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某拱橋靜載試驗與安全性評定

文檔作者：何平文檔來源：惠州市天虹道路橋梁工程監(jiān)理有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年05月07日
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第8期
2007年8月
廣東土木與建筑
GUANGD0NG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING
No．8
AUG 2oo7
某拱橋靜載試驗與安全性評定
何平
(惠州市天虹道路橋梁工程監(jiān)理有限公司 廣東惠州516002)
摘要：為了檢驗某混凝土拱橋加固后的施工質(zhì)量及其安全性是否滿足設計要求，對拱橋進行靜栽試驗，并根據(jù)
檢測結(jié)果對橋體安全性進行評定。
關(guān)鍵詞：拱橋；靜栽試驗；安全性評定
1 工程概況
某混凝土拱橋始建于1972年．凈寬9m+2x1．5m
(人行道)。主橋為3x50m跨等截面懸鏈線雙曲拱橋，
墩臺為片石混凝土 原設計荷載等級為汽一18、拖
80．矢跨比f／l=1／／8 該橋曾于1992年因發(fā)現(xiàn)主拱圈
拱波開裂而進行了局部維修．增加了主拱圈橫系梁。
2003年8月我們對該橋進行了病害檢測和荷
載試驗．但由于受力結(jié)構(gòu)病害較嚴重。且隨著交通量
的增加和使用荷載等級的提高．橋體結(jié)構(gòu)現(xiàn)已存在
圖1拱橋外觀實景
(a)工況1
嚴重的安全隱患．無法滿足設計和規(guī)范要求。為了保
證該橋的安全運營．2004年對其進行了全面的維修
加固改造。橋梁外觀如圖1所示?，F(xiàn)設計荷載等級提
高到汽一20、掛一120，為了檢驗該橋加固后的受力性
能。我們對其進行了靜載試驗。
2 靜載試驗
2．1 試驗荷載確定
靜載試驗采用汽車荷載直接施加．每輛汽車裝載
總重為200kN(前、后軸分別重70kN和130kN)。加載
汽車橫橋向排成3列．縱橋向密集排列。按“等效內(nèi)
力”原則確定每次加載時的汽車總數(shù)和排列位置。使
加載汽車組成的行列荷載與設計荷載在該截面產(chǎn)生
的內(nèi)力基本相等 靜載試驗分為3種工況：①工況1：
0～1 跨拱頂截面最大正彎矩；②工況2：0～1 跨 ／4
截面最大正彎矩：③工況2：0～1 跨拱腳最大負彎矩。
各工況影響線及加載車輛布置如圖2所示。
(b)工況2 (e)工況3
圖2 各工況影響線及加載車輛布置圖
61
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211O7年8月第8期 何平：某拱橋靜載試驗與安全性評定 AUG 2Ool7 No．8
滿足各控制截面加載效率系數(shù)0．85 1．O5的要
求。并考慮車輛來源、組織和調(diào)配方便等因素，確定
試驗荷載大小及加載車輛的布置方式
2．2 測試內(nèi)容及方法
(1)應力觀測：測點為拱肋各關(guān)鍵截面，采用ZX一
212A弦式數(shù)碼應變計作為傳感元件．將其固定在被
測構(gòu)件的測點位置．用JMZX一3001型振動頻率測定
儀在加載時測出各點的應變值．再根據(jù)被測構(gòu)件的
彈性模量計算應力
(2)撓度觀測：對試驗跨的跨中、L／4、3L／6及支
座位置進行撓度觀測．采用精密電子水準儀和水準尺
進行。
(3)裂縫觀測：對全橋特別是拱頂、拱腳等薄弱
部位在加載前后均進行裂縫觀測．先用肉眼觀測，如
發(fā)現(xiàn)裂縫則測量其寬度和深度。
2-3 測點位置
根據(jù)荷載試驗設計要求。拱肋應力、應變測試斷
面選擇在拱腳、 ／8、 ／4、3 ／8以及拱頂截面，試驗過
