懸索橋檢測(cè)評(píng)估案例分析
2013-02-28 來源:中國(guó)橋梁網(wǎng)
一、主要內(nèi)容

  1、項(xiàng)目概況

  南盤江大橋位于G324盤百公路安龍至洪江段的南盤江上,1998年建成通車,全橋總長(zhǎng)為477.23m,是連接廣西和貴州兩省的重要通道。大橋主橋?yàn)榭鐝?40m的鋼桁架懸索橋,引橋?yàn)闊o粘接預(yù)應(yīng)力混凝土空心板。

  主纜由19束91根Φ5高強(qiáng)鍍鋅平行鋼絲索股組成,直徑為240mm。

  吊桿采用帶PE套的61Φ7高強(qiáng)鍍鋅平行鋼絲,間距6m,全橋共39對(duì)。

  設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

 ?。?)設(shè)計(jì)荷載:汽車-超20級(jí),掛車-120,人群3.0kN/m2

 ?。?)橋跨布置:(18.5+24.1+3×20.5)m引橋+240m(懸索橋)+(4×20.5)m引橋

 ?。?)橋面全寬:1.0m(人行道)+0.5m(防護(hù)帶)+9m(機(jī)動(dòng)車道)+0.5m(防護(hù)帶)+1.0m(人行道)

  2008年相關(guān)單位對(duì)該橋進(jìn)行了詳細(xì)的檢測(cè),發(fā)現(xiàn)該橋存在以下問題:

  加勁梁位置已經(jīng)發(fā)生變異,主桁架高程縱橋向呈S形,高差較大;橋面橫向存在高差。結(jié)構(gòu)在車輛荷載下振動(dòng)、搖晃,人感不適。重要部件有較多(10%以內(nèi))中等缺損,次要部件有20%嚴(yán)重缺損,功能降低,進(jìn)一步惡化將不利于重要部件,或影響正常交通。

  結(jié)構(gòu)整體靜力剛度滿足設(shè)計(jì)要求;鋼桁架目前的承載能力不滿足設(shè)計(jì)要求;本橋有車輛激發(fā)橋梁產(chǎn)生較大振動(dòng)的可能。

  目前大橋?qū)嵭薪煌ü苤?,只允許小車通行。

  二、結(jié)構(gòu)量測(cè)

  1、主纜線形測(cè)量
  

  對(duì)比分析,南側(cè)主纜在L/4~3L/4區(qū)段較北側(cè)主纜線形高,跨中最為顯著,高差約為15.3cm。

  單側(cè)對(duì)稱比較分析,以跨中為中心軸貴州側(cè)主纜較廣西側(cè)高,最大高差25.6cm。

  
 
  
  

  三、  外觀檢測(cè)

  1、主桁架外觀檢測(cè)

  大量主桁上節(jié)點(diǎn)板銹蝕,80%中度銹蝕(銹坑深度0.6~1.2mm)。10%輕度銹蝕(防護(hù)涂層劣化,起皮、剝離)。吊桿位置的部分節(jié)點(diǎn)板螺栓缺失。

  

  2、橫梁外觀檢測(cè)

  橫梁上弦桿、上節(jié)點(diǎn)板銹蝕,銹蝕數(shù)量達(dá)到90%,現(xiàn)場(chǎng)施焊的焊縫質(zhì)量較差。

  部分上弦桿、腹桿及下弦桿表面,積泥較多。部分連接螺栓松動(dòng)。下弦桿部分連接螺栓絲扣過短。

  3、錨室外觀檢測(cè)

  貴州岸:錨室上方橋臺(tái)底滲水,上方橋面邊板縱向接縫滲水,有鈣化結(jié)晶。邊板下緣局部鋼筋銹脹、露筋。滲水處于散索錨固處,下滲雨水滴在鋼絲束上。錨室濕度、溫度和露天環(huán)境基本一致。

