新八一大桥结构动静载试验

1、上犹县南河人行斜拉桥结构常规检测及静载试验初步技术方案江西省交通工程质量检测中心07年 09 月 16日 目 录目录11 概述31.1工程简介31.2试验检测目的52 试验检测依据53 常规检查53.1外观检查73.2混凝土质量检查10裂缝检查10混凝土强度检测11混凝土碳化深度检测12钢筋位置及钢筋保护层厚度检测13钢筋锈蚀状况检测14 3.3索力测试144 静载试验154.1静载试验内容15试验跨段的确定15静载试验内容15弯曲应变（应力）测点16结构剪应变（剪应力）测点布置16结构构件变位测点16挠度测点174.2试验荷载184.3静载试验加载18试验荷载效率计算18试验荷载分级18试验

2、测试内容194.4静载试验过程19试验准备19试验加载控制与安全措施194.4.3加载的控制194.4.4测点的观测194.4.5加载过程的观察204.4.6加载过程中裂缝监控204.4.7终止加载控制条件205本桥用到的仪器设备及测试系统20 5.1 主要仪器设备表215.2挠度测量方法215.3应力测试方法216 试验配合217 试验时间需求211 概述1.1工程简介上犹县南河人行斜拉桥是沟通上犹新老城区的一座桥梁，设计荷载以满人3.5kN/m2为标准，以2吨小汽车行驶间距不小于15米间距验算。桥面宽度桥面净宽2×2.85米，中央索区0.8米，两边栏杆2×0.25米，桥

3、梁总宽7.0米。大桥为独塔斜拉桥，跨度2×80米，单索面，梁、塔固接。主梁为预应力混凝土，截面为单箱双室斜腹板；主塔采用40号钢筋混凝土，主梁以上塔截面为工字型，主梁以下为3×3米的箱型。主塔总高度52.44米，主梁以上高44.94米。梁上斜拉索索矩8米，每侧布置拉索11根。拉索为PE护套柔性索，采用55丝直径7毫米渡锌钢丝制成，最大索长86.58米，最小索长16.21米。 自大桥建成运营到现在已经8年。考虑到大桥养护维修的需要，大桥管理单位决定对大桥进行一次全面常规检查，并对大桥进行静荷载试验，以制定桥梁养护维修计划和了解大桥健康状况。大桥横断面见图15，立面图见图6。上

4、犹县南河人行斜拉桥主梁横断面示意图（单位cm）1.2检测目的2 通过静载试验，掌握荷载作用下该桥重要部位的应变情况，实测控制截面的内应力分布规律、量测荷载作用下的桥梁变形情况，判断现有桥梁病害对该桥承载能力的影响，确定该桥是否需要加固，是否需要采取紧急措施。检测依据(1) 上犹县南河人行斜拉桥上犹县南河人行斜拉桥日常常规3 常规检查斜拉桥是一种现代化桥型，跨度大、雄伟美观、技术含量非常高。根据上犹县南河人行斜拉桥采用的建筑材料及其设计受力方面的特点，我们确定该桥常规检查主要检查、检测的重点部件及部位如下：主梁、主塔斜拉索梁上吊点及其附近； 梁塔固结部位及其附近；伸缩缝； 支座； 墩、塔、梁混凝

5、土质量；桥面系统；排水系统；斜拉索防腐系统及现在斜拉索张力；墩台位移、裂缝等检查；表1 混凝土质量检查项目检测项目1混凝土（梁、墩、塔，下同）裂缝检查2混凝土强度检测3混凝土碳化深度检测4钢筋锈蚀状况检测5钢筋位置及钢筋保护层厚度检测表2 外观检查主要内容序号主要检查内容1上部结构整体性和完整性检查2桥梁墩台、台帽、盖梁检查3翼（耳）墙 检查4索塔现状检查5安全及照明设施检查6斜拉索防腐系统检查7桥梁支座状况检查8桥面铺装检查9桥梁伸缩缝检查10桥梁排水系统检查及线形检查11桥头搭板及连接检查据此，我们确定除对大桥斜拉索进行全面索力测试（索结构受力检查）外，确定上犹县南河人行斜拉桥混凝土质量检

