有效提高；⑤加固前结构极限荷载下挠度为66.5mm，加固后为99.1mm，提高约1/2，CFRP加固后结构变形能力大大增强。3.4.4裂缝开展情况分析文献[39]试验表明，梁体开裂后，CFRP将对裂缝开展产生明显制约作用，且第一批裂缝比未加固梁体发展缓慢，裂缝的间距较小，分布更均匀，裂缝宽度也大大小于未加固梁，且基本保持稳定。利用ANSYS分析空心板开裂弯矩及梁受力过程裂缝开展情况，结果见表3.6、3.7所示：-25- 既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究表3.6加固前开裂弯矩桥梁状态加固前加固后开裂弯矩（kN.m）1856.81893.7表3.7加固前后不同时间历程裂缝开展情况加固前加固后TIME=0.28236TIME=0.276628TIME=0.57625TIME=0.580144由上表3.6、3.7可以看出：①CFRP加固后预应力空心板截面开裂弯矩提高很小，约为2%，说明CFRP加固对延缓裂缝的出现作用不大；②在相近时间历程点，加固后的梁体裂缝开展范围和相同位置裂缝高度明显小于加固前梁体，裂缝的进一步开展得到了有效制约，梁体抗裂性得到提高。-26- 兰州交通大学硕士学位论文4基于结构检算的加固后桥梁承载能力评定4.1概述2011年颁布实施的《评定规程》，以基于概率理论的极限状态设计方法为基础，用分项检算系数修正极限状态表达式以评定桥梁承载能力。该规程一定程度解决了原有规范，旧桥检算系数主要依据专家经验确定，存在检算系数评定标准难以把握和检测结果无法定量化应用等问题，提高了桥梁承载能力评定的客观性和可操作性[40]，其承载能力评定程序如图4.1所示。桥梁材质状况和状态参数评定实际运营荷载调查桥结桥钢混混物桥典大梁构梁筋氯凝凝混材理钢型轴梁吨缺自材锈离土土凝料化筋代荷几位损振质蚀子电保土风学腐表分何车状频强电含阻护碳化损蚀交布状辆况率度位量率层化伤通态混深量参入度数率检算系数Z1承载能力恶化系数ζe混凝土折减系数ζc钢筋折减系数ζs活载修正系数ζq用其他作用Z2替抗力效应桥梁检算活载修正系数ζq换Z1作用效应与抗力比检算系数Z21.0~1.2不满足要求检测评定报告图4.1基于结构检算的桥梁承载能力评定流程钢筋混凝土桥梁承载能力极限状态根据检测结果按式（4.1）进行计算评定，当结构或构件承载能力检算系数标度D3时，应按式（4.2）~（4.4）对正常使用极限状态评定计算。SR(f,,)Z(1)(4.1)0dcdcsds1e-27- 既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究其中，为结构重要性系数；S为荷载效应函数；R()为抗力效应函数；f为材料0d强度设计值；为构件混凝土几何参数值；为构件钢筋几何参数值；Z为承载能力dcds1检算系数；为承载能力恶化系数；为配筋混凝土结构的截面折减系数；为钢筋的ece截面折减系数。限值应力：＜Z(4.2)d1l荷载作用下的变形：f＜Zf(4.3)d11l各类组合下裂缝宽度满足：＜Z(4.4)q1l其中，为计入活载影响系数的应力值；为应力限值；Z为承载能力检算系数；dl1f为计入活载影响系数的荷载变形计算值；f为变形限值；为计入活载影响系数的短d1lq期荷载变形设计值。《评定规程》明确说明适用于除钢-混组合结构桥梁外的在用公路桥梁的承载能力评定，但对于加固后桥梁的承载能力评定却没有做出相关的说明，没有考虑加固后桥梁的新增评定指标和标准，若仍以加固前的评定指标和标准进行承载能力评定，有失合理性。在此基础上本章针对CFRP受弯加固后的预应力钢筋混凝土板梁桥的承载能力评定引入CFRP加固后桥梁的新增评价指标和推荐性评价标准，并对原有部分权重进行修正，使得对于CFRP加固后桥梁的承载能力评定更加合理。4.2承载能力检算系数的修正4.2.1检测指标及权重确定检算系数Z1是依据桥梁技术状态评定结果确定的，通过桥梁检算系数Z1表征各级桥梁技术状况与承载能力之间的关系[41]。CFRP加固后的桥梁，检算系数Z1需考虑CFRP粘结强度的影响，CFRP加固后Z1层次分析模型如图4.2所示。-28- 兰州交通大学硕士学位论文承载能力检算系数检测指标Z1材质强度缺损状态自振频率混凝土强度CFRP粘结强度技术状况评定桥面系上部结构下部结构一般构件承重构件支座加固后主梁图4.2CFRP加固后梁桥承载能力检算系数Z1层次分析模型CFRP加固后钢筋混凝土梁桥仍以结构或构件缺损状况、材质强度和自振频率等的检测评定结果作为检算系数Z1的评定指标，按照式(4.5)计算结构或构件承载能力检算系数的评定标度。DDjj(4.5)3其中，j为某一项检测指标的权重值，j1，按表4.1取值；Dj为结构或构j1件某项检测指标的评定标度值。表4.1承载能力检算系数的检测指标权重值检测指标名称缺损状况材质强度自振频率αj0.40.30.3检算系数Z1的合理的取值是桥梁承载能力鉴定结果的正确、可靠的基础。针对Z1的取值缺少必要的理论依据的情况，李松根[42]利用“校准法”，对Z1进行了可靠性校准，从理论上明确了Z1的物理意义以及取值标准的科学性和合理性。对于加固后的桥梁仍采用此取值标准，Z1取值详见表4.2，特殊情况下可采用专家调查法确定。表4.2CFRP加固后钢筋混凝土梁桥受弯构件承载能力检算系数Z1值检算系数评定标度D12345承载能力检算系数Z11.151.101.000.900.80注：检算系数Z1值可按承载能力检算系数评定标度D线性内插。-29- 既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究4.2.2缺损状况评价指标修正桥梁技术状况评定等级对应桥梁缺损状况评定标度值，因此先对桥梁技术状况进行评定之后才能确定桥梁缺损状况评定标度值。(1)构件技术状况评定指标现行《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/TJ21-2011）（以下简称《评定标准》）中钢筋混凝土梁桥上部结构构件评定指标有12项，对于CFRP加固后的桥梁拟在此基础上增加CFRP空鼓情况（表4.3）；CFRP表面不平整、局部坑洼情况（表4.4）；CFRP胶层饱满情况、有无胶瘤（表4.5）、CFRP粘结状况（表4.6）等几项评定指标。参考《公路桥梁加固工程质量验收指南》（以下简称《验收指南》）[43]对应指标的权重情况，结合各评定指标对于承载能力的影响，给出各指标的推荐性评价标准。①CFRP空鼓、脱落情况CFRP在施工中由于粘贴表面不平整，以及粘贴施工过程中在CFRP和树脂之间的空气未能全部逸出，会导致粘结层内部有存留气泡，在温度作用下使得粘结层产生了“空鼓”。检查方法采用小锤逐处敲击听音而以便确定“空鼓”的数量及范围。推荐性评价标准如下表所示：表4.3CFRP空鼓推荐采用评定标准评定标准标度定性描述定量描述1完好/个别位置出现空鼓现象，且单个空鼓面积之和与总粘贴面积之比小于5%，且单2面积较小个空鼓与总粘贴面积之比小于0.01部分位置出现空鼓现象，且单个空鼓面积之和与总粘贴面积之比在5%~10%之3面积不大间，且单个空鼓与总粘贴面积之比小于0.02出现大量空鼓现象，且单个空鼓空鼓面积之和与总粘贴面积之比在10%~15%4面积较大之间，且单个空鼓与总粘贴面积之比小于0.05出现严重空鼓现象，且单个空鼓空鼓面积之和与总粘贴面积之比大于15%，且5面积很大单个空鼓与总粘贴面积之比大于0.05②CFRP表面不平整、坑洼-30- 兰州交通大学硕士学位论文表4.4CFRP表面不平整、坑洼推荐采用评定标准评定指标标度定性描述定量描述1完好、无表面不平整、坑洼/2局部表面不平整、坑洼累计面积≤粘贴面积5%，或单处面积≤0.2m2累计面积＞粘贴面积5%且＜粘贴面积的10%，3出现较大范围的表面不平整、坑洼或单处面积＞0.2m2且＜0.5m24大范围出现表面不平整、坑洼累计面积＞粘贴面积10%，或单处面积大于0.2m2③CFRP胶层饱满度、肿瘤情况表4.5CFRP胶层饱满度、肿瘤情况推荐采用评定标准评定标准标度定性描述1完好，胶层饱满、无肿瘤2少量出现胶层不饱满或肿瘤3出现大量胶层不饱满或肿瘤情况，已影响加固构件的外观质量④CFRP粘结状况CFRP本身具有很好的耐久性，受环境条件影响较小[44]。但粘结层对水分作用却很敏感，粘结层吸收的水分以及水分在粘结界面的扩散直接决定着粘结层的退化。