1、某某大橋結(jié)構(gòu)檢測和 承載能力評估,大橋概況,懸索橋結(jié)構(gòu)，主纜平行高強鍍鋅鋼絲束（1997根5鋼絲，直徑240mm），巖錨；主跨240m，鋼桁架加勁梁（234122.7m）,全橋共39對吊桿（61根7鋼絲）。鋼筋混凝土橋面板和現(xiàn)澆層橋面混凝土。鋼筋混凝土橋塔。設(shè)計荷載為汽車超20，掛120，人群荷載為3kN/m2。 1998年11月建成,2003年 被判為危橋并大修、加 固,現(xiàn)單向通行開放交通, 車輛過橋橋梁明顯振動,項目綜述,某大橋,1 某大橋竣工圖1998.11 2 公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范JTG D60-2004 3 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范JTG D62-2004 4 公路養(yǎng)

2、護技術(shù)規(guī)范JTJ 073-96 5 公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范JTG H11-2004 6 公路舊橋承載能力鑒定方法(試行) 1988 北京 7 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB 50017-2003 8 參考文獻(xiàn)： 交通部公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程（送審稿）2004,檢測、評估標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù),橋梁線形測量 主纜索力和吊桿力測定 外觀檢查和無損檢測 橋梁技術(shù)狀態(tài)評估,橋梁技術(shù)狀態(tài)檢測和評估,橋梁線形測量 主纜（L/8斷面） 加勁梁（單側(cè)392） 索塔（22塔） 吊桿傾斜（4組）,橋梁技術(shù)狀態(tài)檢測和評估,橋梁線形測量 加勁梁高程數(shù)據(jù)結(jié)果,橋梁技術(shù)狀態(tài)檢測和評估,橋梁線形測量 主纜高程數(shù)據(jù)結(jié)果,橋梁技術(shù)狀態(tài)檢測和評估,橋梁

3、線形測量 索塔數(shù)據(jù)結(jié)果,橋梁技術(shù)狀態(tài)檢測和評估,橋塔塔頂坐標(biāo)測量結(jié)果（單位：m）,吊桿傾斜度測量結(jié)果（）,橋梁線形測量 吊桿傾斜數(shù)據(jù)結(jié)果,橋梁技術(shù)狀態(tài)檢測和評估,2.主纜索力和吊桿力測定 主纜（22背索） 長吊桿（104）,橋梁技術(shù)狀態(tài)檢測和評估,橋梁技術(shù)狀態(tài)檢測和評估,2.主纜索力和吊桿力測定 主纜（22背索）,主纜直背索恒載索力（單位：kN）,橋梁技術(shù)狀態(tài)檢測和評估,2.主纜索力和吊桿力測定 長吊桿（104）,吊桿恒載索力（單位：kN）,橋梁技術(shù)狀態(tài)檢測和評估,3.外觀檢查和無損檢測 主纜、吊桿和索鞍 鋼桁架加勁梁 主塔 橋面系 檢查方法和設(shè)備 以目測為主 測裂縫用顯微鏡、裂縫尺,橋梁技術(shù)

4、狀態(tài)檢測和評估,3.外觀檢查和無損檢測 （1）主纜、吊桿和索鞍 主纜涂料剝落,錨固區(qū)基本完好,個別吊桿損壞,個別吊桿損壞,錨固位置銹蝕,主索鞍銹蝕、螺栓缺失,橋梁技術(shù)狀態(tài)檢測和評估,3.外觀檢查和無損檢測 （2）鋼加勁梁（主桁）,鋼縱梁上、下桁架工字鋼局部油漆開裂、銹蝕,縱梁上桁架大塊油漆剝落、銹蝕 縱梁鋼板拼接處墊板邊緣銹蝕,橫梁與縱梁連接處銹蝕明顯,橫梁鋼板翹曲、脫空嚴(yán)重,橫梁上桁架中間位置鋼板焊接處銹蝕嚴(yán)重、鋼板斷裂,橫梁上桁架鋼板銹蝕嚴(yán)重,橋梁技術(shù)狀態(tài)檢測和評估,3.外觀檢查和無損檢測 （2）鋼加勁梁（橫梁）,橋梁技術(shù)狀態(tài)檢測和評估,3.外觀檢查和無損檢測 （2）鋼加勁梁（節(jié)點螺母缺失

