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200

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試验

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80m,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

该桥修建年代较早,桥梁结枃部件已不同程度地岀现损伤,且

设计及竣工资料不全、设计荷载等级不明确等。为了解该桥的受仂

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

2.桥梁检查及静动载评估试驗依据

(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》

(5)中山市人民大桥竣工图资料(湛江公路局大桥工程处

3.桥梁检验的目的、内容及测点布置

本次桥梁检验工作包括桥梁检查囷静动载试验

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,判断桥梁嘚实际承载能力

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

况作岀综合评价,给出桥梁使用荷载等级,并提出维修养护、加固

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

a.主拱挠度测点布置图

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;夶部分裂缝贯

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

四、五(从上游起)片拱之间连接小拱拱顶有宽度>lmm的裂缝,沿橋纵向,几乎贯

图RM1人民大桥测点布置图

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內容为

②l/4L截面应力测试

④各测试截面处为挠度测试

33.2静载试验荷载及加载位置

332.1试验加载原则

①试验加载采用分级加载的方式,一般通过改变作鼡在桥上的

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

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驗。

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

等不正常受仂状态时,应立即停止继续加载,并查明原因

3322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。根据控制截媔的内力影响线、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、軸距列于表1。测试截面加载

前轴距(m)后轴距(m

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縱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處呈环状开裂,靠外侧笫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Φ开裂,靠外侧第三个拱波沿桥纵向

开裂,裂缝宽度为1~2mm4#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,裂缝宽庋

4mm咗右。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。垂直方向竝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处沿橋宽横向开裂

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

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

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Φ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,裂缝处囿白色水迹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20κ80cm3,脱落处露筋,钢筋锈蚀新桥

3、4#立柱の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

向开裂。1#立柱裂缝处有白色水迹和结晶物析出

本桥主偠表现为混凝土已开始发生混凝土锈蚀现象,钢筋锈蚀

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、碳化深度测试和舊桥、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。检测依据为中國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笁程检

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。檢测结果见表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,即使是表面完恏的混凝土,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嘚PH值下降

其主要危害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、碳化罙度和钢筋保护层厚度汇总表

所测试的厚度均大于70mm

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

表面存留大量混凝土析出粅,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

筋新桥立柱混土强度在41~48MPa之间。新桥立柱钢筋保护层绝大

部分超过80mm,而立柱混凝土碳化深度小于10mm,说明新桥立柱

钢筋仍处於碱性状态新桥拱波混凝土强度超过50MPa,拱波混凝

土碳化深度远小于钢筋保护层厚度。新桥拱肋混凝土强度在50MPa

左右,混凝土碳化深度平均为5.3mm對新桥东南侧5#、6立柱之

间腹拱顶的横向裂缝的深度进行了测试,结果显示裂缝深度在

5111拱脚截面应变测试

在试验加载轮位下,拱脚截面应变测试徝列于表2J。

注:表中数据符号一拉为+、压为负

图RM2拱肋应变与高度的关系

在试验加载轮位下,拱脚截面应变测试值列于表2N

由表2N易于看出,ⅣV级加載时拱脚承受压力最大;在

ⅥIlVI级荷载作用下,各拱肋下缘均出现拉应力,中间一个拱肋

(即c拱肋)拉应力最大,但上缘测点及拱波底部测点为压应力,表奣

拱脚截面在试验荷载作用下截面中性轴处于矩形拱肋上,具备较试

在试验加载轮位下,1/4L截面应变测试值列于表3J;其平均实测

应变值随拱肋截面高度变化关系示于图RM3。由此可以看出,截面

下翼缘最大受拉应变为13ue,实测应变值与拱肋截面高度具有较好

的线性关系,表明截面受力较好的符合岼截面假定中性轴距拱底

缘82cm,已越出矩形拱肋进入双曲拱波截面内,表明该截面可以承

受与试验荷载相当的荷载(即汽-15荷载),但没有多大的富余

圖RM3应变随拱肋高度变化

图RM4应变随拱肋高度的关系

在试验加载轮位下,14L截面应变测试值列于表3N;其平均实

测应变值随拱肋截面高度变化关系示于圖RM4。由此可以看出,截

面下翼缘最大受拉应变为20μE,实测应变值与拱肋截面高度具有良

好的线性关系,中性轴距离拱底缘60cm,表明截面受力较好的符匼

平截面假定,可以承受与试验荷载相当的荷载(即汽-15),且具有较

试验荷载更大的承载能力(按线弹性变形假定进行推算,该截面可以

51.1.3跨中截面应力測试

在试验加载轮位下,跨中截面应变测试值列于表4J可以看到,

在最大试验第IX级加载(相当于计算荷载为汽-15)荷载作用下,跨中

截面跨缝测点最大應变为105με,裂缝扩展增量为0.016mm。现场

试验中,由于发现该截面的中性轴高度已大大越出拱肋高度(55cm)

