茭河口大桥试验报告(终稿)666

报告编号：

湖南省常宁市松瓦公路茭河口大桥

加固工程质量检测及静载试验检测报告

湖南中南林大土木建筑工程检测中心

2010年11月12日

地址:长沙市韶山南路498号中南林业科技大学电话:0731-********

注意事项

1、报告仅对来样所检测的项目负责。

2、报告无“湖南中南林大土木建筑工程检测中心”公章无效。

3、未经本中心书面批准，不得复制本报告。

4、复制报告须完整并重新加盖“湖南中南林大土木建筑工程检测中心”公章才有效。

5、报告无报告编写人、报告审核人、项目负责人、主任审批签名无效。

6、报告涂改无效。

7、对检验报告若有异议，应在报告发出后15个工作日内提出。

湖南省常宁市松瓦公路茭河口大桥

加固工程质量检测及静载试验

检测报告

工程名称：湖南省常宁市松瓦公路茭河口大桥

建设单位：水口山有色金属有限责任公司

监理单位：衡阳市雁扬交通监理咨询有限公司

施工单位：海南华成建设有限公司

委托单位：水口山有色金属有限责任公司

项目负责人：

试验检测人：陈爱军王天鹏腾丽平李月峰杨汶东张海涛谢岚陆杰报告编写人：

报告校核人：

报告审核人：

主任审批：

湖南中南林大土木建筑工程检测中心

报告日期：2010年11月12日

目录

1 工程概况 (1)

1.1 桥梁概况 (1)

1.2 试验检测 (3)

2 试验检测目的和依据 (3)

2.1 试验检测的目的 (3)

2.2 试验检测依据 (4)

3 全桥外观质量检测 (4)

3.1 外观检测内容 (4)

3.2 外观检测方法 (5)

3.3 外观检测结果 (5)

3.4 外观检测结果小结 (9)

4 静载试验 (10)

4.1 试验跨的选择 (10)

4.2 静力分析计算 (10)

4.3 测试截面、测试工况及测点布置 (12)

4.4 测试内容及方法 (14)

4.3 荷载试验设计 (15)

4.4 测试方案 (18)

4.5 测试结果及分析 (19)

5 结论与建议 (24)

6 附图 (25)

1 工程概况

1.1 桥梁概况

茭河口大桥位于湖南省常宁市松柏至瓦园公路上，是一座4×50米钢筋混凝土等截面悬链线空腹式双曲拱桥，桥梁全长236.24m。老桥茭河口大桥建于1984年，桥面横向布置为：2×1.0米（人行道）+7.0米（行车道），全宽9.0米，主拱横向宽度8.6米。单孔净跨经50米，净矢跨比1/6，拱轴系数m=2.24，设计荷载为汽车-20，挂车-100。桥梁总体布置如图1.1所示。

老茭河口大桥桥由于当时技术能力、施工条件与管理水平的限制，加之在这几十年的营运过程中，交通量大特别是重载交通增长迅速，使得老桥上部结构主拱圈的拱轴线发生改变，腹拱上出现较多、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。根据2008年7月湖南省交通建设质量监督试验检测中心关于《湖南省常宁市松瓦公路茭河口大桥结构安全性评估报告》可知老桥下部结构工作状态良好。上部结构普遍存在较严重的病害，主要表现拱轴变形，拱肋开裂，预制构件拼装粗糙，连接构造质量低，桥面破损严重，影响了桥梁的安全运营。现已对该桥上部结构进行了加固改造。该桥由湖南省衡阳市衡通公路桥梁勘察设计有限公司进行加固改造设计。加固设计技术标准和设计方案如下：

1、加固设计技术标准

（1）设计荷载等级：公路－II级。

（2）桥面宽度: 净8.0m+2×0.5m（防撞栏杆）。全宽9.0m；

（3）通航等级：该段河道为不列等级通航。

2、加固设计方案：

（1）主拱圈加固：用增大截面法处理。先钻孔植筋加设钢筋网后外包20cm厚混凝土。

（2）横系梁加固：采用改横系梁为横隔板方法，以增加桥梁横向稳定性。

（3）立墙及盖梁加固：采用增大截面法处理。先钻孔植筋加设钢筋网后外包10cm 厚混凝土。

（4）拱上填料处理：清除原有拱上填料后换填轻质混凝土。

（5）桥面加固：拆除原有桥面及人行道后现浇20cm厚C40防水钢筋混凝土。

图1.2 茭河口大桥主拱圈断面图（尺寸单位：cm ）

1.2 试验检测

目前，茭河口大桥加固改造工作已经完成。为了检验该桥的加固施工质量和承载能力是否满足规范和使用要求，确保结构运营的安全性和长期使用性能，湖南中南林大土木建筑工程检测中心受水口山有色金属有限责任公司的委托，于2010年10月10日进行了现场踏勘，并开始对该桥进行理论计算分析和编制试验检测方案。于2010年10月22～24日派出试验检测人员对该桥进行静载试验和加固施工质量检测。本次试验效果良好，达到了预期目的，现将本次试验检测成果汇报如下。

