空腹式雙曲拱橋檢測試驗評定報告

1、第一部分 橋梁概述1.1 前言隨著我國交通運(yùn)輸事業(yè)的迅速發(fā)展，以公路橋梁為代表的建筑物日益增多。由于目前在役橋梁中有很大部分橋梁的建橋時間較長、橋梁原有的設(shè)計荷載等級較低，已明顯不滿足現(xiàn)行的使用荷載要求。鑒于上述諸多不利因素的影響，大部分舊橋的使用功能和承載力已明顯下降，橋梁的完好性發(fā)生了不同程度的破壞，結(jié)構(gòu)存在著嚴(yán)重的安全隱患。近年來，由于橋梁破損、承載力下降等造成的安全事故時有發(fā)生，已對人民生命財產(chǎn)造成了嚴(yán)重的威脅。國家和地方的各級公路管養(yǎng)部門對此給予了高度的重視。雙曲拱橋是我國獨創(chuàng)的一種結(jié)構(gòu)形式，曾經(jīng)在上世紀(jì)的6080年代在全國范圍內(nèi)普遍進(jìn)行過推廣。由于該結(jié)構(gòu)具有外形美觀、受力合理、造價

2、低廉、施工方便等諸多優(yōu)點，曾經(jīng)得到了一致的肯定。但是，由于當(dāng)時的設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)較低、使用時間較長、近年來交通量巨增等多種因素，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了不同程度的病害，存在著嚴(yán)重的安全隱患，因此，對雙曲拱橋的加固是一個重要而又迫切的任務(wù)。2006年7月，由XXXX省交通廳公路管理局主持，由阜新市公路處、XXXX工程技術(shù)大學(xué)、XXXX省交通高等專科學(xué)校共同承擔(dān)了“雙曲拱橋加固技術(shù)”的科研課題，并以XXXX縣XXXX線XXXX橋作為依托工程進(jìn)行了相關(guān)的設(shè)計、施工及荷載試驗。該課題借鑒了以往的雙曲拱橋加固的加固經(jīng)驗和設(shè)計理論，同時又提出了新的設(shè)計理念和新的嘗試，收到了良好的加固效果。目前，加固設(shè)計、加固施工、荷載試驗

3、工作已全部完成。1.2 橋梁概述XXXX橋位于XXXX省XXXX縣XXXX線上，二十世紀(jì)八十年代竣工。該橋全長63.4米，橋跨結(jié)構(gòu)為2-20+2-5米，空腹式雙曲拱橋，重力式混凝土橋臺、橋墩，沉井基礎(chǔ)。XXXX橋原橋主拱圈的拱軸線為懸鏈線形式，矢跨比為1/5，拱軸系數(shù)為2.814。橫向六肋五波，總寬度為7.94米?？崭故焦吧辖ㄖ?。橋面寬度為凈7+2×1m，墩臺頂部設(shè)伸縮裝置。原橋設(shè)計荷載為汽-10，掛-50。原XXXX橋設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)較低，近年來重型車輛和超載車比較多，加之材料老化等原因，導(dǎo)致腹拱圈開裂，嚴(yán)重危及行車安全。所以該橋受阜新市交通局公路管理處的委托，由XXXX工程技術(shù)大學(xué)于

4、2007年7月對該橋進(jìn)行加固設(shè)計，加固設(shè)計主要針對主拱圈和拱上建筑，采用錨噴混凝土的施工工藝，在原橋拱肋馬蹄處，沿橋?qū)捄蜆蜷L做整體混凝土底板，把原拱橋結(jié)構(gòu)改變?yōu)橄湫谓Y(jié)構(gòu)；將拱上填料和損壞的腹拱圈全部拆除，按照原腹拱圈規(guī)格現(xiàn)澆腹拱圈。加固維修后新橋設(shè)計荷載為汽-20，掛-100。加固施工已于2007年9月全部完成結(jié)束，加固后的橋梁已正常投入使用。XXXX橋加固后全橋如照片1-1所示。照片1-1XXXX橋為了全面了解加固后XXXX橋的使用情況，掌握該橋的結(jié)構(gòu)狀況，同時對XXXX橋提載加固效果（包含加固設(shè)計、加固施工）進(jìn)行準(zhǔn)確的評估，XXXX省交通高等專科學(xué)校公路工程質(zhì)量檢測中心于2007年11月對

