橋梁檢測的重要意義

1、摘 要隨著我國交通事業(yè)的迅猛發(fā)展，橋梁作為交通中的重要一環(huán)，在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的過程中起著非常重要的左右。近年來，國內(nèi)興建了各式各樣的橋梁，這些橋梁在建設(shè)和使用過程中都需要對其進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，以確保建設(shè)的順利進(jìn)行和安全使用。如今的各類橋梁，由于各種因素的影響，會不同程度的出現(xiàn)一些問題，如承載力，剛度以及耐久性降低等，影響其壽命，甚至嚴(yán)重的發(fā)生坍塌事故。因此都既有橋梁的安全性進(jìn)行評估具有十分重要的意義。橋梁試驗(yàn)在橋梁結(jié)構(gòu)健康檢測中起了重要的作用，其目的是通過試驗(yàn)，掌握橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài)，判斷橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力和使用條件，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量。本文通過現(xiàn)場靜載和動載試驗(yàn)，結(jié)合理論分析，確定魏荊輸油管道漢江

2、管橋的實(shí)際承載力水平和動力特性。并結(jié)合其他檢測，綜合分析評價橋梁的技術(shù)狀況，對橋梁的運(yùn)營現(xiàn)狀提出正確合理的結(jié)論，并為今后的維修、加固補(bǔ)強(qiáng)提供了詳實(shí)的技術(shù)資料。本文在如下幾個方面進(jìn)行了理論和試驗(yàn)研究，并取得了一些研究成果： 1）基于ANSYS建立了橋梁結(jié)構(gòu)有限元模型，其中包括結(jié)構(gòu)總體模型和鋼橋塔模型，進(jìn)行了理論上的分析；2）通過橋梁結(jié)構(gòu)理論計(jì)算結(jié)果和實(shí)測結(jié)果的比較，同時結(jié)合其他檢測手段，對橋梁的健康狀況進(jìn)行了評估。關(guān)鍵詞：橋梁結(jié)構(gòu)；靜動載試驗(yàn)；ANSYS; 有限元AbstractWith the rapid development of China's transport, traffi

3、c in the bridge as an important part of the process of economic development plays a very important or so. In recent years, to the construction of a wide variety of bridges, these bridges in the construction and use of the process requires for its real-time monitoring to ensure the smooth progress of

4、 construction, and safe to use. Today, various types of bridges, due to various factors, there will be some problems in varying degrees, such as carrying capacity, rigidity and durability and decreased, affecting the life, or even the occurrence of a serious collapse. Therefore, all existing bridges

5、 to assess the safety of great significance.Bridge test in the health monitoring of bridge structures play an important role, the purpose of the experiment, to grasp the actual bridge structure, working conditions, determine the bearing capacity of the bridge structure and terms of use, test design

6、and construction. Through on-site static and dynamic tests, combined with theoretical analysis to determine the pipeline Jing Wei Han River Bridge, the actual capacity of the level of control and dynamic characteristics. Combined with other testing, comprehensive analysis and evaluation of technical

7、 condition of the bridge, the bridge operator on the status quo of the right reasonable conclusion, and future maintenance, reinforcement provides detailed technical information.In this paper, the following several aspects of the theoretical and experimental research, and made some research: 1) the

8、establishment of a bridge structure based on ANSYS finite element model, including structural steel bridge tower model of the overall model and carried out theoretical analysis; 2) through the bridge theoretical results and comparison of experimental results, combined with other detection methods, t

9、he health status of the bridge was evaluated.Keywords: Bridge structure; Static and dynamic test; ANSYS; Finite element目 錄摘 要IAbstractII第一章 緒 論11.1 橋梁檢測的目的與意義11.2 橋梁結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)研究11.2.1 靜載試驗(yàn)概述21.2.2 靜載試驗(yàn)限值及評價方法21.3 橋梁結(jié)構(gòu)動載試驗(yàn)研究31.3.1 動載試驗(yàn)概述31.3.2 橋梁結(jié)構(gòu)動力性能的分析評價41.4 本文的主要研究內(nèi)容5第二章 工程概況、檢測依據(jù)和檢測方案62.1 魏荊輸油管道漢江管橋

10、概況概況62.2 檢測評定的目的和依據(jù)82.2.1 檢測評定的目的82.2.2 檢測評定的依據(jù)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)82.3 檢測內(nèi)容、原理及技術(shù)方案82.3.1 檢測的內(nèi)容82.3.2 檢測的方法和原理92.4 橋梁靜動載檢測試驗(yàn)方案132.4.1 動態(tài)特性測試點(diǎn)132.4.2 動態(tài)特性測試激勵132.5 本章小結(jié)13第三章 橋梁結(jié)構(gòu)綜合檢測143.1 橋梁現(xiàn)狀普查量測及基本參數(shù)檢測143.1.1 檢測分區(qū)編號14構(gòu)件普查結(jié)果143.1.3 超聲-回彈綜合法檢測混凝土強(qiáng)度173.1.4 橋梁線形測量183.2 橋梁動態(tài)特性測試203.2.1 自振頻率213.2.2 第一跨1/2測點(diǎn)213.2.3 第一跨

11、1/4測點(diǎn)223.2.4 第二跨1/2測點(diǎn)233.2.5 第二跨1/4測點(diǎn)243.2.6 第三跨1/2測點(diǎn)253.2.7 第三跨1/4測點(diǎn)263.2.8 1#主塔273.2.9 2#主塔283.3 索力測試283.3.1 索力測試設(shè)備283.3.2 索力測試原理293.3.3 索力測試結(jié)果303.3.4 索力測試結(jié)果分析323.4 主塔防腐涂層，索及主塔的防腐測試333.4.1 漆膜厚度檢測結(jié)果333.4.2 管橋索頭及主塔焊縫質(zhì)量測試結(jié)果及分析363.5 本章小結(jié)36第四章 管橋有限元模型分析及綜合技術(shù)狀況評定374.1 數(shù)值仿真模型374.2 結(jié)構(gòu)成橋靜力狀態(tài)分析394.3 結(jié)構(gòu)模態(tài)分析4

