衡陽(yáng)茶山坳大橋安全性評(píng)估試驗(yàn)方案

1、衡陽(yáng)茶山坳大橋安全性評(píng)估試驗(yàn)方案項(xiàng)目背景衡陽(yáng)茶山坳大橋是5跨混凝土雙曲拱橋，位于湖南省衡陽(yáng)市至茶山坳公路線上，孔跨布 置為40+50+50+50+50米，50米跨主拱圈為等截面懸鏈線，矢跨比f(wàn)l = 1/6，m = 2.814，主 拱兩側(cè)各設(shè)3個(gè)腹拱，支撐在立墻上，凈跨4.3米，立墻厚度0.55米，建成于80年代初。主拱肋采用預(yù)制250號(hào)鋼筋混凝土；橫隔板、系梁采用現(xiàn)澆預(yù)制200號(hào)鋼筋混凝土，拱 波采用預(yù)制200號(hào)混凝土；拱板現(xiàn)澆200號(hào)混凝土。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)荷載：汽車一20，掛車一100。橋面凈寬9+2X 1.5米。該橋?qū)儆谏蟼€(gè)世紀(jì)80年代在我國(guó)公路沿線上建造的眾多混凝土雙曲拱橋之一，由于受

2、 當(dāng)時(shí)技術(shù)能力、施工條件與管理水平的限制，并且在幾十年的營(yíng)運(yùn)過(guò)程中，交通量和汽車的 載重量均有了很大的增長(zhǎng)，使得該橋主拱圈的拱軸線發(fā)生了改變，腹拱上出現(xiàn)了較多、較寬 的裂縫，使得結(jié)構(gòu)的承載能力有所下降，并構(gòu)成嚴(yán)重的安全隱患，亟需盡快對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。湖加n3即觀0rm HOP 頊 smn堀 wco6如4圖1-1衡陽(yáng)茶山坳大橋整體布置圖試驗(yàn)?zāi)康摹⒁罁?jù)與步驟為了檢驗(yàn)該橋的結(jié)構(gòu)承載工作性能是否滿足設(shè)計(jì)及使用要求，通過(guò)靜載試驗(yàn)對(duì)結(jié)構(gòu)整體 剛度、承載能力及安全性等作出全面評(píng)價(jià)。本次靜動(dòng)力試驗(yàn)主要依據(jù)的規(guī)范及文件如下：交通部公路局：大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法，1985中華人民共和國(guó)交通部標(biāo)準(zhǔn)：公路舊橋承載能力

3、鑒定方法(試行)1988年，北京中華人民共和國(guó)交通部標(biāo)準(zhǔn)：公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范(JTGD60-2004)中華人民共和國(guó)交通部標(biāo)準(zhǔn)：公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D61-2005)中華人民共和國(guó)交通部標(biāo)準(zhǔn)：公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(JTGD62-2004)本橋檢測(cè)步驟如下：對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與檢測(cè)；對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力分析和承載能力驗(yàn)算；基于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、檢測(cè)結(jié)果和分析結(jié)果對(duì)結(jié)構(gòu)的承載力進(jìn)行初步評(píng)定;基于計(jì)算結(jié)果對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜載試驗(yàn)；基于計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果對(duì)結(jié)構(gòu)的承載能力進(jìn)行最后評(píng)定；基于結(jié)構(gòu)承載能力評(píng)定結(jié)果提出結(jié)構(gòu)的維修、改造方案及建議。3 .結(jié)構(gòu)幾何尺寸及材料性能測(cè)試3.1全橋總體技