如果粘结胶与粘结层界面上出现空隙，一方面会导致粘结面积减小，另一方面水分将会通过毛细作用替代粘结胶，导致粘结层的失效，从而导致CFRP脱落，影响桥梁承载能力。表4.6CFRP粘结状况推荐采用评定标准评定标准标度定性描述定量描述1完好个别位置出现脱落现象，且单处脱落面积之和与总粘贴面积之比小于5%，且单2面积较小处脱落与总粘贴面积之比小于0.01部分位置出现脱落现象，且单处脱落面积之和与总粘贴面积之比在5%~10%之3面积不大间，且单处脱落与总粘贴面积之比小于0.02-31- 既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究（续表）出现大量脱落现象，且单处脱落脱落面积之和与总粘贴面积之比在10%~15%4面积较大之间，且单处脱落与总粘贴面积之比小于0.05出现严重脱落现象，且单处脱落脱落面积之和与总粘贴面积之比大于15%，且5面积很大单处脱落与总粘贴面积之比大于0.05构件技术状况评分计算方法详见《评定标准》第4.1.1条规定，各指标界限扣分值见表4.7所示：表4.7构件各检测指标界限扣分值检测指标的最指标类别高等级类别1类2类3类4类5类3类02035——4类0254050—5类0354560100(2)部件技术状况评定方法各部件技术状况评分计算方法参照《评定规程》第4.1.2、4.1.3条规定。加固后桥梁，各部件权重值，如表4.8所示：表4.8加固后钢筋混凝土梁桥上部结构各部件权重值评价部件权重上部承重构件（加固后主梁、加固后挂梁）0.7上部一般构件（湿接缝、横隔板）0.18支座0.12注：下部结构与桥面系各部件权重值均与既有梁桥相同，参见《评定标准》相关内容。(3)桥梁总体的技术状况评分桥梁总体的技术状况评分按式（4.6）计算，桥梁技术状况限值按表4.9取值。DBDCIWSPCIWSBCIW(4.6)rDSPSB具体符号意义参照《评定标准》第4.1.4条规定。-32- 兰州交通大学硕士学位论文表4.9桥梁技术状况分类限制表技术状况等级1类2类3类4类5类技术状况评分[95，100)[80，95)[60，80)[40，60)[0，40)对于CFRP加固后梁桥当出现以下情况之一时整座桥梁应评定为5类桥：①上部结构有落梁，或有梁、板断裂现象；②上部结构承重构件控制截面出现全截面开裂；③CFRP脱落面积大于50%；④上部承重构件有严重的异常位移，存在失稳现象；⑤结构出现永久变形，变形值大于规范值；⑥关键部位混凝土出现压碎，桥面板出现严重缺陷；⑦桥墩（桥台或基础）不稳定，出现严重滑动、下沉、位移、倾斜等现象。4.2.3CFRP粘结强度检测评定CFRP加固后的桥梁，在评价桥梁材质状况时需同时考虑钢筋混凝土的材质状况和CFRP的材质状况。对于混凝土材质状况的评定方法参照《评定规程》相关内容。CFRP粘结强度评定，采用CFRP正拉粘结强度实测值与理论值的比值，即强度匀质系数K与破坏模式双重标准进行评价，正拉粘结强度通过正拉试验进行测定。P(1)CFRP正拉黏结强度计算方法评价CFRP正拉粘结强度，首先应确定黏结强度的设计标准，但国内外对于CFRP与混凝土黏结强度的研究还不够成熟，各国由于材料标准、试验方法及设计标准等方面没有形成统一标准，尚未建立相关计算规范[45]。根据现有国内外相关研究，CFRP与混凝土间粘结强度计算模型主要分为经验模型和理论模型两大类，经验模型侧重于从试验模型或数值模拟分析其影响因素，再经过统计分析建立黏结强度的计算模型；理论模型则侧重于从理论上分析，主要代表是断裂力学模型和弹性力学模型。根据相关研究[46]~[51]，粘结强度设计值按下式计算：Fcdf(4.7)cdAbLLLupeeF(4.8)cdbLLLupe0.82f(4.9)up1t-33- 既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究其中，f为粘结强度设计值；取0.85；A为粘结面积；F为粘结力理论值；cdcdu为平均黏结强度，是指有效粘结长度范围内的平均值，并非真正意义上的平均粘结长度；b为有效范围内的粘结宽度；L为有效范围内的粘结长度；L为粘结长度；为宽度pep影响因素；为长度影响因素；f为混凝土轴线抗拉强度。1t有效黏结长度按式（4.10)计算：EtPpL0.7(4.10)eft其中，E为碳纤维布弹性模量；t为碳纤维布厚度。pp宽度影响因素按式(4.11)计算：0.2(b/b)(4.11)ppc其中，b为碳纤维布粘贴面混凝土宽度；b为粘贴碳纤维布宽度。Pc长度影响因素按式(4.12)计算：L2L＜Le1Le(4.12)1LL≥e(2)CFRP粘结强度的测定CFRP加固工程施工后应对粘结质量进行测定，通常采用正拉黏结强度检测试验测定，试验仪器为粘结强度检测仪（如图4.3所示），试验时同规格同型号的构件为一检验批，检测频率为每一检验批按该批总构件10%确定，但不得少于3根，每根受检构件为一检验组，每组3个检测点，具体试验方法是[26]：①检测试验应在CFRP粘贴并固化7d后进行；②表面处理：测试部位表面应清洁干燥；③切割预切缝：从CFRP表面向混凝土内部切缝，深度10~15mm，宽度约2mm。切缝形状为直径50mm的圆形或40mm×40mm的正方形；④粘贴钢标准块：采用高强、快固化的粘结剂粘贴钢标准块。粘结剂的正拉粘结强度应大于结构胶粘结正拉粘结强度。钢标准块粘贴后应立即固定，如图4.4所示；⑤试验过程：待粘结剂固化好之后方可进行试验，试验时以1500~2000N/min匀速加载，直至破坏，记录破坏荷载和破坏形态；⑥强度计算：正拉黏结强度按下式计算：Pf(4.13)A-34- 兰州交通大学硕士学位论文其中，f为正拉粘结强度实测值；P为试样破坏时的荷载；A为钢标准块的粘结面积；⑦数据处理：每个检验组的3个测试点进行平均，以平均值作为该检验组的正拉强度的试验结果，但若出现其中一个点的测试值与同组另外两个测试点平均值的偏差超过50%时，此点测试值应剔除，取另外两点平均值为该检验组的正拉强度的试验结果。图4.3正拉黏结强度试验仪图4.4CFRP粘结强度现场检测原理(3)正拉粘结强度评定标准建立正拉粘结强度评定标准宜采用破坏模式和强度匀质系数K同时控制。p①破坏模式：1)内聚破坏，包括基材混凝土内聚破坏和受检胶结剂的内聚破坏；2)粘附破坏，分为胶层与基材之间的粘附破坏及胶层与CFRP或钢标准块之间的粘附破坏；3)混合破坏：粘合面出现两种或两种以上破坏形式。②强度匀质系数K：pfK(4.14)pfcd碳纤维布正拉黏结强度按表4.10的规定确定其评定标度。表4.10推荐用于碳纤维布正拉黏结强度评定标准评定评定标准标度Kp破坏模式1≥0.95破坏模式为基材内聚破坏-35- 既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究（续表）混合破坏，但基材混凝土内聚破坏形式的破坏面积占粘合面积2(0.95，0.90]90%以上混合破坏，但基材混凝土内聚破坏形式的破坏面积占粘合面积3(0.90，0.80]85%以上破坏形式为粘附破坏、胶层内聚破坏或基材混凝土内聚破坏形式4(0.80，0.70]的破坏面积少于85%的混合破坏5＜0.70出现大量粘附破坏、胶层内聚破坏加固后桥梁材质状况的综合评定取混凝土材质状况评定标度与CFRP正拉粘结强度评定标度最大值作为加固后桥梁的材质状况评价标度，即：DmaxD,D(4.15)2ct其中，D、D、D分别为加固后桥梁材质状况综合评定标度、加固后桥梁混凝土2ct材质状况评定标度、加固后CFRP材质状况评定标度。4.2.4自振频率评定标准自振频率是重要的振动参数，当结构一定时其自振频率也一定，只有当结构发生损伤时才会发生改变，且自振频率的改变与构件的损伤位置和损伤程度有关；当损伤位置一定时，损伤程度决定了频率改变的幅度，自振频率相对于固有频率改变越大说明结构损伤越严重，反正亦然。据此可分析桥梁结构性能，评定桥梁工作状态[52]。评定时以实测自振频率f与理论计算频率f的比值来对桥梁结构的整体性能和技midi术状况做出判定，按下表确定各阶频率评定标度。表4.11加固后桥梁上部结构自振频率评定标准fmi/fdi≥1.2[1.00，1.20)[0.95，1.00)[0.80，0.95)＜0.8评定标度12345对于梁式桥，考虑到现场测试结果的可靠性问题，应综合参考实测各阶频率进行评定，当各阶频率评定结果出现评定结果不一致时，应结合荷载试验校验系数对结构刚度的判断综合确定自振频率评定标度，若没有进行荷载试验时应以一阶竖向自振频率评定标度作为结构自振频率评定标度。