12、14.4 結(jié)構(gòu)抗震分析454.5 結(jié)構(gòu)抗風(fēng)分析474.6 本章小結(jié)49第五章 結(jié)論與展望505.1 主要研究工作總結(jié)505.2 未來工作的展望51參考文獻(xiàn)52致 謝55第一章 緒 論1.1橋梁檢測的目的與意義橋梁結(jié)構(gòu)是一種大型的土木工程結(jié)構(gòu)，因荷載作用、疲勞與腐蝕效應(yīng)、材料老化以及缺乏及時的維修，使用期內(nèi)不可避免地產(chǎn)生損傷累積、抗力衰退而影響結(jié)構(gòu)壽命，甚至導(dǎo)致突然事故。因此對已建成和正在使用的結(jié)構(gòu)和設(shè)施急采用有效手段對其安全狀況進(jìn)行檢測、評估、識別、控制和修復(fù)損傷，以防止事故的發(fā)生。橋梁健康監(jiān)測的基本內(nèi)涵是通過對橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的監(jiān)測與評估，為橋梁工程在特殊氣候、交通條件下運(yùn)營狀態(tài)嚴(yán)重異常時發(fā)出預(yù)

13、警信號，為橋梁維護(hù)、維修與管理決策提供依據(jù)和指導(dǎo)：與傳統(tǒng)的檢測技術(shù)不同，大型橋梁健康監(jiān)測不僅要求在測試上具有快速大容量的信息采集與通訊能力，而且力求實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)整體性能的實(shí)時監(jiān)測和對結(jié)構(gòu)狀態(tài)的智能化評估，對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康監(jiān)測很重要的環(huán)節(jié)就是進(jìn)行橋梁荷載試驗(yàn)，而橋梁荷載試驗(yàn)是一項(xiàng)復(fù)雜而細(xì)致的工作，技術(shù)含量高，涉及面廣，其目的是對新建橋梁竣工驗(yàn)收和已建橋梁運(yùn)營時進(jìn)行承載力的評定，檢測橋梁整體受力性能是否滿足設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，是評定橋梁運(yùn)營荷載等級最直接和最有效的辦法。橋梁荷載試驗(yàn)分為靜載試驗(yàn)和動載試驗(yàn)，靜載試驗(yàn)是通過測試橋梁結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)荷載作用下的控制截面的應(yīng)變、位移或裂縫，分析判定橋梁的承載能力

14、，動載試驗(yàn)是通過測試橋梁在動載作用下的響應(yīng)，分析橋梁的頻率、阻尼和振型等模態(tài)參數(shù)，根據(jù)動力響應(yīng)和模態(tài)參數(shù)進(jìn)行橋梁承載能力評定。采用靜載試驗(yàn)評定橋梁承載能力的方法是最成熟且傳統(tǒng)的方法，動載法以往是和靜載法結(jié)合使用的。1.2 橋梁結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)研究橋梁荷載試驗(yàn)是對橋梁原型結(jié)構(gòu)或橋梁模型結(jié)構(gòu)直接進(jìn)行的科學(xué)試驗(yàn)工作，包括試驗(yàn)準(zhǔn)備、理論計(jì)算、現(xiàn)場試驗(yàn)以及分析整理等內(nèi)容的一系列工作。大量的橋梁荷載試驗(yàn)研究成為促進(jìn)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論、設(shè)計(jì)方法不斷進(jìn)步的重要因素。橋梁原型試驗(yàn)又稱之為橋梁檢測，其目的是通過試驗(yàn)，掌握橋梁結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)荷載作用下的實(shí)際工作狀態(tài)，判斷橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力和使用條件，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量。隨著交

15、通事業(yè)的蓬勃發(fā)展，新材料，新結(jié)構(gòu)，新工藝的不斷涌現(xiàn)，橋梁工程的試驗(yàn)技術(shù)日益受到人們的重視，并不斷發(fā)展和提高。根據(jù)試驗(yàn)荷載的性質(zhì)，橋梁試驗(yàn)可分為靜載試驗(yàn)和動載試驗(yàn)，其任務(wù)主要包括以下幾個方面：1）確定新建橋梁的承載能力和使用條件；2）評估既有橋梁的使用性能與承載能力；3）研究結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力行為，總結(jié)結(jié)構(gòu)受力行為的一般規(guī)律。1.2.1 靜載試驗(yàn)概述橋梁靜載試驗(yàn)是將靜止的荷載作用在橋梁上指定位置而測試結(jié)構(gòu)的靜力位移、靜力應(yīng)變、裂縫等參量的試驗(yàn)項(xiàng)目，然后根據(jù)有關(guān)規(guī)范和規(guī)程的指標(biāo)，判斷橋梁結(jié)構(gòu)在荷載作用下的工作性能和使用能力。一般地，橋梁靜載試驗(yàn)的主要任務(wù)是：1）檢驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量，檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)的

16、安全性與可靠度；2）檢驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理論與計(jì)算方法，充實(shí)與完善橋梁結(jié)構(gòu)的計(jì)算理論與施工技術(shù)，積累科學(xué)資料；3）掌握橋梁結(jié)構(gòu)的工作性能，判斷橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載能力。靜載試驗(yàn)?zāi)芊磻?yīng)結(jié)構(gòu)受力特征，暴露結(jié)構(gòu)特性，但必須控制其反應(yīng)不超過規(guī)定的容許值，即不會對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)造成新的損傷。為達(dá)到該試驗(yàn)?zāi)康?，按照試?yàn)規(guī)程規(guī)定并結(jié)合理論分析計(jì)算，一般需選擇受力最不利、施工質(zhì)量相對不利、缺陷較多且施工記錄不完備的橋跨結(jié)構(gòu)進(jìn)行加載試驗(yàn)。1.2.2 靜載試驗(yàn)限值及評價方法橋梁結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)的評價指標(biāo)有兩個方面，其一是根據(jù)控制測點(diǎn)的實(shí)測值與相應(yīng)的理論計(jì)算值相比較，來說明結(jié)構(gòu)的工作性能和安全儲備，其二是將控制測點(diǎn)的實(shí)測值與規(guī)范