2 试验检测目的和依据

2.1 试验检测的目的

为了检验茭河口大桥结构性能和技术状况是否满足设计、规范和使用要求，以确保该桥结构的安全性和长期使用性能，需对该桥进行静载试验和加固施工质量进行检测。试验检测目的如下：

（1）通过测定桥跨结构在试验荷载作用下的控制截面应力和挠度，并与理论计算值比较，以检验结构控制截面应力与挠度值是否与设计要求相符，主要试验测试指标是否符合有关规范、规定的要求。

（2）通过荷载试验，获取该桥梁的基本数据和相关参数，了解桥跨结构的实际工作状态，检验桥梁结构的整体受力性能，并对加固补强的效果进行评价，为该桥的日常养护和维修提供科学依据。

（3）通过对该桥的加固部分进行外观质量检测，并依据加固设计及有关规范和规定的要求对该桥加固施工质量作出评价。

2.2 试验检测依据

本次静载试验和加固施工质量检测主要依据的规范、标准及相关资料如下：

1、《大跨径混凝土桥梁试验方法》1982年

2、《公路桥梁承载能力检测评定规程》（2003年4月征求意见稿）

3、《公路旧桥承载能力鉴定方法》（试行）1988年

4、《公路旧桥承载力评定方法》（西部交通建设科技项目成果）

5、《公路工程质量检验评定标准》（JTJ F80/1-2004）

6、《公路桥涵设计通用规范》（JTJ 021-89）

7、《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）

8、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）

9、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ024-85）

10、《公路桥涵养护规范》（JTG H11-2004）

11、《公路桥涵施工技术规范》（JTJ 041-2000）

12、《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）

13、《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》（JGJ/T23-2001）

14、《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》（JTJ022-2005）

15、《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》（JTJ022-85）

16、《公路勘测规范》（JTG C10-2007）

17、《湖南省常宁市松瓦公路茭河口大桥结构安全性评估报告》（湖南省交通建设质量监督试验检测中心）2008年7月

18、《常宁市茭河口大桥维修加固工程一阶段施工图设计》（湖南省衡阳市衡通公路桥梁勘察设计有限公司）2010年3月。

19、常宁市茭河口大桥施工资料和其它有关技术文件。

3 全桥外观质量检测

3.1 外观检测内容

对大桥上部结构加固施工质量进行全面的外观检测，重点是观察桥面系构造的完好情况和结构的裂缝分布情况以及强度检测。检测内容如下：

1、全桥加固情况检查：包括主拱圈、立柱、横隔板各部位尺寸、混凝土现状检测；必要时用检测裂缝的宽度与深度。

2、主要结构混凝土强度检测。

3、桥面系构造（桥面铺装、防撞护栏、伸缩缝、排水系统等）的完好情况及性能检测。

4、其它外观检查。如钢筋锈蚀及外露情况；

3.2 外观检测方法

1、加固情况检查

用目测方法观察和查找主拱圈、横隔板、立柱和桥面的加固情况，对加固部位进行描绘和拍照记录。

2、裂缝检查

先用目测方法观察和查找结构的裂缝分布情况，对裂缝进行详细描绘，并采用裂缝测试仪对裂缝的宽度进行检测。

3、缺陷检查

用目测和尺量方法观察和查找结构是否存在破损、孔洞、露筋和钢筋锈胀等其它缺陷，对这些缺陷进行详细描绘和拍照记录。

4、混凝土强度检测

混凝土强度采用回弹法测定，以线性回弹值反映混凝土表面的硬度，根据测强曲线来推求混凝土的抗压强度。同时还要测出混凝土的碳化深度，以便对其强度进行修正。测区位置为随机选定的结构构件，每个测区布置16个测点。如果回弹仪测出的混凝土强度发现异常，则根据实际情况采用其它方法复测（如超声—回弹法测混凝土强度）。

5、其它检查

用目测来检查桥面铺装、伸缩缝、防撞墙、排水设施及交通标志等构造是否完好。

3.3 外观检测结果

为了便于描述和表达，对主桥结构的布局情况分构件部位进行编号，其编号规则说明如下：

（1）桥跨结构的编号从松柏方向至瓦园方向依次为第1跨、第2跨、第3跨、第4跨（如图1.1），以下报告中涉及到桥跨编号均与此相同。

（2）桥墩及桥台编号从松柏方向至瓦园方向依次为0号台、1号墩、2号墩、3号墩、4号台（如图1.1），以下报告中涉及到桥墩及桥台编号均与此相同。

（3）拱肋编号从上游至下游依次为1号肋、2号肋、3号肋、4号肋（如图3.1），其编号规则是：第一个数字表示该拱肋所属的桥跨的编号；第二个数字表示该拱肋自上游到下游依次的编号。如：1-1表示第1跨1号拱肋。以下报告中涉及到拱肋编号均与此相同。