5、XXXX橋橋進(jìn)行檢測評估。第二部分 一般檢查2.1 檢測目的通過對現(xiàn)有橋梁結(jié)構(gòu)狀況進(jìn)行現(xiàn)場檢查，收集數(shù)據(jù)，全面、科學(xué)地評價目前橋梁的性能以及橋梁的加固效果，為橋梁現(xiàn)階段的安全運(yùn)營及以后的維護(hù)提供技術(shù)依據(jù)。2.2 檢測依據(jù)（1）公路舊橋承載能力鑒定辦法（試行），1988（2）公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)，JTJ071-98（3）公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，JTG B01-2003（4）公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范，JTG H11-2004（5）XXXX線XXXX橋加固提載設(shè)計說明書，2007年7月（6）XXXX線XXXX橋加固施工圖設(shè)計，2007年7月2.3 主要檢測儀器設(shè)備表2-1 主要檢查儀器及設(shè)備一覽表序號儀器設(shè)備

6、產(chǎn)地用途1裂縫顯微鏡國產(chǎn)裂縫檢查2望遠(yuǎn)鏡國產(chǎn)外觀檢查3照相機(jī)SONY紀(jì)錄2.4 結(jié)構(gòu)外觀檢測2.4.1 橋面系重做橋面鋪裝采用C30鋼筋混凝土，路緣處厚10cm，路中線上厚17cm，預(yù)留向兩側(cè)的2%橫坡，然后在混凝土上鋪設(shè)3cm厚瀝青混凝土耐磨層，橋面鋪裝沿縱橋向不設(shè)縱向伸縮縫，僅在各墩中心處設(shè)置一橫縫，縫寬2cm，并用瀝青麻絲填滿填實；拆除部分防護(hù)欄桿，按原圖紙修復(fù)。經(jīng)外觀普查發(fā)現(xiàn)，新做的橋面鋪裝平整度較好，無破損、網(wǎng)裂等情況；人行道、路緣石均完好；墩頂設(shè)伸縮用橫縫（照片2-12-3）。照片2-1路面完好 照片2-2 墩頂設(shè)伸縮用橫縫照片2-3 欄桿及人行道2.4.2 上部結(jié)構(gòu)對主拱圈加固采

7、用錨噴混凝土施工工藝，在原拱肋馬蹄處 14cm厚的混凝土底板，將拱形截面的主拱圈改變?yōu)橄湫谓孛?；拆除部分腹拱立墻及實腹段?cè)墻，重新用砂漿修復(fù)。經(jīng)外觀普查發(fā)現(xiàn)，加固后主拱圈底面平整，未見明顯裂縫，新砌的腹拱立墻與實腹段側(cè)墻石料規(guī)則、鑲面平整、外觀美觀。（照片2-42-7）。照片2-4 新砌實腹段側(cè)墻 照片2-5 新錨噴主拱圈底面照片2-6 拱背 照片2-7 腹拱立墻2.4.3 下部結(jié)構(gòu)經(jīng)加固設(shè)計單位實地考察和后期計算，橋墩臺沒有結(jié)構(gòu)性損傷，故未列入加固范疇。經(jīng)外觀普查發(fā)現(xiàn)，橋墩臺墩身未發(fā)現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，無裂縫、無明顯病害（照片2-8 2-9）。照片2-8 1#橋墩 照片2-9 1#橋墩立面2.5 一

