吐力土桥检测试验评定报告.docx

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吐力土桥检测试验评定报告

第一部分桥梁概述

1.1前言

随着我国交通运输事业的迅速发展，以公路桥梁为代表的建筑物日益增多。

由于目前在役桥梁中有很大部分桥梁的建桥时间较长、桥梁原有的设计荷载等级较低，已明显不满足现行的使用荷载要求。

鉴于上述诸多不利因素的影响，大部分旧桥的使用功能和承载力已明显下降，桥梁的完好性发生了不同程度的破坏，结构存在着严重的安全隐患。

近年来，由于桥梁破损、承载力下降等造成的安全事故时有发生，已对人民生命财产造成了严重的威胁。

国家和地方的各级公路管养部门对此给予了高度的重视。

双曲拱桥是我国独创的一种结构形式，曾经在上世纪的60~80年代在全国范围内普遍进行过推广。

由于该结构具有外形美观、受力合理、造价低廉、施工方便等诸多优点，曾经得到了一致的肯定。

但是，由于当时的设计荷载标准较低、使用时间较长、近年来交通量巨增等多种因素，结构出现了不同程度的病害，存在着严重的安全隐患，因此，对双曲拱桥的加固是一个重要而又迫切的任务。

2006年7月，由辽宁省交通厅公路管理局主持，由阜新市公路处、辽宁工程技术大学、辽宁省交通高等专科学校共同承担了“双曲拱桥加固技术”的科研课题，并以彰武县彰哈线吐力土桥作为依托工程进行了相关的设计、施工及荷载试验。

该课题借鉴了以往的双曲拱桥加固的加固经验和设计理论，同时又提出了新的设计理念和新的尝试，收到了良好的加固效果。

目前，加固设计、加固施工、荷载试验工作已全部完成。

1.2桥梁概述

吐力土桥位于辽宁省彰武县彰哈线上，二十世纪八十年代竣工。

该桥全长63.4米，桥跨结构为2-20+2-5米，空腹式双曲拱桥，重力式混凝土桥台、桥墩，沉井基础。

吐力土桥原桥主拱圈的拱轴线为悬链线形式，矢跨比为1/5，拱轴系数为2.814。

横向六肋五波，总宽度为7.94米。

空腹式拱上建筑。

桥面宽度为净7+2×1m，墩台顶部设伸缩装置。

原桥设计荷载为汽-10，挂-50。

原吐力土桥设计荷载标准较低，近年来重型车辆和超载车比较多，加之材料老化等原因，导致腹拱圈开裂，严重危及行车安全。

所以该桥受阜新市交通局公路管理处的委托，由辽宁工程技术大学于2007年7月对该桥进行加固设计，加固设计主要针对主拱圈和拱上建筑，采用锚喷混凝土的施工工艺，在原桥拱肋马蹄处，沿桥宽和桥长做整体混凝土底板，把原拱桥结构改变为箱形结构；将拱上填料和损坏的腹拱圈全部拆除，按照原腹拱圈规格现浇腹拱圈。

加固维修后新桥设计荷载为汽-20，挂-100。

加固施工已于2007年9月全部完成结束，加固后的桥梁已正常投入使用。

吐力土桥加固后全桥如照片1-1所示。

照片1-1吐力土桥

为了全面了解加固后吐力土桥的使用情况，掌握该桥的结构状况，同时对吐力土桥提载加固效果（包含加固设计、加固施工）进行准确的评估，辽宁省交通高等专科学校公路工程质量检测中心于2007年11月对吐力土桥桥进行检测评估。

第二部分一般检查

2.1检测目的

通过对现有桥梁结构状况进行现场检查，收集数据，全面、科学地评价目前桥梁的性能以及桥梁的加固效果，为桥梁现阶段的安全运营及以后的维护提供技术依据。

2.2检测依据

（1）《公路旧桥承载能力鉴定办法》（试行），1988

（2）《公路工程质量检验评定标准》，JTJ071-98

（3）《公路工程技术标准》，JTGB01-2003

（4）《公路桥涵养护规范》，JTGH11-2004

（5）《彰哈线吐力土桥加固提载设计说明书》，2007年7月

（6）《彰哈线吐力土桥加固施工图设计》，2007年7月

2.3主要检测仪器设备

表2-1主要检查仪器及设备一览表

序号

仪器设备

产地

用途

1

裂缝显微镜

国产

裂缝检查

2

望远镜

国产

外观检查

3

照相机

SONY

纪录

2.4结构外观检测

2.4.1桥面系

重做桥面铺装采用C30钢筋混凝土，路缘处厚10cm，路中线上厚17cm，预留向两侧的2%横坡，然后在混凝土上铺设3cm厚沥青混凝土耐磨层，桥面铺装沿纵桥向不设纵向伸缩缝，仅在各墩中心处设置一横缝，缝宽2cm，并用沥青麻丝填满填实；拆除部分防护栏杆，按原图纸修复。