-36- 兰州交通大学硕士学位论文4.3承载能力恶化系数的修正承载能力恶化系数反映的是鉴定期内桥梁结构质量状况进一步衰退恶化而对结e构抗力效应产生的不利影响。根据相关研究，碳纤维材料本身具有极好的耐久性能、耐腐蚀性，可以抵抗常遇的酸、碱、盐及大气腐蚀等作用，也有较好的抗疲劳性能。在CFRP与混凝土有效粘结时，CFRP对于粘贴面混凝土截面有一定程度保护作用，CFRP脱落之后被包裹部位混凝土重新与外部环境接触，CFRP对于材料风化和混凝土碳化延缓作用将消失，因此承载能力恶化系数需考虑CFRP粘结状况对于承载能力进一步恶化的影响。评定指标及取值见表4.12、4.13所示。e表4.12CFRP加固后承载能力恶化推荐评定标度序号（j）检测指标名称(Ej)权重(aj)综合评定方法1缺损状况0.282钢筋锈蚀电位0.103混凝土电阻率0.05承载能力恶化评定标度按下式计算：4混凝土碳化状况0.1885钢筋保护层厚度0.11EEjjj16氯离子含量0.147混凝土强度0.048CFRP粘结状况0.10表4.13承载能力恶化系数取值表环境条件恶化状况干燥、不冻干湿交替、不冻干湿交替、冻干湿交替、冻评定标度E无侵蚀性介质无侵蚀性介质无侵蚀性介质有侵蚀性介质10.000.020.050.0620.020.040.070.0830.050.070.100.1240.100.120.140.1850.150.170.200.25注：恶化系数可根据恶化状况评定标度线性内插。e-37- 既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究4.4截面折减系数的修正4.4.1混凝土截面折减系数混凝土截面折减系数的引入是为了表征混凝土结构的有效截面损失对于结构抗力的影响，主要考虑材料风化、混凝土碳化、物理化学损伤等因素的影响。具体评定标准参照《评定规程》，指标及权重值见表4.14。表4.14加固后混凝土截面折减系数c评定指标权重值材料风化混凝土碳化物理与化学损伤0.100.350.55注：对钢筋锈蚀电位标定为1、2的结构或构件若不进行碳化检测，其评定标度应为1。依据上述检测指标的评定标度，按式（4.16）计算确定加固后结构或构件截面损伤的综合评定标度R。再依据截面损伤的综合评定标度，按表4.15确定截面折减系数。cNRRjj(4.16)j1N其中，Rj为某项检测指标评定标度，j为某项检测指标的权重值，j1；Nj1为检测指标数，对于加固后的钢筋混凝土梁桥，N3。表4.15加固后混凝土截面折减系数取值c截面损伤综合评定标度R截面折减系数ξc1≤R＜2（0.98，1.00]2≤R＜3（0.93，0.98]3≤R＜4（0.85，0.93]4≤R＜5≤0.854.4.2CFRP截面折减系数CFRP截面折减主要考虑空鼓和CFRP粘结状况对于截面承载能力的影响，两项指标的评价标准见表4.3和表4.6。指标权重值见表4.16，CFRP截面折减系数取值见cp表4.17。-38- 兰州交通大学硕士学位论文表4.16加固后CFRP截面折减系数评定指标推荐性权重值检测指标空鼓CFRP粘结状况权重值0.50.5表4.17加固后CFRP截面折减系数推荐取值cpCFRP截面综合评定标度R截面折减系数ξcp1≤R＜2（0.95，1.00]2≤R＜3（0.90，0.95]3≤R＜4（0.85，0.90]4≤R＜5≤0.854.4.3普通钢筋及预应力钢筋截面折减系数（1）普通钢筋截面折减系数钢筋的锈蚀是造成钢筋截面积减小的主要原因，且锈蚀的不均匀性会引起应力集中，使得钢筋物理力学性能变差，从而导致构件承载能力降低，因此普通钢筋截面折减系数s主要考虑钢筋的锈蚀造成的承载能力降低。普通钢筋当锈蚀达到一定程度时，锈蚀产物会导致钢筋体积膨胀，引起混凝土保护层沿钢筋方向膨胀甚至产生裂缝。故钢筋的锈蚀程度主要采用对锈蚀状况的整体特征(锈蚀裂缝、保护层鼓胀等)的检查，间接判断钢筋截面损伤状况，s的取值见表4.18。表4.18普通钢筋截面折减系数值s评定标度性状描述截面折减系数ξs1沿钢筋出现裂缝，宽度小于限值（0.98，1.00]沿钢筋出现裂缝，宽度大于限值，或钢筋锈蚀引起2（0.95，0.98]混凝土发生层离钢筋锈蚀引起混凝土剥落，钢筋外露，表面有膨胀3（0.90，0.95]薄绣层或坑蚀钢筋锈蚀引起混凝土剥落，钢筋外露，表面膨胀性4（0.80，0.90]锈层显著，钢筋断面损失在10%以内钢筋锈蚀引起混凝土剥落，钢筋外露，出现锈蚀剥5≤0.80落，钢筋断面损失在10%以上-39- 既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究（2）预应力钢筋截面折减系数有效预应力状况是影响桥梁承载能力和安全性的重要因素，多数在役预应力混凝土桥梁均存在不同程度的预应力损失病害。对于混凝土收缩徐变、预应力的松弛、锚具变形和滑移等导致的预应力损失可通过施工时现场试验进行测定和估算；而对于运营阶段超载、预应力筋锈蚀等因素造成的预应力进一步损失尚缺乏实用有效的检测手段。预应力筋的折减系数主要考虑预应力筋的锈蚀对于承载能力的影响。预应力钢筋无法釆用p锈蚀裂缝、保护层鼓胀等情况的检查来判断钢筋锈蚀程度，可通过量取与标准直径之间差值，计算锈蚀率，从而进行预应力筋截面折减。文献[53]研究了不同锈蚀率预应力钢筋的位移-荷载曲线，如图4.5所示，据此建立预应力筋截面折减系取值表，如表4.19所所示。图4.5不同锈蚀程度下结构荷载-位移曲线[53]表4.19预应力钢筋截面折减系数值p评定标度性状描述截面折减系数1预应力筋锈蚀率小于2%（0.95，1.00]2预应力筋锈蚀率小于5%（0.90，0.95]3预应力筋锈蚀率小于10%（0.85，0.90]4预应力筋锈蚀率小于15%（0.80，0.85]5预应力筋锈蚀率大于15%≤0.804.5活载修正系数的确定桥梁承载能力评定一个重要目的是评定桥梁是否满足当下交通荷载状况，而桥梁的实际交通荷载状况与设计标准的汽车荷载之间存在差异，特别对于特殊线路上的桥梁，-40- 兰州交通大学硕士学位论文如矿区、港口等，通行的大吨位车辆很多，超载现象往往较严重。这种差异通过适当的提高汽车检算荷载效应来进行修正。根据实际调查的典型代表交通量、大吨位车辆混入率和轴荷分布情况，可按式(4.17)确定活载修正系数[54]：q3(4.17)qq1q2q3其中，为典型代表交通量影响修正系数；为大吨位车辆混入率影响修正系数；q1q2为轴荷分布影响修正系数。均按《评定规程》规定取值。q34.6工程实例应用4.6.1工程概况(1)桥梁概况裴家庄河桥位于甘肃省漳县境内，南接祁连山水泥厂，北接212国道，该桥原设计荷载为汽-20，验算荷载为挂-100，该桥上部结构为4跨20m后张法预应力混凝土空心板梁桥，每跨由7片板梁装配而成，全桥共28片板梁，板梁梁高0.9m。下部结构采用双柱式墩、U型桥台、明挖扩大基础[55]，桥梁总体布置如图4.6、4.7所示。全桥长93564×2000图4.6桥梁总体布置图（单位：cm）900100700100888图4.7桥梁梁体断面图（单位：cm）-41- 既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究(2)主要病害该桥经过多年营运，加上多重车通行，多处部位和主要受力构件都有不同程度的病害。桥面铺装层出现横向裂缝，破损露筋，钢筋有锈蚀现象；铰缝混凝土有脱落情况；部分栏杆混凝土剥落；伸缩缝内有大量泥土。上部结构混凝土出现不同程度剥落掉角、蜂窝麻面；主梁梁体多处出现横向裂缝及梁底渗水腐蚀。下部结构桥墩、桥台少量渗水，有泛碱现象；护坡多处出现裂缝及局部破损。该桥总体技术状况评分为55分[56]，评定等级为四类，考虑到桥梁的安全运营和经济性，需对桥梁进行维修加固。(3)加固方案经过现场勘察研究，确定加固方案为：①拆除原桥面铺装层，重新进行铺装，铺装层从下到上依次为10~13.5cm厚C40混凝土现浇层、PCR改进乳化沥青防水层、5cm厚沥青混凝土、1cm厚热熔橡胶沥青碎石封层。其中，现浇层钢筋网调整为双层钢筋网，钢筋直径为10mm，钢筋间距为100mm。