大橋檢測(cè)加固設(shè)計(jì)管理論文
時(shí)間：2022-07-09 04:44:00
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摘要：本文著重對(duì)馮官屯大橋的病害進(jìn)行詳細(xì)檢測(cè)及分析，根據(jù)結(jié)果提出針對(duì)性加固設(shè)計(jì)方案，并對(duì)加固前后結(jié)構(gòu)性能、狀況進(jìn)行了比較。
關(guān)鍵詞：橋梁病害檢測(cè)試驗(yàn)加固設(shè)計(jì)效益
馮官屯大橋位于104國(guó)道河北省滄州市境內(nèi)，橋梁全長(zhǎng)183.9米，橋?qū)挒閮?+2×0.5米人行道。橋梁上部構(gòu)造為13孔跨徑14.1米的鋼筋混凝土工字梁微彎板組合梁橋每孔5片主梁，中距1.60米，無(wú)橫隔梁，梁端設(shè)瀝青油毛氈支座，鋼筋混凝土擺柱式支座和弧形鋼板支座，橋梁下部為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，單排雙柱式橋墩，T形蓋梁墩臺(tái)。
該橋于1966年建成，設(shè)計(jì)荷載為汽—13，掛—60，通車運(yùn)營(yíng)30年來(lái)為當(dāng)?shù)氐膰?guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展作出巨大貢獻(xiàn)。但隨著交通量的日益增大，重型車過(guò)橋增多，橋梁適應(yīng)度明顯不足，技術(shù)狀況有所降低，至檢測(cè)加固前已限載限速通行。
為了徹底了解橋梁現(xiàn)有的病害及缺損狀況，確定橋梁現(xiàn)有承載能力，為橋梁的適應(yīng)度改善和維修加固提供確切的技術(shù)依據(jù)，滄州市交通局委托有關(guān)部門對(duì)馮官屯大橋進(jìn)行了全面的質(zhì)量檢測(cè)和承載力試驗(yàn)鑒定。現(xiàn)將過(guò)程簡(jiǎn)述如下：
一、質(zhì)量檢測(cè)
（一）、現(xiàn)狀調(diào)查：
檢測(cè)人員通過(guò)目力借助物理量測(cè)工具對(duì)全橋上、下部構(gòu)造進(jìn)行了全面的表觀調(diào)查，結(jié)論如下：
1．橋面系及欄桿部分：橋面鋪裝損壞較嚴(yán)重，出現(xiàn)大量網(wǎng)裂、坑槽，縱縫，伸縮縫大都堵塞、凹陷或缺損，欄桿開(kāi)裂，混凝土剝落，露筋部位嚴(yán)重銹蝕，泄水管堵塞，橋面排水不暢。
2．工字梁微彎板：主梁跨中大部出現(xiàn)大量豎向裂縫，混凝土保護(hù)層剝落，受拉區(qū)主筋部分銹蝕。主梁端部出現(xiàn)斜裂縫，已發(fā)展到梁頂區(qū)域，部分少筋微彎板出現(xiàn)縱向裂縫，甚至斷裂。
3．支座、蓋梁橋墩：多數(shù)蓋梁有不同程度混凝土脹裂，鋼筋銹蝕，混凝土脫落現(xiàn)象，橋墩大都有脹裂現(xiàn)象，部分樁柱傾斜，油毛氈支座老化，已失去作用。
4．橋面縱向線形和橫坡：全橋跨中均有不同程度的下?lián)希黾恿诵熊嚨臎_擊系數(shù)，測(cè)得橋面橫坡為0.3%，小于設(shè)計(jì)值1.5%。
（二）、詳細(xì)檢查：
為了對(duì)橋梁作出切合實(shí)際的科學(xué)評(píng)價(jià)，在對(duì)橋梁作了一般表觀檢查后，又選取有代表性的12#孔進(jìn)行詳細(xì)檢查，檢查項(xiàng)目包括：
1．裂縫詳細(xì)檢查：
2．混凝土碳化深度檢查：平均碳化深度為L(zhǎng)=1.06cm。
3．混凝土強(qiáng)度檢查：利用超聲波測(cè)得平均聲速為3744.76m/s，說(shuō)明質(zhì)量較好。