17、規(guī)定的允許值進(jìn)行比較，從而說明結(jié)構(gòu)所處的工作狀態(tài)，以下對此做詳細(xì)的說明。1）校驗(yàn)系數(shù)校驗(yàn)系數(shù)的表達(dá)式為： （1-1）當(dāng)時，說明理論值與實(shí)測值完全相符；時，說明結(jié)構(gòu)工作性能良好，承載力有一定富余，有安全儲備；時，說明結(jié)構(gòu)工作性能較差，設(shè)計(jì)強(qiáng)度不足，不夠安全。因此，大跨度混凝土橋梁試驗(yàn)方法規(guī)定，在最大試驗(yàn)荷載作用下，實(shí)測撓度，實(shí)測應(yīng)變應(yīng)滿足下式要求： （1-2）式中：，為實(shí)測值，為相應(yīng)的理論計(jì)算值。同時，對于殘余變形，大跨度混凝土橋梁試驗(yàn)方法規(guī)定，卸載后最大殘余變形與該點(diǎn)的最大實(shí)測值的比值應(yīng)滿足下式要求： （1-3）式中：為卸載后最大殘余變形的實(shí)測值，為該點(diǎn)試驗(yàn)中的最大實(shí)測值。2）規(guī)范允許限值在設(shè)

18、計(jì)規(guī)范中，從正常使用條件出發(fā)，對不同結(jié)構(gòu)形式的橋梁分別規(guī)定了允許撓度、允許裂縫寬度的限值，在橋梁靜載試驗(yàn)中，可以測出橋梁結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)荷載作用下控制截面的最大撓度及最大裂縫寬度，二者比較，即可以作出橋梁工作性能與承載能力的評價，撓度評價指標(biāo)為： （1-4）式中：為規(guī)范規(guī)定的允許撓度限值，為消除支座沉降影響的跨中截面最大實(shí)測撓度，為橋梁計(jì)算跨度或懸臂長度。1.3 橋梁結(jié)構(gòu)動載試驗(yàn)研究1.3.1 動載試驗(yàn)概述隨著力學(xué)的發(fā)展，傳統(tǒng)的非時變動力學(xué)的內(nèi)部參數(shù)如幾何域、物理特征、邊界條件等在給定時段內(nèi)假定不變，以此作為基礎(chǔ)構(gòu)造簡化的物理模型往往不符合實(shí)際工程的需要，特別是在結(jié)構(gòu)內(nèi)物理參數(shù)隨時間變化的情況下，考

19、慮時變因素的影響成為時變動力學(xué)興起的動力和目的。王光遠(yuǎn)建議按時變結(jié)構(gòu)變化的速率將時變結(jié)構(gòu)動力學(xué)分為三類：1）快速時變結(jié)構(gòu)動力學(xué)：研究由于結(jié)構(gòu)本身的急劇變化而引起的劇烈振動的力學(xué)分析和控制；2）慢速時變結(jié)構(gòu)動力學(xué)：研究施工力學(xué)問題，將結(jié)構(gòu)的若干最不利的工作狀態(tài)凍結(jié)，在每個狀態(tài)中，按時不變結(jié)構(gòu)分析；3）超慢速時變結(jié)構(gòu)力學(xué)：研究結(jié)構(gòu)整個服役期間的變化及安全度。橋梁結(jié)構(gòu)投入使用后，在正常行車條件下，當(dāng)車輛以一定的速度在橋上通過時，由于發(fā)動機(jī)的抖動、橋面不平順等原因會導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動，此外，人群荷載、風(fēng)動力、地震力的作用也會引起橋梁振動。這種在外荷載作用下引起橋梁結(jié)構(gòu)的振動現(xiàn)象屬于典型的快速時變結(jié)構(gòu)

20、力學(xué)范疇，汽車橋梁系統(tǒng)的振動，使得橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形大于靜力車輛荷載作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形。為了確保橋梁在車輛運(yùn)行時的結(jié)構(gòu)安全，在考慮靜荷載作用的同時還必須考慮車輛荷載動力效應(yīng)的影響，這就要求在橋梁檢測中還要考察橋梁在行車荷載作用下的動力響應(yīng)，以保證其運(yùn)營期間的安全使用，這就是動載試驗(yàn)的目的。橋梁結(jié)構(gòu)的動載試驗(yàn)是利用某種激振方法激起橋梁結(jié)構(gòu)的振動，測定橋梁結(jié)構(gòu)的固有頻率、阻尼比、動力沖擊系數(shù)、動力響應(yīng)加速度以及動撓度等參數(shù)項(xiàng)目，從而宏觀判斷橋梁結(jié)構(gòu)的整體剛度、運(yùn)營性能。橋梁結(jié)構(gòu)的動載試驗(yàn)雖然與靜載試驗(yàn)在試驗(yàn)?zāi)康?、測試內(nèi)容等方面有所不同，但對于全面分析掌握橋梁結(jié)構(gòu)的工作性能是同等重要的。橋梁結(jié)