程中的控制截面及應變計的布置如圖3 4所示。
拱 中線拱肋l中線橋面中線
圖4 應變計布置
力計
3 試驗結(jié)果評定
本次加載試驗的目的是檢驗結(jié)構(gòu)承載力是否符
合設計要求．以確定能否交付正常使用．因此按施工
檢測性質(zhì)．屬于“驗收荷載試驗” 一般為基本荷載試
驗．即最大試驗荷載為設計標準規(guī)定的荷載。
3．1 靜載試驗的荷載效率
= ．s ／(s· )
式中：．s ．s分別為試驗荷載和設計標準荷載作用時
檢測部位的變化或力的計算值： 為設計采用的動力
系數(shù)。靜載試驗荷載效率取見表1，可見 _0．8 1．O5，
滿足基本荷載試驗條件
3．2 靜力試驗
結(jié)構(gòu)試驗效率最大部位的結(jié)果滿足以下條件：
(1)量測的彈性變形或力值( )與試驗荷載作
用下的理論計值(．s )的比值sJs 滿足條件，即 =
sJs ，可認為橋梁結(jié)構(gòu)安全。對于本橋(屬混凝
土結(jié)構(gòu))取 =0．6， 值根據(jù) 值直線內(nèi)插求得，見
表2。各加載工況應力和撓度測試結(jié)果見表3 4。
(2)量測的殘余變形值(．s )與量測的總變形值
(．s )的比值滿足條件sis。 ≤ ，本橋取 1=o．25。
對應于工況1 3．各控制截面殘余變形值．s 與
總變形．s 的比值見表2。
(3)量測的最大變形或力的總值(．s )不應超過
設計標準的容許值。如工況1(實測跨中撓度最大)
跨中截面撓度．s =4．78mm<~[△]=L／800=62．5mm。
(4)試驗荷載作用下裂縫寬度不應超過設計標
準的許可值．且卸載后應閉合到小于容許值的1／3。
表1 荷載效率計算結(jié)果 表2 判別條件計算結(jié)果
工
況(kN·m)
1427 1．0 1．05
1261 1．0 0．99
— 2650 1．0 0．96
表3 各工況加載應力值(MPa)
(下轉(zhuǎn)第55頁)
口 s／s 爰 ( S)( m ms／5 “情況
1 0．6 1．1 0．297 0．345 0．86 不滿足 0．10 4．78 0．021 滿足
2 0．6 1．1 —0．396 —0．446 0．89 滿足 0．10 2．54 0．039 滿足
3 0．6 1．1 —2．970 —3．165 0．94 滿足 0．10 1．44 0．06 9 滿足
工況1(拱頂 ) 工況2(t／ 4跨 ) 工況3( 拱腳)
位置 第1 次加載第2 次加載 拯 第1 次加載第2 次加載 按 第1 次加載第2次加載知拯
計算 值實 測值計算值實測值 計算 值實 測值計算值實測值 計算 值實 測值 計算值實測 值
拱腳 0．583 0．462 1．525
0．297 0．066
0．894 0．825 -0 ．073 -
0．198 0．033
1．485 0．099 — 0．783 —0．759 —3 ．165 —
t／4 —．0．432 —．0．330 —．0．921—．0．
0．066 0．033
— 0．272 —0．198 -0．446 -0
2．970 0．033
跨中一0 ．134 — 0．099 0．345 85 8 —．0．066 ．396 — 0．033 — 0．147 —0 ．132 — 0．356
0．195 0．132 0．241
0．330 0．033
0．O65 0．033 0．069
62
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2,0O7年8月第8期 廣東土木與建笳 AUG 2Oo7 N0．8
4．2 激振試驗
通過2個體重約60kg的人從離橋面lm高處
跳下對橋梁進行激振。得出橋面豎向振動時程曲線．
激振引起的最大豎向振幅峰值O．655m／sz
4．3 小結(jié)
(1)橋梁動態(tài)試驗測得的該橋一階頻率9．78Hz
小于理論值．說明結(jié)構(gòu)整體剛度較低．而阻尼系數(shù)