图3.1 茭河口大桥拱肋编号示意图

1、全桥外观质量检查结果。

全桥外观质量检查结果参见表3.1所示。

全桥外观检查情况表表3.1

2、拱肋几何线形测量结果

拱轴线形的相对坐标采用全站仪对试验桥跨主拱圈外侧拱肋截面下缘按约50等分进行测量，如图3.2所示。现场以0号台拱脚截面下缘为相对坐标系的原点，向跨中每隔水平距离约1m左右进行选点测量，其测量结果参见表3.2和图3.3所示。根据测试结果可以看出主拱圈拱轴线线形普遍变形，且绝大部分测点位于原设计拱轴线以下，因原来拱肋安装时拱轴线就有变形和相对错位。

图3.2 主拱圈坐标测点布置示意图

茭河口大桥拱轴线形曲线相对坐标测量结果表3.2

注：相对坐标系的定位为每跨的第1号测点，即每一跨的1号测点的坐标为（0，0）。

图3.3 茭河口大桥测试跨拱轴线形图

3、主要结构构件混凝土强度检测结果

利用回弹仪对主拱拱肋进行了混凝土强度检测，其测试结果参见表3.3所示。拱肋混凝土强度测试结果表明主拱拱肋混凝土强度推定值均满足C30设计强度的要求。

注：拱肋编号见图3.1。

3.4 外观检测结果小结

本次全桥外观检测根据加固设计图和加固设计要求进行，检测结果表明实际加固的情况与《常宁市茭河口大桥维修加固工程一阶段施工图设计》和《湖南省常宁市松瓦公路茭河口大桥结构安全性评估报告》基本相符。检测中没有发现《湖南省常宁市松瓦公路茭河口大桥结构安全性评估报告》中所描述的病害还遗留下来未进行加固处理的现象。主拱拱肋混凝土强度测试结果均满足设计强度等级要求。只是原存在裂缝、露筋及混凝土剥落等缺陷的拱波和腹拱拱板未拆除，这些裂缝等缺陷将对结构的长期使用会产生不利影响。目前需要定期对此裂缝等病害发展情况进行跟踪了解，掌握其发展规律，以便采取必要的措施及时进行处理，防患于未然。

4 静载试验

4.1 试验跨的选择

茭河口大桥为一四跨双曲拱桥结构，为达到试验目的，按照试验规程规定，一般需选择受力最不利、施工质量相对不利、缺陷较多且施工记录不完备的桥跨结构进行加载试验。目前该桥加固工作已经全部完成，根据试验要求、现场实际情况选取松柏方向的边跨作为测试跨进行静载试验，以检验该桥的施工质量和结构受力性能，其测试跨位置如图1.1所示。

4.2 静力分析计算

1、材料参数取值

（1）主拱圈：拱肋、拱波、拱板采用C25混凝土，弹性模量为28000MPa。

（2）立柱和盖梁：采用C25混凝土，弹性模量为28000 MPa。

（3）腹拱圈：采用C20混凝土，弹性模量为25500 MPa。

（3）桥墩：采用C20混凝土，弹性模量为25500MPa。

2、设计荷载

公路-Ⅱ级，两车道。试验检测所采用的荷载就以此为依据。

3、计算模型建立

根据桥规规定，结构计算模型、几何特性、边界条件等必须与实际结构相一致，正确反映各重要工况下的结构特性。茭河口大桥为4×50m双曲拱桥，拱上建筑为拱式结构，所以在计算建模时，考虑了拱上建筑与主拱圈联合作用的影响以及连拱效应。

根据设计图纸，应用Midas/Civil2006对大桥建立平面模型进行分析计算，其有限元结构计算模型如图4.1所示。全桥共划分413个节点，378个单元，均采用平面梁单元。

图4.1 茭河口大桥有限元计算模型

计算模型参数描述如下：

（1）结构参数：将四条拱肋、拱波和拱板（不考虑横隔板）作为一个整体建立主拱圈结构，主拱圈从拱脚到第一排立柱采用变截面组。横桥向四个立柱作为一个整体直接按照矩形截面来建模。腹拱也按照矩形截面建立。拱顶实腹段、拱上填料和桥面板以及桥面铺装和栏杆作为二期恒载，不参与结构受力。