6、查见表1，制定外观检查的主要检查内容的内容见表2。3.1 外观检查(1) 上部结构整体性和完整性检查 对主梁（板）及其间连接处进行检查，例如是否有混凝土脱落、混凝土破损、漏水、矿质泌出物等现象，病害示例如图7； 检查梁（板）变形是否过大情况；桥梁主要受力构件之间的钢结构连接件是否严重锈蚀失效，焊接焊缝是否有开裂、受剪破坏等病害；检查伸缩缝下的梁（板）端头是否存在漏水，端头混凝土劣变的情况；检查灯柱基座与桥梁是否连接稳固；检查梁防震锚栓是否破损、松动、锈蚀。 图7 梁体渗水严重 图8 墩身环向裂缝(2) 桥梁墩台、台帽、盖梁检查 桥墩、桥台是否有滑动、倾斜、下沉，轴线是否偏位，桥台台背填土有无沉

7、降裂缝或挤压隆起；桥墩、台、塔水下部位的检查（代价较高，在墩台未遭受撞击、地震等灾害或实测墩台变位不大情况下，实际意义不大，建议不检查）。 混凝土墩台及帽梁有无风化、腐蚀、开裂、剥落、露筋等，病害示例如图8；墩台顶面是否清洁，有无泥土杂物堆积、滋生草木，伸缩缝处是否漏水；检查墩台与基础是否发生不许可的冲刷或掏空现象、是否存在有不均匀沉降的现象，对有问题的墩台与基础根据施工或竣工的标高资料，通过高程测量获取不均匀沉降状况，若竣工资料不全则负责建立工程监控系统；在条件允许（枯水）情况下，检查被冲刷露出的桩基顶段及承台在水位涨落、干湿交替变化处有无冲刷磨损、颈缩、露筋，有无环状冻裂，有无受到污水、咸

8、水或生物的腐蚀。(3) 翼（耳）墙 主要观察翼（耳）墙是否开裂、倾斜、滑移、沉陷； 其它病害。(4) 索塔现状塔空间相对位置是否与设计相符，有无倾斜、扭转、沉降；(5) 安全及照明设施 栏杆是否完整、牢固，有无构件损坏、缺失； 除了交通事故或人为损坏外，桥梁结构的过大变形也会使栏杆变形，甚至破坏。因此，对栏杆病害的全面、准确分析有助于对全桥结构的认识； 检查灯杆是否歪斜，基座是否牢固，螺丝是否松动； 检查防护（撞）设施的锚固螺栓、立柱和横挡等构件是否保持完好； 检查混凝土防护（撞）设施是否完好，防护（撞）墙有无摇晃、倾斜、位移等情况，是否具备正常的安全服务功能； 标识、标线油漆是否完好、醒目，

9、警示标志是否齐全。(6) 斜拉索防护系统检查检查拉索上下锚头部位有无进水、老化、锈蚀、破损，延索长防护是否有破损。这是本桥检查的重中之重。 (7) 桥梁支座状况检查由于桥梁上部结构的类型、跨度、等存在差异，桥梁支座种类、型号不尽相同。因此，在对支座进行检查时应根据不同情况区别对待。整体上，采用目测方法对支座脱空、开裂情况进行检查，观察支座的位置是否仍处于设计位置，能否正常工作。检查墩台帽顶面支座附近混凝土的开裂、劣变、积水情况。目测并使用卷尺、角尺、塞尺等仪器，记录、标记检查到的异常现象，采用剪切变形简便测尺检查支座的纵向和横向变形，并进行编号、归类、记录。不同类型支座的检查要点为： 钢板滑动

10、支座和弧形支座是否干涩、锈蚀； 支座垫石是否开裂、破碎； 橡胶支座是否脱空、松动、滑移、老化、严重变形；钢板是否外露；四氟板是否脱落，位置是否正确，如图9； 盆式橡胶支座有无严重锈蚀及明显损坏，特别是其锚固螺栓有无松动、剪断变形、螺母是否松动等。 支座处是否被异物填塞，滑动支座能否正常滑动。实际位置是否正确； 图9 支座纵向剪切变形照片 图10 沥青面层坑槽(8) 桥面铺装桥面铺装的主要功能是保护属于主梁部分的行车道板不受车辆轮胎的直接磨耗，防止主梁遭受雨水的侵蚀，并对车轮的集中荷载起一定的分配作用。破损的桥面铺装层将增大车辆荷载对桥梁的冲击，还将影响行车的安全、顺畅、舒适。桥面铺装检查检测的