4、術(shù)狀況等級(jí)評(píng)定采用考慮橋梁個(gè)部件權(quán)重的綜合評(píng)定方法。表1橋梁各構(gòu)件技術(shù)狀況評(píng)估部件名稱缺損程度及標(biāo) 度缺損對(duì)使用 功能影響缺損發(fā)展變 化部件得分012012-101翼墻耳墻錐坡護(hù)坡橋臺(tái)基礎(chǔ)橋墩基礎(chǔ)地基沖刷上部 主要 承重 結(jié)構(gòu)主肋拱波拱板上部一般承重結(jié)構(gòu)立柱腹拱立墻橋面鋪裝橋頭與路堤 連接部伸縮縫人行道欄桿護(hù)欄排水調(diào)治構(gòu)筑物注：各構(gòu)件得分尺度參考公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范（JTG2004）根據(jù)各個(gè)構(gòu)件的得分，采用下列公式，得出全橋總體技術(shù)狀況評(píng)分。D = 100-Y RW /5i=1式中：Rt-各構(gòu)件評(píng)定標(biāo)度；W各部件權(quán)重；Dr 全橋結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評(píng)分。3.2橋梁技術(shù)狀況重點(diǎn)檢查3.2.1幾何形態(tài)檢測(cè)：用

5、全站儀測(cè)定拱軸線，橋面結(jié)構(gòu)縱向線形和墩臺(tái)頂?shù)乃阶兾弧?.2.2橋梁結(jié)構(gòu)恒載狀況變異調(diào)查橋梁總體尺寸的測(cè)量，主要包括橋梁長(zhǎng)度，橋?qū)挘瑑艨?，跨徑；橋梁?gòu)件尺寸的量測(cè)， 主要包括主肋，拱波，拱板，立柱，立墻腹拱，橋臺(tái)及基礎(chǔ)；橋面鋪裝層厚度的測(cè)量；其他 附加荷載調(diào)查。3.2.3混凝土強(qiáng)度檢測(cè)采用超聲回彈法測(cè)試主拱肋、拱波、拱板、立柱、腹拱波的混凝土強(qiáng)度。3.2.4混凝土碳化的檢測(cè)采用苯酚試劑現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)主要構(gòu)件：主肋，拱板，立柱立墻，腹拱的碳化深度。3.2.5橋梁結(jié)構(gòu)固有模態(tài)的測(cè)試。測(cè)試橋梁的豎彎振動(dòng)模態(tài)下的實(shí)際自振頻率，與理論自振頻率比較，可對(duì)全橋技術(shù)狀況 做出評(píng)定。3.2.6橋梁墩臺(tái)與基礎(chǔ)變位調(diào)查墩

6、臺(tái)是否存在不均勻沉降，傾斜，橋面縱橫坡變化，明顯的水平位移，拱頂，拱腳是否 存在開(kāi)裂。由于橋梁已經(jīng)營(yíng)運(yùn)近30年，如果不存在上述狀況，則說(shuō)明橋梁地基與基礎(chǔ)承載 能力滿足要求。否則必須探明地基狀況，采取處理措施。4.結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)4.1試驗(yàn)?zāi)康膶?duì)該橋進(jìn)行靜載試驗(yàn)的目的為：(1) 了解橋跨結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài)，檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)的整體受力性能;（2）通過(guò)試驗(yàn)以獲得翔實(shí)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，以驗(yàn)證理論計(jì)算結(jié)果，從而準(zhǔn)確評(píng)定結(jié)構(gòu)的承 載能力。4. 2試驗(yàn)內(nèi)容靜載試驗(yàn)就是將靜止的荷載作用在橋梁上的指定位置，然后對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的靜力位移、靜 力應(yīng)變、裂縫等參量進(jìn)行測(cè)試，從而對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)在荷載作用下的工作性能及使用能力做出評(píng) 價(jià)。這是檢驗(yàn)

7、橋梁的結(jié)構(gòu)性能及工作狀態(tài)最直接、最有效的方法。測(cè)試跨選為衡陽(yáng)岸的第一、 二兩跨，各跨的測(cè)試斷面都選在拱頂和拱腳截面。4.3靜載試驗(yàn)基本原則靜載試驗(yàn)采用雙軸載重汽車加載，根據(jù)各控制截面加載效率系數(shù)控制在0.85-1.05以及滿 足試驗(yàn)要求下盡可能減少加載用車數(shù)量的原則，采用單車重300KN左右的車輛加載，其軸重、軸距及平面布置如圖4-1所示。60KN120KN 120KN軸重及軸距圖汽車平面尺寸60KN120KN 120KN軸重及軸距圖汽車平面尺寸圖4-1圖4-1加載汽車軸重、軸距及平面圖（單位：m）試驗(yàn)中各工況下所需要的加載車輛數(shù)，將根據(jù)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)活載（汽-20級(jí)）產(chǎn)生的該工況下的最不利效應(yīng)值按