（2）边界条件参数：主拱拱脚与桥台直接采用固结，主拱拱脚和桥墩通过刚臂联结。腹拱拱脚与桥台采用铰结，腹拱拱脚和立柱通过刚臂联结，腹拱拱脚和实腹段的主拱节点采用刚臂联结，墩底固结。

3、计算结果

分析计算的主要内容及结果如下：

（1）模型结构截面几何特性计算结果如表4.1所示。

（2）内力影响线计算：测试跨控制截面弯矩影响线如图4.2所示。

图4.2 测试跨控制截面内力影响线（尺寸单位：cm）

（3）主拱控制截面下缘在设计荷载作用下内力计算结果列于表4.2中。

注：表中应力“＋”为压应力，“－”为拉应力。

4.3 测试截面、测试工况及测点布置

4.3.1 测试截面

根据静力分析计算结果，显示本桥拱顶和拱脚为全桥薄弱断面，故本次试验选定测试断面为拱脚和拱顶，实际试验时，对这些控制截面按设计荷载进行加载测试。本次试验考虑到现场实际条件，测试截面的选择以能够反应结构受力状态且方便测试为准。因此，选择试验跨的拱顶截面、松柏侧的拱脚截面为测试截面，如图4.3所示。

图4.3 测试截面示意图（尺寸单位：cm）

4.3.2 测试工况

根据茭河口大桥的测试断面（如图4.3所示）。相应的测试项目为拱顶截面最大正弯矩和拱脚截面最大负弯矩及拱顶和拱脚下缘纵向应力、挠度及裂缝观测。具体的测试工况及相应的测试项目如表4.3所示

4.3.3 测点布置

1、应变测点

主拱下缘纵向应变测点布置如图4.4所示。在测试跨的L/2截面和松柏侧的拱脚截面主拱拱肋下缘粘贴应变计和电阻应变片。

图4.4 应变测点布置图

2、挠度及变形测点布置

挠度变形测点布置如图4.5所示，为测试跨的L/4、L/2、3L/4截面和相邻跨的L/2截面，共4个断面的桥梁顶上布置8个竖向挠度测点，分别位于桥面栏杆内侧边缘位置。利用精密水准仪测量桥梁的挠度变化，以考察结构在荷载作用下的变形及结构的刚度。

125012501250

1250

2500

250

图4.5 挠度及变形测点布置图（尺寸单位：cm ）

4.4 测试内容及方法

1、应力测试

拱顶和拱脚下缘纵向弯曲应力测试：在主拱圈测试断面拱肋底面粘贴振弦式应变计和电阻应变片。并采用相应的应变仪进行测试。两种方法相互校核测试结果。 2、挠度、变形测试

测试跨跨中、L/4处和相邻跨跨中的挠度和变形采用精密水准仪测量，测试精度为0.1mm 。 3、裂缝观测

加载时派专人观测拱圈底面裂缝开展情况，检查控制断面附近一定区域表面是否出现裂缝以及早期裂缝在荷载作用下的开展情况。如有裂缝出现则用裂缝测试仪量测裂缝宽度。尤其是当发现异常情况时，及时告诉总指挥，立即停止加载。

本次静载试验测试方法汇总如表4.4所示，

静载试验测试方法表 表4.4

4.3 荷载试验设计

1、试验荷载

荷载试验是按试验荷载效应与设计荷载效应等效的原则，并考虑到车辆来源、组织和调配的实际情况来确定试验荷载。最后确定试验荷载采用约290kN 的加载车4辆，总吨位为1133.8kN ，静载效率系数保持在0.8～1.00之间。表4.5列出了加载车辆相关技术参数。

2、加载效率ηq

根据《公路旧桥承载能力鉴定方法》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承载能力，一般：

δηη?=

<

q q 05

180..

式中：q η——静试验荷载效率系数。

s t a t

S ——试验荷作用下，检测部位最大变位或最不利内力的计算值； S ——设计标准荷载作用下，检测部位最大变位或最不利内力的计算值；

δ——设计取用的动力系数。

考虑到本桥属旧桥加固的桥梁，q η宜取值不宜偏高，在0.9左右为宜，这样既可全面反映桥梁结构在设计荷载作用下的承载情况，又可保证结构的安全性。 3、加载的实施与控制

分析表明，采用4台约290kN 标准车就可以使各梁达到规定的荷载效率系数，具体加载时分2种工况（参见表4.3）进行，各加载工况车辆加载布置如图4.6～4.7所示。由于桥面较窄，考虑到加载的方便和车辆调度，静载试验的加载测试工况如下：

工况1：测试跨拱顶截面最大正弯矩加载，各截面纵应力及挠度测试（正载）； 工况2：测试跨拱脚截面最大负弯矩加载，各截面纵应力及挠度测试（正载）；

图4.6 工况1试验加载图（尺寸单位：cm）