中交路橋科技是從事工程檢測監(jiān)測、城市安全監(jiān)測預警與評價、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復合型高新技術(shù)集團企業(yè)。
第一章 緒 論
1.1 國內(nèi)斜拉橋應用發(fā)展概況
斜拉橋是一種合理跨徑范圍廣、造型美觀多樣的橋型,我國至從上世紀 80年代以來,已建成上百座,如 1990 湖南建成主跨跨徑為 210 的長沙湘江北大橋,雙塔單索面PC梁,首創(chuàng)輕型掛籃懸澆施工工藝;1991年上海建成主跨徑為423m南浦大橋,是雙塔雙索面扇形拉索布置的斜拉橋,標志著我國斜拉橋建造水平已進入國際先進行列;1993 年上海建成主跨跨徑為 602m 的楊浦大橋,為雙塔雙索面扇形拉索布置的疊合梁斜拉橋;2000 年建成主跨跨徑為 2×310m、三塔PC 的岳陽洞庭湖大橋;2001 年南京建成主跨跨徑為 628 m 的長江二橋建成,主梁結(jié)構(gòu)采用鋼箱梁;2008 年香港建成主跨跨徑為 1018m、塔高 298m 的昂船洲大橋,是目前世界主跨跨徑排名第三的雙塔斜拉橋;2008 年建成主跨跨徑為1088m 的蘇通長江公路大橋,是工程規(guī)模最大、建設條件最復雜、建成時世界上跨徑最大的斜拉橋,標志著我國斜拉橋建設水平已經(jīng)達到頂峰[1-3]。 根據(jù)受力特征,斜拉橋可分為矮塔和高塔之分,前者在力學行為上更似體外預應力的連續(xù)梁,一般施工不需要調(diào)索,而后者才是真正意義上的斜拉橋,有更好的工作性能。不管哪類斜拉橋,一般其組成有主梁、索塔及拉索。斜拉索是受力主體之一,其作用是將主梁上的荷載傳遞給索塔,因此,常把斜拉索作為衡量斜拉橋承載性能和耐久性能的重要標準。以當前的施工水平,斜拉索的壽命一般遠小于橋梁的使用壽命。且受到過去設計標準、施工水平、長期超載、養(yǎng)護維修不善、偶然撞擊及意外火災事故、腐蝕環(huán)境侵蝕等因素的綜合影響,使得斜拉索的使用壽命有所降低。為此,已建斜拉橋結(jié)構(gòu)營運過程中某些構(gòu)件損壞尤其是斜拉索損傷,導致橋梁極限承載能力降低,造成嚴重隱患,導致險情事故,甚至突然墜毀事故時有發(fā)生,給人們生活和社會穩(wěn)定帶來極大的不利影響。因此,對既有營運斜拉橋病害檢測及通過車載試驗判定橋梁性能顯得尤為必要。
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1.2 典型橋梁事故分析
近年來,國內(nèi)外發(fā)生多起橋梁損壞及突然坍塌事故,如 1981 年 7 月,美國堪薩斯州的海厄特-雷根西飯店的高架人行橋倒塌,造成 114 人傷亡。1983 年 6月,美國米勒斯大橋坍塌,造成 3 人死亡[4]。1994 年 10 月,韓國漢城的桑蘇大橋倒塌,造成 31 人死亡;1999 年 1 月,重慶市綦江縣彩虹橋在人行載荷超標的情況下發(fā)生坍塌,造成 49 人死亡的嚴重后果;2001 年 11 月,宜賓南門橋在清晨時刻,荷載不大的情況下發(fā)生吊桿和橋面斷裂,造成 3 人死亡;2006 年12 月,印度一座橋齡 150 年的舊橋坍塌,造成一列火車被壓,33 人死亡的嚴重后果。2007 年 6 月,廣東九江橋因貨船撞擊而坍塌,直接造成死亡 8 人 2007年 9 月,越南一座正在施工的斜拉橋坍塌,造成 60 多名工人死亡和 100 多人失蹤[5]。斜拉橋由于營運腐蝕作用,很多斜拉橋沒有發(fā)生倒塌事故,但進行了換索施工。 橋梁倒塌事故造成了人員傷亡和經(jīng)濟財產(chǎn)的損失。交通部多次召開專題會議,明確提出停工整頓施工市場,全國范圍內(nèi)檢查橋梁施工及營運狀態(tài)。對橋梁潛在安全隱患的檢查和排除越來越被重視。 隨著交通量不斷增長,行車荷載加大,各種因素造成的橋梁病害逐漸增多,對損傷橋梁的加固與改造,是在通車條件不斷提高情況下,探討如何用較少的投資取得更大的社會效益和經(jīng)濟效益的重要課題。對于產(chǎn)生病害的斜拉橋而言,實施加固、改造,可以降低投資,節(jié)省資源,還具有工期短,一般情況下不中斷交通的優(yōu)點。 目前,運營中的很多斜拉橋,工作狀況已發(fā)生了變化,尤其對長期處于高應力狀態(tài)的斜拉索,由于超載、拉索及錨頭出現(xiàn)銹蝕、拉索損傷等原因,會造成斜拉索索力發(fā)生變化,造成斜拉索安全系數(shù)降低,甚至威脅到斜拉橋的結(jié)構(gòu)營運安全。委內(nèi)瑞拉 Maracaibo 橋、法國 St.Nazaire 橋和美國 Paso-Kennewick橋都是因為斜拉索的防護缺陷,導致在遠低于使用壽命時就進行了換索[6,7]。我國廣州海印橋僅營運 6 年多,濟南黃河大橋使用僅 13 年,樂山犍為岷江大橋使用僅 11 年,就是因為斜拉索的防護問題,進行了換索施工[8]。
