衡阳茶山坳大桥安全性评估试验方案

1、衡阳茶山坳大桥安全性评估试验方案项目背景衡阳茶山坳大桥是5跨混凝土双曲拱桥，位于湖南省衡阳市至茶山坳公路线上，孔跨布 置为40+50+50+50+50米，50米跨主拱圈为等截面悬链线，矢跨比fl = 1/6，m = 2.814，主 拱两侧各设3个腹拱，支撑在立墙上，净跨4.3米，立墙厚度0.55米，建成于80年代初。主拱肋采用预制250号钢筋混凝土；横隔板、系梁采用现浇预制200号钢筋混凝土，拱 波采用预制200号混凝土；拱板现浇200号混凝土。设计标准，设计荷载：汽车一20，挂车一100。桥面净宽9+2X 1.5米。该桥属于上个世纪80年代在我国公路沿线上建造的众多混凝土双曲拱桥之一，由于受

2、 当时技术能力、施工条件与管理水平的限制，并且在几十年的营运过程中，交通量和汽车的 载重量均有了很大的增长，使得该桥主拱圈的拱轴线发生了改变，腹拱上出现了较多、较宽 的裂缝，使得结构的承载能力有所下降，并构成严重的安全隐患，亟需尽快对其进行测试。湖加n3即观0rm HOP 顼 smn堀 wco6如4图1-1衡阳茶山坳大桥整体布置图试验目的、依据与步骤为了检验该桥的结构承载工作性能是否满足设计及使用要求，通过静载试验对结构整体 刚度、承载能力及安全性等作出全面评价。本次静动力试验主要依据的规范及文件如下：交通部公路局：大跨径混凝土桥梁的试验方法，1985中华人民共和国交通部标准：公路旧桥承载能力

3、鉴定方法(试行)1988年，北京中华人民共和国交通部标准：公路桥涵设计通用规范(JTGD60-2004)中华人民共和国交通部标准：公路圬工桥涵设计规范(JTG D61-2005)中华人民共和国交通部标准：公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTGD62-2004)本桥检测步骤如下：对结构进行现场调查与检测；对现有结构进行内力分析和承载能力验算；基于现场调查、检测结果和分析结果对结构的承载力进行初步评定;基于计算结果对结构进行静载试验；基于计算结果和试验结果对结构的承载能力进行最后评定；基于结构承载能力评定结果提出结构的维修、改造方案及建议。3 .结构几何尺寸及材料性能测试3.1全桥总体技

4、术状况等级评定采用考虑桥梁个部件权重的综合评定方法。表1桥梁各构件技术状况评估部件名称缺损程度及标 度缺损对使用 功能影响缺损发展变 化部件得分012012-101翼墙耳墙锥坡护坡桥台基础桥墩基础地基冲刷上部 主要 承重 结构主肋拱波拱板上部一般承重结构立柱腹拱立墙桥面铺装桥头与路堤 连接部伸缩缝人行道栏杆护栏排水调治构筑物注：各构件得分尺度参考公路桥涵养护规范（JTG2004）根据各个构件的得分，采用下列公式，得出全桥总体技术状况评分。D = 100-Y RW /5i=1式中：Rt-各构件评定标度；W各部件权重；Dr 全桥结构技术状况评分。3.2桥梁技术状况重点检查3.2.1几何形态检测：用

5、全站仪测定拱轴线，桥面结构纵向线形和墩台顶的水平变位。3.2.2桥梁结构恒载状况变异调查桥梁总体尺寸的测量，主要包括桥梁长度，桥宽，净空，跨径；桥梁构件尺寸的量测， 主要包括主肋，拱波，拱板，立柱，立墙腹拱，桥台及基础；桥面铺装层厚度的测量；其他 附加荷载调查。3.2.3混凝土强度检测采用超声回弹法测试主拱肋、拱波、拱板、立柱、腹拱波的混凝土强度。3.2.4混凝土碳化的检测采用苯酚试剂现场检测主要构件：主肋，拱板，立柱立墙，腹拱的碳化深度。3.2.5桥梁结构固有模态的测试。测试桥梁的竖弯振动模态下的实际自振频率，与理论自振频率比较，可对全桥技术状况 做出评定。3.2.6桥梁墩台与基础变位调查墩

6、台是否存在不均匀沉降，倾斜，桥面纵横坡变化，明显的水平位移，拱顶，拱脚是否 存在开裂。由于桥梁已经营运近30年，如果不存在上述状况，则说明桥梁地基与基础承载 能力满足要求。否则必须探明地基状况，采取处理措施。4.结构静载试验4.1试验目的对该桥进行静载试验的目的为：(1) 了解桥跨结构的实际工作状态，检验结构的整体受力性能;（2）通过试验以获得翔实的实测数据，以验证理论计算结果，从而准确评定结构的承 载能力。4. 2试验内容静载试验就是将静止的荷载作用在桥梁上的指定位置，然后对桥梁结构的静力位移、静 力应变、裂缝等参量进行测试，从而对桥梁结构在荷载作用下的工作性能及使用能力做出评 价。这是检验

7、桥梁的结构性能及工作状态最直接、最有效的方法。测试跨选为衡阳岸的第一、 二两跨，各跨的测试断面都选在拱顶和拱脚截面。4.3静载试验基本原则静载试验采用双轴载重汽车加载，根据各控制截面加载效率系数控制在0.85-1.05以及满 足试验要求下尽可能减少加载用车数量的原则，采用单车重300KN左右的车辆加载，其轴重、轴距及平面布置如图4-1所示。60KN120KN 120KN轴重及轴距图汽车平面尺寸60KN120KN 120KN轴重及轴距图汽车平面尺寸图4-1图4-1加载汽车轴重、轴距及平面图（单位：m）试验中各工况下所需要的加载车辆数，将根据计算标准活载（汽-20级）产生的该工况下的最不利效应值按