②拆除原铰缝连接，重新设置铰缝，在板间铰缝处设置连接筋，铰缝混凝土采用C50，并在铰缝混凝土中加入适量膨胀剂。③对缺损栏杆进行原样修复，并更换CD60型伸缩缝。④清除板混凝土腐蚀部分。主梁底部和桥台渗水腐蚀和泛碱现象，对其进行人工除腐，并对构件涂刷防腐层。并在桥梁梁底设计位置处开孔（直径3cm）引流。⑤构件混凝土表面裂缝修补。主梁底部裂缝，采用注浇法对裂缝进行封闭。当裂缝宽度<0.2mm时，可采用自然渗透法；当裂缝宽度>0.2mm时，宜采用环氧粘合剂，用低压裂缝注入器将高分子树脂修补材料压入裂缝。⑥对护坡进行修补。⑦梁底粘贴CFRP加固。在每片板梁底纵向粘贴一道124cm×1500cm的CFRP，在纵向延伸长度范围内设置两道垂直于受力CFRP的压条，并在沿长度方向的两个端部各设置一道压条；（压条尺寸30cm×126cm），如图4.8、4.9所示，纵向CFRP和压条均采用高强度碳纤维布，底胶和浸润胶采用专用胶。2501500250横向压条126铰缝1碳纤维布126250500500500250图4.8梁底粘贴CFRP加固平面图-42- 兰州交通大学硕士学位论文2000压条碳纤维布图4.9梁底粘贴CFRP加固立面图⑧预防性养护。桥梁病害维修加固完毕后，采用防盐材料按照相关技术标准要求对全桥主要构件进行预防性养护。4.6.2加固后缺损状况检查及评定（1）外观检查桥梁整体情况及CFRP加固之后梁底情况如图4.10、4.11所示：图4.10桥梁整体情况图4.11加固之后梁底情况对加固后裴家庄河桥外观进行全桥检查，总结如下：①桥面系新铺桥面铺装层表面平整，线形良好，满足规范要求；栏杆经过修补，混凝土表面无蜂窝麻面及裂缝现象，截面尺寸满足设计要求；伸缩缝方向和桥轴线垂直，伸缩缝牢固且表面完好，无变形、开裂的现象，两侧锚固混凝土表面无蜂窝麻面及龟裂现象。泄水管沿行车道两侧对称布置。该桥泄水管满足实际使用需要和相关技术要求。②主梁结构主梁裂缝有效封闭，CFRP施工质量良好，无空鼓情况出现，表面平整、无局部坑洼、跳丝、断丝情况，胶层基本饱满，几乎无胶瘤，无CFRP脱落现象。混凝土剥落掉角、蜂窝麻面现象已有效修复。-43- 既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究③桥墩（台）外观质量良好，线条竖直度好，截面尺寸满足设计要求，表面无结构性裂缝。桥台表面平整，无沉降和滑移痕迹。桥梁墩台渗水腐蚀和泛碱已清除，防腐层施工良好。根据外观检查结果，桥面系评分为99分，上部结构评分为94分，下部结构评分为98分。总体技术状况评分为：0.2980.4930.49695.2，加固后桥梁评定为1类。4.6.3材质状况及状态参数检测评定(1)材质强度评定①混凝土材质强度评定本次对混凝土表面抗压强度测试采用回弹仪法，混凝土表面抗压强度换算值和强度推定值见表4.20。表4.20混凝土表面抗压强度实测值及强度设计等级测试部位平均值（MPa）推定值（MPa）设计强度等级主梁40.338.5C40桥墩27.626.4C25桥台25.123.7C20经计算推定强度匀质系数，主梁Kbt=0.96，桥墩Kbt=1.06，桥台Kbt=1.19；平均强度匀质系数，主梁Kbm=1.01，桥墩Kbm=1.10，桥台Kbm=1.25。混凝土强度评定标度为1，强度良好情况。②CFRP粘结强度评定C40混凝土抗拉强度为1.71MPa；碳纤维布弹性模量为2.4×105MPa；碳纤维布厚度为0.167mm；正拉试验预切缝尺寸为40mm×40mm。由式（4.7）~（4.12）计算可得，CFRP理论黏结强度力为0.83MPa。试验测得正拉黏结强度平均值为1.43MPa，且破坏模式基本为内聚破坏，故强度匀质系数K为1.3，p由表4.10知CFRP正拉黏结强度评定标准为1。因此，裴家庄河桥CFRP加固后材质状况综合评定标度为1。(2)自振频率评定由表5.14可知裴家庄河桥粘贴CFRP加固后实测频率与理论频率比值为：一阶1.22、二阶1.23，根据表4.11，自振频率评定标度为1。-44- 兰州交通大学硕士学位论文(3)其他指标评定缺损状况评定标度为1；钢筋锈蚀电位-231mV，评定标度为2；混凝土碳化评定标度为2；混凝土强度评定标度为1；保护层厚度评定标度为2。4.6.4检算修正系数的确定(1)截面折减系数材料风化、物理化学损伤评定标度均为1。由式（4.16）及表4.15计算混凝土截面损伤综合评定标度R1.3，0.99；CFRP空鼓与粘结状况评定标度均为1，0.95；ccp普通钢筋的截面折减系0.98；预应力筋截面折减系数0.98。sp(2)活载修正系数根据交通量调查，由式（4.17）计算可得1.12。q(3)承载能力恶化系数桥梁所处环境为干、湿交替无侵蚀性介质，无冻融，经计算评定标度E1.43。由表4.13线性内插可得承载能力恶化系数0.03e(4)桥梁检算系数由表4.1、4.2计算可得承载能力检算系数Z=1.15。14.6.5承载能力检算评定根据桥梁检算系数、截面折减系数、承载能力恶化系数和活载修正系数分别对结构的抗力效应和荷载效应进行计算，结果见表4.21所示：表4.21荷载效应及抗力效应计算结果荷载等级荷载效应S(kN.m)抗力效应R(kN.m)公路-Ⅱ级2750.03725.1由式（4.1），S1.02750.03725.1R＜，故CFRP加固之后极限状态承载能力满0足要求。-45- 既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究5基于荷载试验的加固后桥梁承载能力评定5.1概述荷载试验通过现场静力荷载试验和动力荷载试验取得试验观测数据和试验现象，再对数据和现象进行综合分析，从而评定桥梁的工作状态和实际承载能力。为评定桥梁加固后的承载能力，检验加固效果，判断加固后的可靠性和安全性，需对加固后桥梁进行荷载试验评定。本章仍以裴家庄河桥为例，该桥加固前后均进行荷载试验。通过加固后的荷载试验，评定桥梁加固后实际工作状况；通过对加固前后的荷载试验对比分析对加固效果进行评价。5.2静载试验方案荷载试验方案主要包括控制截面、加载车重、车位布置、应力应变测试断面、动力特性测试断面、测试方法、测点布置等内容。由于本试验属于对比性试验，应尽量保证加固前后荷载试验挠度、应变测点、加载车辆轴距、轴重基本一致。桥梁应根据其最终结构体系受力特点，按最不利受力原则并结合加固内容范围确定测试构件，选择安全储备较低的截面作为测试截面确定相应测试工况。对于多跨桥梁进行静载试验时，选择加固前病害较为严重的桥跨作为静载试验对象[58]，考虑到加固前后的对比，加固后荷载试验选择与加固前相同桥跨进行试验。5.2.1荷载横向分布系数该桥7块空心板梁之间有企口缝，板之间为铰缝，采用横向铰接板法计算荷载横向分布系数。经计算截面计算刚度参数0.0135，按照两车道布载，查表得各块板轴线处的影响线坐标见表5.1。表5.1各片梁轴线处影响线坐标梁号η1η2η3η4η5η6η71#0.2190.1880.1530.1290.1130.1020.0972#0.1880.1840.1630.1370.1190.1070.1023#0.1530.1630.1680.1520.1320.1190.1134#0.1290.1370.1520.1630.1520.1370.129注：全桥一共七片空心板梁，从上游侧起分别编号为梁1#~梁7#（下同）。-46- 兰州交通大学硕士学位论文按两车道在影响线上布置，相应位置处的竖标总和即为荷载横向分布系数，见表5.2，由表可知3#板梁横向分布系数最大。故横向最不利位置为3#板梁轴线位置[59]。表5.2荷载横向分布系数表梁号1#2#3#4#荷载横向分布系数0.29260.29770.30140.29705.2.2试验车辆荷载及控制截面对于验收性荷载试验，应以设计荷载为准在加载效率范围内确定试验荷载。原桥设计荷载等级为汽车-20级，挂车-100级，加固设计荷载等级为公路-Ⅱ级。公路-Ⅱ级荷载效应略大于汽车-20级荷载效应[60]，为评定桥梁的承载能力状况对于现行设计规范的满足情况，加固前后车辆等效试验荷载及设计内力计算均应按公路-Ⅱ级控制。荷载试验采用相近型号的三轴载重汽车，加固前后荷载试验均经过严格称重，尽量保证总重和轴重一致，加载车辆示意图、轴距及重量，如图5.1、表5.3所示。