经外观普查发现，新做的桥面铺装平整度较好，无破损、网裂等情况；人行道、路缘石均完好；墩顶设伸缩用横缝（照片2-1—2-3）。

照片2-1路面完好照片2-2墩顶设伸缩用横缝

照片2-3栏杆及人行道

2.4.2上部结构

对主拱圈加固采用锚喷混凝土施工工艺，在原拱肋马蹄处14cm厚的混凝土底板，将拱形截面的主拱圈改变为箱形截面；拆除部分腹拱立墙及实腹段侧墙，重新用砂浆修复。

经外观普查发现，加固后主拱圈底面平整，未见明显裂缝，新砌的腹拱立墙与实腹段侧墙石料规则、镶面平整、外观美观。

（照片2-4—2-7）。

照片2-4新砌实腹段侧墙照片2-5新锚喷主拱圈底面

照片2-6拱背照片2-7腹拱立墙

2.4.3下部结构

经加固设计单位实地考察和后期计算，桥墩台没有结构性损伤，故未列入加固范畴。

经外观普查发现，桥墩台墩身未发现腐蚀现象，无裂缝、无明显病害（照片2-8—2-9）。

照片2-81#桥墩照片2-91#桥墩立面

2.5一般调查小结

（1）新做的桥面铺装平整度较好，无破损、网裂等情况；人行道、路缘石均完好；墩顶设伸缩用横缝；

（2）加固后主拱圈底面平整，未见明显裂缝，新砌的腹拱立墙与实腹段侧墙石料规则、镶面平整、外观美观；

（3）桥墩台墩身未发现腐蚀现象，无裂缝、无明显病害；

第三部分荷载试验

3.1试验目的

检验桥梁结构是否满足设计荷载要求，了解其整体工作性能，为桥梁现阶段的安全运营及以后的维护提供技术依据。

3.2试验依据

（1）《公路旧桥承载能力鉴定办法》（试行），1988

（2）《公路工程质量检验评定标准》，JTJ071-98

（3）《公路工程结构可靠度设计统一标准》，GB/T50283-1999

（4）《公路桥涵设计通用规范》，（JTJ021-89）

（5）《公路工程技术标准》，JTGB01-2003

（6）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》，（JTJ023－85）

（7）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》，（JTGD62－2004）

（8）《彰哈线吐力土桥加固提载设计说明书》，2007年7月

（9）《彰哈线吐力土桥加固施工图设计》，2007年7月

3.3主要检测仪器设备

表3-1主要检测仪器及设备一览表

序号

仪器设备

产地

用途

1

TDS-602

日本

静态应变测量

2

SDA-830C

日本

动态数据采集

3

加速度传感器

日本

动态信号响应

4

INV306DF

国产

动态信号采集分析

5

应变传感器

国产

静态信号响应

6

动挠度传感器

日本

动挠度测量

7

百分表

国产

静态挠度测量

3.4测试截面

根据本次检测的外观普查结果，并结合桥梁结构的荷载试验要求，选择第2孔作为荷载试验孔，并采用桥梁结构分析专用程序进行静、动力分析，从而确定以拱桥跨中截面、1L/4截面及拱脚截面作为应变的测试截面，以1L/4截面及跨中截面作为挠度的测试截面，以第2孔跨中截面做为动态测试截面。

测试截面布置如图3-1所示。

图3-1测试截面布置示意图

3.5测点布置

3.5.1应变测点

在主拱圈底面布置应变测点，布置于拱脚截面、1L/4截面及跨中截面，沿纵桥向布置于Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ及Ⅲ-Ⅲ断面。

