桥梁检测的重要意义 - 图文

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摘 要

随着我国交通事业的迅猛发展，桥梁作为交通中的重要一环，在发展经济的过程中起着非常重要的左右。近年来，国内兴建了各式各样的桥梁，这些桥梁在建设和使用过程中都需要对其进行实时监测，以确保建设的顺利进行和安全使用。如今的各类桥梁，由于各种因素的影响，会不同程度的出现一些问题，如承载力，刚度以及耐久性降低等，影响其寿命，甚至严重的发生坍塌事故。因此都既有桥梁的安全性进行评估具有十分重要的意义。

桥梁试验在桥梁结构健康检测中起了重要的作用，其目的是通过试验，掌握桥梁结构的实际工作状态，判断桥梁结构的承载能力和使用条件，检验设计与施工质量。本文通过现场静载和动载试验，结合理论分析，确定魏荆输油管道汉江管桥的实际承载力水平和动力特性。并结合其他检测，综合分析评价桥梁的技术状况，对桥梁的运营现状提出正确合理的结论，并为今后的维修、加固补强提供了详实的技术资料。

本文在如下几个方面进行了理论和试验研究，并取得了一些研究成果： 1）基于ANSYS建立了桥梁结构有限元模型，其中包括结构总体模型和钢桥塔模型，进行了理论上的分析；2）通过桥梁结构理论计算结果和实测结果的比较，同时结合其他检测手段，对桥梁的健康状况进行了评估。

关键词：桥梁结构；静动载试验；ANSYS; 有限元

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Abstract

With the rapid development of China's transport, traffic in the bridge as an important part of the process of economic development plays a very important or so. In recent years, to the construction of a wide variety of bridges, these bridges in the construction and use of the process requires for its real-time monitoring to ensure the smooth progress of construction, and safe to use. Today, various types of bridges, due to various factors, there will be some problems in varying degrees, such as carrying capacity, rigidity and durability and decreased, affecting the life, or even the occurrence of a serious collapse. Therefore, all existing bridges to assess the safety of great significance.

Bridge test in the health monitoring of bridge structures play an important role, the purpose of the experiment, to grasp the actual bridge structure, working conditions, determine the bearing capacity of the bridge structure and terms of use, test design and construction. Through on-site static and dynamic tests, combined with theoretical analysis to determine the pipeline Jing Wei Han River Bridge, the actual capacity of the level of control and dynamic characteristics. Combined with other testing, comprehensive analysis and evaluation of technical condition of the bridge, the bridge operator on the status quo of the right reasonable conclusion, and future maintenance, reinforcement provides detailed technical information.

In this paper, the following several aspects of the theoretical and experimental research, and made some research: 1) the establishment of a bridge structure based on ANSYS finite element model, including structural steel bridge tower model of the overall model and carried out theoretical analysis; 2) through the bridge theoretical results and comparison of experimental results, combined with other detection methods, the health status of the bridge was evaluated.

Keywords: Bridge structure; Static and dynamic test; ANSYS; Finite element

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目 录

摘 要 ........................................................................................................................................................................... I Abstract ........................................................................................................................................................................ II 第一章 绪 论 ......................................................................................................................................................... 1

1.1 桥梁检测的目的与意义 ............................................................................................................................ 1 1.2 桥梁结构静载试验研究 ............................................................................................................................ 1

1.2.1 静载试验概述 ........................................................................................................................ 2 1.2.2 静载试验限值及评价方法 .................................................................................................... 2

1.3 桥梁结构动载试验研究 ............................................................................................................................ 3

1.3.1 动载试验概述 ........................................................................................................................ 3 1.3.2 桥梁结构动力性能的分析评价 ............................................................................................ 4

1.4 本文的主要研究内容 ................................................................................................................................ 5

第二章 工程概况、检测依据和检测方案 ................................................................................................................. 6

2.1 魏荆输油管道汉江管桥概况概况 ............................................................................................................. 6 2.2 检测评定的目的和依据 ............................................................................................................................ 8

2.2.1 检测评定的目的 .................................................................................................................... 8 2.2.2 检测评定的依据和技术标准 ................................................................................................ 8 2.3 检测内容、原理及技术方案..................................................................................................................... 8

2.3.1 检测的内容 ............................................................................................................................ 8 2.3.2 检测的方法和原理 ................................................................................................................ 9

2.4 桥梁静动载检测试验方案 ...................................................................................................................... 13

2.4.1 动态特性测试点 .................................................................................................................. 13 2.4.2 动态特性测试激励 .............................................................................................................. 13 2.5 本章小结 .................................................................................................................................................. 13

第三章 桥梁结构综合检测 ....................................................................................................................................... 14

3.1 桥梁现状普查量测及基本参数检测 ....................................................................................................... 14

3.1.1 检测分区编号 ...................................................................................................................... 14 3.1.2 构件普查结果 ...................................................................................................................... 14 3.1.3 超声-回弹综合法检测混凝土强度 .................................................................................... 17 3.1.4 桥梁线形测量 ...................................................................................................................... 18

3.2 桥梁动态特性测试 .................................................................................................................................. 20

3.2.1 自振频率 .............................................................................................................................. 21 3.2.2 第一跨1/2测点 .................................................................................................................. 21 3.2.3 第一跨1/4测点 .................................................................................................................. 22 3.2.4 第二跨1/2测点 .................................................................................................................. 23 3.2.5 第二跨1/4测点 .................................................................................................................. 24 3.2.6 第三跨1/2测点 .................................................................................................................. 25 3.2.7 第三跨1/4测点 .................................................................................................................. 26 3.2.8 1#主塔 .................................................................................................................................. 27 3.2.9 2#主塔 .................................................................................................................................. 28