  廣西岸:錨室井蓋處有漏水,錨室表面有積水,散索錨固巖面有積水。錨室頂板近支撐處邊緣大量滲水。主纜下錨頭聯(lián)接器表面銹蝕,且表面有積水。巖錨處巖面有大量淤泥附在表面,未發(fā)現(xiàn)有開裂破損情況。錨室環(huán)境濕度很大,特別是南側(cè)錨室。這對(duì)結(jié)構(gòu)防腐尤為不利。

  4、主塔外觀檢測(cè)

 ?。?)、主塔在橋面以上塔身有大量網(wǎng)狀裂縫,橋面以下塔身有多條裂縫且滲水;

 ?。?)、主塔第一道橫系梁(橋面板處)底部有多條裂縫且滲水、泛堿;

  (3)、主塔塔身局部混凝土破損、露筋。

  5、橋面系檢測(cè)

  橋面鋪裝破損嚴(yán)重,特別是吊桿處,出現(xiàn)較多坑槽。橋面雨水下滲至鋼梁,造成橫梁銹蝕。伸縮縫被泥土雜物堵塞,止水帶破損,變形縫兩側(cè)距離不等,一端被擠死。人行道板拆除后,格槽內(nèi)積水。主桁上弦桿槽內(nèi)積泥、積水。

  6、外觀檢測(cè)結(jié)論

 ?。?)主纜

  南側(cè)主纜較北側(cè)高,同一主纜貴州側(cè)較廣西側(cè)高的趨勢(shì),線形不對(duì)稱。

  主纜在散索處已發(fā)生較為嚴(yán)重的銹蝕現(xiàn)象。主纜防護(hù)體系退化嚴(yán)重,主纜40%的防護(hù)面漆老化脫落,主纜最低點(diǎn)存在滲水現(xiàn)象。

 ?。?)吊桿

  較多吊桿存在傾斜,傾斜度最大斜度達(dá)4.7%,吊桿傾斜造成吊桿在下錨頭處局部受力復(fù)雜。全部吊桿下錨點(diǎn)聯(lián)結(jié)部位表面銹蝕。25%的吊桿護(hù)套老化損壞。

  (3)加勁梁及橫梁

   加勁梁線形發(fā)生變異,測(cè)量結(jié)果與08年檢測(cè)結(jié)構(gòu)相吻合。加勁梁在豎平面內(nèi)呈倒S波形曲線。

   (4)主塔及索鞍

  主塔未發(fā)生變位。主塔二次外包混凝土45cm。

  貴州側(cè)主塔鞍座滑板破損,索鞍與鞍座(縱向跨中方向)抵死。鞍座錨栓螺母部分松動(dòng)及缺失。

  四、專項(xiàng)檢測(cè)

  1、吊桿及主纜索力測(cè)試—吊桿

  

  吊桿索力測(cè)試采取振動(dòng)頻率法。對(duì)全橋26對(duì)吊桿測(cè)試(其余吊桿因長(zhǎng)度過短無法完成頻率測(cè)試);在用頻率測(cè)試索力完成后,又采取了張拉試驗(yàn),對(duì)全橋6根吊桿進(jìn)行了張拉,并修正了用頻率法測(cè)試得到的吊桿索力。

  吊桿及主纜索力測(cè)試—邊跨主纜

  2、拉索體系檢測(cè)—吊桿

  拉索體系檢測(cè)—主纜

  拉索體系檢測(cè)—評(píng)估

  防水性能:水可以從索鞍附近,吊索索夾滑移處,下預(yù)埋管內(nèi)滲水進(jìn)入索體;

  廣西岸錨室進(jìn)水沙,地錨無防護(hù),銹蝕嚴(yán)重

  貴州岸下游索股鋼絲銹蝕嚴(yán)重,大至2類腐蝕占1/3,3類腐蝕占1/3,4類腐蝕占1/3,鋼絲直徑最小4.5mm,主纜強(qiáng)度損失5%~10%

  主纜最低點(diǎn)打開檢查,內(nèi)部有銹蝕情況,強(qiáng)度損失5%以上

  鋼桁架構(gòu)件探傷—加勁梁銹蝕檢測(cè)