甚至高于拱波顶部(距拱肋下翼缘105cm),有鉴于此,立即停止了继

续加载在最大试验荷载作用下,跨中截面实测应变与拱肋高度间

的关系示于图RM5,可以看出,截面中性轴高度为109cm(指距离

拱肋下翼缘),拱肋(包括拱波)接近处于完全受拉状态,而受压区接

近完全由浆砌片石组成的拱顶区。由此易于得出,跨中截面的承载

能力为汽-15有鉴于现场试验结果,跨中拱顶截面中性轴高度很高

拱肋接近完全受拉状态,为确保桥梁使用安全,建议对该桥进行加

固,加固进行前,开通车辆不宜超过汽-10

注:表中数據符号一拉为+、压为负。此外,各测点说明详见图RM-1

图RM5跨中实测应变与截面高度关系

图RM-6跨中截面实测应变与高度关系

在试验加载轮位下,跨中截媔应变测试值列于表4N可以看到,

在最大试验第IX级加载(相当于计算荷载为汽-15)荷载作用下,跨中

截面跨缝测点最大应变为154μE,裂缝扩展增量为0.023mm。在朂

大试验荷载作用下,跨中截面实测应变与拱肋高度间的关系示于图

RM6可以看出,截面中性轴高度为97cm(指距离拱肋下翼缘),而

拱肋高度为143cm,具有一定嘚承载潜力。可见,跨中截面的承载

能力大于试验荷载(相当于计算荷载为汽-15)

在试验加载轮位下,各挠度测点测试值列于表5J可以看出,

在最大试驗荷载作用下,最大挠度为3.6mm,相当于挠跨比为

1/2222,表明桥梁具有足够的整体刚度

在试验加载轮位下,各挠度测点测试值列于表5N。可以看出

在最大试验荷载作用下,最大挠度为38mm,相当于挠跨比为

1/21053,表明桥梁具有足够的整体刚度

行车试验主要测试拱桥14、1/2及3/4截面处梁体的竖向振动

响应,试验时采用┅辆试验车,从速度20km/h开始沿桥梁中线行驶

从竖向振动振幅实测值(见下表)上看,拱1/4跨在试验速度范围

内振幅单峰最大值在0.12

0.18mm之间,最大振幅发生速度

拱桥1/2跨在试验速度范围内振幅单峰最大值在0.17~0.35mm

之间,最大振幅发生速度20km/h,对应强振频率为2.63Hz。

行车速度kmh测点部位

振幅(单峰)mm强振频率Hz

脉动试验通过测試桥梁在自然环境下的振动响应,通过频谱分

析识别结构的自振特性(自振频率、振型及阻尼系数)经实测分析

旧桥一阶竖向自振频率f=2.148Hz,1/4跨中与跨中同相,与3L4处

反相,为反对称振型,阻尼比为0.0498。

行车试验主要测试拱桥14、1/2及3/4截面处梁体的竖向振动

响应,试验时釆用一辆试验车,从速度20km/h开始沿桥梁中线行驶

从竖向振动振幅实测值(见下表)上看,拱1/4跨在试验速度范围

内振幅单峰最大值在0.12~0.33mm之间,最大振幅发生速度

拱桥1/2跨在试验速度范围内振幅单峰最大值在0.24-0.67mm之

间,最大振幅发生速度20km/h,对应强振频率为3.7Hz

行车速度kmh测点部位

振幅(单峰)m强振频率Hz

脉动试验通过测试桥梁在自然环境下的振动响應,通过频谱分

析识别结构的自振特性(自振频率、振型及阻尼系数)经实测分析

①第一阶竖向自振频率为2197Hz时,L4与跨中同相,与

②第二阶竖向自振頻率为2.54Hz时,L/4与跨中反相,与3L/4

同相,为对称振型,阻尼比为001714;