4．混凝土保護(hù)層厚度及鋼筋分布：測(cè)得保護(hù)層平均厚度為2.675cm，不滿足《公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》中不小于3cm的要求。
5．氯離子含量測(cè)定。
6．鋼筋銹蝕檢測(cè)：根據(jù)主梁鋼筋暴露檢查與實(shí)測(cè)的電池電位確定為銹蝕。
7．結(jié)構(gòu)細(xì)部尺寸測(cè)量。
（三）、病害分析：
1．豎向裂縫是因正截面強(qiáng)度不足引起，原設(shè)計(jì)荷載較低，實(shí)際運(yùn)營(yíng)荷載已超出此標(biāo)準(zhǔn)，承載能力不足。
2．斜裂縫產(chǎn)生是因斜截面強(qiáng)度不足造成，特別是支點(diǎn)至1/8L處截面尺寸偏小。
3．原設(shè)計(jì)有2道中橫梁，施工時(shí)并未實(shí)施，使得整體橫向剛度太小，主梁扭轉(zhuǎn)變形約束不足，橫向彎矩全部由少筋微彎板承擔(dān)。
4．油毛氈和鋼支座基本失效，主梁縱向位移受到約束，一方面加劇了支座處主梁局部承壓區(qū)的混凝土安全性，為斜裂縫的開(kāi)展提供了可能，另一方面上構(gòu)附加力傳遞到墩臺(tái)上，使樁柱受力加大且不合理，樁柱產(chǎn)生較大變形。
二、荷載試驗(yàn)
通過(guò)全面質(zhì)量檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，主梁普遍保護(hù)層偏小，梁內(nèi)主筋處于銹蝕狀態(tài)，主筋表面存在大量結(jié)構(gòu)受力裂縫，不少裂縫基本貫穿全腹梁高度，為查明這些裂縫對(duì)主梁承載力所造成的影響，鑒定橋梁正常使用的承載能力，為病害處理和加固方案提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和技術(shù)資料，檢測(cè)人員進(jìn)行了靜、動(dòng)載試驗(yàn)，以確定橋梁在汽—15，掛—80和汽—20，掛—100荷載作用下的承載性能和抗力效應(yīng)，清楚橋梁的自振特性及其動(dòng)力響應(yīng)。試驗(yàn)中選取具有普遍病害代表性的11#—12#墩間結(jié)構(gòu)作為對(duì)象。
（一）、靜力荷載試驗(yàn)：
試驗(yàn)內(nèi)容：
1．檢測(cè)主梁跨中正截面抗力效應(yīng)及主梁豎向剛度。
2．評(píng)定主梁梁端斜截面抗剪強(qiáng)度。
3．檢測(cè)橋墩抵抗最大垂直荷載能力。
試驗(yàn)荷載：
車型
重量(KN)
車號(hào)
A2
A4
A6
A9
三軸太脫拉
前軸
49.7
53.0
57.8
57.8
中軸
117.8
113.45
114.15
108.85
后軸
117.8
113.45
114.15
108.85
總重
117.8
279.9
286.1
276.5
加載工況：
1.跨中最大正彎矩偏載最不利位置。
2.跨中最大正彎矩對(duì)稱布載最不利位置。
3.支點(diǎn)斜截面剪力偏載最不利位置。
4.支點(diǎn)斜截面剪力對(duì)稱布載最不利位置。
5.橋墩最大垂直力偏載最不利位置。
6.橋墩最大垂直力對(duì)稱布載最不利位置。
觀測(cè)項(xiàng)目：
1．主梁跨中截面下緣鋼筋應(yīng)力。
2．主梁跨中和支點(diǎn)變形以及橋墩沉降與蓋梁變形。
3．支點(diǎn)斜截面剪應(yīng)力。
4．控制截面裂縫受載擴(kuò)展情況。
試驗(yàn)結(jié)果及分析：
1．主梁跨中撓度：
工況
撓度值（mm）
1#
2#
3#
4#
5#
1
7.702
10.035
9.755
8.056
3.953
2
7.289
9.875
10.961
9.875
7.289
2．試驗(yàn)荷載下主梁橫向分布系數(shù)與理論計(jì)算值
工況
1#
2#
3#
4#
5#
1
實(shí)測(cè)