应变测点共布置22个，编号从1#-22#。

测试断面应变测点布置如图3-2—3-4所示。

图3-2Ⅰ-Ⅰ断面应变测点布置示意图

图3-3Ⅱ-Ⅱ断面应变测点布置示意图

图3-4Ⅲ-Ⅲ断面应变测点布置示意图

3.5.2挠度测点

在主拱圈底面布置挠度测点，沿纵桥向布置于Ⅱ-Ⅱ及Ⅲ-Ⅲ断面。

挠度测点共布置12个，编号从1-12。

测试断面挠度测点布置如图3-5—3-6所示。

图3-5Ⅱ-Ⅱ断面挠度测点布置示意图

图3-6Ⅲ-Ⅲ断面挠度测点布置示意图

3.5.3动态测点

为了测试结构动态特性，在测试截面跨中布置加速度拾振器，布设的具体位置如图3-7所示。

图3-7动态测点布置示意图

其中：

ch0—设置在跨中截面动加速度拾振器；

ch1—设置在跨中截面动挠度拾振器；

3.6试验荷载

3.6.1静力荷载试验

根据《公路旧桥承载能力鉴定办法（试行）》的规定，一般采用基本荷载，静力试验荷载的效率系数ηq取值范围为1.05≥ηq≥0.8。

式中：

Sstat——静载试验荷载作用下控制截面内力计算值；

S———控制荷载作用下控制截面最不利内力计算值；

δ———按规范采用的冲击系数，平板挂车、履带车、重型车辆取用0。

为了保证试验的有效性，根据各测试截面的内力与挠度影响线，按最不利位置加载，在保证各测试截面试验荷载效率系数η至少达到0.80以上的条件下，试验前对每辆车严格过磅，记录下各辆车的实际总重、轴重和轴间距，具体见表3-2所示。