  鋼桁架構(gòu)件探傷—加勁梁焊縫探傷

  鋼桁架構(gòu)件探傷—加勁梁構(gòu)件探傷

  3、鋼桁架構(gòu)件探傷—結(jié)論

 ?。?)縱向加勁梁及橫梁銹蝕較為嚴(yán)重,尤其是節(jié)點(diǎn)部位;銹蝕造成了構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的有效截面積減小,建議在計(jì)算分析時(shí)對(duì)構(gòu)件的有效面積進(jìn)行適當(dāng)折減(構(gòu)件截面的有效厚度可減小2.5mm~3mm);

 ?。?)縱向加勁梁的一級(jí)焊縫可以滿足要求;橫梁的現(xiàn)場(chǎng)拼接以及后加固節(jié)點(diǎn)的三級(jí)焊縫存在缺焊、漏焊、焊縫開裂、焊縫銹蝕等現(xiàn)象,對(duì)未存在上述損傷的三級(jí)焊縫進(jìn)行了磁粉探傷檢測(cè),未發(fā)現(xiàn)存在明顯的內(nèi)部缺陷;

 ?。?)鋼桁架加勁主梁的主要損傷及問題為:

   1) 節(jié)點(diǎn)銹蝕嚴(yán)重,節(jié)點(diǎn)翹曲;

   2) 栓桿較短,構(gòu)件連接多處栓接改為焊接以及由于施工誤差造成螺栓缺少等;

   3) 主要受力桿件未發(fā)現(xiàn)明顯的損傷,但橫向聯(lián)系和橋面板由于構(gòu)造的缺陷造成其相互接觸為點(diǎn)接觸,對(duì)主梁和橋面板受力、傳力不利。 。

  五、  荷載試驗(yàn)

  1、靜載試驗(yàn)—試驗(yàn)效率

  本次靜載試驗(yàn)主要工況實(shí)際加載效率在0.86~1.02之間。各工況控制截面的試驗(yàn)荷載效應(yīng)與設(shè)計(jì)荷載效應(yīng)對(duì)比如下表所示:

  

  靜載試驗(yàn)—加載車輛

  靜載試驗(yàn)—撓度測(cè)試

  靜載試驗(yàn)—應(yīng)力測(cè)試

  靜載試驗(yàn)—吊桿索力測(cè)試

  靜載試驗(yàn)—試驗(yàn)結(jié)論

  2、撓度測(cè)試

  在試驗(yàn)荷載各加載工況下,主梁測(cè)試截面撓度校驗(yàn)系數(shù)η=0.68~1.00,校驗(yàn)系數(shù)不大于1,說明本橋總體剛度基本滿足要求。

  3、應(yīng)力測(cè)試

  在試驗(yàn)荷載各加載工況下,主梁剛桁架主要測(cè)點(diǎn)應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)η=0.45~0.92,殘余率0%~18%。應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)均小于1,且殘余率小于20%,表明結(jié)構(gòu)承載能力基本滿足要求,但主纜安全儲(chǔ)備不滿足規(guī)范要求。

  4、吊桿索力

  在試驗(yàn)荷載各加載工況下,吊桿索力校驗(yàn)系數(shù)η=0.74~1.09。L/8跨右側(cè)10號(hào)吊桿索力校驗(yàn)系數(shù)η=0.99~1.09校驗(yàn)系數(shù)較大,吊桿在試驗(yàn)荷載作用下存在索力分布不均的情況。

  5、其它觀測(cè)