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第二章 橋梁病害檢測
2.1 工程概況
某大橋位于省道 S306 線上,南引橋 7×16m=112m(預制分條滾移空心板),北引橋 4×16m+2×20m+10m=114m(支架現(xiàn)澆橫移空心板),主橋(3×25m+20m+30m=125m)(逐孔現(xiàn)澆整體箱梁)+(2×53m=106m)(現(xiàn)澆斜拉橋)+(30m+20m+3×25m=125m)(滑移薄壁箱梁),主跨為斜拉橋,總體布置見圖 2-1。 該橋荷載等級:汽車—20 級、掛車—100,人群荷載 3.5kN/m2。橋梁寬度:橋?qū)?15m=3m 人行道+凈 9m+3m 人行道。該橋連接南縣和岳陽市華容縣,南縣側(cè)引橋為預制拼裝分離式空心板結(jié)構(gòu),每節(jié)長 3.75m;華容側(cè)引橋 5′#~7′#為槽形肋蓋、搭板結(jié)構(gòu),0′#~5′#為懸臂式空心板結(jié)構(gòu)。南縣側(cè)主橋為單箱六室逐孔澆注鋼筋混凝土薄壁箱形連續(xù)梁,頂板、底板現(xiàn)澆,肋板采用臥式預制;華容側(cè)主橋為五箱四室預制拼裝分條滾移箱型梁。 斜拉橋部分為懸臂結(jié)構(gòu)、四塔柱,斜拉索采用分束張拉,錨固端設于主梁內(nèi)。 橋面采用鋼筋混凝土橋面,南縣側(cè)主橋墩頂處橋面摻鋼纖維,華容側(cè)主橋橋面內(nèi)有橫向預應力,設有防撞欄和人行道鋼護欄。 該橋基礎(chǔ)采用無承臺摩擦樁,主橋為 D250 空心樁結(jié)構(gòu),引橋 25m 跨和 30m跨為 D150 空心樁結(jié)構(gòu)。主橋墩身為 D220 空心墩,加固后為 D260 空心墩,引橋為 D120 空心墩,墩身及樁身采用分節(jié)預制、拼裝,混凝土強度為 C50。主橋 l#~5#獨柱墩的單樁基礎(chǔ)采用旋噴壓漿處理。
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2.2 橋梁歷史檢測情況
該橋于 1997 年 12 月底竣工,因各種原因,1998 年 10 月交工驗收后,未進行竣工驗收。2007 年 8 月對該橋伸縮縫、拉索及橋面進行了維護。 依據(jù)記載,該橋設計和施工過程中發(fā)生如下事情: ①原設計斜拉橋 6#主墩為雙柱式空心樁,由于基礎(chǔ)施工時尚未鉆到設計標高鉆頭掉入鉆孔內(nèi),未能及時打撈上來,因此被迫將雙柱改為無承臺 4Φ250cm空心樁。 ②考慮與 30m 邊跨箱梁截面的連續(xù)性,原設計斜拉橋跨為薄壁箱形截面,因要求施工工藝較為復雜,簡化為肋板式截面,這使得主橋截面在龍段處截面不連續(xù)。 ③針對 6#主墩 4 根樁可能產(chǎn)生的不均勻沉降,施工過程中進行了達到設計荷載的靜力加載試驗,加載時間長達 80 天,當時判斷樁基基本穩(wěn)定。 ④由于橋位處于湖區(qū)軟土地基,1#~5#單柱墩的樁基承載力不足,故對這 5根樁的地基進行了旋噴壓漿處治。 1998 年 6 月,對該橋進行了五個系列的現(xiàn)場檢測,包括:橋面、欄桿、橋面板(梁)、塔索和下部構(gòu)造。 檢測結(jié)論認為該橋上部構(gòu)造存在如下問題: 橋面平整度差;瀉水管無積水漏斗,設計不當存在;施工標高不準,橋面排水不暢;箱梁梁底普遍粗糙,局部露筋;下游索塔洗石子抹面開裂、脫空。 下部構(gòu)造存在的問題有:支座墊板參差不齊,個別支座四周泥土未除去,帽梁大面普遍平整度差,最深凹陷達 5~6cm,修補痕跡明顯,墩、臺接頭處普遍錯臺明顯,表面粗糙,墩、臺普遍豎直度差,華容岸護坡多處松動破裂。 2007 年,對該橋進行了全面的外觀質(zhì)量病害檢測.