结构分析按表中的参数取平均值计算。

车型及荷载示意图如图3-8所示。

表3-2吐力土桥试验荷载车数据

加载等级

车牌号

车辆总重

中后轴

前轴

平均总重

平均中后

前轴

中轴

后轴

40t

19158

403.60

304.80

98.80

405.30

301.60

103.70

150.80

150.80

11791

407.00

298.40

108.60

35t

14994

352.60

269.00

83.60

351.20

264.30

86.90

132.15

132.15

22807

349.80

259.60

90.20

30t

19158

295.40

222.60

72.80

293.90

224.00

69.90

112.00

112.00

11791

292.40

225.40

67.00

图3-8车型、荷载示意图

本次试验的荷载效率见表3-3：

表3-340t时静载试验效率系数

控制截面

项目

40吨试验荷载效应①（kN·m或kN）

荷载效应（kN·m）

效率系数（%）

相当汽车-20级②

①/②/μ

拱顶（1/2）

弯矩

528

452

0.98

轴力

890

834

0.90

3.6.2动力荷载试验

吐力土桥取一辆350KN试验车辆荷载作为动力试验荷载。

3.7试验工况和加载方法

3.7.1静力荷载试验

（1）试验工况

根据桥梁在实际受力下的最不利情况，采用双车加载，共分三级荷载，40t及35t级荷载分为6个工况，30t级荷载分为3个工况，只做中载。

具体荷载及工况如下：

工况1：

第2孔加载，纵向按拱脚截面最不利位置布载，横向为偏载；荷载布置如图3-9所示；

工况2：

第2孔加载，纵向按1/4跨截面弯矩和挠度最不利位置布载，横向为偏载；荷载布置如图3-10所示；

工况3：

第2孔加载，纵向按跨中截面弯矩和挠度最不利位置布载，横向为偏载；荷载布置如图3-11所示；

工况4：

第2孔加载，纵向按拱脚截面最不利位置布载，横向为中载；荷载布置如图3-12所示；

工况5：

第2孔加载，纵向按1/4跨截面弯矩和挠度最不利位置布载，横向为中载；荷载布置如图3-13所示；

工况6：

第2孔加载，纵向按跨中截面弯矩和挠度最不利位置布载，横向为中载；荷载布置如图3-14所示；

表3-5加载工况

工况

吨位

横向位置

加载位置

备注

1

40

偏载

拱脚

19158、11791

2

40

偏载

1/4跨

19158、11792

3

40

偏载

跨中

19158、11793

4

40

中载

拱脚

19158、11796

5

40

中载

1/4跨

19158、11796

6

40

中载

跨中

19158、11796

7

35

偏载

拱脚

14994、22807

8

35

偏载

1/4跨

14994、22808

9

35

偏载

跨中

14994、22809

10

35

中载

拱脚

14994、22810

11

35

中载

1/4跨

14994、22811

12

35

中载

跨中

14994、22812

13

30

中载

拱脚

19158、11791

14

30

中载

1/4跨

19158、11792

15

30

中载

跨中

19158、11793

图3-9工况1试验荷载布置图

图3-10工况2试验荷载布置图

图3-11工况3试验荷载布置图

图3-12工况4试验荷载布置图

图3-13工况5试验荷载布置图

图3-14工况6试验荷载布置图

（2）试验过程

①准备工作

Ⅰ、试验前对试验桥逐孔查看，并根据计算分析及现场实际情况选取试验孔，清理桥面，标记加载位置及测点布设位置；

Ⅱ、试验前，按照试验方案租用试验车辆并量取试验车辆原始数据，试验车装载过磅，记录车辆轴重及总重；

Ⅲ、对试验孔按试验方案中应变和挠度测点布置方式进行放样，在梁底安装应变传感器，同时布设挠度百分表；

Ⅳ、安装测试仪器及传感器连接导线，调试仪器，检查各传感器及百分表工作情况，确保处于良好工作状态；

Ⅴ、进行预加载，进一步检查传感器、百分表读数、反应是否正常灵敏，一切没有问题后，封闭交通，按试验方案工况位置进行试验。

②荷载试验

Ⅰ、对每一工况的每一次加载，试验车辆就位后，关闭发动机并持续5分钟以上，待数据完全稳定后进行记录，卸载10分钟以上再进行下一级工况加载，以便使结构弹性变形得以恢复，减小结构塑性残余变形；

Ⅱ、各工况按方案确定的荷载等级分级加载；

Ⅲ、严格按设计的加载程序进行加载，荷载的大小、截面内力的大小应由小到大逐渐增大，并随时做好停止加载和卸载的准备。

3.7.2动力荷载试验

动载试验分为脉动试验和强迫振动试验，强迫振动试验为跑车试验工况。

车辆按不同车速，分不同情况通过试验孔，对桥梁进行动态激振。

工况：

无障碍行车，一辆350kN试验车以不同速度（20、30、40km/h）匀速通过第二孔，完成跑车试验；

3.8试验成果

3.8.1静力荷载试验结果

本桥主桥结构分析采用结构计算软件桥梁博士Dr.Bridge进行计算。

采结构离散如图3-15。

图3-15结构单元离散图

（2）试验数据分析

①挠度分析

试验荷载作用下，各工况挠度理论值和实测值的比较，见表3-6—3-8，百分表在各工况挠度分布图见图3-16—3-19；试验孔在各级荷载作用下挠度横向分布见图3-20—3-21。