0.195
0.254
0.247
0.204
0.1000
理論值
0.4379
0.4765
0.5139
0.3880
0.1830
2
實(shí)測(cè)
0.165
0.224
0.249
0.216
0.149
理論值
0.3105
0.4332
0.5133
0.4332
0.3105
3．跨中各級(jí)荷載作用下主梁下緣混凝土應(yīng)變實(shí)測(cè)值(μξ)
工況
1#梁
2#
3#
4#
5#
1
305.92
388.48
387.50
340.84
156.88
2
280.32
380.56
413.03
386.97
253.14
4.由實(shí)測(cè)混凝土應(yīng)變推求的主梁鋼筋應(yīng)力(MPa)
工況
1#梁
2#
3#
4#
5#
1
64.24
81.58
81.38
71.58
32.95
2
58.87
79.92
86.74
81.26
53.16
5.支點(diǎn)試驗(yàn)實(shí)測(cè)主梁梁端主拉應(yīng)力（kg/m2）
工況
2#
3#
3
計(jì)算
10.87
10.57
實(shí)測(cè)
9.82
6.58
4
計(jì)算
9.58
10.65
實(shí)測(cè)
8.52
9.72
6.橋墩及蓋梁變形表(mm)
工況
上游側(cè)墩
蓋梁
下游側(cè)墩
5
0.258
0.415
0.173
預(yù)加載
0.134
0.33
0.178
結(jié)論：
1．實(shí)測(cè)的跨中荷載分布系數(shù)與理論值不相符，試驗(yàn)時(shí)邊梁橫向分布系數(shù)略大于理論值，但較為接近，由于中、邊梁采用等強(qiáng)度設(shè)計(jì)，這種不符無(wú)影響。
2．主梁的裂縫均屬于活動(dòng)性結(jié)構(gòu)裂縫，在試驗(yàn)荷載作用下，主梁的應(yīng)變基本服從平截面假定，實(shí)測(cè)中性軸高度略低于理論計(jì)算值，說(shuō)明參與主梁受拉混凝土的高度已較小，在保證主梁設(shè)計(jì)總體安全度的情況下，主梁無(wú)超載潛力可挖。
3．試驗(yàn)荷載下，實(shí)測(cè)主梁應(yīng)力結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)和撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.756~0.885和0.753~0.842之間，高于一般橋梁的0.55~0.60，此外主梁的開(kāi)裂雖滿足規(guī)范要求但跨中截面擴(kuò)展寬度較大，并伴隨有新的裂縫產(chǎn)生，殘余撓度介于10.21~17.86%，雖小于20%，但值較高。
4．在試驗(yàn)荷載作用下，主梁斜截面及橋墩沉降均可得到保證。
（二）、動(dòng)力荷載試驗(yàn)：
動(dòng)載試驗(yàn)實(shí)測(cè)一階豎向自振頻率為3.099HZ，滿足鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁橋不小于3.099HZ的要求，實(shí)測(cè)阻尼比較大為0.865%，高于混凝土結(jié)構(gòu)無(wú)裂縫界限0.5%，實(shí)測(cè)橋跨結(jié)構(gòu)沖擊系數(shù)為1+μ=1.235，接近理論計(jì)算值1.23475，由此表明：橋跨結(jié)構(gòu)動(dòng)力性能一般。
三、承載力驗(yàn)算
馮官屯大橋位于104國(guó)道上，是進(jìn)出京津的主要通道，交通量大，重車多，原橋設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，適應(yīng)度明顯不足，因此有必要對(duì)大橋主要承重結(jié)構(gòu)通行汽—20，掛—100的可行性進(jìn)行評(píng)估驗(yàn)算。