8、等效原則換算而得。根據(jù)大跨徑混凝土橋梁試驗(yàn)方法中的規(guī)定，靜載試驗(yàn)荷載一方面應(yīng)保證結(jié)構(gòu)的安全性，另一方面又應(yīng)能充分暴露結(jié)構(gòu)的承載能力，一般：0.8門(mén)勺 1.05_sT| stateq S -5式中：門(mén)勺一一靜載試驗(yàn)荷載效率系數(shù);stat-試驗(yàn)荷載作用下，檢測(cè)部位荷載效應(yīng)的計(jì)算值;S設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下，檢測(cè)部位荷載效應(yīng)的計(jì)算值;5 設(shè)計(jì)取用的動(dòng)力系數(shù)。4.4.各測(cè)試斷面靜載試驗(yàn)荷載效率系數(shù)各測(cè)試斷面靜載試驗(yàn)荷載效率系數(shù)見(jiàn)表4.1：表4.1設(shè)計(jì)活載作用下控制截面內(nèi)力及變形結(jié)果項(xiàng)目拱頂截面最大彎矩（kN.m）拱頂最大撓度（mm）數(shù)值3974.94表4.2各測(cè)試斷面靜載試驗(yàn)荷載效率系數(shù)測(cè)試斷面活載正彎矩

9、kN - m試驗(yàn)荷載正彎矩kN - m荷載效率系數(shù)拱頂3973390.854拱腳4034101.0174. 5應(yīng)變測(cè)點(diǎn)及位移測(cè)點(diǎn)的布置（1）應(yīng)變測(cè)點(diǎn)的布置測(cè)試跨選為衡陽(yáng)岸始的第一、二兩跨，各跨都在拱腳和拱頂測(cè)試斷面選取6片拱肋，在 每片拱肋的下緣各布置兩個(gè)順橋向應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，如圖4-2、4-3所示：（2）位移測(cè)點(diǎn)的布置在測(cè)試橋面的上下游各布置豎向位移測(cè)點(diǎn)9個(gè)，用水準(zhǔn)儀觀測(cè)；在每一跨兩拱腳處和拱頂處各布置一個(gè)位移測(cè)點(diǎn)，用全站儀觀測(cè)。具體布置情況如圖4-4所示：茶山衡陽(yáng)茶山衡陽(yáng)O橋面位移測(cè)點(diǎn)（水準(zhǔn)儀）拱腳和拱頂位移測(cè)點(diǎn)（全站儀）圖4-4位移測(cè)點(diǎn)布置圖（單位：cm）4. 6加載工況、測(cè)試內(nèi)容及加載布置計(jì)

10、算可知，按照以下的荷載布置，幾個(gè)測(cè)試斷面都出現(xiàn)較大的彎矩，荷載效率系數(shù)分別 為：0.854和1.017，均大于規(guī)范要求的0.8，所以本試驗(yàn)只需進(jìn)行一種加載工況，同時(shí)測(cè)試 各個(gè)測(cè)試斷面的響應(yīng)即可。1.從衡陽(yáng)岸始第一跨為測(cè)試跨的加載工況工況1描述：在測(cè)試跨主拱圈中心加載（4輛），使拱腳截面和拱頂截面承受的正彎矩均 達(dá)到最大，加載布置如圖4.5。工況11描述：在測(cè)試跨（跨中）偏心加載。加載目的是為了使該截面承受最不利偏心荷 載以檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)的空間受力性能，最終施加2輛車，加載布置如圖4.6。加載布置：工況I正載布置圖如圖4-5所示；工況11偏載布置圖如圖4-6所示；往松柏往瓦園2.從衡陽(yáng)岸始第二跨為測(cè)試