8、般調(diào)查小結(jié)（1）新做的橋面鋪裝平整度較好，無破損、網(wǎng)裂等情況；人行道、路緣石均完好；墩頂設(shè)伸縮用橫縫；（2）加固后主拱圈底面平整，未見明顯裂縫，新砌的腹拱立墻與實腹段側(cè)墻石料規(guī)則、鑲面平整、外觀美觀；（3）橋墩臺墩身未發(fā)現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，無裂縫、無明顯病害；第三部分 荷載試驗3.1 試驗?zāi)康臋z驗橋梁結(jié)構(gòu)是否滿足設(shè)計荷載要求，了解其整體工作性能，為橋梁現(xiàn)階段的安全運(yùn)營及以后的維護(hù)提供技術(shù)依據(jù)。3.2 試驗依據(jù)（1）公路舊橋承載能力鑒定辦法（試行），1988（2）公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)，JTJ071-98（3）公路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，GB/T50283-1999（4）公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范，（J

9、TJ 021-89）（5）公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，JTG B01-2003（6）公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范，（JTJ02385）（7）公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范，（JTG D622004）（8）XXXX線XXXX橋加固提載設(shè)計說明書，2007年7月（9）XXXX線XXXX橋加固施工圖設(shè)計，2007年7月3.3 主要檢測儀器設(shè)備表3-1 主要檢測儀器及設(shè)備一覽表序號儀器設(shè)備產(chǎn)地用途1TDS-602日本靜態(tài)應(yīng)變測量2SDA-830C日本動態(tài)數(shù)據(jù)采集3加速度傳感器日本動態(tài)信號響應(yīng)4INV306DF國產(chǎn)動態(tài)信號采集分析5應(yīng)變傳感器國產(chǎn)靜態(tài)信號響應(yīng)6動撓度傳感器日本動撓度測量7百分

10、表國產(chǎn)靜態(tài)撓度測量3.4 測試截面根據(jù)本次檢測的外觀普查結(jié)果，并結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)的荷載試驗要求，選擇第2孔作為荷載試驗孔，并采用橋梁結(jié)構(gòu)分析專用程序進(jìn)行靜、動力分析，從而確定以拱橋跨中截面、1L/4截面及拱腳截面作為應(yīng)變的測試截面，以1L/4截面及跨中截面作為撓度的測試截面，以第2孔跨中截面做為動態(tài)測試截面。測試截面布置如圖3-1所示。圖3-1 測試截面布置示意圖3.5 測點布置3.5.1 應(yīng)變測點在主拱圈底面布置應(yīng)變測點，布置于拱腳截面、1L/4截面及跨中截面，沿縱橋向布置于-、-及-斷面。應(yīng)變測點共布置22個，編號從1#-22#。測試斷面應(yīng)變測點布置如圖3-23-4所示。圖3-2 -斷面應(yīng)變測

11、點布置示意圖圖3-3 -斷面應(yīng)變測點布置示意圖圖3-4 -斷面應(yīng)變測點布置示意圖3.5.2 撓度測點在主拱圈底面布置撓度測點，沿縱橋向布置于-及-斷面。撓度測點共布置12個，編號從1-12。測試斷面撓度測點布置如圖3-53-6所示。圖3-5 -斷面撓度測點布置示意圖圖3-6 -斷面撓度測點布置示意圖3.5.3 動態(tài)測點為了測試結(jié)構(gòu)動態(tài)特性，在測試截面跨中布置加速度拾振器，布設(shè)的具體位置如圖3-7所示。圖3-7 動態(tài)測點布置示意圖其中：ch0設(shè)置在跨中截面動加速度拾振器； ch1設(shè)置在跨中截面動撓度拾振器；3.6 試驗荷載3.6.1 靜力荷載試驗根據(jù)公路舊橋承載能力鑒定辦法（試行）的規(guī)定，一般采