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第三章 基于檢測結(jié)果的承載力評定 ..... 25
3.1 箱梁承載力評定 .... 25
3.1.1 承載力檢算方法 ..... 25
3.1.2 承載力檢算系數(shù)的確定 ......... 25
3.1.3 箱梁承載能力驗算 ......... 27
3.2 斜拉橋承載力檢算 ........ 27
3.2.1 承載力檢算系數(shù)的確定 ......... 27
3.2.2 斜拉橋計算模型 ..... 29
3.2.3 荷載取值 ......... 30
3.2.4 成橋階段承載能力極限狀態(tài)分析 ......... 30
3.3 本章小結(jié) ........ 34
第四章 荷載試驗 ..... 35
4.1 靜載試驗 ........ 35
4.2 動載試驗 ........ 62
4.3 主橋斜拉橋技術(shù)狀況評分 .... 69
4.3.1 主橋斜拉橋上部結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評分 ..... 69
4.3.2 主橋斜拉橋下部結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評分 ..... 70
4.3.3 橋面系技術(shù)狀況評分 ..... 71
4.3.4 主橋斜拉橋技術(shù)狀況評分 ..... 72
4.4 建議 ........ 72
4.5 本章小結(jié) ........ 73
第五章 結(jié)論與展望 ......... 74
5.1 結(jié)論 ........ 74
5.2 展望 ........ 75
第四章 荷載試驗
4.1 靜載試驗
該橋橋型為主橋(3×25m+20m+30m=125m)(逐孔現(xiàn)澆整體箱梁)+(2×53m=106m)(現(xiàn)澆斜拉橋)+(30m+20m+3×25m=125m)(分條滾移薄壁箱梁),根據(jù)該橋特點,選取斜拉橋跨進行試驗,測試橋墩和橋塔的剛度、應力及承載能力是否符合設計要求。 對于主梁,選取斜拉橋主橋(5#~7#跨)共兩跨進行加載工況試驗,斜拉橋主橋分別進行塔柱支點最大負彎矩(圖 4-1 中Ⅰ)、5#~6#跨跨中正彎矩(圖 4-1中Ⅱ)、5#~6#跨跨中偏載(圖 4-1 中Ⅲ)及塔頂最大偏位試驗(圖 4-1 中Ⅳ),工況選取見圖 4-1。 橋梁撓度以吊百分表方式觀測為主,精密水準儀進行支點沉降觀測及數(shù)據(jù)復核,百分表撓度觀測橋下游側(cè) 1/4L、1/2L、3/4L 及上游側(cè) 1/2L 測點,精密水準儀觀測 1/4L、1/2L、3/4L 及支點斷面,墩塔偏位用全站儀進行測試[22]。 本次試驗需觀測橋跨跨中及支點應變,試驗時在 5#~6#跨跨中底面、外側(cè)腹板及 6#墩支點腹板處粘貼型號為 BX120-100AA 的結(jié)構(gòu)表面電阻應變計進行應變測試,其中斜拉橋肋板梁縱梁底面粘貼 4 組,腹板 10 組應變計,北主橋箱梁底面及腹板分別粘貼 10 組應變計,元件均采用 DH3815 靜態(tài)應變測試系統(tǒng)測試. ........
結(jié)論
針對某營運斜拉橋,對橋梁病害進行了全面檢測,通過靜載、動載試驗,并結(jié)合軟件建模分析,對橋梁的工作狀態(tài)進行了評價,給出了橋梁養(yǎng)護維修建議。
通過檢測得出以下結(jié)論:
(1)全橋拉索有 5 根斜拉索截面存在輕微截面損失,截面損失占比小于0.5%,其余斜拉索截面在測試區(qū)段內(nèi)均無顯見性截面損失,但拉索外層防護纖維大多破損;抽樣檢測的 4 個斜拉索錨頭護筒內(nèi)均積滿水,斜拉索及錨頭上僅有少量黃油包裹,目測錨頭及拉索 2 個有表面銹斑,2 個無銹蝕;全橋斜拉索橋面護筒內(nèi)水泥漿均飽滿;索塔目視外飾層未出現(xiàn)明顯剝落、開裂現(xiàn)象;實測拉索頻率與 2008 年測試結(jié)果比較表明,斜拉索索力無明顯變化,斜拉索處于正常工作狀態(tài)。
(2)主橋斜拉橋縱梁及橫梁部分未見明顯病害;主橋箱梁底板存在較多縱向裂縫(個別裂縫寬度超限),共計發(fā)現(xiàn) 2 條橫向裂縫,局部有破損、露筋、滲水、表觀粗糙等病害。
(3)斜拉橋 6#墩(4 個墩柱)頂部有 20 條豎向裂縫,其它墩柱局部存在破損、露筋、銹蝕現(xiàn)象。
(4)主橋支座鋼墊板表面均輕微銹蝕,多數(shù)支座老化開裂,部分支座剪切變形,個別支座安裝不到位,局部脫空,部分支座上下不規(guī)則放置多塊鋼墊板。
(5)全橋上、下部結(jié)構(gòu)混凝土強度狀況良好,滿足設計要求;全橋上、下部結(jié)構(gòu)構(gòu)件,鋼筋無銹蝕活動性。