21、構(gòu)動載試驗(yàn)的基本任務(wù)大體可歸納為以下幾個方面：1）測定結(jié)構(gòu)的動力特性，如測定橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的自振頻率、阻尼特性、振型等；2）測定結(jié)構(gòu)在動荷載作用下的強(qiáng)迫振動響應(yīng)，如測定橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在車輛荷載、風(fēng)荷載作用下的振幅、動應(yīng)力以及加速度等；3）測定動荷載的動力特性，如測定引起結(jié)構(gòu)振動作用力的大小、方向、頻率與作用規(guī)律等。1.3.2 橋梁結(jié)構(gòu)動力性能的分析評價橋梁結(jié)構(gòu)動力性能的一些參數(shù)如固有頻率、阻尼比、振型、動力沖擊系數(shù)以及動力響應(yīng)的大小，是宏觀評價橋梁結(jié)構(gòu)的整體剛度、運(yùn)營性能的重要指標(biāo)也是一些規(guī)范評價橋梁安全性能的主要尺度。目前，雖然國內(nèi)外規(guī)范對橋梁結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)、動力特性尚無同一的評價尺度，但一

22、般認(rèn)為橋梁結(jié)構(gòu)的動力特性反映了結(jié)構(gòu)的整體剛度、橋面的平整程度及耗散外部振動能量輸入的能力，同時，過大的動力響應(yīng)會影響車輛的安全行駛，會引起司機(jī)、乘客的不舒適，應(yīng)予以設(shè)法避免。在實(shí)際測試中，通常通過以下幾個方面來評價橋梁結(jié)構(gòu)的動力性能：1. 比較橋梁結(jié)構(gòu)頻率的理論計(jì)算值與實(shí)測值，如果實(shí)測值大于理論計(jì)算值，說明橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度較大，反之則說明橋梁結(jié)構(gòu)的剛度偏小，可能存在開裂或其它不正常現(xiàn)象。一般地，在進(jìn)行理論計(jì)算時，常常會作出一些假設(shè)，忽略了一些次要因素，故理論計(jì)算值要大于實(shí)測值。2. 根據(jù)動力沖擊系數(shù)的實(shí)測值來評價橋梁結(jié)構(gòu)的行車性能，實(shí)測沖擊系數(shù)較大則說明橋梁結(jié)構(gòu)的行車性能較差，橋面的不平整程

23、度不良，反之亦然。在我國城市橋梁設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（CJJ11-93），將城市橋梁汽車荷載分為車道荷載和車輛荷載。橋梁的主梁等整體結(jié)構(gòu)計(jì)算采用車道荷載，橫隔梁、行車道板等局部結(jié)構(gòu)計(jì)算采用車輛荷載，用表示車道荷載與車輛荷載的沖擊系數(shù)，其計(jì)算公式如：車道荷載沖擊系數(shù)： （1-4）式中：為橋梁跨徑(m)。車輛荷載沖擊系數(shù)：3. 根據(jù)實(shí)測加速度量值的大小，評價橋梁結(jié)構(gòu)的行車舒適性。根據(jù)國內(nèi)外研究資料，一般地，車輛在橋梁結(jié)構(gòu)行駛時最大豎向加速度不宜超過0.065g，其中g(shù)為重力加速度，否則就會引起司乘人員的不適。4. 實(shí)測阻尼的大小反映了橋梁結(jié)構(gòu)耗散外部能量輸入的能力，阻尼比大，說明橋梁結(jié)構(gòu)耗散外部能量輸入的能力

24、強(qiáng)，振動衰減的快阻尼比小，說明橋梁結(jié)構(gòu)耗散外部能量輸入的能力差，振動衰減得慢。但是，過大的阻尼比則說明橋梁結(jié)構(gòu)可能存在開裂或工作狀態(tài)不正常等現(xiàn)象。1.4 本文的主要研究內(nèi)容各章的主要內(nèi)容如下：第一章：詳細(xì)介紹了研究目的和意義，關(guān)于靜動載試驗(yàn)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及論文的主要內(nèi)容。第二章：介紹了魏荊輸油管道漢江橋概況，檢測評定的目的和儀器設(shè)備，檢測內(nèi)容、原理及技術(shù)方案，靜、動載檢測試驗(yàn)方案以及試驗(yàn)荷載工況等內(nèi)容。第三章：對橋梁的現(xiàn)狀進(jìn)行普查量測和基本參數(shù)檢測，橋梁的動態(tài)特性測試，索力測試，主塔防腐涂層，索及主塔的防腐測試。第四章：基于ANSYS本文運(yùn)用分別建立橋梁的結(jié)構(gòu)總體模型和鋼橋塔模型，在兩種模

25、型下對該橋進(jìn)行了結(jié)構(gòu)成橋靜力狀態(tài)分析，結(jié)構(gòu)模態(tài)分析，結(jié)構(gòu)抗震分析和結(jié)構(gòu)抗風(fēng)分析，結(jié)果表明各項(xiàng)指標(biāo)都有一定的問題。第五章：對本文得到的結(jié)論進(jìn)行了總結(jié)，并對需進(jìn)一步研究的問題進(jìn)行了展望。 第二章 工程概況、檢測依據(jù)和檢測方案2.1 魏荊輸油管道漢江管橋概況概況魏荊線于1978年10月投產(chǎn)，承擔(dān)著河南魏崗南陽油田一荊門石化總廠原油輸送任務(wù)。全長226.38km，管徑426mm，壁厚7mm，管外壁采用石油瀝青玻璃布防腐，外加電流陰極保護(hù)，原設(shè)計(jì)年輸能力為350×104t，設(shè)計(jì)壓力為6.4MPa，最高工作壓力4.15MPa，最高輸油溫度70 oC。目前，管線采用正反輸?shù)姆绞捷斔驮汀h江跨越管

26、橋位于湖北省襄樊市，漢江中游，距武漢長江入江口距離約300公里，管橋北岸為襄陽區(qū)東津鎮(zhèn)，南岸為襄城區(qū)余家湖鎮(zhèn)，其地理坐標(biāo)為東經(jīng)112°10112°15，北緯31°5032°00。管橋總長1045m，其中主跨500m，南北岸引橋各長275m和270m，管材X-60，聚氨酯泡沫保溫。1984年建成投產(chǎn)，至今已安全平穩(wěn)運(yùn)行25年。其中在1994年9月，對管橋主要承載件、主索、斜索網(wǎng)絲繩進(jìn)行過鋼絲繩防腐。2001年對管橋鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行過一次防腐涂裝。2007年對管橋江心墩進(jìn)行了大修，主要內(nèi)容有塔基墩頂裂縫修復(fù)及鋼板加固、塔基墩身弧端及兩側(cè)裂縫修復(fù)和粘貼碳纖維布加固，

