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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行詳細檢測及分析,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、狀況進行了比較。
關(guān)鍵詞:橋梁病害檢測試驗加固設(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,通車運營30年來為當?shù)氐膰窠?jīng)濟和社會發(fā)展作出巨大貢獻。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行了全面的質(zhì)量檢測和承載力試驗鑒定。現(xiàn)將過程簡述如下:
一、質(zhì)量檢測
。ㄒ唬、現(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%。
(二)、詳細檢查:
為了對橋梁作出切合實際的科學評價,在對橋梁作了一般表觀檢查后,又選取有代表性的12#孔進行詳細檢查,檢查項目包括:
1.裂縫詳細檢查:
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.混凝土保護層厚度及鋼筋分布:測得保護層平均厚度為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測的電池電位確定為銹蝕。
7.結(jié)構(gòu)細部尺寸測量。
。ㄈ⒉『Ψ治觯
1.豎向裂縫是因正截面強度不足引起,原設(shè)計荷載較低,實際運營荷載已超出此標準,承載能力不足。
2.斜裂縫產(chǎn)生是因斜截面強度不足造成,特別是支點至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。
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
通過全面質(zhì)量檢測發(fā)現(xiàn),主梁普遍保護層偏小,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,檢測人員進行了靜、動載試驗,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。
(一)、靜力荷載試驗:
試驗內(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度。
3.檢測橋墩抵抗最大垂直荷載能力。
試驗荷載:
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.支點斜截面剪力偏載最不利位置。
4.支點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。
觀測項目:
1.主梁跨中截面下緣鋼筋應(yīng)力。
2.主梁跨中和支點變形以及橋墩沉降與蓋梁變形。
3.支點斜截面剪應(yīng)力。
4.控制截面裂縫受載擴展情況。
試驗結(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.支點試驗實測主梁梁端主拉應(yīng)力(kg/m2)
工況
2#
3#
3
計算
10.87
10.57
實測
9.82
6.58
4
計算
9.58
10.65
實測
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.實測的跨中荷載分布系數(shù)與理論值不相符,試驗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,在試驗荷載作用下,主梁的應(yīng)變基本服從平截面假定,實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.試驗荷載下,實測主梁應(yīng)力結(jié)構(gòu)校驗系數(shù)和撓度校驗系數(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:
動載試驗實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、承載力驗算
馮官屯大橋位于104國道上,是進出京津的主要通道,交通量大,重車多,原橋設(shè)計標準低,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的可行性進行評估驗算。
驗算內(nèi)容包括:主梁正截面強度,支點斜截面抗剪強度,主梁剛度及裂縫寬度,蓋梁正截面強度,樁基垂直承載力分析以及支座驗算:
通過承載驗算,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.主梁支點截面的抗剪強度,蓋梁的正截面強度和主梁的剛度,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,除擺柱正截面強度不能滿足掛—80荷載要求外,其它各項驗算指標均能滿足汽—15,掛—80荷載要求。
4.弧形鋼板支座各項驗算指標均能滿足汽—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級正截面強度需要。
2.增大梁端截面尺寸,以滿足斜截面強度對截面尺寸的要求,提高斜截面抗剪強度。
3.內(nèi)主梁受力鋼筋除銹,加補新保護層。
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)的負擔,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,蓋梁端部負彎矩增加,可采取局部加強措施。
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,運營三年來,各方面反映良好,達到了預(yù)期目的。
該加固工程的特點是:一、在適當增加原有橋跨結(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)濟效益。五、該加固工程的成功實施為今后橋梁建設(shè)和橋梁養(yǎng)護探索了一條可行之路,其具有廣闊的發(fā)展前景。