5、）,西岸側(cè)主塔混凝土破碎、露筋,橋梁技術(shù)狀態(tài)檢測和評估,3.外觀檢查和無損檢測 （3）主塔,東岸側(cè)主塔表面網(wǎng)狀裂縫,東岸側(cè)主塔底部豎向裂縫,橋梁技術(shù)狀態(tài)檢測和評估,3.外觀檢查和無損檢測 （4）橋面系（橋面板 ）,橫梁間橋面板底面破碎 橫梁間橋面板底面破碎,橋梁技術(shù)狀態(tài)檢測和評估,3.外觀檢查和無損檢測 （4）橋面系（橋面板 ）,橋面破碎、坑槽、露筋、坑槽,鋪裝層橫向裂縫,橋梁技術(shù)狀態(tài)檢測和評估,4.大橋主橋技術(shù)狀態(tài)評估,靜載試驗,目的要求：通過測量橋梁在靜力試驗荷載作用下的變形和內(nèi)力，了解實際結(jié)構(gòu)的工作行為和能力，從而對結(jié)構(gòu)的剛度、強度和整體性能進(jìn)行評價。針對本橋不同控制斷面布置加載車輛（試

6、驗荷載）,然后測量試驗荷載作用下加勁梁的變形及加勁梁若干控制斷面桁架的應(yīng)力等。 采用原設(shè)計荷載控制試驗加載，靜力試驗荷載效率系數(shù)0.9。 根據(jù)靜力試驗荷載效率要求及主要控制斷面的設(shè)計內(nèi)力計算結(jié)果，選用4輛 單車滿載重300kN左右的載重車作加載車輛。,靜載試驗,試驗荷載布置,靜載試驗測試內(nèi)容,應(yīng)力：跨中和四分點 兩個控制斷面,撓度：全跨八分點斷面,靜載試驗測試內(nèi)容,北側(cè)加勁梁縱梁八分點截面變形，南側(cè)加勁梁縱梁四分點截面變形,靜載試驗測試內(nèi)容,跨中、四分點截面附近南、北縱梁桁架和橫梁應(yīng)力,廣西端,貴州端,四分點截面橫桁,靜載試驗撓度結(jié)果,跨中加載全橋撓曲線,靜載試驗撓度結(jié)果,四分點對稱加載全橋撓

7、曲線,跨中偏心加載全橋撓曲線,靜載試驗應(yīng)力結(jié)果,加勁梁鋼桁架跨中截面應(yīng)力（單位：MPa）,0.99,3.07,靜載試驗應(yīng)力結(jié)果,加勁梁鋼桁架四分點截面應(yīng)力（單位：MPa）,2.79,2.46,靜載試驗小結(jié),靜載試驗結(jié)果與理論值比較： （1）撓度：校驗系數(shù)0.760.89，整體撓曲線與計算一致。 （2）跨中截面應(yīng)力：對稱加載和偏心加載下，主要桿件（下弦桿）校驗系 數(shù)大于1（1.08）。 （2）四分點截面應(yīng)力：對稱加載和偏心加載下，主要桿件（下弦桿）校驗 系數(shù)大于1（1.05）。 以上情況說明橋梁結(jié)構(gòu)目前狀態(tài)下整體剛度基本能夠滿足規(guī)程要求，但加 勁梁主要桿件的強度低于設(shè)計要求。,結(jié)構(gòu)動力特性測定,

8、（1）對理論計算得到的固有頻率和振型進(jìn)行校核，完善計算 有限元模型。 （2）獲得大橋各階振型阻尼比（理論計算無法得到）。 （3）橋梁在車輛荷載作用下的振動與 其結(jié)構(gòu)本身自振特性有關(guān)，分析 “動載試驗”中橋梁振動情況，研 究橋梁車致振動等都必須先了解 大橋結(jié)構(gòu)的自振特性。,目的意義：,結(jié)構(gòu)動力特性測定,采用環(huán)境隨機振動法測定橋梁結(jié)構(gòu)的豎向、側(cè)向彎曲和扭轉(zhuǎn)振動 頻率、振型和阻尼比（在17個斷面上布測點）。,結(jié)構(gòu)動力特性測定,實測功率譜例,結(jié)構(gòu)動力特性測定數(shù)據(jù)結(jié)果,結(jié)構(gòu)動力特性測定小結(jié),實測結(jié)構(gòu)自振特性及與理論值比較，豎橋向各階固有頻率及振型吻 合得較好；其中大部分實測豎向振動頻率小于理論計算值，說

9、明實 際結(jié)構(gòu)動力剛度略偏小。大橋側(cè)向彎曲 和扭轉(zhuǎn)振動頻率與計算值基本一致。環(huán) 境振動下，大橋橋面各振型的阻尼比大 致介于0.54%5.68%之間。 橋面系人行道板對結(jié)構(gòu)自振特性的影 響不大。,動載試驗,橋梁在移動車輛荷載作用下產(chǎn)生的振動等動力反應(yīng)： 與橋梁及車輛的結(jié)構(gòu)特性（質(zhì)量、剛度、阻尼）有關(guān)。 與橋梁和車輛兩個振動系統(tǒng)相互作用、車行速度和橋面平整度有關(guān)。 移動車輛荷載作用下橋梁整體結(jié)構(gòu)會隨車輛一起產(chǎn)生某種程度的受迫 振動，一般大型懸索橋這種振動表現(xiàn)不會很明顯，但某大橋因為結(jié)構(gòu)體系相對較弱，車致振動問題就比較突出，具體表現(xiàn)為加勁梁隨車行進(jìn)過程不時產(chǎn)生的較大動態(tài)反應(yīng)。反映在結(jié)構(gòu)抗力上，橋梁各構(gòu)

