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​雅安桥梁拆除旧桥检测与评估实例

futao 桥梁拆除 2019-07-23 371 0
川渝拆除17713551981

雅安桥梁拆除旧桥检测与评估实例

一介绍杭州钱塘江大桥检测与评估工作情况

钱塘江大桥维修加固工程主要内容有:拆除旧公路钢筋混凝土桥面板,更换新设计制造的公路钢筋混凝土桥面板;车行道铺改性沥青混凝土桥(路)面,人行道铺地砖;更换新设计的橡胶伸缩缝;更换新设计制造的栏杆、灯饰、照明系统及排水设施;维修加固钢桁梁;对冲刷严重的桥墩基础抛片石维护;对裂缝严重的桥墩进行修补;新建引桥引道,将原来的旧引桥引道废弃等。该桥的维修加固工程已经胜利完成,并已于2001年5月1日开通运营。

经维修加固并新建引桥引道后的杭州钱塘江大桥保持了原来的风格面貌,更加雄伟壮观。正桥车行道比原有的增宽了0.40m,桥面平稳,行车无颠簸,无撞击声。正桥公路面不会积水,泄水流畅,不会危及钢桁梁、钢拱防锈和污染钢梁。新建引桥引道改善了行车条件,使汽车在上、下桥时比较平顺。从总体讲,维修加固后的杭州钱塘江大桥仍旧保留了自身的文物价值。

在此,仅就其检测与评估工作情况作扼要介绍。

一、检测评估工作方案

1999年3月,应业主要求,我们编写了《杭州钱塘江大桥检测评估工作方案》,参加竞标,后有幸中标。现将工作方案内容介绍于下。

(一)大桥现状及检测评估工作计划

1.大桥情况

杭州钱塘江大桥建于1934~1937年。1937年9月、10月铁路与公路分别正式通车。

该桥全长1453m,正桥1072m,南北引桥分别为93m和288m,为公铁两用桥。上层公路为双车道,公路面宽6.1m,两侧人行道各1.52m;下层单层线铁路。主桥由16孔跨度为65.84m简支华伦钢衔梁及2孔14.63m上层钢板梁组成。

华伦钢衔梁高10.7m;主桁中心距6.1m;铁路净空高6.7m;净宽4.9m。除风撑及公路承载构件外,钢梁材质均为铬铜合金钢。连接全部采用铆钉。公路桥面采用钢筋混凝土板。

北岸公路桥有3孔跨度为48.768m(160)的钢拱和5孔钢筋混凝土框架。南岸公路桥有1孔跨度为48.768m的钢拱和3孔钢筋混凝土框架。拱和公路纵梁材质为普通碳素钢。

铁路及公路荷载等级分别为E-50级及H-15级;人行道荷载为3.91kN/m²。

为抵制日寇侵略,该桥通车后仅三个多月(即1937年12月)即被炸毁:第9、13、14号墩炸坏,第10、12、13孔钢梁一端坠入江中,第14、15孔钢梁全部落入江中,第5、6、11、16孔钢梁及南岸钢拱略有损坏。1940年9月日寇利用被炸坏的钢梁,上铺木板通行军用汽车;1943年10月又将其修复,并于1944年10月复通火车。这以后又被我抗日游击队炸损,中断行车。抗日战争胜利后,修复。后又经解放战争,几曾被炸修复。直到新中国建立后才完全修复正常通行。

1993年曾对大桥进行大修。对钢桁梁个别杆件进行了加固,并在原钢筋混凝土板上加铺沥青混凝土铺装层。伸缩缝全部更换为橡胶伸缩缝。

2.大桥现状

1)可见到的主桁杆件、纵横梁、大节点、小节点及杆件缀板、缀条、铆钉油漆均完整,未见锈蚀迹象。公路桥面的钢构件(如公路纵、横梁等)与混凝土相接触和邻近部位,可见油漆剥落和锈蚀迹象,多有泥灰污垢粘附;公路面破损处有雨水泄漏,其下及附近处的钢构件锈蚀较为明显,但锈蚀程度仍需进一步检测。曾落入江中的那一孔钢桁梁杆件锈蚀麻坑明显,但其油漆良好未见锈蚀。

2)公路钢筋混凝土板,普遍开裂,裂缝宽度、深度及其分布待进一步检测;有局部破损;伸缩缝磨损、桥面铺装层开裂及局部破损均影响行车平顺;在桥面破损严重处,过汽车时可听到桥面板对钢构件的撞击声;钢梁两端混凝土梁牛腿及挂孔牛腿处开裂甚至混凝土破碎,有待进一步检测。混凝土桥面板有大面积渗漏迹象,在其底面有成片的白色晶体粉末析出,混凝土碳化深度、现强度等级及板的承载等级待进一步检测确定。

3)在铁路桥面和公路桥面考察时,虽遇几趟(约6趟)客货列车通过和不时有汽车(桥头设有只允许5吨以下车通过的标志,但实际不时有大于5吨的车)通过,均没有明显异常感。

3.检测评估工作计划

为保证该桥安全运营,需对其现状、病害、承载等级及铁路主桁剩余寿命进行一次全面检测和评估。鉴于该桥桥龄61年,与同类大跨度钢桥设计寿命80~120年相比,刚刚进入老龄或中年后期;且该桥养护情况及实际情况相对良好,因此工作计划可划分为近期5年及5年后两种考虑。前者为:对钢筋混凝土桥面板及其它钢筋混凝土结构等作检测和整治;对公路钢纵、横梁锈蚀情况进行了解和整治。后者为:考虑荷载的发展及车辆提速,除须作包括前述的全部工作以及对全桥作全面整治外,还要考虑主桁剩余寿命和承载力的潜力。故检测及评估方案也相应有两种。

(二)大桥检测评估工作的第一方案

1.检测评估工作内容

1)混凝土及钢筋混凝土结构检测

(1)公路钢筋混凝土桥面板

①裂缝检测——裂缝分布、裂缝宽度、裂缝深度等。②破损带检测——破损位置、破损范围、破损程度等。

③保护层剥落及露筋检测——剥落的位置、范围、深度;露筋性质(是分布筋?箍筋?

还是受力主筋?)以及露筋锈蚀情况。

④碳化层深度及渗漏检测——部位、范围、程度。⑤混凝土强度检测——非破损法检测混凝土强度。

(2)公路桥面铺装层

①破损带检测——位置、范围、程度;渗漏情况。

②裂缝检测——分布、宽度、深度。

③伸缩缝检测——磨损程度、破损情况、影响行车情况。

(3)公路引桥钢筋混凝土框架、梁、悬臂梁及挂孔等

①裂缝检测——裂缝分布、宽度、深度。

②保护层剥落及露筋检测。

③牛腿破损情况及开裂情况检测。

④渗漏情况检测。

(4)公路钢筋混凝土桥面板承载力检测

为摸清钢筋混凝土桥面板承载能力,选择好、中、坏三孔桥面板进行加载试验。模拟汽一10级、汽一15级及汽一20级荷载,测量桥面板的变形及钢筋应力。详细加载方案,需看桥面板及有关的结构尺寸后给出。

