中山市三座桥梁静动载试验报告1

1中山市三座桥梁静动载试验报告受中山市共用事业局的委托，铁道部科学研究院佛山院于2000年11月6日~11月10日对跨越歧江的人民大桥、歧江桥、员峰桥等三座旧桥进行了静动载评估试验。一、人民大桥1.桥梁基本情况人民大桥位于中山市中山一路跨越歧江水道处，由两座独立桥组成，桥长275m。其中一座桥建于七十年代初(本报告称之为旧桥)，系钢筋混凝土双曲拱桥，桥面宽8.94m，主拱跨度80m，主拱由5条钢筋混凝土矩形拱肋组成，腹拱圈净跨5.5m，矢高0.75m，采用预制构件拼装施工，腹拱圈为平铰连接的三铰拱或二铰拱；另一座桥建于1986年(本报告称之为新桥)，为钢筋混凝土肋箱式拱桥，桥宽8.0m，主拱跨度80m，主拱由6条钢筋混凝土箱形肋拱组成，腹拱圈净跨5.5m，矢高0.917m，采用预制构件拼装施工，腹拱圈为平铰连接二铰拱。该桥修建年代较早，桥梁结构部件已不同程度地出现损伤，且设计及竣工资料不全、设计荷载等级不明确等。为了解该桥的受力性状及承载能力，受中山市共用事业局的委托，铁道部科学研究院佛山院于2000年11月6日~11月8日对该桥进行了桥梁检查及静动载评估试验。2.桥梁检查及静动载评估试验依据(1)《公路桥涵设计规范》(1989年合订本)；(2)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土设计规范》JTJ023-85(3)《大跨径混凝土桥梁的试验方法》(4)《旧桥检测、评估、加固技术的应用》2(5)中山市人民大桥竣工图资料(湛江公路局大桥工程处1986年1月)3.桥梁检验的目的、内容及测点布置3.1桥梁检验的目的本次桥梁检验工作包括桥梁检查和静动载试验。3.1.1桥梁检查检查内容包括：桥面铺装层、伸缩缝、桥梁主要控制截面的裂缝情况、拱肋混凝土强度的无损检测等。通过检查，掌握桥梁的外观整体和局部构件的技术状况，分析结构出现缺陷和损坏的原因及对桥梁使用性能的影响。3.1.2桥梁静动载试验①掌握结构的实际工作状况，判断桥梁的实际承载能力。②掌握桥梁结构的动力性能。③通过静动载试验和理论分析，对桥梁的使用承载力及工作状况作出综合评价，给出桥梁使用荷载等级，并提出维修养护、加固的建议。④静动载试验结果可作为今后桥梁维护及评估提供原始数据。3.2桥梁静载试验应变及挠度、位移测点布置选取主拱肋拱脚、1/4L截面及跨中截面进行测试。测点布置示于图RM-1。ACAC10mBB80m挠度或位移测点a.主拱挠度测点布置图315#下游侧上游侧14#11#10#7#6#3#55cm13#12#9#8#5#4#2#1#40cm应力测点465055555555cm192027391718cm间距33382412173017181717cm上游侧裂缝图说明：图示为第一片拱上游侧脚手架可见范围内裂缝分布，实际多于12条;大部分裂缝贯穿底部与另一侧连通；该片拱下游侧以及其它各片裂缝情况类似；另外第二、三、四、五(从上游起)片拱之间连接小拱拱顶有宽度1mm的裂缝，沿桥纵向，几乎贯穿全桥。各测点跨裂缝情况为：1#、2#、7#～12#测点跨缝；3#、13#、14#测点不跨缝；4#～6#测点靠近裂缝A截面应力测点12#7#下游侧16#13#11#8#6#3#上游侧abcd100e15#14#10#9#5#4#2#1#143cm144cm142cm40cm143cm应力测点B截面应力测点12#7#下游侧上游侧16#13#11#8#6#3#abcde15#14#10#9#5#4#2#1#应力测点C截面应力测点b.旧桥测点布置图4下游侧上游侧7#7#2×19cm6#6#5#24cm1#2#3#4#应力测点7#6#85cm98cm5#12025A截面上游侧测点布置下游侧上游侧143cm1#2#3#800cm应力测点B截面应力测点布置图下游侧6#7#8#9#上游侧1#1#5#4#3#2#应力测点C截面应力测点布置图c.