  對(duì)整個(gè)試驗(yàn)過程嚴(yán)格監(jiān)控,跨中L/2跨三級(jí)加載過程中發(fā)現(xiàn)貴州岸主塔伸縮縫處橋面大幅上翹,伸縮縫間摩擦發(fā)出異響,在N4號(hào)車行駛至距預(yù)定加載車位置15m處時(shí)停止加載,說明該位置伸縮縫不滿足橋梁正常使用要求。其余未發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)有較大變位、振動(dòng)或聲響等異常響應(yīng),測(cè)試數(shù)據(jù)正常。

  6、試驗(yàn)過程中,主塔及橋面板未發(fā)現(xiàn)新增裂縫;兩岸錨室主纜錨固區(qū)域未發(fā)現(xiàn)異常,表明主纜在試驗(yàn)荷載作用下錨固性能良好;塔頂部分主塔與索鞍、索鞍與主纜之間未發(fā)生相對(duì)滑移,說明主索鞍已喪失正常的縱向變位功能。

  動(dòng)載試驗(yàn)—測(cè)試內(nèi)容

  1、動(dòng)應(yīng)變測(cè)試;

  2、動(dòng)力系數(shù)測(cè)試;

  3、豎向自振頻率;

  4、阻尼系數(shù)。

  動(dòng)載試驗(yàn)—動(dòng)力特性理論計(jì)算

  動(dòng)載試驗(yàn)—試驗(yàn)結(jié)果

  南盤江大橋?qū)崪y(cè)一階頻率與理論計(jì)算頻率較為吻合,表明大橋總體剛度與理論剛度較為接近,主要結(jié)構(gòu)總體動(dòng)力特性尚能滿足要求。

  跑車及剎車試驗(yàn),表明主橋在勻速跑車正常工作狀態(tài)下的動(dòng)力性能滿足要求。在剎車工況下實(shí)測(cè)沖擊系數(shù)大于理論值,最大實(shí)測(cè)沖擊系數(shù)為0.12,此外剎車工況動(dòng)應(yīng)變較勻速跑車工況要大3%~14%,橋梁運(yùn)營(yíng)和維護(hù)過程中應(yīng)對(duì)沖擊響應(yīng)給予充分考慮。

  六、技術(shù)狀況評(píng)定

  根據(jù)該橋的外觀檢測(cè)、專項(xiàng)特殊檢測(cè)、荷載試驗(yàn)結(jié)果,按《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》JTG/T H21-2011和《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》JTG H11-2004對(duì)該橋進(jìn)行技術(shù)狀況評(píng)定。經(jīng)評(píng)定該橋?yàn)?類橋。

  按2011評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)定

  控制主橋評(píng)定結(jié)果的主要構(gòu)件是主纜和加勁梁。其中主纜變形較為嚴(yán)重,南北兩側(cè)主梁最大高差為15.3cm,單側(cè)主纜最大高差為25.6cm。按照《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》表7.1.1-2規(guī)定,當(dāng) “主纜變形較大,不可恢復(fù)的變化小于或等于設(shè)計(jì)允許值”時(shí),主纜線形評(píng)定標(biāo)度為“4”;當(dāng)“主纜變形較為嚴(yán)重,不可恢復(fù)變化大于設(shè)計(jì)允許值”時(shí),主纜線形評(píng)定標(biāo)度為“5”.由于無法得到本橋主纜變形的設(shè)計(jì)允許值,且主纜本身變形較大,因此對(duì)主纜線形評(píng)定標(biāo)度定為“5”主纜單項(xiàng)評(píng)定等級(jí)為“5”。

  該橋加勁梁變形較為嚴(yán)重,主桁架縱橋向呈S型,最大高差達(dá)32cm,主梁變形嚴(yán)重,影響結(jié)構(gòu)安全。其最大撓度>計(jì)算跨徑的1/800=30cm,根據(jù)《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》表7.4.2-3規(guī)定,跨中撓度一項(xiàng)評(píng)定標(biāo)度為5。加勁梁?jiǎn)雾?xiàng)評(píng)定等級(jí)為5類。