11、重点是沥青铺装平整度、磨耗、泛油、松散露骨、坑槽和开裂等情况，对于桥面铺装裂缝应测量其长度、宽度、深度，对于深度大于3mm的应分析其发生原因。典型坑槽病害图10所示。9) 桥梁伸缩缝检查桥梁伸缩缝是桥梁的重要结构部件，伸缩缝的破坏将造成轮载对梁端的冲击破坏，使雨水容易渗入桥梁墩台和梁体结构，造成车辆行使不平顺，降低桥梁的使用性能和整体结构的耐久性。上犹县南河人行斜拉桥采用的BF-60型伸缩缝检查要重点检查橡胶的老化、破损情况和保证桥梁伸缩变形的能力。 (10) 桥梁排水系统检查及线形检查 检查当前桥梁的排水设施状况以及工作状况； 重点检查排水管是否破坏、损伤、脱落、堵塞，以及引水槽有否被异物堆

12、积塞、破裂损坏等； 调查桥面横向、纵向排水是否顺畅； 调查是否存在桥面积水的情况。测量大桥横向及纵向线形，检查大桥有无异常变形发生。(11) 桥头搭板及连接检查在桥头搭板和桥跨结构物的连接部位，由于结构物与路基填土部位之间的不均匀沉陷、桥头搭板损坏或结构物接头不平，造成行车不平顺，将会产生跳车现象，对桥台和梁端造成损坏。桥头搭板及连接的检查要点为： 检查桥头搭板的工作状况，查看是否存在沉降和折断的情况； 检查桥头连接的平顺情况，并记录是否跳车。3.2混凝土质量检查 裂缝检查裂缝检查是重点检查项目之一，使用钢尺、读数显微镜、裂缝观测仪、记号笔等对裂缝进行以下检查检测。(1) 裂缝检测的原则对于上

13、犹县南河人行斜拉桥这种斜拉桥，重点检查箱型主梁底板、腹板和翼缘板、横隔板的横向裂缝和纵向裂缝，。对上部结构以及墩、台、索塔及基础的受力裂缝、钢筋锈蚀裂缝均测量裂缝的位置、方向及延伸长度高度，并且测量裂缝宽度，对宽度大于0.2的裂缝进行重点记录，对宽度较大的或比较典型的裂缝要测量其深度，较小的裂缝进行集中描述。对所有大于0.2的裂缝都在裂缝附近混凝土体上留下裂缝观测值、裂缝始终端及检查日期等标志。对于测量了深度的裂缝应在裂缝旁留下测量值。(2) 裂缝检测的要点 检测裂缝的长度、宽度、深度，检查并判断是连续裂缝还是断续裂缝； 对裂缝的出现部位、相对平面位置、走向进行详细描述、绘图示意； 检查裂缝是

14、否渗水和有矿质渗出物，观察渗水的大小以帮助判断裂缝的发育情况；对裂缝的性质进行初步判断：判断是受力裂缝还是非受力裂缝、判断是否是成桥时形成的还是使用期间出现的、判断是否是表面浅层裂缝还是贯穿性裂缝、判断是已是稳定裂缝还是发展中裂缝； 对典型裂缝应拍照或摄像，保存图像资料。(3) 重点检测的裂缝类型 主梁在跨中区段、1/4跨区及支点区段的结构裂缝，结构迎阳面处的表面裂缝，主孔大梁吊点附近、两吊点中间附近以及梁塔固结部位附近，这些区段已有裂缝中存在的宽度超过规范允许值的裂缝； 索塔、桥台、桥墩和盖梁存在的宽度超过规范允许值的结构裂缝； 梁（板）体上的钢筋锈蚀引起混凝土膨胀而产生的裂缝； 后张法预应