新桥测点布置图图RM-1人民大桥测点布置图3.3.1静载试验内容5通过目视检查及无损检测，发现旧、新两桥拱肋均开裂严重，且旧桥第二拱波开裂更甚。因此静载试验的内容为：①拱脚截面应力测试；②1/4L截面应力测试；③跨中截面应力测试；④各测试截面处为挠度测试。3.3.2静载试验荷载及加载位置3.3.2.1试验加载原则①试验加载采用分级加载的方式，一般通过改变作用在桥上的车辆数量或车辆的位置。试验规范规定一般需分4级加载，鉴于该桥为老桥且设计荷载等级未知，因此本次试验为详细考查其承载能力，特分9级进行加载。②为保证测试数据的可靠性，一般车辆荷载位置停好后，持荷3～5分钟。每一加载工况各进行两次，如两次加载试验数据相差较大则要进行第三次试验。③在试验加载过程中，随时观测结构控制截面的应力、变形，如果在未加到预计的最大试验荷载前，应力或变形出现非线性增长等不正常受力状态时，应立即停止继续加载，并查明原因。3.3.2.2试验荷载及加载位置采用试验加载车：旧桥为2辆20吨重车；新桥为20吨重车和30吨重车各2辆。根据控制截面的内力影响线、加载车轴重进行布载，使控制截面的力矩与设计荷载作用下的设计力矩之比达到试验荷载效率的要求。各试验车辆轴重、轴距列于表1。测试截面加载位置如图2所示。试验车辆轴重、轴距表表1桥名车号前轴重(t)后轴重(t)前轴距(m)后轴距(m)旧桥1#5.512×7.853.31.32#4.992×7.603.31.3新桥1#5.512×7.853.31.32#4.992×7.603.31.33#4.712×11.423.31.34#6.132×10.553.31.364外观检查与无损检测4.1外观检查4.1.1旧桥旧桥主要病害表现为立柱与盖梁混凝土剥落露筋、钢筋锈蚀，腹拱拱板沿桥宽横向开裂及拱波沿桥纵向开裂。具体表现为歧江北岸1#立柱盖梁混凝土大面积脱落，多根钢筋外露严重锈蚀有些已经断开，2#立柱的两根柱子底部环状开裂，立柱顶部混凝土脱落，钢筋锈蚀。2#、3#立柱之间拱肋有两条沿桥宽方向的横向裂缝，贯穿拱肋，从桥底部观察，已裂至拱肋底部，3#立柱靠外侧的两根柱子在距拱肋40cm处呈环状开裂，靠外侧第一根柱子垂直方向混凝土脱落，两根竖向主筋已锈蚀成两段。3#立柱盖梁混凝土脱落，钢筋锈蚀。3#、、4#立柱之间腹拱顶跨中开裂，靠外侧第三个拱波沿桥纵向开裂，裂缝宽度为1~2mm。4#立柱盖梁钢筋锈蚀严重，已断开。4#、5#立柱立之间腹拱顶距5#立柱1m处沿桥宽横向开裂，裂缝宽度4mm左右。歧江南岸，1#立柱盖梁混凝土脱落，钢筋外露，锈蚀严重。2#立柱混凝土多处脱落，多根主筋锈蚀断开，3#、4#立柱垂直方向钢筋锈蚀断开。垂直方向立柱表面有许多混凝土析出物。3#、4#立柱之间腹拱顶跨中沿桥宽横向开裂，从外侧数底三个拱波沿桥纵向开裂。4#、5#立柱之间腹拱顶距5#立柱2m处沿桥宽横向开裂。5#、6#立柱之间腹拱顶在距5#立柱0.8m和1.5m处沿桥宽横向开裂，裂缝横向贯通。另外，歧江南岸4#、5#立柱之间腹拱拱脚与立柱连接处拱脚存在斜裂缝，拱脚处立柱沿桥纵向水平开裂。本桥主要表现为立柱由于混凝土密实度差以致碳化腐蚀造成主筋锈蚀、混凝土保护层脱落；拱肋开裂严重表明截面受有较大的偏心压力。4.1.2新桥新桥主要病害为腹拱顶沿桥宽横向开裂，立柱横梁跨中部位沿桥纵向开裂。具体表现为歧江南岸2#、3#立柱之间腹拱顶跨中部位沿桥宽横向开裂，混凝土脱落，裂缝贯穿腹拱，裂缝处有白色水迹并有结7晶物析出，钢筋外露。歧江南岸3#、4#立柱横梁底沿桥纵向开裂，裂缝处有白色水迹。5#、6#立柱之间腹拱顶沿桥宽横向开裂，裂缝宽度为0.2~0.3mm，距6#立柱2m处有一条贯通裂缝。5#、6#立柱之间腹拱靠旧桥侧两根钢筋锈蚀，混凝土脱落。歧江北岸4#立柱横梁顶存在大量混凝土析出物并有混凝土脱落。2#、3#立柱之间腹拱顶混凝土脱落，面积为20×80cm2，脱落处露筋，钢筋锈蚀。新桥3、4#立柱之间靠旧桥一侧拱顶横向开裂，裂缝长度为100~200cm，宽度0.2mm，4#、5#立柱靠上游侧拱顶横向开裂，裂缝长度100cm，裂缝宽度0.2mm。