图5.1加载车辆示意图表5.3裴家庄河桥荷载试验加载车辆参数桥梁状态车辆编号前轴重（kN）后轴重（kN）总重（kN）155273325加固前256268323352282330加固后458273328注：由于轴重为分别称重，而总重为一次称重，因此总重与轴重和稍有差别。-47- 既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究根据绘制内力包络图的需要确定控制截面的数量，再由此确定测试截面。由简支梁桥的弯矩包络图可知，跨中截面是控制截面，所以选择跨中截面作为应变和挠度的测试的主要截面。考虑到桥梁跨径较小，另选取L/4截面作为挠度和应变测试的验证截面。控制截面静力试验效率可按式（5.1）计算，对于验收性的荷载试验宜介于0.85~1.05q之间。Ss(5.1)q/S(1)其中，S为静力荷载作用下，加载控制截面内力、应力或应变的最大计算效应值；s/S为检算荷载同一控制截面的最不利效应计算值；为冲击系数，按（5.2计算）；为q静载试验效率。冲击系数：0.05f0.05Hz0.1767ln(f)0.01571.5Hzf14Hz(5.2)0.45f14Hz5.2.3试验工况及测点布置（1）静力荷载试验工况按照纵、横向最不利位置布载，共分为4个静力荷载试验工况，见表5.4，各工况测试项目见表5.5。表5.4静力荷载试验工况工况纵向加载截面横向加载位置加载车辆数1L/4对称加载22跨中对称加载23L/4偏心加载14跨中偏心加载1表5.5各荷载工况测试项目工况加固前加固后1挠度、应变挠度、应变2挠度、应变挠度、应变3挠度、应变挠度、应变4挠度、应变挠度、应变-48- 兰州交通大学硕士学位论文（2）车辆加载布置位置①横向布置位置50180图5.2a偏心加载（单车）180130180图5.2b对称加载（双车）图5.2车辆横向布置位置（单位：m）②纵向布置位置140320L/2L/2图5.3a跨中截面加载140320L/43L/4图5.3bL/4截面加载图5.3车辆纵向布置位置（单位：m）-49- 既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究（3）挠度测点布设挠度测点布置应能反映纵、横向变形规律及最大值。纵桥向挠度测点的布置宜选择各工况荷载作用下变形曲线的峰值位置，横桥向挠度测点的布置应反映桥梁横向变形特征。加固前后荷载试验挠度测点布置相同，共布置L/4、2L/4、3L/4三个测试断面，每个断面7个挠度测点，布在每片梁底板中间位置（图5.4），共计21个挠度测点。挠度采用徕卡LeicaTS02全站仪并配套反射片进行测量。挠度测点图5.4加固前后荷载试验挠度测点布置断面图（4）应变测点布设主要应变测点的布设应能反映结构最大应力（应变）及其规律，对于受弯构件，为了反映应变沿高度方向的变化规律，应充分利用构件高度进行腹板或肋板应变测点布置。因此，加固前荷载试验，在每片梁底两侧布设应变测点，以测定混凝土应变，同时在两侧腹板上下缘各布设一个测点（图5.5），以测定应边沿高度方向变化，应变测点共布置L/4、2L/4两个测试断面；加固后荷载试验测点布置与加固前相同，但梁底测点用于测定CFRP应变。应变测量采用DH3818静态应变测试仪进行读取，采样频率为2Hz，所用应变片电阻为120Ω，应变片粘贴时应平行于主应力方向。应变测点图5.5加固前后荷载试验应变测点布置断面图5.2.4加固后桥梁荷载试验要求对于加固后的桥梁，除应满足既有桥梁荷载试验的基本要求外，还应注意以下几点：①对于粘贴CFRP（或其他粘贴材料）加固的桥梁应对补强材料的应力进行测试；-50- 兰州交通大学硕士学位论文②桥梁通过粘贴CFRP（或其他粘贴材料）加固后，新旧结构之间的可靠粘结是保证二者共同参与受力的关键，需要通过静载试验手段测试新旧构件在同一位置的应力（应变），从而判断二者的协同受力情况；③桥梁加固后新增构造与原结构由于龄期差异、材料差异等因素会产生裂缝或发生剥离，且剥离范围与裂缝宽度往往会随着外荷载的变化而发展，因此对于加固后桥梁在进行静载试验过程中，必须观测新旧结构接合面的开裂和剥离情况；④荷载试验中需对裂缝的开展情况进行观察统计，当裂缝数量较少时，可根据试验前后观测情况及裂缝表对裂缝状况进行描述；当裂缝发展较多时，应选择代表性部位绘制受力裂缝开展图，并注明加载工况的裂缝长度和宽度。5.2.5荷载数据分析方法（1）试验资料的修正①测值修正。当仪器标定结果对于测试结果的影响大于1%时需对结果进行修正；②温度影响修正。应按(4.3)进行温度修正计算："SStK(5.3)t"其中，SS、分别为温度修正前、后的测点加载值变化；t为温度变化（℃），对于应变采用构件表面温度，对于挠度采用大气温度；K为空载时温度上升时测点测值变化t量。③支点沉降的修正。当支点沉降较大时，应对挠度测试值进行修正：lxxCab(5.4)ll（2）变形（应变）的计算各测点变形（应变）及相对残余变形（应变）可按公式(5.5)~(5.8)计算。总变形（或总应变）：SSS(5.5)tli弹性变形（或弹性应变）：SSS(5.6)elu残余变形（应变）：SSSSS(5.7)pteui相对残余变形（应变）：-51- 既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究SpS"(5.8)pSt其中，S、S、S分别为加载前、加载达到稳定、卸载后达到稳定测量值。ilu（3）变形（应变）校验系数：Se=(5.9)Ss其中，S、S分别为实测、理论计算变形（应变）值。es对于CFRP加固后梁桥，当CFRP与混凝土之间粘结性不好，二者之间协同受力较差时，应力校验系数则可能过小，因此在要求应力校验系数在不大于1的同时，为判断加固效果因应适当提高应力校验系数的下限，校验系数推荐常值范围见表5.6。表5.6CFRP加固梁桥校验系数推荐常值范围应力（应变）校验系数桥梁类型挠度校验系数混凝土CFRP钢筋混凝土板桥0.30~0.700.40~0.800.40~0.80钢筋混凝土梁桥0.40~0.800.50~0.900.50~0.90预应力混凝土桥0.50~0.900.60~0.900.60~1.005.3动载试验桥梁动载试验包括结构自振特性试验、行车动力响应试验，需要测试的参数包括自振频率、振型、阻尼比、冲击系数。动载试验现场取得数据为各种振动量如位移、应力、加速度的时间历程曲线，需运用时域法或频域法进行分析。5.3.1自振特性测试（1）自振频率一般梁桥需测定桥梁面内弯曲自振频率，对于需要研究横向稳定性的桥梁，宜同时测定桥梁横向自振特性。常见激振方法包括脉动法、跑车余振法、跳车余振法、起振机激振法等。本试验采用脉动法，脉动法在无任何交通荷载及外部振源情况下通过测定风荷载、地脉动等微幅振动来识别桥梁的自振特性。一般采集时间为20~45分钟。频率的测试值(fmi)大于理论值(fdi)则说明结构的实际刚度(Kmi)大于理论刚度（Kdi），反之亦然，且自振-52- 兰州交通大学硕士学位论文频率容易测量且可靠性较高，故引入结构刚度比，可与静载试验结果相互验证，可按下式计算：2fKmimi(5.10)fKdidi（2）阻尼比在自振频谱图上采用半功率带宽法求取阻尼比D，计算方法见图5.6和式（5.11）：nff2121D(5.11)22f000图5.6半功率点法阻尼计算图示根据实测阻尼比可粗略判断桥梁结构各部件的损失情况，见表5.7。表5.7阻尼比评定桥梁技术状况标准桥梁结构类型阻尼比范围（%）状态描述<0.5无明显裂缝普通钢筋混凝土桥>1.0~2.0有裂缝<1.0无明显裂缝预应力钢筋混凝土桥>1.0~2.0有裂缝钢桥≤0.1正常-53- 既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究5.3.2行车动力响应测试行车动力响应测试主要测试冲击系数，冲击系数反映了桥梁行车动力性能，与结构体系、激励荷载特性、桥面平整度、车速等因素有关，冲击系数越小说明桥梁的行车舒适性越好，桥面越平整，反之亦然。冲击系数采用最大动挠度与相应的静挠度的比值表示：fdmax1(5.12)fsmax数据采集时，使车辆以不同速度匀速通过桥梁，采集控制截面动挠度时程曲线，最大动挠度为动挠度曲线的全程最大值，最大静挠度按式（5.13）计算：ffdmaxdminfppff(5.13)smaxdmax22其中，f与f分别为波峰值与对应的波谷值；f为挠度动态分量峰值。