15、力混凝土主梁的锚头附近混凝土有无开裂破坏。(4) 裂缝检测的方法 缝宽度检测：采用裂缝宽度观测仪、读数显微镜等进行检测，大型裂缝用游标卡尺或钢尺量测； 裂缝深度检测：一般工程结构中板、盖梁、墩柱等构件中出现的裂缝都属于浅裂缝，缝深不大于500mm。在测试时，根据被测结构的实际情况，可以采用单面平测法和对穿斜测法。单面平测法示意如图11所示：图11 单面平测法示意图采用平测法要注意避免钢筋的影响。如上图所示：a1.5d。 图12 裂缝宽度检测 图13 裂缝深度检测当结构物的裂缝部位具有两个互相平行的测试表面时，可以采用斜测法。此法直观、可靠，条件具备时优先选用。混凝土强度检测根据不同构件的具体情

16、况，选择是否进行混凝土强度检测。(1) 对混凝土结构的各主要受力构件，如梁、板、墩台身、盖梁、墩柱、拱圈等，应进行材料强度检测；(2) 混凝土强度可用回弹仪进行回弹法检测，同时检测构件混凝土的碳化深度；(3) 对既有桥梁的主梁能够进行超声法对测方法布置且有必要时，可使用混凝土回弹仪和非金属超声波探伤仪等设备超声回弹综合法检测主梁的混凝土强度；(4) 必要时可采用钻芯法，在结构上钻取试件进行试验。对不同的桥型，每座桥选取的构件数量为：板（T）梁为总数的10%20%；小箱梁为15%30%；现浇梁段每一跨至少按1个构件进行检测；墩台25%35%，大桥主梁不得采用钻心法测强；(5) 在检测频率满足以上

17、规定的基础上，各类构件的选择尽量均匀分布于全桥各跨。在经过外观检查之后，外观质量明显较好的跨段可不进行强度检测或少布置测区；外观质量明显较差的跨段可以提高检测的频率。当遇到下列情况时，可采用钻芯取样法并按照相关规范进行修正。(1) 当使用回弹法测得的桥梁混凝土强度推定值大于60MPa时；(2) 实测桥梁混凝土强度与原始记录混凝土强度相差过大时；(3) 龄期超过规程要求,同时检测单位根据具体情况认为需要取芯时。取芯时每一代表性构件上钻芯数量不少于6个。钻芯位置尽量选择在中和轴附近，且避开L/4和L/2截面附近及避开梁体钢筋。图14 回弹法检测砼强度 混凝土碳化深度检测检查混凝土碳化深度对混凝土的

18、强度以及桥梁钢筋锈蚀影响进行评定。混凝土碳化深度的方法如下：(1) 回弹值测量完毕后，在有代表性的位置上测量碳化深度值，测点数不少于构件测区数的30%；(2) 取所有碳化深度测点测值的平均值作为该构件每测区的碳化深度值；(3) 采用75%的酒精与白色酚酞末配制成浓度为1%2%酚酞指示剂；(4) 采用适当的工具在测区表面形成直径约15mm的孔洞，其深度应大于混凝土的碳化深度。测孔成孔后，应用圆刷或皮老虎吹净孔洞中的粉末和碎屑，不得用水洗。将酚酞指示剂喷到测孔壁上，待混凝土新茬变色后，已碳化与未碳化界线清楚时，用混凝土碳化深度仪测量已碳化与未碳化混凝土交界面到混凝土表面的垂直距离。混凝土变色成紫红

19、色的为未碳化部分，不变色的混凝土为已碳化部分；(5) 每处碳化深度测点的混凝土碳化深度读数准确至0.5mm，测量不少于3次，取其平均值，作为该测点的混凝土碳化深度值；(6) 当各个碳化深度测点的碳化深度测值极差大于2.0mm时，可能预示该结构或构件的混凝土强度不均匀，因此应该在每一回弹测区测量混凝土碳化深度值。图15 混凝土碳化深度检测钢筋位置及钢筋保护层厚度检测钢筋位置及钢筋保护层厚度检测的原则和方法如下：(1) 在桥梁外观检测中发现桥梁主要受力构件存在以下情况，根据实际需要可对部分结构构件进行钢筋位置及钢筋保护层厚度检测。 已进行过混凝土碳化深度专门测量的部位； 钢筋锈蚀电位测试结果表明钢

