大跨双曲拱桥安全检测及动载试验分析

2020-06-05陈亮

公路与汽运 2020年2期

陈亮

(湖南省交通规划勘察设计院有限公司,湖南长沙 410200)

20世纪六七十年代修建的双曲拱桥,由于建造年代较久,加上交通量增加、荷载等级提高、复杂自然和周边环境等多因素的影响,出现不同程度结构性能弱化,有的甚至出现严重损坏。为确保运营双曲拱桥的正常使用,制定合理的维修加固计划,需定期对其性能技术状况进行检测和评估。该文以长沙橘子洲大桥典型双曲拱桥为例,进行桥梁结构安全状况检测,结合动载试验测试不同工况下桥梁结构的动力性能,分析其结构安全状况,为维修加固提供合理数据支撑。

1 工程概况

橘子洲大桥为长沙市东西主干道的重要连接通道,也是长沙市第1座跨湘江大桥。属于典型的大型钢筋砼双曲拱公路桥,全长1 250 m,共21跨,主桥17跨(8×76 m＋9×50 m)采用拱轴系数m为2.24的等截面悬链线无铰双曲拱,河东岸四孔引桥(18 m＋20 m＋23 m＋27 m)采用m为3.5的等截面悬链线无铰双曲拱,桥梁最大跨径76 m,桥梁宽度为20 m(行车道14.0 m＋人行道2×3.0 m)。设计荷载等级为汽－20、挂－100级、人群荷载3.5 kN/m2。桥型布置见图1。

图1 长沙橘子洲大桥侧面图

2 安全检测分析

2.1 桥梁几何形态参数

桥跨结构纵向线形检测结果表明：该桥左右两侧桥面整体线形较平顺,实测拱轴线与设计线形基本吻合；东引桥1＃～4＃跨基本与m为3.5的等截面悬链线无铰双曲拱的线形一致,主桥76 m及其50 m跨基本与m为2.24的等截面悬链线无铰双曲拱的线形一致；实测主拱圈净跨径和净失高与设计值存在一定误差,可能是由拱脚处与墩顶结合部位测量误差或拱脚结合部位施工误差造成的。

2.2 砼强度

该桥主要结构构件均采用表面涂装。由于测试条件受到限制,选取2个构件采用回弹法进行测试。结果表明：抽检桥跨拱肋砼强度推定值均在50 MPa以上。根据JGJ/T 23－2011《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》,砼龄期超过1 000 d。

2.3 砼碳化深度

按砼强度测试点选择砼碳化深度测试区域,结合砼构件的钢筋分布和保护层厚度,采用酚酞试剂法测试各构件砼碳化深度。结果表明：抽检桥跨拱肋砼碳化状况评定标度为1。依据JTG/T J21－2011《公路桥梁承载能力检测评定规程》,该桥梁结构砼构件的碳化对钢筋锈蚀影响不明显。

2.4 钢筋保护层厚度

采用电磁无损检测法进行砼结构钢筋分布状况调查,测得砼保护层实际厚度,将测试结果与设计值进行对比,得到该桥上部结构拱肋的保护层厚度评定标度为1或2,砼保护层对构件钢筋影响不明显或属于轻度影响。

2.5 砼钢筋锈蚀

砼钢筋锈蚀检测采用半电池电位试验方法,根据实际情况与测试要求,选取上部承重结构主拱肋进行钢筋锈蚀检测,共选择2个构件、120个测点。结果表明：抽检桥跨上部结构拱肋的钢筋锈蚀状况评定标度为2,存在锈蚀性活动,但具体锈蚀状态不确定。

2.6 拱上填料质量

通过地质雷达扫描对路面下部三渣填料进行检测,查明不密实及脱空位置。纵向扫描结果(见图2)显示：右半幅行车道(以由东往西为轴线方向)存在9处不密实、1处脱空；右半幅超车道存在8处不密实；左半幅行车道存在7处不密实；左半幅超车道存在9处不密实；不密实基本位于路面以下60～110 cm处。横向扫描结果显示：有8处不密实,路面中部及两边均存在不密实现象,以路面中部不密实居多,且不密实基本位于路面以下70～110 cm处。

图2 拱上填料局部不密实检测结果

采用瑞典KUAB－150 FWD落锤式弯沉仪检测回弹弯沉与填料层回弹模量,结果显示：全桥弯沉均值总体较小,但变异较大,局部位置弯沉偏大。

采用动力锥贯入仪检测填料顶面回弹模量,结果显示：全桥填料回弹模量标准差较大,变异较大,整体离散性较大。

2.7 桥梁承载能力

依据JTG/T J21－2011《公路桥梁承载能力检测评定规程》对桥梁现场检测和承载能力进行检算,评定上部结构验算截面承载能力满足原设计荷载等级的通行要求。

3 76 m跨动载试验分析

3.1 测试内容及方案

动载试验主要包括脉动试验、跑车试验、跳车试验及刹车试验。试验内容包括环境激励下脉动试验和试验汽车列车以不同速度匀速行驶激振,根据桥梁振动信号及应变、挠度信号,分析桥梁的自振特性和动力响应特性。

3.2 脉动试验

在主桥边跨、中跨和3/4跨径处的桥面中间布置高灵敏传感器(见图3),记录桥梁结构在随机环境情况下的振动情况。采用模态分析软件对结构频率、阻尼和振型进行分析,得到桥梁的动态振动特性。桥梁结构振动响应自功率谱密度曲线采用峰值法分析。频谱分析中,将时域数据经过快速傅里叶变换得到幅值谱,然后对有效幅值进行分析得到桥梁结构的自振频率(见图4)。