10、件除承受靜應(yīng)力外，還將承受動應(yīng)力，其中最不利的狀態(tài)是最大靜態(tài)應(yīng)力出現(xiàn)的同時發(fā)生較大的動態(tài)應(yīng)力增量。,動載試驗主要內(nèi)容,（1）實測、計算特定移動車輛荷載作用下主橋加勁梁控制斷面、桿件 的應(yīng)力動態(tài)響應(yīng)，即最大靜、動應(yīng)力，應(yīng)力時程曲線和應(yīng)力動態(tài) 增量（放大系數(shù)）。 （2）開放交通情況下，長時間（一晝夜）實測主橋加勁梁控制斷面、 桿件的應(yīng)力動態(tài)響應(yīng)（主要是動應(yīng)力時程曲線），為構(gòu)件疲勞計 算和分析收集基本數(shù)據(jù)。 （3）實測上述兩種荷載作用下主跨的加速度（位移）響應(yīng)。,動載試驗具體內(nèi)容,一輛重車分別以不同車速（1030km/h）駛過橋面，記錄所有 動應(yīng)變和振動加速度響應(yīng)時程信號。 三輛重車（相互保持一定間

11、距）依次以 10km/h駛過橋面，記錄所有動應(yīng)變和振 動加速度響應(yīng)時程信號。 橋梁開放交通情況下，長時間記錄所有 動應(yīng)變和振動加速度響應(yīng)時程信號。,動載試驗跨中斷面,動載試驗跨中斷面,上弦,斜桿,下弦,動載試驗四分點斷面,動載試驗四分點斷面,上弦,斜桿,下弦,動載試驗四分點斷面加速度和位移響應(yīng),f=2.713Hz,動載試驗開放交通情況,加速度響應(yīng)譜陣,加速度時域信號,動載試驗車橋耦合振動,對大橋進(jìn)行車橋耦合振動模擬計算的目的主要是考核結(jié)構(gòu)計算數(shù)值 模型，并與動載試驗的實測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析。,單輛車加載情況下，理論分析結(jié)果和實測結(jié)果符合得很好，說明理 論模型與實橋基本一致。 三輛車加載時，實測值

12、偏小于計算值，其中實測值在每輛車通過截 面位置時一般都有明顯的峰值，而計算值沒有如此明顯的峰值。估 計與橋面板的破損（造成的沖擊）有關(guān)。,動載試驗車橋耦合振動,下弦桿動應(yīng)力響應(yīng)（一輛試驗車輛以10km/h車速行駛過橋）,動載試驗車橋耦合振動,斜桿動應(yīng)力響應(yīng)（一輛試驗車輛以10km/h車速行駛過橋）,動載試驗車橋耦合振動,下弦桿動應(yīng)力響應(yīng)（三輛試驗車輛以10km/h車速行駛過橋）,動載試驗車橋耦合振動,斜桿動應(yīng)力響應(yīng)（三輛試驗車輛以10km/h車速行駛過橋）,動載試驗小結(jié),（1）一輛重車以不等車速勻速行駛過橋時，加勁梁跨中和四分點主桁和橫梁 被測桿件的動態(tài)應(yīng)力放大系數(shù)分別小于等于1.15和1.2

13、0，且應(yīng)力動態(tài)放 大系數(shù)與行車速度無明顯關(guān)系；橋面加速度和動位移絕對值比較小，橋 面加速度和動位移絕對值基本隨車速增大而增大。車行過橋時橋面振動 頻率基本集中在2.73.4Hz之間，基本對應(yīng)結(jié)構(gòu)高階豎向振動模態(tài)。 （2）開放交通情況下，橋面振動基本隨車輛自振頻率；頻率響應(yīng)范圍基本集 中在2.04.0Hz之間。橋面振動的加速度比單車試驗荷載作用下大56 倍，絕對值接近0.1g。 （3）一輛重車勻速駛過橋試驗的荷載作用模式比較清楚，對應(yīng)的實測和計算 結(jié)果均能一一對應(yīng)和比較。 （4）本橋振動問題和動態(tài)響應(yīng)與動荷載作用（形式和大?。╆P(guān)系非常密切， 中型載重汽車的彈簧頻率一般在2.7左右，從試驗結(jié)果看出