北岸1#、2#、3#、4#立柱横梁跨中沿桥纵向开裂。1#立柱裂缝处有白色水迹和结晶物析出。本桥主要表现为混凝土已开始发生混凝土锈蚀现象，钢筋锈蚀及混凝土保护层脱落。4.2无损检测主要检测内容为新旧两桥立柱、拱肋及新桥拱波的混凝土强度测试、碳化深度测试和旧桥、新桥立柱、新桥拱波钢筋保护层厚度检测、新桥拱波横向裂缝深度测试。混凝土强度的检测方法为超声回弹综合法。检测依据为中国工程建设标准化协会标准《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》CECS02：88和《超声法检测混凝土缺陷技术规程》CECS21：90。使用仪器为北京康科瑞工程检测有限公司生产的NM3-A型非金属超声检测分析仪、山东省乐陵市回弹仪厂制造的ZC3-A型回弹仪和进口英国产CM9型钢筋直径/保护层厚度测试仪。检测结果见表2。从测试结果可以看出，旧桥拱肋混凝土碳化深度很小，混凝土强度在44~47MPa之间。外观检查也表明旧桥拱肋混凝土质量良好。旧桥立柱混凝土强度在33~40MPa之间，碳化深度在18~45mm之间，钢筋锈蚀区混凝土已完全碳化，经过对立柱混凝土凿开观察，发现旧桥立柱钢筋已全面锈蚀，即使是表面完好的混凝土，其内部钢筋表面也已经有锈蚀迹象。混凝土的碳化是指大气中的二氧化碳与混凝土中的碱性物质氢氧化碳发生反应使混凝土中的PH值下降。其主要危害8是使混凝土中钢筋的保护膜受到破坏，引起钢筋锈蚀。因此，混凝土的碳化深度是反映混凝土耐久性的重要指标之一。而钢筋的锈蚀则使混凝土保护层脱落，钢筋有效面积减小，导致承载力下降甚至结构破坏，这种破坏往往是突然性的。中山市人民桥混凝土强度、碳化深度和钢筋保护层厚度汇总表2桥位部位测试结果范围平均值旧桥南岸3#立柱砼强度(MPa)38.0、36.9、37.836.9~38.037.6碳化深度(mm)18、35、22、33、4518~4531保护层厚度(mm)49、34、60、80、65、8034~80南岸4#立柱砼强度(MPa)41.133.940.433.9~41.138.5碳化深度(mm)24、32、20、28、40、1818~40保护层厚度(mm)35、50、65、80、8035~80南岸拱脚处拱肋砼强度(MPa)48.4、48.7、47.0、47.4、46.1,47.2、46.1、44.4、47.5、47.244.4~48.747碳化深度(mm)2.0、2.5、1.5、3.5、2.5、1.01.0~3.51.9新桥南岸3#立柱砼强度(MPa)48.3、43.2、41.3、47.241.3~48.345.0碳化深度(mm)7.0、8.0、9.07.0~9.08.0保护层厚度(mm)所测试的厚度均大于70mm7070南岸4#立柱砼强度(MPa)46.8、46.9、44.3、41.141.1~46.944.8碳化深度(mm)6.5、8.0、9.0、7.56.5~9.07.8保护层厚度(mm)均大于70mm7070北岸拱脚处拱肋砼强度(MPa)51、46.8、52.2、50.7、5246.8~5250.5碳化深度(mm)1.0、1.5、2.01.0~2.01.5南岸5#、6#立柱间拱波砼强度(MPa)58.0、56.7、56.6、56.2、55.8、54.5、56.0、52.8、53.2、51.451.4~58.055.1碳化深度(mm)3.0、4.5、5.0、6.0、8.03.0~8.05.3保护层厚度(mm)横向57、46、55、37、28、34、24、29、36、40、49、50、46、54、24~57纵向28、40、35、55、33、29、15、45、51、37、29、44、37、5415~55从现象看，旧桥立柱钢筋锈蚀多发生在横梁和立柱侧面，这些位置表9面存留大量混凝土析出物，立柱处对应桥面施工缝结合不良，桥面铺装层严重破损，导致雨水、污水沿立柱下淌，中山市为海洋性气候，雨水、污水中含有许多有害物质，加速了混凝土的碳化和钢筋新桥立