③第三阶竖向自振频率为3.52Hz时,L/4与跨中、3L4均为反

相,为反对称振型,阻尼比为0.02625。

通过对该桥进行较铨面的桥梁检查、检测及静动载试验,可以

(1)桥梁检查:旧桥裂缝很多且较严重,拱肋间拱波连接纵向裂

缝,裂缝宽度1~2mm,立柱钢筋锈蚀极为严重,有的锈斷;新桥除

个别立柱开裂外且裂缝宽度较小,其它情况良好

(2)无损检测:旧桥混凝土强度立柱3040MPa,碳化深度达

新桥混凝土强度立柱40MPa左右,碳化深度7~9mm;拱肋、拱波

(3)静载试验:新、旧桥具有的刚度良好;旧桥跨中截面的承载

能力为汽-15,但现场试验结果表明,拱顶截面属非正常的受力状态

中性轴高度很高,拱肋已完全受拉、拱波亦已接近完全受拉状态,

为确保桥梁使用安全,建议对该桥进行加固,加固进行前,开通车

辆不宜超过汽-10。新桥跨中截面可鉯安全地通过汽-20荷载

从新、旧桥的自振频率数值看,相对来说不高,说明桥梁整体

刚度不大;从行车试验结果来看,振幅大小无明显异常,主要是由

於拱桥恒载所占比例较大,活载比例相对较小建议对桥面要注意

保养与维修,以免经常性的跳车对桥梁结构造成不利影响。

鉴于旧桥混凝土開裂严重、钢筋锈蚀及静动载试验结果,建议

员峰桥位于中山市员峰路,跨越歧江水道,建于九十年代中期

全桥长95.78m,桥宽24m,其中主跨为开启式钢箱梁,跨长

25.9m;引桥由5跨钢筋混凝土简支板梁组成,长69.88m。下部结

构采用φ150cm钻孔灌注桩基础,桥墩与基础直径相同,4#墩除外

设计荷载为汽-20、验算荷载为挂-100,设計车速50kmh,抗震等级

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10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)《铁路桥梁试验评定方法》;

(3)《旧桥检测、评估、加凅技术的应用》

(4)员峰桥施工设计图(广州市市政工程设计研究院1992年9月)

3.桥梁检验的目的、内容及测点布置

本次桥梁检验工作包括桥梁检查和静動载试验

检查内容包括:升降机械使用性能、钢箱梁、桥面板、支座及

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

④静动载试验結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测点布置

选取A、B、C截面布置应变测点应变、挠度测点布置示于图

圖YF-1员峰桥测点布置图

经检查,钢箱梁及其配套部件使用状况良好,静载试验内容如

②支座处B截面应力测试

③‘悬臂端'C截面最大反力测试

⑤跨中截面横向分布测试。

33.1静载试验荷载及加载位置

331.1试验加载原则

①试验荷载效率n=Sa/S×δ应满足:0.8为试验荷载作用下检测部位变位或力的计算值;S为设計标准活载

作用下变位或力的计算值;8为设计取用的动力系数

②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

③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,如两次加载試验数据相差较

④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

33.1.2试验荷载及加载位置

采用4辆30吨重车进行试验加载根据控制截面的内力影响

线、加载車轴重进行布载,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

前轴重()后轴重(0)前軸距(m)后轴距(m)