(5)对钢筋混凝土公路桥面板承载能力作出结论。

(6)对桥墩的外观、裂缝作检测。

(7)对混凝土及钢筋混凝土结构提出养护维修及加固方案。

2)钢梁的公路桥面系(公路纵横梁、上平剪刀撑及有关连接)检测(1)油漆剥落情况。

(2)锈蚀情况。

(3)铆钉及连接松动情况。

(4)是否有裂纹产生。

(5)钢筋混凝土桥面板加载时,对其纵横梁应力及挠度的测定。

(6)提出整治方案。

(7)作出公路桥面系钢构件承载力的结论。

3)公路人行道钢托架的检测(1)连接及铆钉是否松动。

(2)锈蚀情况。

(3)是否有裂纹产生。

(4)对钢托架提出整治方案。

(5)作出钢托架承载能力的结论。

4)主桁、铁路纵横梁、下平剪刀撑及有关连接的检测(1)查阅养护、维修及加固记录,并进行现场勘查。

(2)查阅历次、尤其是最近一次鉴定试验结果。

(3)实施一般性应力、挠度及动力性能测试。如对坠河后修复的一孔钢桁梁,及另选有代表性的一孔钢桁梁,进行现行运营荷载的应力、挠度及动力性能测试。

(4)对实桥结构进行理论分析。

(5)给出承载能力及近期安全运营的判断结论。

(6)对主桁、铁路纵横梁、下平剪刀撑的整治提出方案。

2.完成第一方案所需要时间

1)合同签定后一个星期内即开始现场检测。

2)现场检测需要20d。

3)现场检测工作完成后即分析资料,提交评估报告需要30d。

4)两个月内完成第一方案。

3.完成第一方案所需经费

(略)

(三)大桥检测评估工作的第二方案

1.检测评估工作内容

一个新制杆件,从承受循环加载开始至裂纹不稳定扩展失去承载能力为止的全部循环加载次数,就是该杆件全部承受疲劳荷载的寿命。一般大跨度钢桁梁主桁均按安全承受200万次加载来设计其寿命。整个疲劳加载的过程,是疲劳损伤的累积过程。以疲劳试验方法或断裂力学试验方法取得抗力数据,再结合运营应力谱数据,进行累积损伤计算,便可得到现有杆件剩余寿命,即应由实桥相应部位取得试件。这对钱塘江大桥讲可能是较困难的,当然亦可参照国内外已有试验据取值。这种疲劳抗力的试验和统计分析及损伤累积的计算存在误差可能在5年以上,不同的方法相差可能在10年以上。比如同是洛口黄河大桥纵梁,不同的方法得出的结果也不同,有的认为剩余寿命为零,有的却认为剩余寿命尚有10年以上。鉴于上述原因,钱塘江大桥全面寿命评估按如下考虑:

1)近期检测及承载力评估

内容同于方案一的有关内容。

2)剩余寿命评估

(1)控制寿命构件应力谱

实测杆件应力谱:选定测试周期,选定测试杆件及部位,划分应力幅等级,实测应力历程曲线,确定一个测试周期内各应力幅等级的加载次数,并记录货车列、客车列和单机加载以及牵引机车类型。对不同控制寿命构件及应力幅等级累计一个周期的加载次数。对不同控制寿命构件的实测应力谱,考虑偏载、一周期内漏测特重列车、铆钉孔削弱、机车种类变化、牵引力变化、车辆载重变化、年总运量及月份总运量不均匀等诸多因素影响进行修正。上述影响由历年运量调查、机车类型调查等结果统计分析取得。

(2)控制寿命构件细节疲劳抗力曲线

由实桥切取试件参照国内外已有旧铆接桥细节的疲劳抗力数据,给出旧铆接桥构件疲劳评定曲线。

(3)计算疲劳损伤度及剩余寿命

由运营应力谱,按疲劳评定曲线进行损伤计算,求得各运营阶段的等效应力幅及相应加载次数,从而算出控制寿命构件的疲劳损伤度及剩余寿命。

上述计算是一个大量实测数据、试验数据及调查统计数据的统计分析过程。因此,因结果不是一一对应的函数关系,而是建立在一定概率基础上的相关关系。离散、偏差是存在的。因这种分析结果仍然是必要的参考数据,是总体和长远考虑的依据。近期应该有更实际和切实有效的举措。

上述考虑是初步方案,待实施时再提供详细的试验大纲。

2.完成第二方案所需时间

1)合同签定后一个星期内即开始现场检测和有关取样工作。

2)现场检测及取样工作等需时20d。

3)室内疲劳或损伤等试验需时30d。

4)上述现场检测和室内疲劳或损伤等试验工作完成后,即进行资料分析,提出评估报告,需时40d。

5)共需90d完成第二方案。

3.完成第二方案所需经费

(略)二、病害检测及承载力评估报告

我们向业主提交上面介绍的检测评估工作方案后,有幸中标。经业主和有关主管部门领导研究决定,杭州钱塘江大桥的检测评估工作按上面介绍的第一工作方案执行。据此,我们进行了检测评估工作。现将《钱塘江大桥病害检测及承载力评估报告》的梗概介绍于下,以供参考。

(一)概述

(关于钱塘江大桥修建及战争破坏情况,前面已介绍,此处从略。)

1953年,经铁道部桥梁检定队检定,载重等级为中-17.4级,控制杆件为U,L2斜杆。

1957年,又对大桥主梁进行了应力测试和动载试验,载重等级为中-28.9级,控制杆件为第10孔的U山I6斜杆。1959年底,对北岸3号钢拱和南岸钢拱进行了荷载试验,通过试验,公路纵梁的载重等级均远大于汽-18级。其后,曾对大桥钢梁和拱桥进行了病害整治和加固。1979年,上海铁路局桥检队对大桥进行了检定计算,结果为:第1至第16孔公铁两用桁梁承载系数为1.095(合旧中活载等级为中-24.3级);铁路13,76m上承式板梁承载系数为1.76(合旧中活载等级为中-38.7级);14.63m上承式板梁承载系数为1.89

(合旧中活载等级为中-41.54级);公路钢拱桥承载等级相当于我国公路活载等级汽-20级或挂车-100,正桥主桁公路承载能力相应达汽-20级,公路纵梁承载等级相当为汽-

15级或挂-60级。1981年,对10孔补强后的钢梁进行了载重等级计算,结果为:承载系数为1.264(合旧中活载等级为中-28级)、公路为汽-15级,或者1.196(合旧中活载等级为中-26.5级)、公路为汽-20级。1993年,大桥大修前,也曾进行过检定,大修时对桁梁个别杆件进行了加固,桥面铺装层换成沥青混景上绒装层,伸缩缝换成橡胶伸缩缝。