12、用基本荷載，靜力試驗荷載的效率系數(shù)q取值范圍為1.05q0.8。式中：Sstat 靜載試驗荷載作用下控制截面內(nèi)力計算值；S控制荷載作用下控制截面最不利內(nèi)力計算值；按規(guī)范采用的沖擊系數(shù)，平板掛車、履帶車、重型車輛取用0。為了保證試驗的有效性，根據(jù)各測試截面的內(nèi)力與撓度影響線，按最不利位置加載，在保證各測試截面試驗荷載效率系數(shù)至少達(dá)到0.80以上的條件下，試驗前對每輛車嚴(yán)格過磅，記錄下各輛車的實際總重、軸重和軸間距，具體見表3-2所示。結(jié)構(gòu)分析按表中的參數(shù)取平均值計算。車型及荷載示意圖如圖3-8所示。表3-2 XXXX橋試驗荷載車數(shù)據(jù)加載等級車牌號車輛總重中后軸前軸平均總重平均中后前軸中軸后軸40

13、t 19158403.60 304.80 98.80 405.30 301.60 103.70 150.80 150.80 11791407.00 298.40 108.60 35t14994352.60 269.00 83.60 351.20 264.30 86.90 132.15 132.15 22807349.80 259.60 90.20 30t19158295.40 222.60 72.80 293.90 224.00 69.90 112.00 112.00 11791292.40 225.40 67.00 圖3-8 車型、荷載示意圖本次試驗的荷載效率見表3-3：表3-3 40t時靜

14、載試驗效率系數(shù)控制截面項目40噸試驗荷載效應(yīng)（kN·m或kN）荷載效應(yīng)（kN·m）效率系數(shù)（%）相當(dāng)汽車-20級/拱頂（1/2）彎矩5284520.98軸力8908340.903.6.2 動力荷載試驗 XXXX橋取一輛350KN試驗車輛荷載作為動力試驗荷載。3.7 試驗工況和加載方法3.7.1 靜力荷載試驗（1）試驗工況根據(jù)橋梁在實際受力下的最不利情況，采用雙車加載，共分三級荷載，40t及35t級荷載分為6個工況，30t級荷載分為3個工況，只做中載。具體荷載及工況如下：工況1：第2孔加載，縱向按拱腳截面最不利位置布載，橫向為偏載；荷載布置如圖3-9所示；工況2：第2孔加載，

15、縱向按1/4跨截面彎矩和撓度最不利位置布載，橫向為偏載；荷載布置如圖3-10所示；工況3：第2孔加載，縱向按跨中截面彎矩和撓度最不利位置布載，橫向為偏載；荷載布置如圖3-11所示；工況4：第2孔加載，縱向按拱腳截面最不利位置布載，橫向為中載；荷載布置如圖3-12所示；工況5：第2孔加載，縱向按1/4跨截面彎矩和撓度最不利位置布載，橫向為中載；荷載布置如圖3-13所示；工況6：第2孔加載，縱向按跨中截面彎矩和撓度最不利位置布載，橫向為中載；荷載布置如圖3-14所示；表3-5 加載工況工況噸位橫向位置加載位置備注140偏載拱腳19158、11791240偏載1/4跨19158、11792340偏載

16、跨中19158、11793440中載拱腳19158、11796540中載1/4跨19158、11796640中載跨中19158、11796735偏載拱腳14994、22807835偏載1/4跨14994、22808935偏載跨中14994、228091035中載拱腳14994、228101135中載1/4跨14994、228111235中載跨中14994、228121330中載拱腳19158、117911430中載1/4跨19158、117921530中載跨中19158、11793圖3-9 工況1試驗荷載布置圖圖3-10 工況2試驗荷載布置圖圖3-11 工況3試驗荷載布置圖圖3-12 工況4試