dmaxdminpp5.3.3动载试验方案动力试验主要考察结构自振特性、冲击系数等整体指标以及控制部位的振幅，因此测点数相对较少。对于自振频率和阻尼特性的测定测点应布置在主要振型的峰值位置附近，动力响应的测点一般布置在全桥最大位移和最大应力点处。对于简支梁主要布置在跨中截面。本次动载试验选取与静载试验相同的桥跨，测点布置位置与加固前相同，即在L/4、L/2、L3/4截面分别布置横向及纵向拾振器，共计6个测点。动应变及动位移测点布置在跨中截面3#梁底。并采用DH5922动态信号测试分析系统进行信号采集及分析，动力试验工况如表5.8所示：表5.8动力试验工况工况试验内容测试内容1脉动测试振动加速度、速度2单车20km/h无障碍行车振动加速度、速度、动应变3单车30km/h无障碍行车振动加速度、速度、动应变4单车40km/h无障碍行车振动加速度、速度、动应变-54- 兰州交通大学硕士学位论文5.4有限元模型建立根据梁的相关截面尺寸及配筋情况，创建梁、钢筋、碳纤维布实体模型，再对其进行网格划分。碳纤维布与混凝土、钢筋与混凝土的连接由于不考虑滑移，均采用节点耦合进行连接。铰缝按只传递剪力进行模拟。模型如图5.7~5.12所示。图5.7几何模型图图5.8预应力钢筋几何图图5.9梁单元网格化分图5.10碳纤维布单元-55- 既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究图5.11铰缝模拟图5.12支座模拟5.5荷载试验结果及分析5.5.1静载试验结果分析(1)荷载试验效率简支板结构理论基频为：EIccff212lmc103.25100.0622(5.14)23219.261.471104.96Hz102其中，C40混凝土E3.2510N/m；c板跨中单位长度质量：3G26100.5551m=cg9.81(5.15)3221.47110(Ns/m)故，冲击系数为：0.1767ln(4.96)0.01570.267(5.16)按照公路-Ⅱ级的荷载，桥梁在试验车辆的作用下，跨中控制截面的内力及静力试验荷载效率如表5.9所示，设计荷载弯矩计算时计入冲击系数，由表可知荷载试验效率满足要求。-56- 兰州交通大学硕士学位论文表5.9控制截面的内力及静力试验荷载效率控制截面荷载等级设计荷载弯矩试验荷载弯矩荷载效率跨中截面公路-Ⅱ级492.76kN·m449.6kN·m0.911/4截面公路-Ⅱ级369.57kN·m344.75kN·m0.93(2)检测结果及分析1)挠度测试结果各工况作用下理论挠度云图如图5.13~5.16所示。图5.13工况1挠度云图(Dmax=7.09505)图5.14工况2挠度云图(Dmax=9.51868)图5.15工况3挠度云图(Dmax=4.11217)图5.16工况4挠度云图(Dmax=5.57913)表5.10为跨中控制截面在各工况下的挠度实测与理论值，计算校验系数及相对残余变形，列于下表，其中“+”表示挠度向下。各工况下控制截面挠度测试结果与理论值关系曲线见图5.17~5.20：-57- 既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究表5.10跨中截面各工况下挠度测试结果工况梁号理论值（mm）实测值(mm)校验系数相对残余变形1#6.845.80.853.6%2#6.984.80.6910.5%工况1：3#7.095.00.716.3%1/4L截面4#6.894.80.708.4%双车对称5#6.995.00.727.9%加载6#6.893.90.574.9%7#6.864.60.6715.6%1#9.346.10.653.2%2#9.485.90.628.7%工况2：3#9.527.00.745.6%跨中截面4#9.325.30.573.0%双车对称5#9.497.30.7711.3%加载6#9.435.70.607.6%7#9.355.70.613.5%1#3.942.90.746.3%2#3.732.50.679.3%工况3：3#3.542.70.765.5%1/4L截面4#3.392.30.686.4%单车偏心5#3.242.50.778.9%加载6#3.112.00.643.6%7#2.981.80.600.8%1#5.453.80.702.6%2#5.183.70.714.8%工况4：3#4.894.00.825.7%跨中截面4#4.653.50.755.0%单车偏心5#4.383.10.719.9%加载6#4.183.00.724.8%7#3.982.20.550.1%注：表中挠度实测值为弹性变形值，已扣除残余变形及支座沉降的影响（下同）。-58- 兰州交通大学硕士学位论文图5.17工况1跨中截面测点挠度曲线图5.18工况2跨中截面测点挠度曲线图5.19工况3跨中截面测点挠度曲线图5.20工况4跨中截面测点挠度曲线由以上图表及荷载试验过程观察分析可知：①实测跨中最大挠度为7.3mm，理论值9.49mm，校验系数为0.77，满足预应力结构挠度校验系数0.6~1.0取值范围要求；②跨中控制截面测点在各工况下，挠度实测值均小于理论计算值，且挠度校验系数在0.55~0.85之间，均小于1，基本在0.6~1.0之间，考虑测量误差和有限元模拟的误差，认为校验系数满足取值范围要求，且最大实测挠度远小于L/600，结构刚度满足要求；③卸载后的相对残余变形均小于20%，满足要求，说明结构处于弹性工作状态；④实测横向分布趋势与理论计算横向分布趋势基本一致，横向联系较强，结构受力状况良好。⑤整个荷载实验过程未发现结构混凝土构件有明显新增裂缝，结构抗裂性满足要求。-59- 既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究2)应力检测结果①CFRP应力各工况下CFRP主应力云图如图5.21~5.24所示。图5.21工况1CFRP应力云图(SMX=25.84365)图5.22工况2CFRP应力云图(SMX=33.48634)图5.23工况3CFRP应力云图(SMX=16.4661)图5.24工况4CFRP应力云图(SMX=20.3268)荷载试验各工况，CFRP有限元分析最大拉应力为33.5MPa，应力值较小，CFRP高抗拉性能没有发挥出来，主要原因是由于桥梁荷载试验各工况均处于弹性工作阶段，弯矩主要由钢筋和混凝土承担，故CFRP的应力比较小。CFRP应力测量由于技术手段限制，CFRP表面不平整存在纹理，很难保证应变片安装质量，现场应变实测结果漂移、离散性较大，应变存在失真情况，且规律性不明显，在此不再列出。②沿腹板高度方向应力-60- 兰州交通大学硕士学位论文腹板沿高度方向应变片用于测量混凝土表面沿高度方向应力变化情况，结果见表5.10，现场应力测试数据为应变，需根据计算公式和仪器参数计算应力实测值，其中拉应力符号为“+”，压应力符号为“-”。表5.11梁体跨中截面沿高度方向应力测试结果试验工况测点理论值（MPa）实测值(MPa)校验系数相对残余应变1#下缘2.51.30.522.6%1#上缘-1.6-1.10.693.4%跨中对称加载7#下缘2.41.750.738.6%7#上缘-1.4-1.00.7311.0%1#下缘1.71.10.650.8%1#上缘-1.1-0.70.6411.3%跨中偏载7#下缘0.80.50.638.0%7#上缘-1.0-0.70.706.9%注：1）1#下缘表示1#梁腹板下缘应力测点，其他类似；2）本文所有应力实测值及理论值值均为相对值，即为荷载试验应力增量由上表可以看出跨中控制截面最大正弯矩工况下，a.沿高度方向测点应力实测值均小于理论值，应力校验系数为0.52~0.73之间，均小于1，满足预应力结构应力校验系数0.5~0.9取值范围要求，结构具有一定安全贮备；b.卸载后的相对残余应变最大11.3%，均小于20%，结构处于弹性受力阶段；(3)结构检算根据静载试验结果，取挠度校验系数和应力校验系数的最大值，按表5.12确定检算系数Z2对承载能力进行评定。表5.12承载能力检算系数Z2值ζZ2ζZ20.4以下1.300.81.050.51.200.91.000.61.151.00.950.71.10注：Z2值可按ζ值线性内插。测点校验系数最大值为0.85，故Z2=1.025，将Z2代替Z1代入式（4.1）计算可得，-61- 既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究R3312.7kN.m＞S2750.0kN.m，故承载能力满足要求。