从现存的档案中,未发现对钢筋混凝土公路桥面板进行检测和荷载试验的资料。

鉴于该桥钢筋混凝土公路桥面板已出现某些病害,影响汽车行车平顺甚至行车安全。

为查清病害,给维修加固提供依据,受委托我们于1999年3月25日至4日19日对该桥进行了病害和承载力检测评估。

(二)检测内容

1.混凝土及钢筋混凝土结构

1)公路钢筋混凝土桥面板

裂缝检测,破损带检测,保护层剥落及露筋检测,碳化层深度和混凝土强度检测及渗漏检测。

在以上工作完成后,还需对桥面板进行加载检测和理论计算,最后对其承载力作出评估。

2)公路钢筋混凝土桥面板铺装层

破损带检测,裂缝检测,伸缩缝检测。

3)公路引桥

对钢筋混凝土框架、梁、悬臂梁及挂孔等裂缝、破损及渗漏、露筋检测。

4)桥墩

外观检查及裂缝检测。

2.钢桁梁的公路桥面系(公路纵横梁、上平剪刀撑及有关连接)检测1)油漆剥落情况、锈蚀情况,铆钉及连接是否松动,是否开裂以及裂缝扩展情况。

2)在公路钢筋混凝土桥面板进行荷载检测时,对桥面系杆件相应的应力水平及挠度进行检测。

3.公路桥面的人行道托架

检查油漆是否剥落、锈蚀、连接是否松动等情况。

4.主桁、铁路纵横梁、下平剪刀撑及有关连接1)查阅养护、维修及加固记录,并进行现场检查。

2)查阅历次、尤其是最近一次鉴定试验资料。

3)施行一般性应力、挠度及动力特性测试。

4)对于变形超限主衔杆件及另一孔相应部位的杆件,进行应力测试并对损伤的杆件进行超声检测,以对比判断损伤程度及其性质。

5.桥面排水设施检查

排水设施是否合理,排水是否畅通,有无渗漏和锈蚀,排水设备是否缺损,四周有无漏水浸蚀桥跨结构。

6.承载力评估

1)对钢筋混凝土公路桥面板及公路桥面系钢构件的承载力提出评估结论。

2)对公路引桥钢筋混凝土框架、梁、悬臂梁及挂孔检测作出结论。

3)对公路桥面人行道钢托架的检测情况作出结论。

4)对变形超限的主桁钢杆件损伤程度作出结论。

5)对主桁承载力作出评估结论。

6)对公路桥面排水设施检查情况作出结论。

7.养护、维修、加固方案。

对公路钢筋混凝土桥面板、桁梁公路桥面系、公路桥面人行道托架;公路引桥钢筋混凝土框架、梁、悬臂梁及挂孔;主桁杆件及主桁超限变形杆件;伸缩缝、公路桥面铺装层等

依据测检结果提出养护,维修及加固建议方案。对公路钢筋混凝土桥面板的维修分别作出使用期为5年、10年、20年以上的比选方案。

(三)检测依据及标准

1.双方签定的《钱塘江大桥病害、承载力检测评估合同》。

2.铁路桥梁检定规范,人民铁道出版社,1978年。

3.铁路工程技术规范。

4.铁路桥涵设计规范(TBJ2-96),铁道部标准科情所组织出版,1996年。

5.公路桥涵设计通用规范(JTJ021-89),人民交通出版社,1989年。

6.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTJ023-85),人民交通出版社,

1985年。

7.公路旧桥承载力鉴定方法,人民交通出版社,1988年。

8.回弹法检测混凝土抗压强度技术规程(JGJ/T23-920)。

9.超声法检测混凝土缺陷技术规程(CEES 21:90)。

(四)混凝土及钢筋混凝土结构检测

1.检测方法及仪器

混凝土强度用天津建筑仪器厂生产的HT-225A型回弹仪,按照前述的有关规程进行检测。碳化层深度用游标卡尺和1%酚酞酒精溶液进行测量。裂缝宽度用上海光学仪器厂生产的20倍刻度放大镜测读。裂缝深度用英国C.N.S仪器有限公司生产的“庞迪”

便携式超声波非破损数字显示测试仪进行检测,检测依据规范为前述的有关规程。

2.正桥公路钢筋混凝土桥面板

1)桥面板混凝土裂缝、碳化层及强度检测

裂缝、碳化层深度及混凝土强度检测结果详见表3-6-7。从表中可看出,拱1~4孔和主桁1~4、8、9、11、16共12孔的老桥面板①混凝土碳化层深度较深,分别为17、21、15、

18、20、18、15、21、14、21、20、16(mm)。而桥梁炸毁后第一次更换的第5、6、7、12、14、15六孔及第二次更换的第10、13两孔桥面板混凝土碳化层深度相对浅一些,分别为14、8、11、6、

6、6、6、6(mm)。老桥面板混凝土最低强度为16.2~27MPa,更换后的桥面板最低强度为25.5~33.3MPa。

正桥钢筋混凝土公路桥面板裂缝、碳化层深度及混凝土强度检测情况汇总表3-67

正桥钢筋混凝土公路桥面板裂缝、碳化层深度及混凝土强度检测情况汇总表3-67

续表

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注:裂缝宽度和深度是由该孔中具有代表性的裂缝测得。

2)桥面板混凝土的破损带、保护层剥落、渗漏及露筋检测。

检测结果详见表3-6-8。

正桥钢筋混凝土公路桥面板破损带、保护层剥落、渗漏及露筋等情况汇总表3-68

image.png正桥钢筋混凝土公路桥面板破损带、保护层剥落、渗漏及露筋等情况汇总表3-68

续表

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3.公路桥面铺装层检测结果详见表3-6-9。

表3-69

表3-69


续表

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4.路引桥钢筋混凝土结构缺陷检测

1)筋混凝土梁裂缝、碳化层深度及混凝土强度检测详见表3-6-10。除杭公引第一、二孔裂缝较多外,其余各孔裂缝不是很多,但其碳化深度比主桥桥面板的深,强度也低一些。

公路引桥钢筋混凝土梁裂缝、碳化层深度及混凝土强度汇总表3-6-10

公路引桥钢筋混凝土梁裂缝、碳化层深度及混凝土强度汇总表3-6-10

2)钢筋混凝土框架、悬臂梁及挂孔等缺陷检查两岸公路引桥的钢筋混凝土框架、梁、板及悬臂梁等普遍存在破损、露筋和渗漏问题。

杭州侧公路引桥第三孔中的纵梁混凝土表层轻轻一敲就露出大面积蜂窝孔(约50cmx

30cm),此处的钢筋已严重锈蚀。

另外,挂孔处的钢筋混凝土破损严重,此处桥面渗水,已将大约2cm×2m范围内的钢筋截面锈蚀了近三分之二。

5.桥墩外观检查

主桥水中墩有13个,普遍存在横向、竖向、网状裂缝。裂缝长度从0.30~5.0m不等,宽度从0.20~1.6mm不等,各墩裂纹见表3-6-11。其中,5号、8号、13号墩的较严重。

主桥水中墩裂纹情况3-611

image.png主桥水中墩裂纹情况3-611

以上所有公路桥面板、框架、桥墩等,均绘制了裂纹及缺陷分布图。现仅以图3-6-6及图3-6-7示例,其余从略。

图3-6-6钢筋混凝土公路桥面板缺陷分布(图中数字是裂缝宽度,单位为mm)

图3-6-6钢筋混凝土公路桥面板缺陷分布(图中数字是裂缝宽度,单位为mm)

图3-6-7肖山岸公路引桥桥面板缺陷分布(图中数字是裂缝宽度,单位为mm)

图3-6-7肖山岸公路引桥桥面板缺陷分布(图中数字是裂缝宽度,单位为mm)

(五)钢桁梁公路桥面系及桥面排水设施检查钱塘江大桥钢桁梁公路桥面系如图3-6-11所示。本次检查内容包括上弦杆、公路纵梁及横联杆件的油漆剥落、锈蚀情况,连接是否松动,是否存在裂纹及裂纹扩展情况等。利用手锤、游标卡尺、钢板尺和读数显微镜等逐孔进行检查。检查情况分述如下。为节约篇幅,仅将其汇总表节选后示于表3-6-12。

钢桁梁公路桥面系检测结果汇总(节录)表3-612

钢桁梁公路桥面系检测结果汇总(节录)表3-612

续表

续表

1.第1孔

该孔公路桥面板为现浇钢筋混凝土板,4个板肋分别与上弦杆和纵梁结合,如图3-68b所示。

图3-68钢桁梁公路桥面系及公路钢筋混凝土桥面板示意图(单位:cm)

图3-68钢桁梁公路桥面系及公路钢筋混凝土桥面板示意图(单位:cm)

上弦杆外露部位锈斑较多,特别是其底面及两端缀板,锈蚀比较严重。第1节间上弦杆有一处油漆剥落,面积约4~8cm2;锈斑约42mm,深0.5~1.0mm。纵梁腹板与下翼缘底面锈斑较多,第4节间纵梁与桥面板结合处渗水,使纵梁锈蚀。