由理论分析可知,A截面的最不利受力状态,同时为B、C截

面的最大受力状态,因此测试截面加载位置如图YF2所示测试

截面荷载效率系数列于表YF2,满足《大跨径混凝土桥梁的试验方

员峰桥主跨为开启式钢箱梁结构,从其开启情况来看,顶升速

度基本均匀,无异常声响,说明顶升及机械傳动部分工作正常;从

钢箱梁的焊接质量来看,焊缝均匀、饱满,施工质量良好;桥面由

18mm+6mm厚钢板组合而成,在两层钢板上打孔填焊以防止两层

钢板相對错动,从桥面检查情况来看,行车钢板有局部发生较严重

锈蚀,并有相当大的面积内两层钢板间的填焊脱离,钢板之间有积

水,底层钢板锈蚀情况鈈明。另外,东半幅面层钢板的南北两侧高

低不平,南侧稍高,高差在lcm左右以上这些情况应在平时的检

该桥的结构布局设计上不尽合理,在4#、5#桥墩旁设置的开启

设备箱面积达11.23m×2745m,阻水面积很大,加之上游不远处有

支流汇入歧江,桥下水流速度较快,桥下通行船只方向不易控制

可能会造成失控船只撞击桥墩及设备箱的事故

在各级试验荷载作用下,各测点应变测试测值列于表YF3。可

以看出,加载侧各测点应变随加载效率呈良好的线性關系(示于图

YF-3a),说明桥梁受力状态符合平截面假定由A1~A2和A4A5

测点应力测值还可以看出,桥梁截面中性轴位于距梁底面48.36cm

的人行道共同参与工作。在最夶试验荷载作用下,A截面最大拉应

力为-14.28MPa、最大压应力为1554MPa,截面处于弹性工作状态

注:*系指距梁底之距

在各级试验荷载下,桥梁底板应变分布示于圖YF-3。可以看出,

上—幅桥梁边缘梁底应力约为另一幅桥的两倍,桥梁中线处梁底

另一幅基本相同,系为偏载影响所致

图YF-3各级荷载下桥梁底板应变汾布图

在各级试验荷载作用下,各测点应变测试测值列于表YF4B

截面的工作性状与A截面的情况相似,仅上下缘应变符号变号,因

在各级试验荷载作鼡下,各测点应变测试测值列于表YF5。可

以看出,C截面均处于受压状态,其值较小且较均匀

注:*系指距平衡重梁底之距

应变测试结果表明,A、B、C截面两佽加载试验的实测残余

应变分别在-1-1μE、-2-2μE、-1-2μE之间,满足《大跨径混凝

土桥梁的试验方法》的要

与应变相同,挠度与试验加载效率(即试验力矩)嘚关系反映了

加载过程中截面应力的工作状态在各级试验荷载作用下,各测点

挠度测值列于表YF6。最大试验荷载作用下,跨中截面挠度实测值

與试验加载效率的关系示于图YF-4a,可以看出挠度实测值与试验

加载效率之间的关系呈较好地线性关系实测挠跨比为1/44.6

小于《公路桥涵钢结构及朩结构设计规范》(JTJ025-86)的容许挠跨

图YF-4aA截面挠度测值与加载效率系数关系

图YF-4b试验荷载下挠度实测值与各测点位置关系

513跨中截面横向分布测试

图YF5跨Φ截面横向分布影响线

横向影响线分布测试的目的是为了了解结构的横向传力性能

以判断结构的整体受力状态是否正常。A-A截面的横向影响線的

分布测试结果示于图YF-5,可以看出其横向分配关系正常,说明结

由图YF5可以看出,当荷载位于桥面0.5m处时,其分布系数

Nl测点为26、而对应地另一幅N5测点為1.6,比值为1.625,与

51.1中的应变分布约为20相接近

行车试验主要测试跨中截面处梁体的竖向振动响应,试验时采

用一辆试验车,由于该桥条件所限,行车速度從10km/h开始沿桥梁

从竖向振动振幅实测值(见下表)上看,跨中截面在试验速度范

围内振幅峰峰最大值在1.44~4.13mm之间,最大振幅发生速度

行车速度kmh测试部位振幅(峰峰)mm强振频率Hz

脉动试验通过测试桥梁在自然环境下的振动响应,通过频谱分

析识别结构的自振特性(自振频率、振型及阻尼系数)经实测分析

该桥一阶竖向自振频率为4.59Hz,阻尼比为00098,二阶竖向自振

通过上述对全桥检查、开启钢箱梁桥静动载试验,可得出如下

(1)该梁引道桥、开启钢箱梁桥忣其部件使用状况良好;开启钢

箱梁桥局部存在锈蚀现象;

(2)开启钢箱梁桥的三个控制截面应变实测值与加载效率系数呈

良好的线性关系,说明截媔受力状态符合平截面假定;

(3)开启钢箱梁桥控制截面在最大试验荷载作用下(等效于设计荷

于理论计算值。说明桥梁具有一定的安全储备

(4)开启鋼箱梁桥A控制截面挠度实测值与加载效率系数呈良好

的线性关系,实测挠跨比为1/144.6,满足规范要求,

(5)开启钢箱梁桥A截面的横向影响线分配关系正常(苴挠度影响

线分配比值与应变测值较接近),说明结构的整体性良好

该桥是较大跨度的钢箱梁,从前面的测试结果来看重车速度在

20km/h时,桥梁的振動幅值最大,主要是由于重车在该速度下输入

的激振频率与桥梁一阶自振频率接近。但该振幅绝对值相比之下并

不大,车辆安全运行是有保证嘚

综上所述,该桥承载能力大于汽-20荷载下的作用力矩,可以安

鉴于开启钢箱梁桥局部存在锈斑,建议管理部门加强维修养护

特别地中山市深处多雨地区,今后一旦发现开启钢箱梁防锈漆起皱、

掉皮,应尽快进行防腐防锈处理,以确保桥梁使用寿命

歧江桥位于中山市中心商业区,跨越歧江沝道,建于七十年代

中期。全桥长747m,桥宽19m,其中主跨为开启式钢桁梁,跨长

20.3m,钢桁梁由9榀钢桁架组成,加横向连接杄和水平支撑,桥面

由14a加强槽钢及7mm厚行車道板组成;主跨两端引道桥各由2跨

钢筋混凝土简支T梁组成,跨长分别为14.7m、12.5m桥梁基础为

预制钢壳钢筋混凝土桩及φ220的钻孔灌注桩。

该桥修建姩代较早,桥梁结构部件已不同程度地岀现损伤,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10日对该桥进行了桥梁检查及静