20、筋可能锈蚀活化的部位； 其它需要检测的部位。(2) 钢筋位置及混凝土保护层厚度检测是用钢筋保护层厚度仪来进行的，通过将钢筋保护层厚度仪的探头平行于待测钢筋并沿构件横向移动，可以读取各根主筋的保护层厚度，并同时基本确认主筋数量。(3) 一般选择每跨总梁（板）数的10%的构件进行检测，且每构件检测断面数不少于3个。(4) 每一测点读取3次稳定读数，取其平均数，准确至1mm。 (5)对某一结构构件检测断面，给出各根钢筋保护层厚度的实测值、平均值以及保护层厚度合格率。 混凝土保护层厚度检测见图16。钢筋锈蚀状况检测钢筋锈蚀严重影响着桥梁的承载能力，加速桥梁的损坏，为掌握当前的钢筋锈蚀情况，本次桥梁检测

21、需进行钢筋锈蚀状况检测，主要的原则与方法如下：(1) 钢筋锈蚀状况的检测范围应为主要承重构件或承重构件的主要受力部位，或根据保护层厚度检查结果有迹象表明钢筋可能存在锈蚀的部位。(2) 对外观检查发现梁（板）构件及混凝土拱桥中主要受力部分存在以下情况时，需进行钢筋锈蚀状况的检测： 当发现构件主要受力部分主筋位置处存在沿梁纵向水平裂缝时； 当构件主筋位置处检查的碳化深度大于原设计混凝土保护层厚度时； 根据检查表明钢筋有如锈迹、锈涨等锈蚀迹象时。(3) 钢筋锈蚀状况检测采用半电池电位法进行（图17）。(4) 对本桥主梁，选择总构件数10%的构件，且其中构件测区数至少为1个。(5) 每个测区上布置测试

22、网格，网格节点为测点，网格间距采用20×20cm,30×30cm，20×10cm不等，根据构件尺寸而定，测点位置距构件边缘大于5cm，一个测区不少于20个测点。(6) 良好状态下混凝土中钢筋锈蚀电位水平应小于200mv。 图16 混凝土保护层厚度检测 图 17 钢筋锈蚀探测3.3索力检查目前国内对拉索、吊杆等构件进行张力测试主要通过以下几种手段：1）通过预先安装的压力传感器或其他设备测量张力；2）通过在锚端用精确校正的千斤顶再次张拉索或吊杆来确定索的索力；3）通过测取索或吊杆的震动频率间接测试斜拉索的索力。 以上方法中，方法1是大桥特大桥在施工或更换拉索时就要埋设

23、有关可靠设备，不适用于本桥；方法2精度较高，但测试周期长、操作需要中断交通且具有一定的危险，仅见拉索施工和换索时使用；方法3测试精度稍差（误差一般可控制到5以内），测试速度快多为国内外检测机构采用。本次检测索力我们采用方法3，为了提高测试精度，采用精度较高的传感器和新的计算理论（国内新的科研成果，在江西省体育馆吊杆张力测试、八一桥索力测试中验证可靠），在中断交通情况下完全可以把索力实测值与索力真实值的误差缩小到5以内（长索控制在2以内），在不中断交通情况下误差控制在7以内。 4静载试验4.1静载试验内容试验跨段的确定在整体构造上受力较不利或最不利跨段。选择试验跨段所处的位置便于设置测点，试验时

24、便于加载，不妨碍通航。选择典型跨段进行试验，其试验结果基本可以代表同类桥跨的结构状况。静载试验内容试验前，根据结构分析软件建立结构有限元模型，计算得出结构轴力及弯矩包络图。根据参考类似桥梁的计算分析，确定的主要内力控制分别为：由于斜拉桥在施工过程中必须进行索力调整，和调整预应力筋的张拉力，优化拉索索力、调整施工顺序使大桥成桥后处于较好的成桥状态。上犹县南河人行斜拉桥成桥状态上述截面的应力未知，必须最大限度的模拟原施工过程才能了解，故通过有限元分析提供各截面成桥状态准确应力数据几乎不可能，而且可能会有较大偏差，仅能进行估算。为此，对应于这种情况，初步拟定以下试验工况了解桥在设计使用荷载作用下的性