剪刀撑底面锈斑较多,油漆剥落较严重,特别是剪力撑四角连接处锈蚀更严重。

横联杆件及连接板均有较多锈斑,下横杆件锈斑可大块剥落,该杆件锈蚀特别严重。

该孔未发现连接松动现象,也未发现杆件裂纹。

排水孔四周有渗水现象,伸缩缝漏水,接水槽基本完整,排水管有漏水现象。

2.第2孔

该孔桥面板亦为现浇混凝土板。

上弦杆锈斑较多,锈蚀较严重。第4节间上弦杆由于桥面排水流到其上,局部锈蚀严重。

纵梁底面锈斑很多,锈蚀较严重。第4节间纵梁肖山端油漆剥落,面积约100cm2。

剪刀撑底面锈斑很多,锈蚀较严重。

横联杆件和连接板均有较多锈斑,下横杆件锈蚀特别严重。

未发现连接松动和杆件开裂的现象。

伸缩缝下面锈烂。排水管漏水,接水槽基本完好,第4节间上下游两侧排水孔排出的水直接流到上弦杆上。

3.第3孔

该孔桥面板亦为现浇混凝土板。

上弦杆底面及两端缀板锈斑较多,锈蚀比较严重。

纵梁底面锈斑较多,锈蚀比较严重。

剪刀撑底面锈斑较多,锈蚀比较严重。第4、6、7、8节间剪力撑底面油漆剥落严重,第8节中部几乎全部剥落。横联杆件锈斑较多,底面油漆剥落,特别是下横杆件底面,锈蚀特别严重。第3节间上游排水孔周围渗水,伸缩缝漏水,排水管漏水,接水槽基本完好。

4.第4孔

该孔桥面板亦为现浇混凝土板。

上弦杆锈蚀严重。

纵梁锈斑很多,锈蚀严重。在第2节间上游侧纵梁上的桥面板混凝土接合处混凝土有一空洞,其宽、长、深尺寸约8cm×10cm×10cm,第7、8节间纵梁因其与混凝土接合处渗水而锈蚀严重。

第1节间剪刀撑油漆剥落较严重。第2节间肖山端因渗水,连接板锈蚀严重。

横联杆件锈斑较多,第2、4节间因渗水使横联杆件及连接板锈蚀严重,下横杆件锈蚀特别严重。

伸缩缝钢板锈蚀严重,漏水,第2、4节间排水孔渗水,第4节间与第5节间上游侧接合处严重漏水,下漏的泥土堆在杆件和连接板上。接水槽基本完好。排水管流水不畅,接头漏水。

5.第5孔

该孔桥面板为预制的钢筋混凝土板,如图3-6-8b所示,每个节间两块。多数接缝处渗水,预埋件锈蚀严重。

上弦杆两端及上缘锈蚀严重,缀板底面油漆剥落,锈斑较多,第8节间上弦因排水孔周围渗水而锈蚀严重。

第3、6、8节间剪刀撑底面油漆严重剥落,锈蚀较严重。

横联杆件锈蚀严重,第4、6节间因桥面板缝漏水,杆件被泥土包住,横联杆件及连接板锈蚀,局部特别严重。

未发现连接松动和杆件开裂现象。

该孔桥面板支承垫层大部分松动,特别是纵梁上的垫层松动尤为严重,有的局部已脱落,即使未脱落者也可用手将其抽出。

该孔桥面板板缝严重渗水,渗水处桁梁的有关杆件油漆剥落,锈蚀严重,排水孔周围渗水,伸缩缝下接水槽完整,排水管畅通。

6.第6孔

该孔桥面板为预制。

上弦杆锈斑较多,锈蚀严重。第2、3节间上弦杆因桥面板支承垫层处渗水,锈蚀较严重。

纵梁锈斑较多,锈蚀较严重。第5、6节间纵梁端部因桥面渗水而锈蚀严重。第8节间纵梁底面油漆起皮,局部已剥落。该孔各节间剪刀撑底面油漆剥落严重。

横联杆件锈蚀较严重,特别是第3、5节间因桥面板接缝漏水而锈蚀严重。

该孔第1、2节间纵梁上的桥面板支承垫层破碎,严重脱落;其它各节间纵梁上的桥面板支承垫层也已松动、破碎,局部脱落。上弦杆上的桥面板支承垫层大部分松动,局部破损。

桥面板板缝漏水严重。特别是第3节间与第4节间、第5节间与第6节间的桥面板接缝。伸缩缝漏水,接水槽基本完好,排水管接头处渗水。

7.第7孔

该孔桥面板为预制板。

上弦杆两端缀板底面油漆剥落较多,其它部位有较多锈斑,锈蚀较严重。

纵梁底面锈斑较多;因桥面板接缝渗水,在渗水处,纵梁端部被泥水污染,局部锈蚀严剪刀撑底面油漆剥落严重,锈蚀较多。

第3、5节间因桥面板接缝漏水,横联杆件上堆积满泥土,局部锈蚀严重。纵梁上桥面板的支承垫层松动、掉边,第6、7节间的支承垫层脱落严重。

第3节间与第4节间、第5节间与第6节间的桥面板接缝严重漏水,伸缩缝漏水,接水槽基本完好,排水管接头漏水。

8.第8孔

该孔桥面板为现浇混凝土板。

上弦杆底面及缀板锈斑较多,锈蚀较严重;第3节间排水孔附近锈蚀;第5节间肖山端腹板油漆剥落。

纵梁底面锈斑较多,锈蚀严重。剪刀撑底面油漆剥落严重。横联杆件锈斑较多。第3节间横联杆件油漆剥落,下横杆件锈蚀特别严重。

伸缩缝有渗水现象,接水槽基本完好,排水管接头存在漏水现象。

9.第9孔

该孔桥面板为现浇混凝土板。

第1、2节间上弦杆和缀板锈蚀严重;纵梁与剪刀撑底面锈蚀较严重;门联连接板有大块锈斑剥落。

该孔后几个节间正在喷砂重做油漆,未发现连接松动、开裂现象。

伸缩缝处有漏水现象,排水管基本畅通,接水槽完好。

10.第10孔

该孔桥面板为预制板。

1996年对钢结构部分重新油漆,杆件表面可见旧锈坑,但未见新锈斑,没有油漆剥落现象。

“第7、8节间纵梁曾进行过加固,第4节间与第5节间之间的桥面板接缝漏水严重,横联杆件被污染。

桥面板支承垫层进行过修补,局部松动,第5节间上游侧纵梁杭州端桥面板支承垫层脱落长约0.5m。

接水槽完好,排水管接头有漏水现象。

11.第11孔

该孔桥面板为现浇。

1996年对钢结构部分重新油漆,第3节间下游侧上弦杆的肖山端因渗水使节点板生锈,其它杆件未见新的锈蚀。

伸缩缝有漏水现象,排水管接头漏水,接水槽完好。

12.第12孔

该孔桥面板为预制板。

1995年对钢结构部分重新油漆,上弦杆顶面垫层处因渗水,有新的锈蚀,其他杆件上有少量新锈斑。第4、8节间纵梁曾进行过加固。

第3、5节间横联杆件因漏水而污染。

第3、4节间之间及第5、6节间之间的桥面板接缝处严重漏水,伸缩缝漏水,接水槽完好,排水管接头漏水。

13.第13孔

该孔桥面板为预制板。

上弦杆端部及缀板有少量锈斑,第7节间上游侧上弦杆的腹板变形凹进去,该节间的上弦杆件曾进行过加固。

纵梁表面有少量锈斑,第1、4、5、6、7节间的纵梁也曾加固过。

第3、4节间之间及第5、6节间之间桥面板接缝处均严重漏水,此两处横联杆件、上弦杆端部及纵梁端部被泥土污染,局部已锈蚀。

第3节间上游侧桥面板的支承垫层比下游侧厚约8~10cm,支承垫层曾修补过,局部已松动。

伸缩缝下接水槽中间脱开,排水管接头存在漏水现象。

14.第14孔

该孔桥面板为预制板。

上弦杆有锈斑,第6节间中部底面油漆剥落,锈蚀较严重,第3节间纵梁锈斑较多,第5、6节间纵梁端部锈蚀;第6、8节间纵梁曾进行过加固;第4、7节间剪刀撑锈斑较多;第1节间剪刀撑上有一颗铆钉松动。

