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大橋檢測加固設(shè)計管理優(yōu)秀論文
摘要：本文著重對馮官屯大橋的病害進(jìn)行詳細(xì)檢測及分析，根據(jù)結(jié)果提出針對性加固設(shè)計方案，并對加固前后結(jié)構(gòu)性能、狀況進(jìn)行了比較。
關(guān)鍵詞：橋梁病害檢測試驗(yàn)加固設(shè)計效益
馮官屯大橋位于104國道河北省滄州市境內(nèi)，橋梁全長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。
該橋于1966年建成，設(shè)計荷載為汽—13，掛—60，通車運(yùn)營30年來為當(dāng)?shù)氐膰窠?jīng)濟(jì)和社會發(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)部門對馮官屯大橋進(jìn)行了全面的質(zhì)量檢測和承載力試驗(yàn)鑒定。現(xiàn)將過程簡述如下：
一、質(zhì)量檢測
�。ㄒ唬F(xiàn)狀調(diào)查：
檢測人員通過目力借助物理量測工具對全橋上、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)�，增加了行車的沖擊系數(shù)，測得橋面橫坡為0.3%，小于設(shè)計值1.5%。
�。ǘ�、詳細(xì)檢查：
為了對橋梁作出切合實(shí)際的科學(xué)評價，在對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=1.06cm。
3．混凝土強(qiáng)度檢查：利用超聲波測得平均聲速為3744.76m/s，說明質(zhì)量較好。
4．混凝土保護(hù)層厚度及鋼筋分布：測得保護(hù)層平均厚度為2.675cm，不滿足《公路橋涵設(shè)計規(guī)范》中不小于3cm的要求。
5．氯離子含量測定。
6．鋼筋銹蝕檢測：根據(jù)主梁鋼筋暴露檢查與實(shí)測的電池電位確定為銹蝕。
7．結(jié)構(gòu)細(xì)部尺寸測量。
�。ㄈ⒉『Ψ治觯�
1．豎向裂縫是因正截面強(qiáng)度不足引起，原設(shè)計荷載較低，實(shí)際運(yùn)營荷載已超出此標(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)計有2道中橫梁，施工時并未實(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，為斜裂縫的開展提供了可能，另一方面上構(gòu)附加力傳遞到墩臺上，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)
通過全面質(zhì)量檢測發(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，檢測人員進(jìn)行了靜、動載試驗(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)作為對象。
�。ㄒ唬�、靜力荷載試驗(yàn)：
試驗(yàn)內(nèi)容：
1．檢測主梁跨中正截面抗力效應(yīng)及主梁豎向剛度。
2．評定主梁梁端斜截面抗剪強(qiáng)度。
3．檢測橋墩抵抗最大垂直荷載能力。
試驗(yàn)荷載：
車型
重量(KN)
車號
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.橋墩最大垂直力對稱布載最不利位置。
觀測項(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)與理論計算值
工況
1#
2#
3#
4#
5#
1
實(shí)測
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
0.165
0.224
0.249
0.216
0.149
理論值
0.3105
0.4332
0.5133
0.4332
0.3105
3．跨中各級荷載作用下主梁下緣混凝土應(yīng)變實(shí)測值(μ)
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)測主梁梁端主拉應(yīng)力（kg/m2）
工況
2#
3#
3
計算
10.87
10.57
實(shí)測
9.82
6.58
4
計算
9.58
10.65
實(shí)測
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)測的跨中荷載分布系數(shù)與理論值不相符，試驗(yàn)時邊梁橫向分布系數(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，這種不符無影響。
2．主梁的裂縫均屬于活動性結(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)測中性軸高度略低于理論計算值，說明參與主梁受拉混凝土的高度已較小，在保證主梁設(shè)計總體安全度的情況下，主梁無超載潛力可挖。
3．試驗(yàn)荷載下，實(shí)測主梁應(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。
�。ǘ恿奢d試驗(yàn)：
動載試驗(yàn)實(shí)測一階豎向自振頻率為3.099HZ，滿足鋼筋混凝土簡支梁橋不小于3.099HZ的要求，實(shí)測阻尼比較大為0.865%，高于混凝土結(jié)構(gòu)無裂縫界限0.5%，實(shí)測橋跨結(jié)構(gòu)沖擊系數(shù)為1+μ=1.235，接近理論計算值1.23475，由此表明：橋跨結(jié)構(gòu)動力性能一般。
三、承載力驗(yàn)算
馮官屯大橋位于104國道上，是進(jìn)出京津的主要通道，交通量大，重車多，原橋設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)低，適應(yīng)度明顯不足，因此有必要對大橋主要承重結(jié)構(gòu)通行汽—20，掛—100的可行性進(jìn)行評估驗(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
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，從而對內(nèi)主梁起卸載作用，以滿足汽—20級正截面強(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．樁柱變形過大處增設(shè)橫向聯(lián)系承臺，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月動工,經(jīng)過二個月緊張施工,與同年10月竣工,運(yùn)營三年來,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，提高了荷載等級和橋梁適應(yīng)度。二、新舊橋并聯(lián)成一體后，改變了原來“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、通過對該橋的全面評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、該加固工程施工簡捷、工期短、造價低，平均造價為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。