表3-640t加载时吐力土桥挠度校核表（单位：

mm）

加载工况

加载位置

测点号

试验值

残余变形

计算值

校验系数

工况2

1/4跨加载

1

1.350

0.07

2.358

0.573

2

1.130

0.09

2.194

0.515

3

1.320

0.03

2.050

0.644

4

1.070

0.00

2.050

0.522

5

1.000

-0.10

1.989

0.503

6

0.910

0.03

1.743

0.522

工况5

1/4跨加载

1

1.130

0.00

2.050

0.551

2

0.980

0.09

2.050

0.478

3

1.280

0.00

2.050

0.624

4

1.080

0.03

2.050

0.527

5

1.190

-0.01

2.050

0.580

6

0.980

0.02

2.050

0.478

工况3

拱顶（跨中）加载

7

1.240

-0.27

2.645

0.469

8

1.150

-0.27

2.461

0.467

9

1.340

0.00

2.300

0.583

10

1.210

-0.03

2.300

0.526

11

1.080

0.02

2.231

0.484

12

0.880

-0.07

1.955

0.450

工况6

拱顶（跨中）加载

7

1.280

0.07

2.300

0.557

8

1.230

0.09

2.300

0.535

9

1.340

0.03

2.300

0.583

10

1.300

0.02

2.300

0.565

11

1.180

0.10

2.300

0.513

12

1.060

-0.01

2.300

0.461

表3-735t加载时吐力土桥挠度校核表（单位：

mm）

加载工况

加载位置

测点号

试验值

残余变形

计算值

校验系数

工况8

1/4跨加载

1

1.000

0.02

2.047

0.489

2

0.820

-0.02

1.905

0.431

3

1.090

0.05

1.780

0.612

4

1.000

0.01

1.780

0.562

5

0.910

-0.04

1.727

0.527

6

0.770

0.07

1.513

0.509

工况11

1/4跨加载

1

0.970

0.00

1.780

0.545

2

0.630

-0.10

1.780

0.354

3

0.980

-0.11

1.780

0.551

4

0.880

-0.07

1.780

0.494

5

0.960

-0.05

1.780

0.539

6

0.770

-0.19

1.780

0.433

工况9

拱顶（跨中）加载

7

0.620

0.03

2.300

0.270

8

1.070

0.04

2.140

0.500

9

1.140

0.00

2.000

0.570

10

1.050

0.00

2.000

0.525

11

0.930

-0.02

1.940

0.479

12

0.740

-0.02

1.700

0.435

工况12

拱顶（跨中）加载

7

0.829

-0.02

2.000

0.414

8

0.830

-0.04

2.000

0.415

9

1.120

0.00

2.000

0.560

10

1.090

0.19

2.000

0.545

11

0.940

0.04

2.000

0.470

12

0.770

0.02

2.000

0.385

表3-830t加载时吐力土桥挠度校核表（单位：

mm）

加载工况

加载位置

测点号

试验值

残余变形

计算值

校验系数

工况14

1/4跨加载

1

0.810

0.13

1.500

0.540

2

0.550

0.00

1.500

0.367

3

0.930

-0.01

1.500

0.620

4

0.740

-0.01

1.500

0.493

5

0.830

-0.01

1.500

0.553

6

0.590

-0.02

1.500

0.393

工况15

拱顶（跨中）加载

7

0.680

-0.01

1.730

0.393

8

0.770

0.00

1.730

0.445

9

0.950

-0.03

1.730

0.549

10

0.910

-0.04

1.730

0.526

11

0.780

0.00

1.730

0.451

12

0.510

-0.10

1.730

0.295

图3-161/4跨偏载时挠度对比图

图3-171/4跨中载时挠度对比图

图3-18跨中偏载时挠度对比图

图3-19跨中中载时挠度对比图

图3-201/4跨中载时百分表在各级荷载下挠度对比图

图3-21跨中中载时百分表在各级荷载下挠度对比图

②应变分析

试验荷载作用下各工况应变值见表3-9—3-11,试验孔在各级荷载作用下挠度横向分布见图3-22—3-27。

表3-940t时吐力土桥应变校核表（单位：

1微应变＝1e－6应变）

加载工况

加载位置

测点号

试验值

残余应变

计算值

校验系数

工况1

拱脚加载

1

0.3

-0.8

-120.8

－

2

-80.0

1.4

-112.4

0.712

3

－

-1.9

-105.0

－

4

-56.4

17.2

-105.0

0.537

5

-88.9

-5.3

-101.9

0.873

6

-62.2

0.3

-89.3

0.697

工况4

拱脚加载

1

-71.9

2.2

-105.0

0.685

2

-75.8

-1.7

-105.0

0.722

3

－

-2.5

-105.0

－

4

-77.2

0.3

-105.0

0.735

5

-96.4

-1.4

-105.0

0.918

6

-74.4

2.5

-105.0

0.709

工况2

1/4跨加载

7

39.4

6.1

66.7

0.591

8

38.3

-0.6

62.1

0.618

9

56.7

6.1

58.0

0.977

10

38.3

4.4

58.0

0.661

11

20.6

1.1

56.3

0.365

12

25.0

2.2

49.3

0.507

工况5

1/4跨加载

7

38.6

5.3

58.0

0.666

8

38.3

2.5

58.0

0.661

9

56.9

5.8

58.0

0.982

10

40.6

7.8

58.0

0.699

11

22.5

2.5

58.0

0.388

12

27.8

3.9

58.0

0.479

工况3

拱顶（跨中）加载

13

21.1

0.8

54.2

0.390

14

63.3

3.6

49.7

－

15

41.7

0.3

50.4

0.827

16

-1.7

2.8

43.2

－

17

29.2

1.7

47.1

0.619

18

0.5

3.1

43.2

－

19

－

2.2

47.1

－

20

37.5

4.7

43.8

0.856

21

12.5

1.1

41.9

0.298

22

40.3

4.4

41.4

0.972

工况6

拱顶（跨中）加载

13

21.7

1.7

47.1

0.460

14

61.7

4.7