第4节间桥面板中间接缝渗水,使剪刀撑中央、纵梁中部锈蚀严重;第5节间与第6节间之间桥面板接缝处漏水严重,使该处杆件上堆满泥土,局部锈蚀。

桥面板支承垫层已松动,第1、6节间局部已脱落。排水管接头处漏水,接水槽完好。

15.第15孔

该孔桥面板为预制板。

上弦杆底面锈斑较多,第3、7节间纵梁锈斑较多,第2~3节间横联处的纵梁曾进行过加固。

第3节间剪刀撑底面锈斑较多,第6节间与第7节间连接处油漆脱皮,第7节间剪刀

撑四个端头的锈斑较多。

第3节间与第4节间之间、第5节间与第6节间之间桥面板接缝处漏水严重,此两处杆件被泥土污染,锈蚀,横联杆件锈蚀严重。

纵梁上的桥面板支承垫层松动,局部已脱落,伸缩缝下排水设施完好。

16.第16孔

该孔桥面板为现浇板。

上弦杆、纵梁、剪刀撑、横联杆件和连接板锈斑较多,但未见其他不良现象。

17.钢拱部分

钢拱上面的桥面板为现浇混凝土板。

桥面系构件表面锈斑较多,锈蚀比较严重,局部油漆剥落,桥面板接缝处有渗水现象,排水设施功能部分丧失,排水孔周围渗水,使钢构件锈蚀;未见连接松动,未发现钢构件开裂。

(六)主桁、铁路纵横梁和下平联检查

1.主桁

主衍上弦杆普遍有锈斑,特别是其底面及两端缀板,部分缀板油漆剥落严重;上弦杆与公路桥面板接合处都已锈蚀,渗水处锈蚀更为严重。在第5、6、7、10、12、13、14和15孔的U山号、UU桥面板接缝漏水,使上弦杆端部、节点板、铆钉、竖杆及斜杆端部锈斑严重。

其他部位的斜杆和竖杆上部有锈斑。主桁自上弦以下的部分情况较好,未见油漆剥落和严重锈蚀情况。检查过程中未发现铆钉松动。

2.变形超限主桁杆件超声波检测

主桁第6孔编号hL2下弦杆曾被撞扭变形,此次检测等专门测试了这根杆的应力,并进行了超声波探伤,有关应力情况见后面的有关内容,探伤情况于下:

1)探伤使用仪器为汕头产CIS-22型金属探伤仪。

2)检测结果发现,在杆件内侧的下排铆钉孔中,有2处铆钉孔存在裂纹,见图3-6-9。

image.png图3-69主枸第6孔4Ia杆件缺陷位置

图3-69主枸第6孔4Ia杆件缺陷位置

3.铁路纵横梁和下平联

第1孔纵梁上缘角钢锈蚀严重,下平联与纵梁联接支撑块角钢锈蚀。第5孔第1节间、第2节间肖山端鱼形板开裂,1997年8月检测裂缝长为178mm,1999年4月5日检测时发展到188mm。第7孔4L;横梁杭州侧鱼形板开裂,左边裂缝长约210mm,右边裂缝长约150mm;L,Ly横梁鱼形板开裂,左边裂缝长约60mm,右边裂缝长约30mm。第8孔第2节间纵梁鱼形板开裂,裂缝长约100mm。第10孔下平联联结处锈蚀较严重。第11孔鱼形板锈蚀严重,大多已锈穿。第12孔第3节间、第5节间纵梁杭州端的节点板已锈烂;第8节间一根平联杆件节点板严重锈蚀,另一端已脱落。第14孔鱼形板锈蚀特别严重,多处平联节点板锈断,第1节间的一根平联杆件已掉下来。第15孔、第16孔多处平联节点板锈蚀严重。

以前发现开裂并已加固的纵横梁上,未发现新的裂缝。

(七)正桥公路钢筋混凝土桥面板荷载检测

1.正桥公路钢筋混凝土桥面板

有两种型式:一种为建桥时现浇钢筋混凝土桥面板。每孔内有3块,沿桁梁纵向分别长为25.30m、16.46m和25.30m。板间设2条2.54cm的孔内伸缩缝及1条7.62cm孔间伸缩缝。桥面板宽(横桥向)9.448m,其中两侧人行道各宽1.676m,中间车行道6.096m,设两车道。桥面板厚19.05cm。在孔内伸缩缝处设宽47.0cm、厚34.29cm的隔梁。桥面板与上弦杆、公路纵梁浇注成一体,上弦杆和公路纵梁上翼及部分腹板埋入桥面板加劲肋中的深度为15.24cm。公路桥面板沿桥横向的跨度为1.981m、2.134m和1.981m,即为三跨连续板,见图3-6-10。

图3-6-10现浇钢筋混凝土公路桥面板(单位cm)

图3-6-10现浇钢筋混凝土公路桥面板(单位cm)

另一种为修复时采用的预制钢筋混凝土桥面板。共有8孔,分别为正桥的第5、6、7、

10、12、13、14和15孔。每孔有16块,即每个节间2块。沿桁梁纵向为4.103~4.405m不等。横桥向的尺寸与现浇板相同。桥面板厚15.0cm,板与板之间有4mm缝隙。桥面板通过支承垫层支承在上弦杆和公路纵梁上,见图3-6-11。

2.桥面板的理论分析

原建的现浇板虽无抗剪连接器,但上弦杆与公路纵梁均有一部分埋入混凝土中,且相关部位有构造钢筋,而预制板只是支承在上弦杆和纵梁上。

现浇板混凝土配合比为1:2:4,相当于现行标准的C15混凝土,弹模为2.4×10MPa。

图3-611预制钢筋混凝土公路桥面板(单位:cm)

图3-611预制钢筋混凝土公路桥面板(单位:cm)

预制板的原始资料无,只得按检测的有关数据定为C20,弹模为2.7×10MPa。

本桥桥面板是支承在公路纵梁、桁架上弦杆上的多跨连续板。在外荷载作用下,各支承梁(纵梁和上弦杆)的挠度并不一致,因此,分析板的内力必须考虑支承的不均匀弹性变形。再加上支承梁的扭转刚度影响、托板(加劲肋)作用,端部约束程度不同等因素,桥面板的实际受力情况相当复杂。为简化计算,采用有限元通用结构分析程序对公路桥面进行分析。

超静定结构内力分配与各有关构件刚度密切相关。规范规定钢筋混凝土结构计算变形时采用全截面,不计钢筋,弹模折减为0.8Ek。

本次分析按以下条件进行:假定桥面板混凝土为匀质连续体,板厚取实际值,以简化计算;为与实测短期汽车荷载作用下的应力相比较,弹模就按上述值取用,不打折扣①,C15为2.4×10MPa,C20为2.7×10MPa。

经有限元分析,求得桥面板应力分布,该应力对应一定的内力状态,按该内力反求测试点钢筋应力,可直接采用下式进行反算:

W。Q。=nr00(3-6-1)

式中:。——钢筋应力;

0——按匀质体计算的桥面板下缘应力;W。——按匀质体计算的单位宽桥面板下缘截面抵抗矩;W。——单位宽桥面板受拉钢筋处换算截面抵抗矩;n——钢筋与混凝土弹模比。

实际计算时,取1m宽范围内计算应力的平均值作为ao。

桥面板及纵梁的挠度采用有限元计算值。以下分述对第4孔第8节间及第5孔第1节间桥面板的计算分析。

1)第4孔第8节间桥面板

计算时,板与上弦按不连接处理,与纵梁按连接处理,板端按铰接。汽车荷载为:东风自卸车,总重150kN,前轴30kN,见图3-6-12。计算结果如下:

图3-6-12计算图式及工况4荷载布置尺寸单位:mm a)顺桥面;b)横桥面

图3-6-12计算图式及工况4荷载布置尺寸单位:mm a)顺桥面;b)横桥面

图3-6-13左纵梁跨中截面 应力分布(单位:MPa)

图3-6-13左纵梁跨中截面

应力分布(单位:MPa)

(1)在纵梁下缘最大拉应力为40.3MPa,纵梁跨中截面应力分布见图3-6-13,纵向应力分布见图3-6-14。

图3-6-14左纵梁纵向应力分布(单位:MPa)

图3-6-14左纵梁纵向应力分布(单位:MPa)

(2)板中纵向1m范围内横桥向计算平均应力为1.14MPa,折算成钢筋应力为29.2MPa。

(3)纵梁跨中挠度,左纵梁为3.40mm,右纵梁为3.32mm,板中挠度为0.27mm。桥面板中横截面挠曲变形示意图见图3-6-15。

2)第5孔第1节间桥面板

此孔桥面板不同于前者。此节间为两块预制板,两板间仅在两板邻近端预埋槽钢,其底面有几处采用角钢焊接连接,桥面铺装层连续。预制板搁置在上弦杆及纵梁上,彼此无连接,板与杆、与梁仅能传递压力。在荷载作用下,结构体系不同于前者,板与纵梁及上弦等会有脱空现象。这种结构采用限元法分析比较困难。为简化分析,计算模型采用梁、杆与板间仅能承受拉压、不传递剪力的短柱。第一次计算后检查短柱轴力,去掉承拉较大的短柱,尔后重新计算。计算图式及工况5荷载布置见图3-6-16。计算结果如下:

image.png图3-6-15桥面板中横截面挠曲变形(单位:mm)

图3-6-15桥面板中横截面挠曲变形(单位:mm)

image.png图3-6-16计算图式及工况5荷载布置(单位:mm)a)顺桥面;b)横桥面

图3-6-16计算图式及工况5荷载布置(单位:mm)a)顺桥面;b)横桥面

(1)左纵梁跨中弯矩为37.9kN·m,纵梁下缘拉应力为18.9MPa。其挠曲变形曲线见图3-6-17。

image.png图3-6-17左纵梁挠曲变形(单位:mm)

图3-6-17左纵梁挠曲变形(单位:mm)

(2)后轴下板中纵向1m内横桥向计算平均应力为2.95MPa,折算成钢筋应力为78.8MPa。

(3)该工况后轴下桥面板中相对二纵梁的挠度为0.54mm。桥面板挠曲变形示意见图3-6-18。

image.png图3-6-18后轴下桥面板横截面挠曲变形(单位:mm)

图3-6-18后轴下桥面板横截面挠曲变形(单位:mm)

由于板的支承状况及边界约束不明确,又无原设计钢筋混凝土参数,再加上板的开裂、局部破碎、钢筋锈蚀及局部粘脱等因素,板的理论计算定会与实际差别较大。因此综

合评估时应主要依据荷载检测的结果。

这里需特别指出的是:板的理论计算跨度,纵向是8m,即等于横梁的间距;横向是1.981m+2.134m+1.981m,即上弦杆与纵梁、纵梁与纵梁、纵梁与上弦杆的间距。这实际上类似于具有纵向强肋的正交异性板。而原设计将板看作支承于上弦杆和纵梁上的连续板计算和配筋,纵向配筋弱;由于纵向刚度不大,故板的开裂方向均垂直于纵向。如果桥面板重新设计,则一定要考虑加强纵向配筋。

3.荷载检测

选择4块桥面板进行荷载检测。分别是:第4孔3号板、第5孔1号板、第12孔12号板和13号板。

1)测点布置

在各板的横桥向中跨跨中凿除局部混凝土,显露出4根钢筋,在每根钢筋上各布设两个应变片测点;在下游侧的钢纵梁的跨中沿高度共布设5个应变片测点(其中有2个布置在底面),在上游侧的钢纵梁的跨中底面布设1个应变片测点;在桥面板中跨跨中及相应的钢纵梁上各布设2个(共4个)挠度测点。

2)荷载布置及测试工况

鉴于该桥在试验前发现病害,已限制2t以上车辆通行。而原设计载重等级为H-15,相当于我国公路活载标准的汽一11.7级。经各方共同商定,确定本次检测荷载为10t车和15t车。根据桥面及纵梁的具体情况,检测用2辆10t汽车和2辆15t汽车。此两种汽车的轴距为3.9m,轮距为1.8m。装载后称重,10t汽车前轴重2.05t,后轴重7.95t;15t汽车前轴重3.0t,后轴重12.0t。

每块板均分别用两种汽车加载,每种汽车又分加载工况。每种工况重复两次。

工况1:单辆汽车的后轮停在纵梁跨中。工况2:两辆汽车的后轮停在纵梁跨中。

工况3:单辆汽车的后轮停在桥面板顺桥向中间截面。工况4:两辆汽车的后轮停在桥面板顺桥向中间截面。

工况5:单辆汽车的一个后轮停在桥面板横桥向中跨跨中。

3)测试结果及分析

查阅档案图纸得知,第4f孔3号公路桥面板横桥向跨中底面钢筋为2根15.88mm

(5/8)螺纹钢筋和1根①15.88的光面钢筋相间排列,间距为15.2cm(6)。第5孔1号板、第12孔12号及第13号公路桥面板横桥向跨中底面钢筋均为016mm的螺纹筋,间距15cm。各板剖面分别见图3-6-10和图3-6-11。

依据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTJ023-85),钢筋的弹性模量工级钢筋为2.1×107MPa、Ⅱ级钢筋为2.0×10MPa;依据《铁路桥梁检定规范》[(1977)铁工电字1279号公布]第3-48条规定,普通钢筋的弹性模量E。=2.1×1MPa。综合起来,本次测试E。取用2.1×10MPa进行计算。

公路纵梁为普通碳钢,依据《铁路桥梁检定规范》第3-16条,在进行纵梁的有关计算时E。取用2.1×10°MPa。

应力采用下式计算:Q6=6E,(3-6-2)

式中:。——桥面板钢筋或纵梁应力;e——桥面板钢筋或纵梁应变;E.——桥面板钢筋或纵梁弹性模量。

结构校正系数采用下式计算:

7a力=号(3-6-3)式中:7应力——应力的结构校正系数;a。—桥面板钢筋或纵梁在检测荷载作用下的实测应力;

.——桥面板钢筋或纵梁在检测荷载作用下的理论计算应力。

7脆=多(3-6-4)式中:7m—挠度的结构校正系数;S——桥面板或纵梁在检测荷载作用下的实测挠度;S'——桥面板或纵梁在检测荷载作用下的理论计算挠度。

(1)桥面板钢筋应力分析

根据实测资料(此处从略)计算结果,第4孔3号公路桥面板的应力结构校正系数为0.34~0.57;第5孔1号板的应力结构校正系数为0.13~0.30;第12f孔12号板的应力结构校正系数为0.11~0.15;第12孔13号板的应力结构校正系数为0.14~0.19。前两者与《公路旧桥承载能力鉴定方法》附表6.1列举的钢筋混凝土板桥应力校验系数常值0.2

~0.4比较接近,而后两者却偏低。

第4孔3号板在15t汽车按工况5加载时,实测钢筋应力最大值为22.04MPa,与理论计算值相比,比值为0.65;最小值12.08MPa与理论计算值相比,仅为0.35,相差近1倍。