27、以及墩頂鋼板、墩身碳纖維布表面防護(hù)。魏荊輸油管道漢江管橋的全景圖如圖2-1所示。圖2-1 大橋全景圖該橋自建成二十多年來，基本上未進(jìn)行定期的檢測和較全面的維修。在日常巡檢中發(fā)現(xiàn)：一是兩岸錨固墩內(nèi)鋼索與基礎(chǔ)連接處出現(xiàn)腐蝕，風(fēng)索、主索部分出現(xiàn)腐蝕，二是北岸鐵塔鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)焊縫裂紋，三是鋼結(jié)構(gòu)部分涂層脫落。漢江跨越管橋是我國跨度較大的輸油（氣）管橋，也是魏荊輸油管道的要害部位，為確保魏荊管道的安全，就必須確保管橋的安全，否則，一旦管橋發(fā)生事故，即管道溢油原油外泄，將會造成河南油田、荊門石化總廠停產(chǎn)，并且外匯的石油會直接流入漢江，不僅會造成污染，還會污染長江，因?yàn)闈h江跨越段入長江入口處的距離約300公里

28、。鑒于該橋在各個方面出現(xiàn)的病害及結(jié)構(gòu)的損傷，存在一定的安全隱患，為了查清產(chǎn)生病害的原因，保證該橋的安全運(yùn)行，管道儲運(yùn)分公司襄樊輸油處委托華中科技大學(xué)土木工程檢測中心，于次日對該橋現(xiàn)狀、損傷破壞、病害等進(jìn)行一次全面的檢測，并對其綜合技術(shù)水平進(jìn)行檢測評定，為橋梁的進(jìn)一步維修加固提供科學(xué)依據(jù)。2.2 檢測評定的目的和依據(jù)2.2.1 檢測評定的目的對橋梁的基本技術(shù)狀況、缺陷和損傷程度進(jìn)行全面、細(xì)致、深入地現(xiàn)場調(diào)查檢測，查明結(jié)構(gòu)所用工程材料參數(shù)；查明構(gòu)件和結(jié)構(gòu)存在的缺陷及損傷的性質(zhì)、所在部位、嚴(yán)重程度及發(fā)展趨勢等，分析了解產(chǎn)生缺陷及損傷的原因；通過現(xiàn)場靜載和動載試驗(yàn)，結(jié)合理論分析，確定橋梁的實(shí)際承載力水

29、平和動力特性。綜合分析評價橋梁的技術(shù)狀況，對橋梁的運(yùn)營提出正確合理的結(jié)論，并為今后的維修加固提供準(zhǔn)確詳實(shí)的技術(shù)資料。2.2.2 檢測評定的依據(jù)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（1）原油與天然氣輸送穿跨越工程設(shè)計(jì)規(guī)范跨越工程（SY/T0015.2-98）（2）油氣管道架空部分及其附屬設(shè)施維護(hù)保養(yǎng)規(guī)程（SY/T 6068-2008）（3）涂裝前鋼材表面預(yù)處理規(guī)范 （SY/T0407-97）（4）石油天然氣鋼制管道對接焊縫超聲波探傷及質(zhì)量分類 （SY4065-93）（5）石油天然氣管道跨越工程施工及驗(yàn)收規(guī)范（SY0470-2000）（6）輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范 （GB50253-94）（7）鐵路管橋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(TB 1

30、0002.2-2005)2.3 檢測內(nèi)容、原理及技術(shù)方案2.3.1 檢測的內(nèi)容根據(jù)橋梁檢測評定的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程和規(guī)范以及雙方擬定的技術(shù)合同要求本次檢測的具體內(nèi)容包括以下幾個方面。一、橋梁現(xiàn)狀的普查與量測對橋梁的主要部件橋面系、上面結(jié)構(gòu)及下部結(jié)構(gòu)等進(jìn)行現(xiàn)狀及缺損狀況的普查。對橋梁的總體尺寸，各部分構(gòu)件的截面尺寸，鋼筋的直徑和分布，支座的位置等進(jìn)行詳細(xì)的量測。調(diào)查了解橋梁的營運(yùn)狀況，對橋梁存在的缺陷和病害進(jìn)行仔細(xì)的觀測和檢查。檢查主要受力構(gòu)件的撓度和位移；混凝土的施工質(zhì)量，風(fēng)化、剝落以及局部損傷情況；裂縫寬度、深度、分布情況以及發(fā)展趨勢，檢查鋼筋的銹蝕情況；橋面系鋪裝以及其它輔助設(shè)施的狀況。二

31、、橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件混凝土強(qiáng)度檢測依據(jù)相關(guān)的國家現(xiàn)行檢測規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，采取超聲-回彈綜合法及其它非破損或半破損方法結(jié)合局部破損(取芯法)，對橋面板、挑梁、立柱、橋臺等受力構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度進(jìn)行綜合檢測評定。三、定量測定混凝土的缺陷鑒于混凝土缺陷測定的工作量大，費(fèi)用較高，因此在混凝土超聲回彈測定強(qiáng)度的基礎(chǔ)上選擇性進(jìn)行。重點(diǎn)在受力構(gòu)件裂縫較多以及表觀有明顯缺陷的部位，以便對受力構(gòu)件內(nèi)部的缺陷有較為全面的了解。四、量測全橋的線型和標(biāo)高主要量測全橋拱肋、梁、板、柱等重要結(jié)構(gòu)的尺寸；主要控制點(diǎn)及橋面標(biāo)高；主拱肋的線形等。對比設(shè)計(jì)施工圖，分析橋臺有無變形，拱上建筑結(jié)構(gòu)是否有較大的損傷和變形。對比設(shè)計(jì)施工資料，基本判斷