  廣西岸錨碇檢查難度大,通過檢查其外觀病害并了解施工情況,地質(zhì)狀況較差,錨索長(zhǎng)度不足,難以準(zhǔn)確評(píng)定,但潛在風(fēng)險(xiǎn)較大。

  主橋技術(shù)狀況評(píng)分為48.8,根據(jù)《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》4.3“5類橋梁?jiǎn)雾?xiàng)控制指標(biāo)”規(guī)定,當(dāng)“結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯的永久變形,變形大于規(guī)范限值”時(shí),整座橋評(píng)定為5類橋。因此,根據(jù)該橋主纜和加勁梁檢測(cè)評(píng)定結(jié)果,該橋技術(shù)狀況評(píng)定類別為5類。

  七、  病害成因分析

  1、主纜、加勁梁線形

  南北兩側(cè)主纜及加勁梁存在較大高差可能與主塔傾斜、主索鞍偏位、施工安裝誤差及上下行車輛荷載差異大等因素有關(guān);主纜及加勁梁在貴州側(cè)和廣西側(cè)存在較大高差可能與主塔、主索鞍的非對(duì)稱變位、吊索索力不均及加勁梁非對(duì)稱架設(shè)施工等因素有關(guān)。

  據(jù)了解,該橋成橋時(shí),橋面線形就不夠平順,但由于缺乏可靠資料,無法明確主纜及加勁梁線形的成因,也無法準(zhǔn)確確定運(yùn)營(yíng)期間主纜及加勁梁的線型實(shí)際變化規(guī)律及量值。

  2、吊桿傾斜

  測(cè)量發(fā)現(xiàn),全橋所有吊索均存在不同程度的傾斜,最大傾斜度達(dá)5.86%,且吊索的傾斜方向具有明顯的對(duì)稱性??紤]到其傾斜方向具有的對(duì)稱性特點(diǎn)與主纜及加勁梁的反對(duì)稱變形規(guī)律不相吻合,故判斷,除個(gè)別吊索的傾斜與索夾滑移有關(guān)外,吊索傾斜可能與索夾安裝時(shí)的定位方法有必然聯(lián)系。

  3、主纜吊桿索力不均

  通過對(duì)吊索索力分布與加勁梁及主纜線形的對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),吊索索力與主纜線形之間具有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性,在一定程度上呈伴生關(guān)系。由于吊索索力與主纜及加勁梁線形之間具有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性,索力的安裝誤差會(huì)導(dǎo)致主纜及加勁梁線形發(fā)生變化,同時(shí)主纜及加勁梁的變形又會(huì)影響到周邊索力的變化,二者之間總是在相互影響。因此,吊索索力不均除與其自身的安裝誤差有關(guān)外,還和二者之間的關(guān)聯(lián)性存在必然聯(lián)系。

  由于吊索索力不均,為滿足節(jié)點(diǎn)受力平衡的條件,各吊索間的主纜索力必然會(huì)與之相適應(yīng)地作出調(diào)整,因此,主跨主纜索力不均也就是理所當(dāng)然。對(duì)于南北兩側(cè)邊纜,由于主索鞍的移動(dòng),橋梁理論跨徑發(fā)生變化,且主纜線形存在差異,故南北兩側(cè)邊纜索力在一定程度上存在差異是必然的。

  4、主纜銹蝕

  主纜兩端的錨室均未做好必要的防雨防潮除濕處理,雨水可以沿著主纜、預(yù)埋管直接進(jìn)入錨室;

  索鞍附近的主纜有一段未進(jìn)行纏絲防護(hù),雨水可以從該處進(jìn)入索體內(nèi)部,沿著鋼絲往下滲透,直到錨室內(nèi)的索股段;

  由于貴州側(cè)的錨室處于開放狀態(tài),可以充分地進(jìn)行氧氣交換,加上長(zhǎng)期受到雨水、紫外線的直接侵襲,造成索股鋼絲嚴(yán)重銹蝕,出現(xiàn)大量的銹坑,有效截面損失率達(dá)到10%;