10．23％．~1J偏大，說明橋梁內(nèi)部存在損傷。
(2)通過人(2~60kg)沖擊橋面對橋梁進行激振．產(chǎn)
生的豎向加速度峰值0．655m／s2．略大于0．65m／sz．
容易引起司乘人員的不適．行車性能欠佳
5 結(jié)論與建議
5．1 由靜載試驗結(jié)果可知．橋梁上部結(jié)構(gòu)撓度校驗
系數(shù)及應變校驗系數(shù)偏大．撓度測點的最大校驗系
數(shù)已達1．46．應變測點的最大校驗系數(shù)已達1．0．部
分測點的校驗系數(shù)遠超出鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)校驗
系數(shù)的正常范圍。已不滿足《公路舊橋承載能力鑒定
方法》的要求；橋梁殘余變形也已不滿足規(guī)范要求，
結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的變形不能較快恢復．表明結(jié)構(gòu)已不處于
線彈性工作狀態(tài)
5．2 由動載試驗結(jié)果可知．實測頻率小于理論計算
值說明結(jié)構(gòu)整體剛度較低．實測阻尼比較大說明結(jié)
構(gòu)內(nèi)部存在損傷
由以上分析可知：由于該橋服役時間較長。橋梁
各部分構(gòu)件均有不同程度的損傷．有些甚至已退出
工作．致使橋梁整體結(jié)構(gòu)性能嚴重下降。橋梁強度及
剛度均不能滿足《公路舊橋承載能力鑒定方法》的要
求。存在較嚴重的安全隱患。
5．3 建議
考慮該橋建于3O年代．并曾于6O年代加固．服
役時間較長．設計荷載等級偏低．不能滿足現(xiàn)階段及
將來的通行需要．同時該橋梁處于繁華地段．過往車
輛及行人較多。保障其安全性有著重大的意義．建議
拆除重建
(上接第62頁)
表4 各工況加載撓度值(mm)
工況1(拱頂) 工況2(L／4跨1 工況3(拱腳)
位置 第1次加載 第2次加載 拙 第1次加載 第2次加載 知拙 第1次加載 第2次加載 知
計算值實測值計算值實測值 計算值實測值計算值實測值 計算值實測值計算值實測值
(L／4~1 0．23 0．21 1．26 1．24 0．06 1．44 l_32 2．62 2．54 0．10 1．23 1．12 1．44 1．44 0．10
拱頂2 2．94 2．54 5．03 4．78 0．10 0．90 0．84 0．6l 0．58 0．10 —0．18 —0．18 —0．57 —0．52 -0．0l
(L／4)3 0．27 0．25 —．0．08 ——0．04 —．0．05 —0-4l 一0．32 ～0．98 —0．83 —0．14 一0．58 —0．46 -0．9 —0．8 —0．02
4 結(jié)論
4．1 本工程靜載試驗共動用20t重車6輛．對該橋
進行了應力及撓度測試．并對可能開裂的部位進行
了裂縫觀測，靜載效率系數(shù)分別為0．874、0．904。滿足
加載要求。通過荷載試驗。該橋試驗跨經(jīng)歷了一次設
計荷載的考驗．試驗中未出現(xiàn)任何異常情況
4．2 該橋?qū)崪y橋面最大撓度絕對值為4．78ram．遠
小于《橋規(guī)》規(guī)定的L／800的要求，表明該橋具有很
好的剛度
參考文獻
『1]交通部公路科學研究所等單位編．大跨徑混凝土橋梁的
試驗方法『M]．人民交通出版社，1982
[2] 交通部標準．公路舊橋承載能力鑒定方法[S]，1988
[3] 剛021—89 公路橋涵設計通用規(guī)范[S]
[4] JWJ 023—85 公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設
計規(guī)范『S]
55

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