32、橋梁設(shè)計(jì)施工水準(zhǔn)和質(zhì)量。五、其它觀測橋臺沉降、位移及傾斜，調(diào)查檢測其它構(gòu)造物的情況，全面掌握了解橋梁的技術(shù)狀況。2.3.2 檢測的方法和原理一. 結(jié)構(gòu)缺陷檢測及裂縫普查對所出現(xiàn)的缺陷（裂縫）進(jìn)行普查檢測，對存有裂縫、露筋及銹蝕等受損的構(gòu)件區(qū)域進(jìn)行普查，并以圖表形式作好詳細(xì)記錄，旨在為以后的進(jìn)一步的處理意見提供準(zhǔn)確的依據(jù)。1. 裂縫觀測點(diǎn)的布置及保護(hù)每條裂縫觀測點(diǎn)依據(jù)現(xiàn)場情況，選擇其中較大者觀測且不少于三個。所有觀測點(diǎn)設(shè)置完后，及時編號做好保護(hù)，以免在以后觀測過程中將其損壞、混淆而影響觀測的準(zhǔn)確性。2. 裂縫觀測的精度按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定裂縫寬度量測器具的精度為0.05mm。3. 裂縫觀測方法觀察裂

33、縫分布和走向，繪制成裂縫分布圖。在裂縫的一側(cè)用毛筆或粉筆沿裂縫畫線，然后依據(jù)同樣的位置翻樣到記錄紙上，并且拍攝彩色照片和攝像。構(gòu)件表面的裂縫對其長度寬度方向和數(shù)量進(jìn)行全面的檢測，并分析裂縫產(chǎn)生的原因。在現(xiàn)場用鋼尺量取典型裂縫的長度，記錄其數(shù)量、走向和裂縫變化規(guī)律。用塞尺、卡尺、裂縫寬度比測表和讀數(shù)顯微鏡量測其寬度，以此確定裂縫變化規(guī)律及其產(chǎn)生的原因。4. 裂縫深度的觀測依據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，對裂縫沒有貫穿的構(gòu)件測點(diǎn)，采用塞尺插入裂縫，粗略地測量其寬度，對混凝土構(gòu)件也可沿裂縫方向鉆取芯樣或用超聲波儀，采用平測法、斜測法測定裂縫深度。超聲測缺是利用超聲波在混凝土內(nèi)部傳播過程中的聲學(xué)參量（聲速、波幅、波

34、形、頻率等）與混凝土缺陷的密切相關(guān)關(guān)系，判斷混凝土內(nèi)部的缺陷。一般對混凝土不密實(shí)區(qū)和空洞的檢測可采用平面對測法和平面斜測法，本次檢測采用平面對測法，其檢測原理如下圖所示，首先在測區(qū)兩對相互平行表面上，分別畫出間距為100 mm200mm的網(wǎng)格，并逐點(diǎn)編號，定出測點(diǎn)位置，然后將發(fā)射換能器T和接收換能器R置于對測點(diǎn)上，并將T耦合好保持不動，逐點(diǎn)測定相應(yīng)的聲時值ti、波幅A，并測量測試聲程li。最后利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法判定混凝土內(nèi)部是否存在不密實(shí)區(qū)和空洞。圖2-2 超聲測缺檢測示意圖圖2-3 超聲法測定裂縫深度示意圖5. “石膏餅”法觀測裂縫的發(fā)展情況在裂縫的最大寬度位置、裂縫的端點(diǎn)及其他有代表性的位置摸

35、上一層薄石膏餅，放置一段時間后，觀察在受荷情況下，石膏是否開裂，因此判斷裂縫是否為受力裂縫，并觀測結(jié)構(gòu)裂縫是否張合或發(fā)展。二. 構(gòu)件截面尺寸及軸線尺寸檢查現(xiàn)場測試混凝土構(gòu)件的尺寸及軸線尺寸，與設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行比較，檢查橋梁的施工質(zhì)量，為驗(yàn)算提供數(shù)據(jù)。三. 混凝土構(gòu)件碳化深度檢測用鉆機(jī)在測區(qū)表面形成直徑約15mm的孔洞，其深度大于混凝土的碳化深度，然后除凈孔洞中的粉末和碎屑，不得用水沖洗。立即用濃度為1的酚酞酒精溶液滴在孔洞內(nèi)壁的邊緣處，再用深度測量工具測量已碳化與未碳化混凝土交界面到混凝土表面的垂直距離多次，取其平均值，該距離即為混凝土的碳化深度值，每次讀數(shù)精確至0.5mm。四. 超聲-回彈綜合法

36、檢測混凝土構(gòu)件強(qiáng)度此次檢測混凝土強(qiáng)度采用超聲回彈綜合法。超聲回彈儀檢測設(shè)備采用汕頭超聲波儀器有限公司生產(chǎn)的CTS-45型非金屬聲波檢測儀和HT225回彈儀。超聲檢測混凝土強(qiáng)度是以人工激振的方法向混凝土構(gòu)件發(fā)射聲波，在一定的空間距離上接受混凝土物理特性調(diào)制的聲波，觀測和分析聲波在混凝土中的傳播速度、振幅、頻率等聲學(xué)參數(shù)，然后結(jié)合構(gòu)件混凝土表面回彈值，從中推斷出相當(dāng)于同條件養(yǎng)護(hù)的邊長為150mm的立方體混凝土試塊的抗壓強(qiáng)度。超聲波測試原理方框圖如下圖2-4。聲波發(fā)射系統(tǒng)分析系統(tǒng)及微機(jī)接口換能發(fā)射器數(shù)據(jù)采集波形顯示存儲系統(tǒng)聲波在混凝土中傳播接受其物理及結(jié)構(gòu)特性調(diào)制接收放大 器換能發(fā)射器圖2-4 超聲