25、能。挠曲应变（应力）测点大桥每个主孔测试截面至少在截面底部布置3个应力（应变）测点，主孔正弯矩及负弯矩控制截面在主梁左右腹板上下缘附近各布置1个测点，两片中间各布置3个应变片，其中下缘传感器布置于腹板底部，以推测钢筋处混凝土应变。各控制断面的测点布置待合同签订后在实施方案中绘图示意再详细说明。结构剪应变（剪应力）测点布置结构构件变位测点.1构件水平变位测点布置图18 活动支座和结构连接部分水平及竖直变位测点布置示意图.2构件竖向变位测点布置挠度测点.1桥梁挠度测量方法图19 位移计法示意图图20 精密水准仪法示意图图21 激光挠度仪法示意图.2桥梁挠度测点布置设置挠度点。挠度控制测点一个控制断

26、面设置3个挠度测点4.2试验荷载4.3 静载试验加载试验荷载效率计算选择的基本试验荷载应对结构控制截面产生的荷载效应与设计的荷载效试验荷载下应相接近，其接近的程度可用静载试验效率系数来表达。=S 试验荷载作用下控制截面最不利效应计算值；S 设计标准荷载作用下控制截面最不利计算值； 按规范计算的冲击系数。正常试验条件下应满足下列条件：0.81.05鉴于本桥的实际情况，当桥还能满足原设计要求时试验效率接近或略大于1.0，以为桥梁等级鉴定提供依据。试验荷载分级为测试桥梁弹性工作性能，试验加载至少分5级加载，卸载可分三级进行。施加道设计内力80时，减小加载量，防止加载引起桥梁病害加剧。试验测试内容各工

27、况试验测试内容基本相同，即测试各试验工况控制截面的应力分布、桥跨控制断面的挠度及墩位移、裂缝的发展情况、试验测试期间温度变化（要求变化不剧烈）。4.4静载试验过程试验准备(1) 该桥的荷载试验按规定时间进场作业。(2) 召开动员会，明确各专业组分工和各组负责人责任。(3) 经过前期准备、桥况详查，进行测点和试验项目调整。(4) 设置测点、基准点。(5) 在桥面划出加载位置线。(6) 分解各工况，对可以合并的工况步骤进行合并利用，尽量减少加载阶段，提高试验效率，缩短试验时间。(7) 连接仪器设备，通电检查各个系统工作是否正常。(8) 进行全体人员合练，模拟试验过程，发现问题及时解决。(9) 根据

28、天气情况，最终确定加载时间。4.4.2试验加载控制与安全措施试验指挥人员在加载试验过程中随时掌握各方面的情况，对加载进行控制。既要取得良好的试验效果，又要确保人员、仪表设备及桥梁的安全，避免不应有的损失。4.4.3加载的控制应严格按设计的加载程序进行加载，荷载的大小，截面内力的大小都应由小到大逐渐增加，并随时作好停止加载和卸载的准备。由于尚未确定试验加载方法和对桥梁进行受力分析，加载示意图尚不能提供。检测合同签订后，试验实施前我单位在实施方案中会对试验加载进行详细的绘图说明。4.4.4测点的观测对加载试验的控制点应随时观测，随时计算并将计算结果报告试验指挥人员，如实测值超过计算值较多，则应暂停加载，待查明原因再决定是否继续加载。试验人员如发现其他测点的测值有较大的反常变化也应查找原因，并及时向试验指挥人员报告。4.4.5加载过程的观察加载过程中应指定人员随时注意观察以下各种状况：(1) 结构各部位可能产生的新裂缝；(2) 注意观察构件薄弱部位是否有开裂、破损；(3) 组合构件的结合面是否有开裂错位；(4) 支座附近混凝土是否开裂；横隔板的接头是否拉裂；(5) 结构是否产生不正常