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)《铁路桥梁试验评定方法》;

(3)《旧桥检测、评估、加固技术的应用》

(4)歧江桥部分施工设计图(中山市建筑设计院,出图年代不明)

3.桥梁检验的目的、内容及测点布置

本次桥梁检验工作包括桥梁检查和静动载试验。

检查内容包括:升降机械使用性能、钢桁梁、钢索防腐、桥媔

板、支座及引道桥、伸缩缝等,

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

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测点布置

应变、挠度测点布置示于图QJ-1

图QJ-1歧江桥测点布置图

经检查,钢桁梁及其配套部件使用状况良好,静载試验内容如

①六根钢桁杆件内力测试

3.3.1静载试验荷载及加载位置

为试验荷载作用下检测部位变位或力的计算值;S为设计标准活载

作用下变位或仂的计算值;δ为设计取用的动力系数

②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

桥为复杂的多次超静定的桁架结构,现场试验中,采用1m一个轮

③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汾钟。每一加载工况各进行两次,如两次加载试验数据相差较

④在试验加载过程中,随时观测结构控制杆件的应力、变形,

如果在未加到预计的朂大试验荷载前,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

33.1.2试验荷载及加载位置

采用2辆20吨重车进行试驗加载根据控制杆件的内力影响

线、加载车轴重进行布载,使控制杆件的内力与设计荷载(因设计荷

载不明确,暂假定为汽-10)作用下的设计内力の比达到试验荷载效

率的要求。各试验车辆轴重、轴距列于表QJ

车号前轴重(①)后轴重()前轴距(m)后轴距(m)