37、波測試原理根據(jù)超聲回彈綜合法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程CECS02:88的規(guī)定，混凝土構(gòu)件強(qiáng)度推定計(jì)算公式如下：測區(qū)平均聲速值；測區(qū)平均聲時值；測區(qū)混凝土強(qiáng)度推定值： ； 公式中：測距(m); 、測區(qū)中3個測點(diǎn)的聲速(km/s)；測區(qū)混凝土平均回彈值(MPa)；測區(qū)混凝土平均聲速值(km/s)；為了提高測試準(zhǔn)確性及效率，現(xiàn)場檢測采用回彈法、超聲回彈綜合法對比試驗(yàn)方法。 五. 混凝土耐久性檢測混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性檢測包括混凝土碳化深度測定、鋼筋位置和保護(hù)層厚度的測定、鋼筋銹蝕程度以及混凝土蝕層深度的檢測等。采用鋼筋探測儀測定鋼筋位置和保護(hù)層厚度的目的，在于查明鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實(shí)際配鋼筋情況。鋼筋配

38、置是否正確對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力性能有直接影響，而且保護(hù)層厚度對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐久性也有影響。如受彎構(gòu)件受拉主筋配置過高（保護(hù)層過大），將使構(gòu)件橫截面的內(nèi)力臂減小，從而使截面的抗彎曲強(qiáng)度降低；反之保護(hù)層過薄，則混凝土碳化深度易達(dá)鋼筋部位，鋼筋的抗銹蝕性能降低，構(gòu)件的耐久性隨之降低。此外，超聲測試強(qiáng)度、取芯法鉆取芯樣時，需要以此來避開鋼筋。本次對現(xiàn)場結(jié)構(gòu)構(gòu)件（梁、墩）的受力主筋的位置、數(shù)量、保護(hù)層厚度（特別對板的鋼筋的情況）進(jìn)行一定數(shù)量的抽測；混凝土碳化深度的測量是選在構(gòu)件有代表性的部位，一般在構(gòu)件中部，避開較寬裂縫和較大的孔洞，每測區(qū)3測孔的算術(shù)平均值即為該區(qū)碳化深度的代表值。2.4 橋梁靜動載檢測試驗(yàn)

39、方案 動態(tài)特性測試點(diǎn)在第一跨1/4、1/2截面，第二跨1/4、1/2截面以及第三跨1/4、1/2截面應(yīng)變測點(diǎn)以及撓度測點(diǎn)作為動態(tài)測點(diǎn)，另外，對主塔也進(jìn)行了動態(tài)測試。2.4.2 動態(tài)特性測試激勵動態(tài)測試激勵采用風(fēng)荷載作為動載試驗(yàn)荷載2.5 本章小結(jié)本章對魏荊輸油管道漢江橋的概況進(jìn)行了簡單的介紹，然后介紹了本次檢測的主要目的、依據(jù)、檢測內(nèi)容、原理以及技術(shù)方案，確定了橋梁的靜動載試驗(yàn)方案。第三章 橋梁結(jié)構(gòu)綜合檢測3.1橋梁現(xiàn)狀普查量測及基本參數(shù)檢測 檢測分區(qū)編號為了報告表達(dá)清楚和敘述方便，將檢測分區(qū)為上游、下游及南岸和北岸，構(gòu)件軸線編號基本依據(jù)原設(shè)計(jì)圖紙。圖3-1 索、塔布置3.1.2 構(gòu)件普查結(jié)果

40、 如表3-1表3-1 構(gòu)件普查結(jié)果南S0-S1腳踏板表面大半段生銹S2-S31、2、S3-S41、2、3S4-S51S5-S61、5S6-S71S7-S81、3S8-S91S9-S101、2、3S10-S111S11-S121、3S12-S131、2、3S13-S141S14-S151、2S15-S161S16-S171S17-塔座1塔座-´S171´S 17-´S16´S16-´S15´S15-´S14´S14-´S135´S13-´S12´S12-´S11

41、80;S11-´S102´S10-´S9´S9-´S8´S8-´S7´S7-´S63´S6-´S53´S5-´S4´S4-´S3´S3-´S2´S2-´S1S26S26-S271側(cè)架桿扭曲，扭弓往北岸S27-S281立架桿傾斜，方向西低東高S28塔座支架橫桿防護(hù)層嚴(yán)重老化銹蝕，1片形支架橫桿與塔座主架連接處已損壞北S0-S1腳踏板1鐵片板與主板分離S1-S22S2-S3S3-S4S4-S5S5-S6S6-S

42、73S7-S8S8-S9S9-S10S10-S11S11-S12S12-S13S13-S14S14-S152S15-S16S16-S17S17-塔座塔座-´S17´S 17-´S16´S16-´S15´S15-´S14腳踏板一螺絲松扭´S14-´S13´S13-´S12´S12-´S113´S11-´S10´S10-´S9´S9-´S8´S8-´S7´S7-´S6&#

43、180;S6-´S5´S5-´S4´S4-´S3´S3-´S2´S2-´S1´S1-S02、小段腳踏板生銹S0-S0錨固墩錨固墩最上部大面積出現(xiàn)裂痕注：1、立架框生銹2、鋼索連接處局部面生銹3、錨連接處局部生銹4、錨固點(diǎn)局部面生銹5、側(cè)架桿局部生銹圖3-2 墩臺表面開裂圖3-3 對接脫出由普查結(jié)果可知，結(jié)構(gòu)腐蝕較為嚴(yán)重，混凝土墩臺也有損傷。結(jié)構(gòu)的重新防腐勢在必行。3.1.3 超聲-回彈綜合法檢測混凝土強(qiáng)度1. 混凝土強(qiáng)度檢測依據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，有代表性的選取各種構(gòu)件，采用超聲回彈綜合法進(jìn)行混凝土強(qiáng)

