既有城市桥梁结构病害检测与加固修复技术研究

1 既有城市桥梁常见病害及成因分析

1.1 混凝土桥梁主要病害

混凝土桥梁核心病害为裂缝与钢筋锈蚀。裂缝按成因分为荷载裂缝（跨中、支座附近，由超载引发弯矩、剪力超限导致）、温度裂缝（桥面板、腹板，因温差导致热胀冷缩不均形成）及收缩裂缝（养护期水分蒸发过快引发表面细缝）。钢筋锈蚀多因保护层碳化或氯离子侵蚀破坏钝化膜，进而导致保护层剥落、刚度下降，支座老化、伸缩缝堵塞也会加剧结构损伤。

1.2 钢结构桥梁主要病害

钢结构桥梁病害集中于锈蚀、疲劳损伤及节点失效。城市腐蚀性介质破坏防腐涂层引发锈蚀；车辆反复荷载使应力集中部位产生疲劳裂纹；施工时焊接质量不佳、螺栓预紧力不足，或运营中振动荷载作用，易导致螺栓松动、焊缝开裂。

1.3 核心诱因

病害由多因素叠加导致：早期设计荷载标准偏低，难以适配当前交通需求；施工阶段材料配比、工艺控制不当埋下隐患；运营中超载运输加剧损伤累积；潮湿、酸雨等环境加速材料劣化。

2 既有城市桥梁结构病害新型检测技术

2.1 基于物联网的智能监测技术

传统桥梁检测依赖人工巡检，存在效率低、主观性强、覆盖范围有限等弊端。近年来，物联网技术的应用实现了桥梁检测的智能化升级。通过在桥梁关键部位布设传感器网络，包括应变传感器、位移传感器、温湿度传感器及腐蚀传感器等，可实时采集结构受力、变形、环境腐蚀等参数，并通过无线传输技术将数据上传至云端管理平台。

例如，在混凝土桥梁中植入光纤光栅传感器，利用光栅波长变化对应变、温度的敏感性，可精准监测梁体应力分布及裂缝发展情况；在钢结构桥梁表面粘贴腐蚀传感器，能实时监测钢材腐蚀速率，为防腐维护提供依据。

2.2 人工智能辅助检测技术

人工智能技术与传统检测手段的结合，大幅提升了桥梁病害识别的效率与精度。基于机器视觉的检测方法通过无人机航拍、车载相机拍摄等方式获取桥梁表面图像，再利用深度学习算法对图像进行处理，自动识别裂缝、锈蚀、剥落等病害。相较于人工识别，该技术可实现大范围、高效率检测，且能量化病害尺寸、密度等参数，避免人为误差。

以混凝土桥梁裂缝检测为例，通过构建卷积神经网络（CNN）模型，对大量裂缝图像样本进行训练后，模型可自动提取裂缝特征，识别精度可达 95% 以上，同时能区分裂缝与表面污渍、划痕等干扰因素。

2.3 无损检测技术的创新应用

无损检测技术因其不破坏结构的优势，在桥梁检测中得到广泛应用，且不断涌现出新的技术成果。超声波检测技术通过发射超声波并接收反射信号，可检测混凝土内部空洞、钢筋位置及钢结构焊缝缺陷；回弹法与钻芯法相结合，能更准确地评定混凝土强度；红外热成像技术则利用不同材料或结构缺陷处的温度差异，实现对混凝土剥落、钢结构锈蚀等病害的非接触式检测。

近年来，探地雷达技术在桥梁检测中的应用逐渐成熟，通过发射高频电磁波并分析反射波特征，可探测桥面铺装层厚度、内部脱空及钢筋分布情况，为桥面维修养护提供详细数据。多种无损检测技术的组合应用，可实现对桥梁结构从表面到内部的全方位检测，构建完整的病害数据库。

3 既有城市桥梁结构加固修复关键技术

3.1 混凝土桥梁加固技术

（1）碳纤维复合材料（CFRP）加固技术

碳纤维复合材料具有高强度、轻质、耐腐蚀等优点，已成为混凝土桥梁加固的主流技术之一。通过在混凝土梁体受拉区粘贴CFRP 布或板，可有效提高构件抗弯承载能力；在梁体侧面粘贴CFRP 布，能增强其抗剪性能；对于柱式桥墩，采用CFRP 环向包裹的方式，可提升其抗震性能。与传统的粘钢加固技术相比，CFRP 加固施工简便、自重增加小，且耐腐蚀性强，适用于潮湿、腐蚀性环境下的桥梁加固。