17、驗荷載布置圖圖3-13 工況5試驗荷載布置圖圖3-14 工況6試驗荷載布置圖（2）試驗過程 準(zhǔn)備工作、試驗前對試驗橋逐孔查看，并根據(jù)計算分析及現(xiàn)場實際情況選取試驗孔，清理橋面，標(biāo)記加載位置及測點布設(shè)位置；、試驗前，按照試驗方案租用試驗車輛并量取試驗車輛原始數(shù)據(jù)，試驗車裝載過磅，記錄車輛軸重及總重；、對試驗孔按試驗方案中應(yīng)變和撓度測點布置方式進(jìn)行放樣，在梁底安裝應(yīng)變傳感器，同時布設(shè)撓度百分表；、安裝測試儀器及傳感器連接導(dǎo)線，調(diào)試儀器，檢查各傳感器及百分表工作情況，確保處于良好工作狀態(tài)；、進(jìn)行預(yù)加載，進(jìn)一步檢查傳感器、百分表讀數(shù)、反應(yīng)是否正常靈敏，一切沒有問題后，封閉交通，按試驗方案工況位置進(jìn)行試

18、驗。 荷載試驗、對每一工況的每一次加載，試驗車輛就位后，關(guān)閉發(fā)動機(jī)并持續(xù)5分鐘以上，待數(shù)據(jù)完全穩(wěn)定后進(jìn)行記錄，卸載10分鐘以上再進(jìn)行下一級工況加載，以便使結(jié)構(gòu)彈性變形得以恢復(fù)，減小結(jié)構(gòu)塑性殘余變形；、各工況按方案確定的荷載等級分級加載；、嚴(yán)格按設(shè)計的加載程序進(jìn)行加載，荷載的大小、截面內(nèi)力的大小應(yīng)由小到大逐漸增大，并隨時做好停止加載和卸載的準(zhǔn)備。3.7.2 動力荷載試驗動載試驗分為脈動試驗和強(qiáng)迫振動試驗，強(qiáng)迫振動試驗為跑車試驗工況。車輛按不同車速，分不同情況通過試驗孔，對橋梁進(jìn)行動態(tài)激振。工況：無障礙行車，一輛350kN試驗車以不同速度（20、30、40km/h）勻速通過第二孔，完成跑車試驗；3

19、.8 試驗成果3.8.1 靜力荷載試驗結(jié)果本橋主橋結(jié)構(gòu)分析采用結(jié)構(gòu)計算軟件橋梁博士Dr.Bridge進(jìn)行計算。采結(jié)構(gòu)離散如圖3-15。圖3-15 結(jié)構(gòu)單元離散圖（2）試驗數(shù)據(jù)分析 撓度分析試驗荷載作用下，各工況撓度理論值和實測值的比較，見表3-63-8，百分表在各工況撓度分布圖見圖3-163-19；試驗孔在各級荷載作用下?lián)隙葯M向分布見圖3-203-21。表3-6 40t加載時XXXX橋撓度校核表（單位：mm）加載工況加載位置測點號試驗值殘余變形計算值校驗系數(shù)-0.270.00-0.030.02-0.070.090.030.020.10-0.01表3-7 35t加載時XXXX橋撓度校核表（單位：

20、mm）加載工況加載位置測點號試驗值殘余變形計算值校驗系數(shù)0.040.000.00-0.02-0.02-0.040.000.190.040.02表3-8 30t加載時XXXX橋撓度校核表（單位：mm）加載工況加載位置測點號試驗值殘余變形計算值校驗系數(shù)圖3-16 1/4跨偏載時撓度對比圖圖3-17 1/4跨中載時撓度對比圖圖3-18跨中偏載時撓度對比圖圖3-19跨中中載時撓度對比圖圖3-20 1/4跨中載時百分表在各級荷載下?lián)隙葘Ρ葓D圖3-21 跨中中載時百分表在各級荷載下?lián)隙葘Ρ葓D 應(yīng)變分析試驗荷載作用下各工況應(yīng)變值見表3-93-11, 試驗孔在各級荷載作用下?lián)隙葯M向分布見圖3-223-27。表