驗(yàn)算內(nèi)容包括：主梁正截面強(qiáng)度，支點(diǎn)斜截面抗剪強(qiáng)度，主梁剛度及裂縫寬度，蓋梁正截面強(qiáng)度，樁基垂直承載力分析以及支座驗(yàn)算：
通過(guò)承載驗(yàn)算，結(jié)論如下：
1．馮官屯大橋工字梁微彎板組合梁主要承重構(gòu)件控制截面的強(qiáng)度、剛度、裂縫寬度以及樁基承載力都能滿足汽—15，掛—80的荷載要求，但其支點(diǎn)截面尺寸不能滿足抗剪要求，跨中截面不能滿足汽—15掛—80荷載要求，應(yīng)增加配筋。
2．主梁支點(diǎn)截面的抗剪強(qiáng)度，蓋梁的正截面強(qiáng)度和主梁的剛度，裂縫寬度均能滿足汽—20，掛—100的荷載要求。
3．鋼筋混凝土擺柱式支座，除擺柱正截面強(qiáng)度不能滿足掛—80荷載要求外，其它各項(xiàng)驗(yàn)算指標(biāo)均能滿足汽—15，掛—80荷載要求。
4．弧形鋼板支座各項(xiàng)驗(yàn)算指標(biāo)均能滿足汽—15，掛—80荷載要求。
四、加固設(shè)計(jì)
根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)論及病害分析，又考慮到舊橋東側(cè)為一新建梁橋，兩橋之間的結(jié)合問(wèn)題，具體加固措施為：
1．拆除舊橋梁端部懸臂板，新舊橋間增設(shè)一道寬主梁至新橋邊緣，下部增加一根樁，新舊橋之間僅留施工縫；加大端主梁尺寸，并增設(shè)一道中橫梁，以增大整體橫向剛度，改善荷載橫向分布，使邊主梁承擔(dān)較大荷載，從而對(duì)內(nèi)主梁起卸載作用，以滿足汽—20級(jí)正截面強(qiáng)度需要。
2．增大梁端截面尺寸，以滿足斜截面強(qiáng)度對(duì)截面尺寸的要求，提高斜截面抗剪強(qiáng)度。
3．內(nèi)主梁受力鋼筋除銹，加補(bǔ)新保護(hù)層。
4．更換破損的少筋微彎板。
5．全部更換油毛氈支座為板式橡膠支座，并對(duì)鋼支座進(jìn)行改造，以消除溫度等因素引起的附加內(nèi)力，同時(shí)使主梁縱向變形不受約束，減輕下部結(jié)構(gòu)的負(fù)擔(dān)，改善主梁局部受力性能。
6．樁柱變形過(guò)大處增設(shè)橫向聯(lián)系承臺(tái)，既可限制樁柱水平位移，又可限制豎向位移，使病害樁共同受力。
7．由于加固后上部恒載增加，蓋梁端部負(fù)彎矩增加，可采取局部加強(qiáng)措施。
8．橋面系及其它部位改造。
五、效益分析：
馮官屯大橋改造加固工程于1998年8月動(dòng)工,經(jīng)過(guò)二個(gè)月緊張施工,與同年10月竣工,運(yùn)營(yíng)三年來(lái),各方面反映良好,達(dá)到了預(yù)期目的。
該加固工程的特點(diǎn)是：一、在適當(dāng)增加原有橋跨結(jié)構(gòu)恒載的前提下充分發(fā)揮了原橋跨結(jié)構(gòu)的內(nèi)在潛力，提高了荷載等級(jí)和橋梁適應(yīng)度。二、新舊橋并聯(lián)成一體后，改變了原來(lái)“橋?qū)捖氛钡臓顩r，從根本上改變了行車性能，增加了通行能力。三、通過(guò)對(duì)該橋的全面評(píng)定為今后的日常管理、定期養(yǎng)護(hù)及使用控制提供了可靠依據(jù)。四、該加固工程施工簡(jiǎn)捷、工期短、造價(jià)低，平均造價(jià)為6840元/延米，約為新建同類橋梁投資的34%，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。五、該加固工程的成功實(shí)施為今后橋梁建設(shè)和橋梁養(yǎng)護(hù)探索了一條可行之路，其具有廣闊的發(fā)展前景。