44、度檢測。根據(jù)超聲回彈綜合法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程CECS02:88的規(guī)定，所檢測的混凝土構(gòu)件均應(yīng)按單個構(gòu)件評定期強(qiáng)度。構(gòu)件混凝土強(qiáng)度推定值,其中為構(gòu)件測區(qū)混凝土強(qiáng)度最小推定值(MPa)。結(jié)合檢測經(jīng)驗(yàn)，一般判定強(qiáng)度降低一個級別。所檢測的北岸鋼管樁樁內(nèi)混凝土為200#，承臺底部1m的混凝土為300#，其余部分采用250#，II即鋼筋。墩臺內(nèi)可拋25%的干凈毛石，毛石粒徑不大于200mm，標(biāo)號大于200#。北岸錨固墩混凝土為200#，墩內(nèi)加入廢鋼錠628噸。圖3-4 混凝土超聲檢測2. 混凝土碳化深度的檢測在混凝土構(gòu)件上鉆取小孔，滴上已經(jīng)配置好的無色酚酞試劑，根據(jù)酚酞顏色的變化來測定混凝土碳化的深度

45、；如果酚酞試劑變成紅色，則表明該處混凝土沒有碳化，如果試劑沒有變色，則表明該處混凝土已經(jīng)碳化。每個測區(qū)取三個點(diǎn)，以3個測點(diǎn)的平均值作為該點(diǎn)的碳化深度值。3 超聲法檢測混凝土構(gòu)件內(nèi)部缺陷對橋塔塔座、墩臺混凝土進(jìn)行了超聲檢測，聲時均在正常值，波形無奇異。反映出構(gòu)件內(nèi)部無裂縫、酥松、空洞等缺陷，質(zhì)量完好。3.1.4 橋梁線形測量以墩臺與管線的連接點(diǎn)以及拉索與管線的連接點(diǎn)為線形坐標(biāo)，依照由南至北的順序，對總共88個測點(diǎn)進(jìn)行了坐標(biāo)測量，測量結(jié)果如下表。表 3-2線形測量坐標(biāo)(X,Y,Z)結(jié)果南南墩臺5212.969,5266.145,4.239S15210.528,5248.464,6.717´

46、;ST15183.271,5036.280,14.083S25209.00,5236.620,8.013´S175182.121,5028.548,14.385S35207.466,5224.769,9.179´S165180.497,5016.633,14.781S45205.981,5212.918,10.345´S155178.980,5004.734,15.143S55204.397,5201.067,11.211´S145177.501,4992.837,15.495S65202.853,5189.135,11.949´S135176

47、.049,4980.924,15.813S75201.330,5177.233,12.500´S125174.569,4968.988,16.106S85199.783,5165.348,12.938´S115173.075,4957.112,16.431S95198.222,5153.442,13.186´S105171.514,4945.235,16.446S105196.669,5141.537,13.376´S95170.019,4933.331,16.808S115195.095,5129.653,13.546´S85168.475,

48、4921.427,17.011S125193.538,5117.749,13.707´S75166.931,4909.536,17.105S135191.979,5105.846,13.806´S65165.394,4897.620,17.149S145190.417,5093.959,13.852´S55163.916,4885.704,17.145S155188.876,5082.054,13.877´S45162.434,4873.782,17.158S165187.394,5070.154,13.898´S35160.923,4861.

49、894,17.135S175185.984,5058.211,13.945´S25159.382,4849.970,17.089ST15185.345,5051.886,13.961´S15157.862,4838.068,17.024S265156.304,4826.180,17.011´S265154.304,4814.247,16.994S275153.308,4802.349,17.002北´S275151.795,4790.426,16.963ST25119.802,4540.533,13.960S285150.274,4778.511,16.

50、954S175118.890,4533.449,13.913´S285148.703,4766.599,16.930S165117.428,4521.535,13.904´S15147.194,4754.680,16.917S155115.973,4509.615,13.966´S25145.686,4742.774,16.971S145114.527,4497.674,14.044´S35144.158,4730.875,17.029S135113.020,4485.787,14.102´S45142.625,4718.974,17.066S

51、125111.475,4473.892,14.054´S55141.129,4707.067,17.101S115109.902,4461.969,13.993´S65139.612,4695.174,17.136S105108.347,4450.082,13.913´S75138.153,4683.272,17.193S95106.799,4438.172,13.820´S85136.636,4671.337,17.150S85105.302,4426.264,13.674´S95135.169,4659.428,17.028S75103.7

52、72,4414.368,13.499´S105133.697,4647.538,16.843S65102.205,4402.459,13.286´S115132.193,4635.642,16.562S55100.681,4390.568,13.019´S125130.641,4623.733,16.214S45099.142,4378.649,12.692´S135129.150,4611.844,15.873S35097.616,4366.750,12.354´S145127.62,4599.955,15.445S25096.067,435

53、4.827,11.961´S155126.080,4588.076,14.994S15094.536,4342.932,11.574´S165124.491,4576.202,14.604S185093.009,4331.034,11.150´S175122.958,4564.340,14.245S195091.462,4319.106,10.667´ST25121.968,4556.318,13.986S205089.961,4307.225,10.163S215088.406,4295.281,9.747S225086.906,4283.399,9.

54、257S235085.382,4271.502,8.729S245083.849,4259.624,8.006S255082.338,4247.788,6.748北墩臺5080.250,4230.770,5.456圖3-5 側(cè)面線形圖3-6 俯視線形可見，管橋的管道線形在索面上基本保持直線，沒有明顯偏位。在立面上部分地方和設(shè)計(jì)線形稍有偏差。3.2 橋梁動態(tài)特性測試圖3-7動力特性測試3.2.1 自振頻率序號位置測點(diǎn)方向豎向橫橋向順橋向1第一跨1/2截面0.240.150.242第一跨1/4截面0.240.150.243第二跨1/2截面0.150.100.104第二跨1/4截面0.240.100.295第三跨1/2截面0.150.100.106第三跨1/4截面0.150.200.2071#主塔9.890.150.1582#主塔0.290.150.