（2）体外预应力加固技术

体外预应力加固技术通过在梁体外部设置预应力钢束，利用预应力产生的反弯矩抵消部分荷载弯矩，从而提高梁体承载能力。该技术适用于因荷载等级提高或结构损伤导致承载能力不足的混凝土桥梁，尤其在连续梁、简支梁的加固中应用广泛。体外预应力钢束布置灵活，可根据桥梁实际受力状况调整，且后期维护方便，若钢束出现损伤可及时更换。

（3）混凝土表面修复技术

针对混凝土表面裂缝、剥落等病害，可采用裂缝灌浆、表面修补等技术进行处理。对于宽度小于 0.15mm 的细微裂缝，采用环氧树脂灌浆材料进行低压灌浆，可有效封堵裂缝，阻止水分及腐蚀性介质侵入；对于宽度较大的裂缝，可先凿除裂缝周围破损混凝土，再采用高性能修补砂浆填充，必要时植入钢筋网片增强界面粘结力。混凝土表面修补材料需与原混凝土具有良好的相容性，确保修补后结构外观及性能统一。

3.2 钢结构桥梁加固技术

（1）防腐加固技术

钢结构桥梁的防腐加固以涂层修复和阴极保护为主。对于涂层老化、剥落的构件，先彻底清除表面锈蚀及旧涂层，再涂刷底漆、中间漆及面漆，形成多层防护体系。新型纳米改性防腐涂料具有更强的附着力和耐腐蚀性，使用寿命较传统涂料延长 3~5 年。对于水下或潮湿环境中的钢结构构件，可采用牺牲阳极阴极保护技术，通过在构件表面连接锌合金阳极，利用阳极腐蚀保护钢材不受侵蚀。

（2）疲劳损伤修复技术

针对钢结构疲劳裂纹，常用的修复方法包括焊接修补、钻孔止裂及粘贴CFRP 加固。焊接修补需先清除裂纹区域的损伤材料，再采用低氢焊条进行补焊，补焊后需进行应力消除处理，避免产生新的应力集中；钻孔止裂通过在裂纹尖端钻孔，阻止裂纹进一步扩展，适用于裂纹初期处理；粘贴 CFRP 加固则通过在裂纹区域粘贴 CFRP 布，利用其高强度分担构件应力，抑制裂纹发展，该技术施工便捷，对结构损伤小。

（3）节点连接加固技术

对于螺栓松动的节点，可采用扭矩扳手重新紧固，并涂抹防松胶防止再次松动；对于焊缝开裂的节点，需清除开裂焊缝，重新焊接，焊接过程中需控制焊接温度和速度，确保焊接质量。对于承载能力不足的节点，可增加螺栓数量或焊接连接板，增强节点连接刚度。

4 工程应用案例

随着城市桥梁老龄化加剧，结构病害问题日益突出。以某市解放大桥加固工程为例，该桥为三跨连续混凝土箱梁桥，建成于 2000 年，因长期超负荷运营，出现梁体跨中裂缝、钢筋锈蚀及支座老化等病害。检测阶段采用无人机航拍结合深度学习算法对裂缝进行识别，同时布设光纤光栅传感器监测梁体应变；加固阶段采用CFRP 布粘贴加固梁体受拉区，更换老化支座，并对混凝土表面裂缝进行灌浆处理。加固完成后，通过荷载试验验证，桥梁承载能力较加固前提升 30% ，结构变形量控制在规范允许范围内，运营状况良好。

另一案例为某市钢结构人行天桥加固工程，该桥因防腐涂层老化导致钢材锈蚀，连接节点螺栓松动。采用探地雷达检测钢结构内部损伤，通过喷砂除锈后涂刷纳米防腐涂料，并对松动螺栓重新紧固及增设连接板。加固后通过 6 个月的跟踪监测，钢结构锈蚀速率显著降低，节点连接性能稳定。

5 结束语

本文深入分析了混凝土与钢结构桥梁的典型病害及多因素成因，探讨了物联网、AI 辅助等新型检测技术，以及CFRP、体外预应力等加固技术的应用。工程案例验证了这些技术的有效性。未来需持续研发绿色环保材料与智能监测系统，构建数字孪生全生命周期管理模式，推动桥梁养护智能化转型，为城市交通基础设施安全高效运行提供更坚实的技术保障。

参考文献：

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