11、跨的加載工況工況III描述：在測(cè)試跨主拱圈中心加載（4輛），使拱腳截面和拱頂截面承受的正彎矩 均達(dá)到最大，加載布置如圖4.7。工況詼描述：在測(cè)試跨（跨中）偏心加載。加載目的是為了使該截面承受最不利偏心荷 載以檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)的空間受力性能，最終施加2輛車，加載布置如圖4.8。加載布置：工況III正載布置圖如圖4-7所示；工況詼偏載布置圖如圖4-8所示；往松柏往瓦園測(cè)試跨注：粗黑線為加載車輛的后軸拱頂截面4. 7加載和卸載程序以衡陽(yáng)岸始第一跨為測(cè)試跨為例工況I1：施加圖4-5中的1、2號(hào)車；工況I2：施加圖4-5中的3號(hào)車；工況I3：施加圖4-5中的4號(hào)車；工況I4:卸除圖4-5中的1、2、3、4號(hào)車。

12、工況II1：施加圖4-6中的1號(hào)車；工況II2:施加圖4-6中的2號(hào)車；工況113：卸除圖4-6中的1、2號(hào)車。4. 8試驗(yàn)規(guī)定試驗(yàn)中荷載要分級(jí)加載，且每級(jí)荷載均要緩慢的施加，在加載車輛往橋上開(kāi)的同時(shí)要密 切注意應(yīng)變和測(cè)點(diǎn)位移的變化情況，如果發(fā)生下列異常情況之一，應(yīng)立即終止加載試驗(yàn)：控制測(cè)點(diǎn)應(yīng)力超過(guò)計(jì)算值，且達(dá)到或者超過(guò)按規(guī)范規(guī)定的允許控制應(yīng)力時(shí)；控制測(cè)點(diǎn)變位超過(guò)規(guī)范規(guī)定允許值時(shí)；由于加載試驗(yàn)使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)非正常的受力損傷和局部發(fā)生損壞，影響橋梁承載能力 和今后正常使用時(shí)。由于該橋的腹拱圈存在比較嚴(yán)重的病害，裂縫較多，所以在加載時(shí)應(yīng)密切注意腹 拱圈的工作情況，當(dāng)出現(xiàn)裂縫突然增多或者裂縫寬度突然增大

13、時(shí)。5動(dòng)載試驗(yàn)5.1試驗(yàn)?zāi)康臉蛄航Y(jié)構(gòu)的自振特性取決于結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度分布，它是橋梁動(dòng)載試驗(yàn)的核心內(nèi)容之 一，也是橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)分析及抗風(fēng)抗震研究的基礎(chǔ)，可作為檢驗(yàn)橋梁施工質(zhì)量、反映施 工與設(shè)計(jì)一致性的有效手段。本模態(tài)(豎彎振動(dòng)模態(tài))試驗(yàn)采用DH5937數(shù)據(jù)采集和分析系 統(tǒng)和941B超低頻加速度傳感器，通過(guò)在橋梁適當(dāng)位置布置測(cè)點(diǎn)并采樣，在時(shí)域和頻域分析 的基礎(chǔ)上得到結(jié)構(gòu)的頻率、振型和阻尼特性。圖5.1是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)布置圖。圖5.1模態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)置圖5.2傳感器的布置本試驗(yàn)選擇從衡陽(yáng)一側(cè)往注茶山坳方向的第一跨為測(cè)試跨，測(cè)定該跨豎向振動(dòng)的頻率 和振型。圖5.2是脈動(dòng)試驗(yàn)的傳感器在橋面的布置圖，V1 1、V1-2橫橋向?qū)ΨQ并布置在 縱橋向2L/4處，V1-3和V1-4傳感器橫橋向?qū)ΨQ并布置在縱橋向3L/4處，V1-5和 V1