8、等效原则换算而得。根据大跨径混凝土桥梁试验方法中的规定，静载试验荷载一方面应保证结构的安全性，另一方面又应能充分暴露结构的承载能力，一般：0.8门勺 1.05_sT| stateq S -5式中：门勺一一静载试验荷载效率系数;stat-试验荷载作用下，检测部位荷载效应的计算值;S设计标准荷载作用下，检测部位荷载效应的计算值;5 设计取用的动力系数。4.4.各测试断面静载试验荷载效率系数各测试断面静载试验荷载效率系数见表4.1：表4.1设计活载作用下控制截面内力及变形结果项目拱顶截面最大弯矩（kN.m）拱顶最大挠度（mm）数值3974.94表4.2各测试断面静载试验荷载效率系数测试断面活载正弯矩

9、kN - m试验荷载正弯矩kN - m荷载效率系数拱顶3973390.854拱脚4034101.0174. 5应变测点及位移测点的布置（1）应变测点的布置测试跨选为衡阳岸始的第一、二两跨，各跨都在拱脚和拱顶测试断面选取6片拱肋，在 每片拱肋的下缘各布置两个顺桥向应变测点，如图4-2、4-3所示：（2）位移测点的布置在测试桥面的上下游各布置竖向位移测点9个，用水准仪观测；在每一跨两拱脚处和拱顶处各布置一个位移测点，用全站仪观测。具体布置情况如图4-4所示：茶山衡阳茶山衡阳O桥面位移测点（水准仪）拱脚和拱顶位移测点（全站仪）图4-4位移测点布置图（单位：cm）4. 6加载工况、测试内容及加载布置计

10、算可知，按照以下的荷载布置，几个测试断面都出现较大的弯矩，荷载效率系数分别 为：0.854和1.017，均大于规范要求的0.8，所以本试验只需进行一种加载工况，同时测试 各个测试断面的响应即可。1.从衡阳岸始第一跨为测试跨的加载工况工况1描述：在测试跨主拱圈中心加载（4辆），使拱脚截面和拱顶截面承受的正弯矩均 达到最大，加载布置如图4.5。工况11描述：在测试跨（跨中）偏心加载。加载目的是为了使该截面承受最不利偏心荷 载以检验结构的空间受力性能，最终施加2辆车，加载布置如图4.6。加载布置：工况I正载布置图如图4-5所示；工况11偏载布置图如图4-6所示；往松柏往瓦园2.从衡阳岸始第二跨为测试

11、跨的加载工况工况III描述：在测试跨主拱圈中心加载（4辆），使拱脚截面和拱顶截面承受的正弯矩 均达到最大，加载布置如图4.7。工况诙描述：在测试跨（跨中）偏心加载。加载目的是为了使该截面承受最不利偏心荷 载以检验结构的空间受力性能，最终施加2辆车，加载布置如图4.8。加载布置：工况III正载布置图如图4-7所示；工况诙偏载布置图如图4-8所示；往松柏往瓦园测试跨注：粗黑线为加载车辆的后轴拱顶截面4. 7加载和卸载程序以衡阳岸始第一跨为测试跨为例工况I1：施加图4-5中的1、2号车；工况I2：施加图4-5中的3号车；工况I3：施加图4-5中的4号车；工况I4:卸除图4-5中的1、2、3、4号车。

12、工况II1：施加图4-6中的1号车；工况II2:施加图4-6中的2号车；工况113：卸除图4-6中的1、2号车。4. 8试验规定试验中荷载要分级加载，且每级荷载均要缓慢的施加，在加载车辆往桥上开的同时要密 切注意应变和测点位移的变化情况，如果发生下列异常情况之一，应立即终止加载试验：控制测点应力超过计算值，且达到或者超过按规范规定的允许控制应力时；控制测点变位超过规范规定允许值时；由于加载试验使结构出现非正常的受力损伤和局部发生损坏，影响桥梁承载能力 和今后正常使用时。由于该桥的腹拱圈存在比较严重的病害，裂缝较多，所以在加载时应密切注意腹 拱圈的工作情况，当出现裂缝突然增多或者裂缝宽度突然增大

13、时。5动载试验5.1试验目的桥梁结构的自振特性取决于结构的质量和刚度分布，它是桥梁动载试验的核心内容之 一，也是桥梁结构动力反应分析及抗风抗震研究的基础，可作为检验桥梁施工质量、反映施 工与设计一致性的有效手段。本模态(竖弯振动模态)试验采用DH5937数据采集和分析系 统和941B超低频加速度传感器，通过在桥梁适当位置布置测点并采样，在时域和频域分析 的基础上得到结构的频率、振型和阻尼特性。图5.1是数据采集系统布置图。图5.1模态试验数据采集系统设置图5.2传感器的布置本试验选择从衡阳一侧往注茶山坳方向的第一跨为测试跨，测定该跨竖向振动的频率 和振型。图5.2是脉动试验的传感器在桥面的布置图，V1 1、V1-2横桥向对称并布置在 纵桥向2L/4处，V1-3和V1-4传感器横桥向对称并布置在纵桥向3L/4处，V1-5和 V1