可见钢筋受力很不均匀。分析其他板其他工况加载时,情况也一样。如第5孔1号板、第12孔12号板及其第13号板,在15t车工况5加载时,前者此后两者的钢筋应力分别大20%和22%,这是由于前者混凝土有许多垂直于受力主筋的裂纹,使板的整体强度降低;而后两者没有这样的裂纹。另一方面,第4孔3号板和第5孔1号板在凿开钢筋保护层后,发现钢筋已经锈蚀;而第12孔12号板和13号板凿除保护层后未见钢筋锈蚀,连其扎丝也是完好的。可见,混凝土开裂及其钢筋锈蚀均降低了板的整体强度,导致钢筋应力增大。

受检测的4块公路桥面板,除第4孔3号板为原现浇板外,其余3块均为预制板。前者板厚19cm,支承部位的混凝土与上弦杆和纵梁上缘包裸在一起;后者板厚15cm,支承部位为搁置在上弦杆和纵梁上缘,且其支承垫层大都松动。从这一点讲,现浇板的受力条件好。但现浇板由于时间长,历经损伤,综合强度条件却较差,其混凝土开裂严重,钢筋锈蚀,脱粘,碳化层深,静活载应力幅为22MPa,且现浇板的纵向(沿桥向)的钢筋太少。

(2)纵梁应力分析

本次荷载检测的有4个节间的纵梁。其中,第4孔第8节间,由于其公路桥面板是现浇板,可视为结合梁;第5孔第1节间、第12孔第6及第7节间,由于其公路桥面板是预制的,是搁置在上弦杆和纵梁上,是非结合梁。

第4孔第8节间纵梁应力(10t车加载)表3-6-13

为节省篇幅,仅将实测及理论计算值节录,是为例。见表3-6-13、表3-6-14和图3-619、图3-6-20。

第4孔第8节间纵梁应力(10t车加载)表3-6-13

第5孔第1节间纵梁应力(10t车加载)表3-6-14

image.png第5孔第1节间纵梁应力(10t车加载)表3-6-14

image.png图3-6-19第4孔第8节间纵梁跨中 截面应力图(单位:MPa)

图3-6-19第4孔第8节间纵梁跨中

截面应力图(单位:MPa)

图3-6-20第5孔第1节间纵梁跨中 截面应力图(单位:MPa)

图3-6-20第5孔第1节间纵梁跨中

截面应力图(单位:MPa)

由实测和理论计算得知,实测应力比理论计算应力小。纵梁的应力结构校正系数大部分在0.4~0.7之间,与《铁路桥梁检定规范》附录二十一的有关数值对比,有些偏低,这

是由于公路桥面系受力复杂。第4孔第8节间纵梁在2辆15t汽车加载(工况2)时,底面最大应力为20.48MPa;第5孔第1节间纵梁在工况2加载时,底面最大应力为28.77MPa,两者相比,后者比前者大40%。而这两者上弦杆刚度一样,纵梁截面、跨度也一样,不同的是,前者是现浇板而后者是预制板,说明现浇板对纵梁的联合作用明显。第12孔第6节间、第7节间的纵梁底面应力分别为16.07MPa和18.80MPa,与第5孔第1节间相比,上弦杆刚度较大,且第5孔第1节间靠近端部。表明上弦杆刚度大时分配了较多的荷载,减小了纵梁的分配系数。此外,从应力图可看出,实测截面中性轴位置比理论计算中性轴位置稍高;对现浇板而言,实测中性轴在桥面板内,表明呈结合梁;对预制板,中性轴大致在纵梁中部,表明纵梁独立抗弯。

(3)挠度分析

对4个节间的纵梁的跨中挠度和4块板的挠度分别进行了实测和理论计算。现将这些资料节录列于表3-6-15和表3-6-16。

第4孔第8节间纵梁和板的挠度表3-615

第4孔第8节间纵梁和板的挠度表3-615

第5孔第1节间纵梁和板的挠度表3-616

第5孔第1节间纵梁和板的挠度表3-616

从实测和理仑计算资料可以看出:纵梁跨中挠度结构校正系数在0.63~0.85之间,与《铁路桥梁检定规范》附录二十一中的有关数据比较吻合。各节间纵梁在15t汽车按工况2加载时跨中最大挠度,第4孔第8节间的为2.85mm;第5孔第1节间的为3.45mm;第12孔第6节间的为1.90mm;第12孔第7节间的为1.56mm。均小于公路和铁路规范中的有关限值。

各公路桥面板在15t汽车按工况5加载时,跨中最大相对于纵梁的挠度分别为:第4孔3号板0.21mm;第5孔1号板0.40mm;第12孔12号板0.34mm;第12孔13号板

0.35mm。挠度结构校正系数在0.55~0.80之间。

公路桥面板的总挠度值列于表3-6-17。此值仍小于公路与铁路规范中的有关限值。

被荷载检测的公路桥面板跨中总挠度表3617

(15t汽车加载,单位:mm)

被荷载检测的公路桥面板跨中总挠度表3617

(八)钢桁梁动力特性和动力响应检测

本次动力检测主要包括三部分:一是第5孔、第6孔、第8孔和第9孔部分杆件的动应力和应力冲击系数;二是全部共16孔桁梁的自振频率,以及火车过桥时各孔跨中及才跨处横桥向和竖向位移振幅及加速度振幅;三是第1孔跨中动挠度及挠度冲击系数。

1.动应力和应力冲击系数

动应变测试使用的仪器是日本共和生产的DPM-270B动态应变仪,记录和分析仪器是日本共和生产的DAA-110B数据分析仪。检测荷载是随机行驶过桥的列车。第5、6孔的应变片则布置在第6孔曾被撞坏的下弦杆中间截面,以及第5孔相应的下弦杆中间截面。第8、9孔的应变片则布置在纵梁、横梁、弦杆和斜杆上。

通过随机检测,记录上行列车和下行列车过桥时上述各杆件的动应变时程曲线。获得了多种列车荷载和车速下各有关杆件的最大动应变和应力冲击系数。见表3-6-18示例。

2.各孔梁的自振频率、位移及加速度响应值

利用中科院生产的891型测振系统对共计16孔简支桁梁进行脉动测试,以及列车活载作用下的桥梁动力响应测试,然后用DAA-110B数据分析仪对动态信号进行记录和处理。

在进行脉动测试和动力响应测试时,测振仪布置在各孔简支布梁的跨中、去跨和跨的下弦杆上。自振频率见表3.6-19;列车过桥时测得的下弦杆各测点的竖向和横桥向位移最大振幅和加速度最大振幅见表3-6-20和表3-6-21。

第5、6孔I4La杆各测点最大动应变和应力冲击系数检测值表3-6-18

image.png第5、6孔I4La杆各测点最大动应变和应力冲击系数检测值表3-6-18

钱塘江大桥简支钢桁梁自振频率表3-6-19

钱塘江大桥简支钢桁梁自振频率表3-6-19

续表

续表

钱塘江大桥简支钢怖梁位移振幅

表3-6-20

钱塘江大桥简支钢怖梁位移振幅 表3-6-20

续表

续表

注:表中值为各孔梁在不同列车荷载作用下最大随机响应值。

钱塘江大桥简支钢桁梁加速度振幅(单位:m/)表3-621

image.png钱塘江大桥简支钢桁梁加速度振幅(单位:m/)表3-621

注:表中值为各孔梁在不同列车荷载作用下最大随机响应值。

3.第1孔桁梁跨中动挠度及挠度冲击系数

利用BQTN桥梁光电挠度仪对第一孔桁梁跨中挠度进行测试。对列车过桥时的桥梁响应共测试了三次。跨中挠度的时程曲线示例见图3-6-21。三次测试获得的最大动挠度分别为10.49mm、15.27mm和16.38mm。对应的挠度冲击系数分别为1.23、1.09和1.16。