21、3-9 40t時XXXX橋應(yīng)變校核表（單位：1微應(yīng)變1e6應(yīng)變）加載工況加載位置測點號試驗值殘余應(yīng)變計算值校驗系數(shù)-0.8 1.4 -1.9 17.2 -5.3 0.3 2.2 -1.7 -2.5 0.3 -1.4 2.5 6.1 -0.6 6.1 4.4 1.1 2.2 5.3 2.5 5.8 7.8 2.5 3.9 0.8 3.6 0.3 2.8 1.7 3.1 2.2 4.7 1.1 4.4 1.7 4.7 2.2 0.6 3.1 1.4 3.6 3.1 2.5 2.8 表3-10 35t時XXXX橋應(yīng)變校核表（單位：1微應(yīng)變1e6應(yīng)變）加載工況加載位置測點號試驗值殘余應(yīng)變計算值校驗系數(shù)

22、-0.6-1.9-4.4-1.9-3.30.80.61.10.01.1-0.31.44.4-0.83.11.11.11.92.80.03.32.51.11.41.43.32.20.81.91.94.73.10.041.43.11.10.30.60.81.72.5-0.32.0表3-11 30t時XXXX橋應(yīng)變校核表（單位：1微應(yīng)變1e6應(yīng)變）加載工況加載位置測點號試驗值殘余應(yīng)變計算值校驗系數(shù)0.6 0.3 -0.6 0.8 -0.6 2.2 3.6 0.8 3.3 2.8 1.4 1.9 1.4 4.2 1.7 0.6 1.9 1.1 3.9 4.2 1.1 3.3 圖3-22 拱腳偏載時應(yīng)變

23、對比圖圖3-23 拱腳中載時應(yīng)變對比圖圖3-24 1/4跨偏載時應(yīng)變對比圖圖3-25 1/4跨中載時應(yīng)變對比圖圖3-26 跨中偏載時應(yīng)變對比圖圖3-27 跨中中載時應(yīng)變對比圖3.8.2 動力荷載試驗結(jié)果（1）自振頻率及振型 前兩階振型圖（圖3-283-29）圖3-28 一階振型圖（f=6.107Hz）圖3-29 二階振型圖（f=8.181Hz） 自振頻率比較試驗荷載下，XXXX橋頻譜圖如圖3-30所示。經(jīng)數(shù)據(jù)分析，得到上部結(jié)構(gòu)一階頻率實測值為2.930 HZ，小于計算值6.107HZ。圖3-30 第二跨跨中實測基頻自譜分析（2）強(qiáng)迫振動 強(qiáng)迫振動時程曲線（圖3-313-33）。圖3-31 20

24、km/h跑車跨中強(qiáng)迫振動圖3-32 30km/h跑車跨中強(qiáng)迫振動圖3-33 40km/h跑車跨中強(qiáng)迫振動 沖擊系數(shù)將跑車工況中測得控制截面的最大動撓度與相應(yīng)的靜撓度（撓度中值）相比，得到?jīng)_擊系數(shù)如下：跑車速度20km/h：1+=1.072跑車速度30km/h：1+=1.103跑車速度40km/h：1+=1.069。沖擊系數(shù)的實測值與理論值比較見表3-12。3-12 沖擊系數(shù)實測值及理論值測試孔沖擊系數(shù)1+實測值（平均值）理論值第二跨1.0821.1883.9 荷載試驗小結(jié)（1） 在40t荷載作用下，各測試截面各工況應(yīng)變校驗系數(shù)值在29.8%98.2%之間；各測試截面各工況撓度校驗系數(shù)值在45%64.4%之間；（2） 在35t荷載作用下，各測試截面各工況應(yīng)變校驗系數(shù)值在31.8%101.2%之間；各測試截面各工況撓度校驗