05.5.2动力荷载试验结果分析(1)自振特性测试结果对桥梁前5阶频率进行理论分析，频率理论计算值及振型描述见表5.13，振型图见图5.25~5.29，通过对脉动信号的波形分析，FFT平均谱分析得出实测频谱图，见图5.30，实测频率及阻尼比见表5.14。表5.13频率理论计算结果频率阶次理论计算值(HZ)振型描述15.001阶弯曲振型28.031阶扭转振型314.042阶扭转振型419.052阶弯曲振型531.09弯扭复合振型表5.14自振特性测试结果频率阶次频率理论值fdi(HZ)频率实测值fmi(HZ)阻尼比D（%）fmi/fdi刚度比Ω15.006.100.531.221.4928.039.890.671.231.51图5.25第1阶振型图（f1=4.9973）-62- 兰州交通大学硕士学位论文图5.26第2阶振型图（f2=8.03206）图5.27第3阶振型图（f3=14.0497）图5.28第4阶振型图（f4=19.0588）-63- 既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究图5.29第5阶振型图（f5=31.0875）图5.30实测自功率谱图由测试结果分析可知：①根据式(5.14)的计算结果，计算基频为4.96Hz，理论模型分析结果基频为5.00Hz，说明有限元模型合理；②实测频率一阶为6.10Hz、二阶为9.89Hz，实测频率均大于对应理论频率，结构刚度比为1.49、1.51，说明桥梁实际刚度较大，整体性较好；③结构实测阻尼比分别为0.53%、0.67%均小于1%，说明结构无明显裂缝。(2)行车动力响应测试结果激振试验为行车激振，在不同车速下根据实测动挠度计算出冲击系数，结果见表5.15。-64- 兰州交通大学硕士学位论文表5.15实测跨中截面动应响应无障碍行车速度冲击系数μ平均值20km/h0.20130km/h0.2280.22040km/h0.232从试验数据结果可以看出，跨中截面冲击系数为0.201~0.232小于理论计算冲击系数0.273（见式5.16），满足规范要求，且行车速度越大冲击系数越大，说明汽车冲击效应与车速存在关联性，车速越高，冲击系数越大，冲击效应趋于明显。5.6承载能力综合评定现有承载能力评定方法对于大部分结构能够快速有效进行评价，当结构动力性能和静力性能的主要判断相互矛盾情况下评价就变得困难，因此引入静、动力综合评价指标（，）参数进行结构性能综合评价[7]：（1+）实测（，）=(5.17)1+规范其中，（，）为静、动力综合评价指标；为静载试验主要测点校验系数均值；、分别为冲击系数实测值和规范取值。实测规范具体判定规则如表5.16所示：表5.16承载能力综合评价表静载结构校验系数η综合评价指标β承载能力综合评价η＜1β＜1承载能力满足要求η≥1β≥1承载能力小于设计考虑的安全储备0.61（1+0.220）对静载试验试验校验系数计算可得，0.611＜，=0.591＜，故1+0.273CFRP加固后该桥承载能力满足要求。-65- 既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究5.7加固效果分析5.7.1挠度变化规律及分析通过加固前后对桥梁进行有限元仿真模拟，分析加固前后荷载试验全过程桥梁的受力情况，以及加固前后现场荷载试验了解桥梁的实际工作状态，了解主梁挠度变化规律，表5.17为加固前后荷载试验有限元仿真分析挠度值。表5.17加固前后荷载试验有限元仿真挠度值荷载工况测试断面桥梁状态最大挠度值(mm)(a-b)/a*100%1/4L截面双车跨中加固前a7.829.3%对称加载跨中加固后b7.09跨中截面双车跨中加固前a10.6810.9%对称加载跨中加固后b9.521/4L截面单车跨中加固前a4.359.5%偏心加载跨中加固后b3.94跨中截面单车跨中加固前a6.1811.8%偏心加载跨中加固后b5.45注：表中加固后最大挠度值为跨中断面各工况下实测最大挠度值，而加固前最大挠度值为加固后最大挠度测点的加固前的实测值。图5.31~图5.34为加固前后荷载试验跨中截面实测挠度曲线。图5.31工况1跨中截面测点挠度曲线图5.32工况2跨中截面测点挠度曲线-66- 兰州交通大学硕士学位论文图5.33工况3跨中截面测点挠度曲线图5.34工况4跨中截面测点挠度曲线对加固前后全部测点挠度变化率予以统计，并剔除异常点（总计3个），绘制成散点图，如图5.35所示。图5.35荷载试验挠度实测值变化率：（1-b/a）*100%从以上图表可以看出：①采用ANSYS仿真分析裴家庄河桥CFRP加固前后荷载试验下跨中截面最大挠度变化，加固前为10.68mm，加固后为9.52mm，加固后降低10.9%，其他工况加固后最大挠度减小率分别为，9.3%、9.5%、11.8%，平均减小10.4%；②荷载试验实测跨中最大挠度，加固前为9.1mm,加固后为7.3mm，减小24.7%，各工况下跨中截面挠度最大减小率为37.0%，平均减小率为17.7%，说明CFRP加固能有效减小正常使用情况下跨中截面变形；③加固后跨中截面挠度横向分布较加固前更加均匀，与理论计算横向分布更加接近，说明加固后主梁横向刚度增强，横向受力状况得到改善；-67- 既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究④加固后全部测点挠度实测减小率在2.7%~37.8%之间，且存在一定离散性，主要原因是由于测量误差和加固前后测点布置以及加载车辆存在差异，但主要集中在10%~20%之间，平均挠度减小15.8%，主梁刚度明显增大；⑤实测挠度减小值大于理论分析值，分析原因可能由于实桥加固时对裂缝进行了有效封闭，铰缝重新进行施工，并更换了桥面铺装层，使得结构刚度增大，而有限元分析时没有考虑此因素；⑥CFRP加固后的预应力混凝土简支梁桥较加固前，挠度有一定程度减小，单从挠度情况看，CFRP加固后该桥主梁刚度有所提高，CFRP发挥作用，并与钢筋混凝土协同工作，整个主梁受力情况得到改善。5.7.2应力分析利用有限元模拟分析加固前后在荷载试验最不利工况作用下混凝土、预应力筋、CFRP的最大应力，结果如下表所示：表5.18跨中双车对称加载加固前后应力理论最大值(单位：MPa)混凝土桥梁状态预应力筋CFRP拉应力压应力加固前3.7-1.438.3/加固后2.5-1.630.733.5由上表数据可知：①加固前梁底混凝土最大拉应力为3.7MPa，已出现裂缝，加固后梁底混凝土最大拉应力为2.5MPa，减小32.4%；跨中截面混凝土最大压应力，加固前为1.4MPa，加固后为1.6MPa；加固后CFRP最大拉应力33.5MPa；预应力钢筋最大拉应力加固前为38.3MPa，加固后为30.7MPa，减小19.8%；②受拉区混凝土加固前后最大拉应力值减小，说明CFRP抗弯加固能够有效的减小混凝土的最大拉应力，增强结构变形能力；受压区混凝土最大压应力加固前后应力基本没有变化；③预应力钢筋最大应力值减小，中和轴下移，CFRP发挥出抗弯作用，说明CFRP抗弯加固结构强度有一定程度提高。5.7.3动力特性分析(1)自振特性-68- 兰州交通大学硕士学位论文加固前后荷载试验实测频率和理论频率见表5.19。表5.19加固前后各阶频率理论实测值加固前加固后阶次实测值（Hz）理论值（Hz）实测值（Hz）理论值（Hz）15.034.986.105.0027.838.029.898.033/14.03/14.044/19.01/19.055/31.03/31.09从上表可以看出：①加固后理论频率各阶均有所提高，提高值分别为：0.02Hz、0.01Hz、0.01Hz、0.04Hz、0.06Hz，说明CFRP加固结构刚度、动力特性会有所改善，但提高值很有限；②加固后实测频率均有提高，提高幅度为：21.3%、26.3%，提高程度远大于理论值。这是因为实际结构加固时对铰缝、桥面铺装进行了更换，裂缝进行了修补等，使得结构受力性能会有所改善，刚度会提高，而理论分析没有考虑加固前桥梁缺陷，频率的提高只是由于CFRP的作用。(2)冲击系数加固前后荷载试验冲击系数测试结果见图5.36。