  貴州岸錨室上方的預(yù)制板的正處于散索的上方,該鉸縫長(zhǎng)期滲水至散索表面,也是造成散索鋼絲銹蝕的原因之一。

  5、加勁梁病害

  鋼縱加勁梁、橫梁節(jié)點(diǎn)銹蝕病害:由于上部橋面系構(gòu)造不合理,造成橋面鋪裝破損嚴(yán)重,橋面雨水順吊索處的橫向結(jié)構(gòu)縫下滲至橫梁上節(jié)點(diǎn),造成較大數(shù)量節(jié)點(diǎn)處構(gòu)件表面銹蝕??v梁主要是橋面人行道板因卸載拆除后,無防護(hù)措施,灰塵及雨水集聚在上弦桿H型鋼的槽內(nèi),雨水順拼縫流至節(jié)點(diǎn),造成大范圍縱梁上節(jié)點(diǎn)的銹蝕。

   橫梁現(xiàn)場(chǎng)拼接焊縫主要是施工質(zhì)量差造成,部分吊索下節(jié)點(diǎn)板施工不規(guī)范,螺栓孔定位不嚴(yán),錯(cuò)孔螺栓安裝不上。造成螺栓缺失,以致栓接該成焊接。

  八、  承載能力評(píng)定

  1、計(jì)算模型

  

  靜力計(jì)算結(jié)論—主纜索力

  主纜所能承受的最大索力為2984×19=56696KN,計(jì)算出主纜在恒載及活載共同作用下的最大拉力為28869.6KN。主纜安全系數(shù)1.96,不滿足規(guī)范要求主纜安全系數(shù)為2.5的容許值。

  結(jié)合本橋主纜病害檢測(cè)結(jié)果,確定承載能力檢算系數(shù)Z1為0.9,折減后主纜安全系數(shù)為1.77,不滿足規(guī)范要求主纜安全系數(shù)為2.5的容許值。

  靜力計(jì)算結(jié)論—吊桿索力

  吊索所能承受的最大索力為3920KN,經(jīng)計(jì)算吊索在恒活載共同作用下的最大拉力為648.3KN,安全系數(shù)6.0。表明具有一定的安全儲(chǔ)備,承載能力滿足要求。

  結(jié)合本橋吊桿病害檢測(cè)結(jié)果,確定承載能力檢算系數(shù)Z1為0.9,折減后主纜安全系數(shù)為5.4,表明吊索仍具有一定的安全儲(chǔ)備,承載能力滿足要求。

  靜力計(jì)算結(jié)論—主梁撓度

  主梁桁架由汽車荷載引起的最大豎向變形δ=0.673m<L/300=0.8m,滿足規(guī)范允許值,但已經(jīng)接近規(guī)范容許值。

  結(jié)合本橋鋼桁架檢測(cè)結(jié)果,確定承載能力檢算系數(shù)Z1為0.85,折減后本橋豎向允許變形為0.68m,該橋的豎向變形已非常接近容許變形值。

  靜力計(jì)算結(jié)論—桁架應(yīng)力

  加勁梁采用16Mn鋼,鋼材的容許應(yīng)力為:[σ]=210MPa,縱梁上弦桿最大應(yīng)力-170.7 MPa,下弦桿最大應(yīng)力153.5 MPa;橫梁上弦桿最大應(yīng)力-118.3 MPa,下弦桿最大應(yīng)力158.1 MPa,滿足規(guī)范要求。

  2、根據(jù)加勁梁檢測(cè)結(jié)果,確定承載能力檢算系數(shù)Z1為0.85,折減后的鋼材容許應(yīng)力為178.5MPa,弦桿的最大應(yīng)力雖未超過折減后的容許應(yīng)力,雖滿足規(guī)范要求,但應(yīng)力儲(chǔ)備已較小。


  
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