14、，本橋有車 輛激發(fā)橋梁產(chǎn)生較大振動的可能。,加勁梁疲勞分析,針對大橋目前存在的車致振動問題，有理由關(guān)注大橋加勁梁鋼 桁架梁的構(gòu)件及其連接的疲勞問題。,加勁梁疲勞分析交通量統(tǒng)計,據(jù)此推算出大橋運營至今的車流量,加勁梁疲勞分析動應(yīng)力時程曲線,加勁梁疲勞分析雨流法統(tǒng)計,由實測（24h）樣本 推算出大橋運營至今 的應(yīng)力幅頻次,按規(guī)范，當(dāng)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)取 5106 時，桿件和連接的疲勞極限 值計算如下： 桁架桿件 連接節(jié)點,加勁梁疲勞分析,按實測統(tǒng)計，桿件和節(jié)點的疲勞極限值分別超過 的如下： 單車道 雙車道 桁架桿件 15號桿，均無 5號桿，8次 連接節(jié)點 3號 5號 1號 2號 3號 4號 5號 次數(shù)

15、27 121 1 185 790 259 904,著重對3號和5號節(jié)點進(jìn)行驗算,工程應(yīng)用角度可以認(rèn)為，當(dāng) 時產(chǎn)生疲勞破壞。 運用式： 可以求使用年限Y。 具體考慮兩種情況： （1）（保守）3號和5號桿件對應(yīng)節(jié)點在疲勞損傷作用下的使用 年限。 （2）（最不利）5號桿件和5根桿件對應(yīng)節(jié)點在疲勞損傷作用下 的使用年限。,加勁梁疲勞分析疲勞累積損傷評估,疲勞累積損傷度：,加勁梁疲勞分析疲勞累積損傷評估,第一種情況下不同節(jié)點的使用年限,第二種情況下不同構(gòu)件或節(jié)點的使用年限,結(jié)論和建議,（1）大橋結(jié)構(gòu)總體技術(shù)狀態(tài)評定 大橋加勁梁空間位置已發(fā)生較大變異，主桁高程縱橋向呈S形，縱向 最大高差達(dá)27cm；橫向也

16、有25cm不等高差。 實測主纜恒載拉力不對稱，吊桿力實測結(jié)果與理論計算值比較離散。 懸索結(jié)構(gòu)的恒載受力狀態(tài)已偏離設(shè)計值。 結(jié)構(gòu)在車輛荷載下振動明顯、搖晃，人感不適。 重要部件有較多中等缺損，次要部件20%有嚴(yán)重缺損，功能降低，進(jìn) 一步惡化將有損重要構(gòu)件使用安全或影響正常交通。 大橋結(jié)構(gòu)總體技術(shù)狀態(tài)評定為4類（差）。,結(jié)論和建議,（2）靜載試驗 大橋主跨控制斷面變形校驗系數(shù)為0.760.89，說明結(jié)構(gòu)整體靜力剛 度能滿足規(guī)程要求。 跨中和四分點兩控制斷面加勁梁主要受力構(gòu)件的應(yīng)力校驗系數(shù)均已超 過1（分別為1.08和1.05），說明加勁梁截面強度存在問題。 由于靜力試驗荷載是按照檢測標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程要求

17、（加載效率大于0.90） 施加的，根據(jù)實測應(yīng)力數(shù)據(jù)結(jié)果，可以確定大橋目前的承載能力已 不能滿足原設(shè)計荷載的要求。,結(jié)論和建議,（3）自振特性測定 大橋?qū)崪y自振特性及與理論值比較，豎橋向各階實測固有振動頻率及 振型階次與理論計算值吻合較好。 大橋側(cè)向彎曲和扭轉(zhuǎn)振動頻率與計算值基本一致。 環(huán)境振動下，大橋橋面各振型的阻尼比介于0.54%5.68%之間。,結(jié)論和建議,（4）動載試驗 一輛重車勻速行駛過橋情況下，加勁梁跨中和四分點主桁和橫梁被測 桿件的動態(tài)應(yīng)力放大系數(shù)分別小于等于1.15和1.20；橋面加速度和動 位移絕對值也比較小。 開放交通情況下，主橋基本隨車輛自振頻率振動，頻響范圍基本集中 在2.04.0Hz之間，對應(yīng)的基本都是結(jié)構(gòu)豎向振動模態(tài)；橋面振動加 速度接近0.1g。 本橋有車輛激發(fā)橋梁產(chǎn)生較大振動的可能。,結(jié)論和建議,（5）疲勞問題 大橋加勁梁跨中截面下弦桿及其對應(yīng)連接節(jié)點為本橋疲勞分析控制。 按照目前大橋一直采用單車道且沿中間通行條件，主桁下弦桿對應(yīng)的 連接節(jié)點可使用約70年。 按照大橋一直采用雙車道通行，對應(yīng)下弦桿連接節(jié)點只可使用4年。 大橋使用年限在471年之間，實際情況偏向第二種情況。 大橋