4.分析与讨论

1)通过资料分析可知,曾遭撞伤的下弦杆所分担的荷载值下降。

2)数据表明次应力主要影响主桁面内的应力分布。在该方向次应力与轴向应力之比的最大值与最小值却相差较大,如第5孔下弦杆L1L2的最大值为15.1%,最小值为

7.0%;而第6孔同编号杆件的最大值为31.3%,最小值为9.2%。

3)各斜腹杆在不同列车荷载下,其次应力与轴向应力之比较为一致,最大值为13.7%。

4)因纵梁和横梁是受弯,且主要直接承受列车车轮冲击,所以动力增量较大。其余各测点在各种列车荷载作用下,冲击系数均小于1.17,其中斜腹杆的最大冲击系数为

1.169,下弦杆的最大冲击系数为1.147。

5)在各种列车过桥时,测得的桁梁跨中最大挠度为2.0cm。此值小于日本钢桥设计规定的,美国AREA规定的。和法国规定的的等等。

6)各孔简支桁梁横向振动基频为0.977~1.172Hz。此值不满足前苏联关于横向自振周期7≤0.01L=0.64s的规定,也不满足我国《铁路桥梁检定规范》表5-4中关于横向自振频率f=一的规定。

image.png图3-6-21第1孔钢桁梁跨中挠度时程曲线示例

图3-6-21第1孔钢桁梁跨中挠度时程曲线示例

若假定各孔跨的质量分布及大小均一致,按照简支梁桥自振频率平方与刚度成正比的关系,则各孔跨最大与最小横向刚度之比约为1.44,竖向刚度之比约为1.24。

7)对列车荷载作用下,各孔桁梁横向和竖向振动曲线进行谱分析,得到各孔桁梁竖向振动的有载频率在2.3~2.8Hz之间,大部分在2.73Hz;横向振动的有载频率在0.898Hz按照人体对振动敏感度的狄克曼指标KO,测得的钱塘江大桥下平联处竖向振动对应的最大k=6.36,横向振动对应的最大k=3.1;在上平联处横向振动对应的最大k=

3.48。若假设竖向振动的最大k与横向振动的最大k按矢量进行合成,则总的最大k将接近人体能忍受短期振动灵敏度值的上限k=10。

(九)检测评估结论

1.全桥所有钢筋混凝土结构(包括公路桥面板、公路引桥的钢筋混凝土框架、挂孔、悬臂梁等)的混凝土的综合状况较差。裂纹多,且有破碎区;碳化层深度达20mm;实测强度等级大多数在20~25MPa;桥面板支承部位的垫层松动,框架挂梁牛腿支承开裂;钢筋锈蚀,有的甚至脱粘,保护层脱落,有的地方已锈透。混凝土的耐久性已较差。公路桥面板预制的比现浇的状况好。即第一次与第二次更换的桥面板比老桥面板的状况好,但前者的支承垫层又有很多已松动了。

2.关于主桥公路桥面板承载等级,由荷载检测的钢筋应力幅和钢筋承载状况来看,公路桥面板可通行汽一15。但考虑其混凝土综合状况较差,即使在加固维修的前提下,也只建议五年内通行汽一10,严禁超载。并要求定期观察裂缝及综合状况。

3.钢桁梁的公路桥面系,在公路荷载下,受力及变形正常。但由于钢筋混凝土桥面板开裂,且有破碎带等缺陷,导致漏水,引起钢桁梁公路桥面系污染及严重锈蚀,需对各有关钢构件进行仔细维修、除锈、油漆和加固补强。

4.钢桁梁铁路桥面系及下平联,在现行列车荷载下,受力尚属正常。但部分鱼形板、平联杆件严重锈蚀,铆钉松动,严重影响平联的作用,致使冲击较大,横向摇摆加剧。若不进行加固,维修恢复原功能,必将影响运营。

5.现行列车通过时,钢桁受力及变形正常。但横向动力性能较差,舒适度指标接近下限,横向自振频率低于检定规范要求。因此必须重视主桁平联加固、维修,恢复正常,必要时加强横联及桥门架刚度。治理锈蚀,缩短防腐周期。

6.排水设施不合理。特别是6号预制板与7号预制板、10号预制板与11号预制板

的间隙,止水失效,使桥面水流到横联上,导致上弦杆和纵梁端部横联杆件污染锈蚀严重。排水管周围普遍渗水,浸蚀附近桥跨结构,必须对排水系统进行彻底整治,以免影响桥跨结构的耐久性。

7.第6孔LiL2是曾被碰损杆件,经超声波检测,只发现有两处铆钉钉孔处存在裂纹,其余部位未见裂纹。但在承载检测中,该杆件截面应力分布不均匀,且次应力较大,因此,可判定该杆件损伤较重。须密切关注该杆件裂纹及受力状况。

(十)关于养护、维修和加固方案的建议

1.关于进行养护、维修和加固等工作的指导思想钱塘江大桥是一座公路铁路两用桥,上层公路,下层铁路。只有主桁保持良好,强度和刚度足够,列车才能正常运行,依附其上的公路桥面板才能处于正常工作状态。反之,若公路桥面铺装层破损、伸缩缝破损和桥面板开裂漏水,也会使主桁杆件,特别是上弦杆、公路桥面系的纵横梁、上平联承受一些本来可以避免的冲击振动等,也会危及主桁杆件的锈蚀、铆钉松动、联结功能降低。因此,钱塘江大桥养护维修及加固的一个重要原则是:大桥是一个统一整体,切不可顾此失彼,分割对待,各行其事;而要统一考虑,分工负责,共同确保大桥的安全运营。

2.关于公路钢筋混凝土桥面板和公路桥面的整治修复加固混凝土破碎带;封闭裂缝;封闭终止钢筋锈蚀;将预制板的支承部位垫实。更换或修整伸缩缝,处理好接缝处的防水,重修完善排水系统。保证公路桥面的雨水不排漏到主桁(特别是上弦杆、公路桥面系的纵横梁、上平联等)。

在完成以上工作后,重新铺设改性沥青混凝土铺装层。

3.关于公路引桥钢筋混凝土结构的治理

对其公路桥面板,应封闭其裂缝,封闭终止钢筋锈蚀,修复加固混凝土破碎带。

修补加固混凝土框架的支承牛腿和挂孔支承牛腿。

在完成这些工作后,其上的公路面亦应重做改性沥青混凝土铺装层。

4.关于对钢桁梁及钢拱的治理

一般讲,凡是钢结构,应始终一直保持其漆膜的完好,不得锈蚀;应始终一直保证各杆件和有关联结完好,处于良好的工作状态。因此,一定要日常进行养护维修,并定期作仔细全面检查。

针对当前钱塘江大桥的实际情况,要特别注意做下面的工作:

1)完善、加固或更换纵横梁鱼形板和联结系。必须恢复加强这些构件的原设计功能。

对严重锈蚀处,必须彻底的防腐蚀处理。

2)对上平联、横联、桥门架及公路桥面系进行彻底防腐蚀处理,恢复其功能,必要时进行加固处理。

5.加强养护维修并作定期检查

必须重视和加强桥梁在运营过程中的养护维修工作,以将危险和灾难消灭在萌芽状态,避免事故发生。

鉴于钱塘江大桥(特别是其公路桥面板、桥面系)病害较为严重,维修加固均难以治本。除注重日常养护维修外,建议每两年进行一次全面检查。做到及时治理病害。对损伤开裂杆件定期观测。

6.为比较彻底的治理公路桥病害,改善行车条件,延长大桥使用寿命,减少日后的养护维修工作,在资金允许的情况下,也可考虑将现有的公路钢筋混凝土桥面板、桥面铺装层、伸缩缝、栏杆、排水系统及灯饰等全部拆除,全都建新的。同时可考虑将现有的公路钢筋混凝土框架引桥废止不用,而另做转弯半径大的新引桥。但做新引桥时,其风格应与现有的一致。

至于主桁及钢拱等钢结构,仍须按上述的要求办理。



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