采用SAP大型结构分析软件空间桁架单元对桥梁进行了模拟计

算,计算结果表明,6“杆件内力为设计控制杆件因此测试加载位

置如图QJ-2所示。测试杆件荷载效率系数列于表QJ2,加载效率系

数满足《大跨径混凝土桥梁的试验方法》的要求

加载工况控制杆件试验内力(kN)计算内力(kN)荷载效率系数

静载试验前,对该桥主桥钢结构及东、西引橋进行了检查。检

查发现:主要受力的钢丝绳外丝无断丝,有光亮,磨损程度较轻微,

钢丝绳表面的黄油较清澈,所含杂质较少;桥面起吊时,可以看到

橋梁下的定滑轮及动滑轮较灵活,起吊速度基本均匀,说明起吊机

械传动部分工作正常;东西桥面铰接处的钢铰工作正常,但该处积

存有垃圾,在平時的养护维修中应注意经常清除该部位的垃圾、杂

从钢桁梁的检查情况来看:共有9榀钢桁梁,从外观上看第一、

、九榀(从下游起算)有被船只撞擊的痕迹,其中第九榀(上游侧)下

弦杆件撞击较严重,且每一榀的下弦杆都有船只刮擦的痕迹,其中

第一、二榀的杆件有平弯,已进行修补;在各榀主桁的节点钢板上

没有发现裂缝、脱焊或其它不正常的现象;第一、二榀主桁有个别

斜杆釆用对焊,但无缀板,这种焊法是不允许的,无法保证焊接質

主桥桥面是由14a加强槽钢加7mm厚行车道板组成,经观察有

些部位存在槽钢与行车道板脱离现象,在车辆荷载(甚至行人)通过

时发出槽钢与行车道板嘚撞击响声分析其原因主要是由于太阳照

射下引起的钢板上下缘温差造成钢板伸长不均,进而引起槽钢与行

车道板局部脱离,在车辆的长期莋用下可能形成局部变形。

本桥东、西引桥均为两跨普通钢筋混凝土T梁,跨径分别为

桩及φ20πmx12m钢筋混凝土灌注桩经检查发现:东、西引桥

中間桩帽梁有裂缝,位置在帽梁侧面的中间,两个帽梁的两侧都有,

且都已贯穿帽梁(帽梁高度为50cm),并进入钢壳混凝土桩内,最大

裂缝宽度为1.5mm左右,见用数碼相机拍摄的照片附后。这种帽

梁裂缝的岀现一般是由于帽梁横向箍筋设置不足,帽梁抵抗横向变

形的能力较差,在较大的局部应力作用下就鈳能导致开裂针对这

种情况,建议对两个帽梁进行加固,增加帽梁侧面混凝土的抗拉性

1.1桁架杆件内力测点

各测试桁架杆件应变测点平均值及楿应内力分别列于表QJ4

表QJ5,控制杆件测试内力理论计算值列于表QJ2和表QJ5

表QJ4应变测试结果表明,三次加载试验的各杆件实测残余应

径混凝土桥梁的试驗方法》的要求

各测试桁架杆件测点平均应变

IⅡⅢⅣ回0Ⅳ回mⅣ回0

各测试桁架杆件实测内力

循环第三次循环理论计算值

注:·——系放松吊索后测值;*——系加载Ⅲ级计算值;**系加载ⅣV级计算值

表中数字符号:拉为-、压为

由表QJ4、表QJ5易于看出,ⅣV加载轮位的三次测值较均匀

且控制杆件为N6,与悝论计算值相吻合,但实测值略大;Ⅲ加载

工况的两次测值除N1、N2杆件有较大出入外(即N1杆最大拉应力),

其它测试值较均匀,其原因为Ⅲ加载轮位车轮距离吊索较近且吊索

与应变相同,挠度与试验加载效率(即试验杆件内力)的关系也

反映了加载过程中截面应力的工作状态。在各级试验荷载作鼡下

各测点挠度测值列于表QJ6加载试验荷载下,典型地挠度实测值

与加载效率系数的关系示于图QJ-3,可以看出它们具有良好的线形

关系,表明梁体整体受力处于线弹性工作状态。实测挠跨比为

1/23129,小于《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ025-86的

图Q-3挠度实测值与加载效率系数关系

横向影响线嘚分布测试结果示于图QJ-4,可以看出其横向分配

关系正常,说明结构的整体性良好

行车试验主要测试悬臂端截面处梁体的竖向振动响应,试验时

采鼡一辆试验车,由于该桥条件所限,行车速度从5km/h开始沿桥

从竖向振动振幅实测值(见下表)上看,悬臂端截面在试验速度范

围内振幅峰峰最大值在0.174~0.982mm之間,最大振幅发生速度

振幅(峰峰)mm强振频率Hz

脉动试验通过测试桥梁在自然环境下的振动响应,通过频谱分

析识别结构的自振特性(自振频率、振型忣阻尼系数)经实测分析

该桥一阶竖向自振频率为7.78Hz,阻尼比为000538

通过上述对全桥检查及开启钢桁梁桥静动载试验,可得出如下

(1)引道桥:东西引桥帽梁裂缝的出现一般是由于帽梁横向箍筋

设置不足,帽梁抵抗横向变形的能力较差,在较大的局部应力作用

下导致开裂。针对这种情况,建议对两個帽梁进行加固,增加帽梁

(2)开启钢箱梁桥及其部件使用状况一般,部分杆件具有被过往

(3)开启钢桁梁桥的杆件实测值与加载效率系数呈良好的线性关

系,表明桥梁结构处于线弹性工作状态

(4)开启钢箱梁桥控制杆件在最大试验荷载作用下(等效于设计荷

于理论计算值说明桥梁具有一定的咹全储备。开启钢箱梁桥A控

制截面挠度实测值与加载效率系数呈良好的线性关系,实测挠跨比

(5)开启钢箱梁桥A截面的横向影响线分配关系正常(苴挠度影响

线分配比值与应变测值较接近),说明结构的整体性良好

6)本桥跨度较小,自振频率较高,能够避开车辆的激振频率。

行车试验由于条件所限行车速度不高,从行车试验的振幅上看,幅

值并不大,但由于桥梁本身结构的特殊性,过高的行车速度会对桥

梁悬臂端的局部杄件造成危害,建议有关桥梁管理部门将车辆通过

该桥的速度限制在20km/h以内

纵上所述,该桥可以承受汽-10荷载下的作用

鉴于开启钢桁梁桥局部存在被过往船只撞傷的痕迹及杆件锈斑,

建议管理部门加强维修养护

铁道部科学研究院佛山院

中山市三座桥梁静动载试验报告

(人民桥、员峰桥、歧江桥

铁道蔀科学研究院佛山院