图5.36加固前后荷载试验冲击系数对比图由上图可以看出：-69- 既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究①加固前冲击系数实测值为0.284、0.308、0.326，均大于理论冲击系数0.273，说明加固前桥面行车性能较差，会对桥梁结构产生较大冲击作用；②比较加固前后冲击系数实测值，加固后冲击系数明显减小，说明加固后桥梁行车性能得到有效改善，加固效果良好。-70- 兰州交通大学硕士学位论文6结论与展望6.1结论本文以CFRP加固20m预应力空心板梁桥为工程背景对加固后桥梁的承载能力和评定方法进行研究，得出一些有参考价值的研究结论和成果：（1）本文所提出的CFRP加固预应力空心板梁承载能力计算方法经过验证能够满足计算要求。（2）单层CFRP抗弯加固可是预应力空心板梁抗弯承载能力提高30%左右，同时能有效提高结构变形能力和延缓裂缝开展，但对开裂弯矩提高不大。（3）对加固后承载能力检算系数Z1的评价指标及权重值进行修正，修正之后的方法更加符合CFRP加固之后桥梁的真实情况，能够更加合理准确的评定加固后桥梁承载能力。（4）本文采用的CFRP粘结强度设计值计算方法及粘结强度评定标准比较合理，能够满足工程实际的要求。（5）采用ANSYS建立整体式预应力空心板梁模型，单独建立预应力筋，预应力筋与混凝土之间通过耦合连接、碳纤维布与混凝土之间的连接通过共用节点方式实现，荷载试验结果说明本文对于CFRP加固后主梁的有限元模拟方法可靠。（6）通过对裴家庄河桥荷载试验的有限元模拟和实测结果的比较分析，结合校验系数的对比分析评定结构实际工作状况，说明加固效果良好，该桥承载能力得到提高，能够满足荷载等级要求。（7）CFRP加固后的预应力混凝土梁桥较加固前，其位移有一定程度减小，单从挠度情况看，CFRP加固能够改善结构受力状况。（8）对加固前后应力的有限元分析结果表明，受压区混凝土加固前后应力基本没有变化，梁底混凝土所受最大拉应力值减小，受拉区预应力钢绞线应力值减小，中和轴下移，说明碳纤维布发挥出抗弯作用，结构强度有所提高。6.2展望由于时间仓促，本文在研究之中存在很多不足之处，有以下几点值得进一步研究；（1）对于CFRP加固后的评价指标及标准，有待进一步细化，并对其他加固方法加固之后评价指标及标准的建立有待进一步系统研究。-71- 既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究（2）预应力筋的损失对于桥梁的承载能力影响很大，而对于有效预应力状况的检测评价尚缺乏有效手段。（3）基于荷载试验的折减系数Z2的确定，规范给出了取值范围，但过于粗糙，有待于进一步深化研究。（4）CFRP加固之后梁底应变测量采用传统测量方法由于CFRP表面存在纹理，不平整，测试结果漂移、离散型较大，需要进一步研究，找到稳定、可靠的测试手段。（5）加固后桥梁的有限元分析，未考虑加固桥梁本身的承载能力退化问题，需对模型进行修正，桥梁的退化仿真分析及模型的修正亟待解决。（6）动力特性的测量只能反映结构的宏观特性，如何通过动力特性的测量识别桥梁损伤位置和损伤程度从何更加科学的评价桥梁承载能力，需进一步研究。-72- 兰州交通大学硕士学位论文致谢本论文是在导师王根会教授的悉心指导下完成的，从论文的选题到修改，都得到了王老师很大的帮助。攻读研究生期间，深深受到王老师的关心、爱护和谆谆教导。他作为老师，点拨迷津，让人如沐春风；作为长辈，关怀备至，让人感念至深。能师从王老师，我为自己感到庆幸。在此谨向王老师表示我最诚挚的敬意和感谢！＂时光荏苒，白驹过隙＂，三年的研究生生涯一瞬即逝，来不及去回味，一切已成往昔。离校日期已日趋渐进，毕业论文的完成也随之进入了尾声。从开始进入课题到论文的顺利完成，一直都离不开老师、同学、朋友给我热情的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！首先感谢母校兰州交通大学，母校给了我一个宽阔的学习平台，让我不断吸取新知，充实自己。然后我还要感谢所有教导过、关心过我的所有老师，特别是宋新宏老师、金学军老师、马华军老师、夏文传老师，感谢他们对于我的帮助。还要感谢我的同窗陈敦、贾斌、黄龙、成仲鹏、秦照博；师兄赵雪松、黎明、杨进、王志贤、李子元、白烜宁、陈勇、车俊；师姐石晋华；师弟何林焜、杨凯、王瑞达、李强兴、王蔚，师妹陈娟，同门间的真情友谊是我终生难忘，感谢这三年来我们建立的师兄弟情谊，原你们在人生的旅途中一切顺利。同时还要感谢我的室友王超、蒲建海、顾皓玮，在我需要帮助的时候你们总会为我无私生出援手.感谢你们陪伴。另外，感谢张迪，感谢你的陪伴、理解、鼓励和支持。最后需要特别感谢的是我的父母，父母的养育之恩无以为报，他们是我近二十年求学路上的坚强后盾，在我面临人生选择的迷茫之际，为我排忧解难，他们对我无私的爱与照顾是我不断前进的动力。-73- 既有钢筋混凝土梁桥加固后承载能力评定方法研究参考文献[1]肖盛燮.桥梁承载能力演变理论及其应用技术[M].北京：科学出版社,2008.[2]杨良,孙立军.钢筋混凝土桥梁使用性能衰变特征分析[J].武汉理工大学学报,2014（05）.[3]刘建兵.悬索桥吊拉组合加固技术研究[D].重庆交通大学,2011.[4]李亚东.既有桥梁评估方法研究[J].铁道学报,1997（06）.[5]史文军.基于准静态影响线的桥梁承载能力评估方法研究[D].河北工业大学,2012.[6]交通运输部公路科学研究院.JTG/TJ21-2011公路桥梁承载能力评定规程[S].北京：人民交通出版社,2011.[7]长安大学.JTGxxx-2012公路桥梁荷载试验规程（征求意见稿）[S].[8]史文军.基于静态影响线的桥梁承载能力评估方法研究[D].中南大学,2012.[9]孙立伟.既有铁路桥梁可靠性评估[D].天津大学,2007.[10]张彬彬等.加固后的双曲拱桥承载力评估试验研究[J].四川建筑科学研究,2012（03）.[11]史丽远,艾军.加固后桥梁承载能力评定方法的探讨[J].东北公路,2003（02）.[12]张兆宁.某双曲拱桥加固前后承载能力评估[J].石家庄铁道学院学报,2008（06）.[13]贺国京等.已加固钢筋混凝土双曲拱桥承载能力评定[J].中南林业科技大学学报,2010（12）.[14]高飞.当前桥梁承载能力评定方法的不足及发展方向[J].山西建筑,2010（04）.[15]王娟.长春富锋桥加固后荷载试验与承载能力评定[D].沈阳建筑大学,2012.[16]全恩懋.石拱桥加固后承载能力评估方法研究[D].重庆交通大学,2012.[17]蒋泽汉,江涛.桥梁承载能力鉴定与桥梁加固设计[M].成都：西南交通大学出版社,2011.[18]杨欢.连霍高速改扩建项目公路和桥涵工程检测与评价[D].郑州大学,2010.[19]孟玉平,于涛.碳纤维布加固桥梁施工工艺[J].公路交通科技（应用技术版）,2011（03）.[20]马琳.中小跨径混凝土梁桥加固适应性研究[D].长安大学,2007.[21]孙茜.混凝土桥梁加固修补的探讨[J].城市建设理论,2013（05）.[22]高建斌.既有钢筋混凝土梁桥外贴增强材料加固技术研究[D].兰州交通大学,2011.[23]白海峰.钢筋混凝土简支梁碳纤维布加固机理研究[J].铁道建筑,2007（09）.[24]江阿兰.碳纤维加固桥梁新技术的研究[J].林业科技情报,2005（12）.[25]赵春亮.浅谈粘贴碳纤维布加固法在桥梁结构上的应用[J].城市建设理论研究,2013（36）.[26]国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心.CECS146:2003碳纤维片材加固混凝土结构技术规程[S].北京：中国计划出版社,2003.[27]陈兆毅.某预制小箱梁桥的病害分析与加固研究[D].大连理工大学,2008.[28]黄颖.碳纤维布加固桥梁技术[J].公路交通技术,2005（02）.[29]刘成强.RC空心板桥CFRP抗弯加固理论及应用研究[D].重庆大学,2007.[30]祁巍.碳纤维布加固板性能分析与试验研究[D].长沙理工大学,2009.[31]中交第一公路勘察设计研究院有限公司.JTG/TJ22-2008公路桥梁加固设计规范[S].北京：人民交通出版社,2008.-74- 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