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3.3 索力测试 .................................................................................................................................................. 29

3.3.1 索力测试设备 ...................................................................................................................... 29 3.3.2 索力测试原理 ...................................................................................................................... 29 3.3.3 索力测试结果 ...................................................................................................................... 30 3.3.4 索力测试结果分析 .............................................................................................................. 32

3.4 主塔防腐涂层，索及主塔的防腐测试 ................................................................................................. 33

3.4.1 漆膜厚度检测结果 .............................................................................................................. 33 3.4.2 管桥索头及主塔焊缝质量测试结果及分析 ...................................................................... 36 3.5 本章小结 .................................................................................................................................................. 36

第四章 管桥有限元模型分析及综合技术状况评定 ............................................................................................. 37

4.1 数值仿真模型 .......................................................................................................................................... 37 4.2 结构成桥静力状态分析 .......................................................................................................................... 39 4.3 结构模态分析 .......................................................................................................................................... 41 4.4 结构抗震分析 .......................................................................................................................................... 45 4.5 结构抗风分析 .......................................................................................................................................... 47 4.6 本章小结 .................................................................................................................................................. 49 第五章 结论与展望 ................................................................................................................................................. 50

5.1 主要研究工作总结 ................................................................................................................................. 50 5.2 未来工作的展望 ...................................................................................................................................... 51 参考文献..................................................................................................................................................................... 52 致 谢 ........................................................................................................................................................................ 55

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第一章 绪 论

1.1桥梁检测的目的与意义

桥梁结构是一种大型的土木工程结构，因荷载作用、疲劳与腐蚀效应、材料老化以及缺乏及时的维修，使用期内不可避免地产生损伤累积、抗力衰退而影响结构寿命，甚至导致突然事故。因此对已建成和正在使用的结构和设施急采用有效手段对其安全状况进行检测、评估、识别、控制和修复损伤，以防止事故的发生。桥梁健康监测的基本内涵是通过对桥梁结构状态的监测与评估，为桥梁工程在特殊气候、交通条件下运营状态严重异常时发出预警信号，为桥梁维护、维修与管理决策提供依据和指导：

与传统的检测技术不同，大型桥梁健康监测不仅要求在测试上具有快速大容量的信息采集与通讯能力，而且力求实现对结构整体性能的实时监测和对结构状态的智能化评估，对桥梁结构进行健康监测很重要的环节就是进行桥梁荷载试验，而桥梁荷载试验是一项复杂而细致的工作，技术含量高，涉及面广，其目的是对新建桥梁竣工验收和已建桥梁运营时进行承载力的评定，检测桥梁整体受力性能是否满足设计和标准规范要求，是评定桥梁运营荷载等级最直接和最有效的办法。

桥梁荷载试验分为静载试验和动载试验，静载试验是通过测试桥梁结构在试验荷载作用下的控制截面的应变、位移或裂缝，分析判定桥梁的承载能力，动载试验是通过测试桥梁在动载作用下的响应，分析桥梁的频率、阻尼和振型等模态参数，根据动力响应和模态参数进行桥梁承载能力评定。采用静载试验评定桥梁承载能力的方法是最成熟且传统的方法，动载法以往是和静载法结合使用的。 1.2 桥梁结构静载试验研究

桥梁荷载试验是对桥梁原型结构或桥梁模型结构直接进行的科学试验工作，包括试验准备、理论计算、现场试验以及分析整理等内容的一系列工作。大量的桥梁荷载试验研究成为促进桥梁结构设计理论、设计方法不断进步的重要因素。桥梁原型试验又称之为桥梁检测，其目的是通过试验，掌握桥梁结构在试验荷载作用下的实际工作状态，判断桥梁结构的承载能力和使用条件，检验设计和施工质量。随着交通事业的蓬勃发展，新材料，新结构，新工艺的不断涌现，桥梁工程的试验技术日益受到人们的重视，并不断发展和提高。根据试验荷载的性质，桥梁试验可分为静载试验和动载试验，其任务主要包括以下几个方

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面：1）确定新建桥梁的承载能力和使用条件；2）评估既有桥梁的使用性能与承载能力；3）研究结构构件的受力行为，总结结构受力行为的一般规律。

1.2.1 静载试验概述

桥梁静载试验是将静止的荷载作用在桥梁上指定位置而测试结构的静力位移、静力应变、裂缝等参量的试验项目，然后根据有关规范和规程的指标，判断桥梁结构在荷载作用下的工作性能和使用能力。

一般地，桥梁静载试验的主要任务是：1）检验桥梁结构的设计与施工质量，检验结构的安全性与可靠度；2）检验桥梁结构的设计理论与计算方法，充实与完善桥梁结构的计算理论与施工技术，积累科学资料；3）掌握桥梁结构的工作性能，判断桥梁结构的实际承载能力。

静载试验能反应结构受力特征，暴露结构特性，但必须控制其反应不超过规定的容许值，即不会对现有结构造成新的损伤。为达到该试验目的，按照试验规程规定并结合理论分析计算，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。

1.2.2 静载试验限值及评价方法

桥梁结构静载试验的评价指标有两个方面，其一是根据控制测点的实测值与相应的理论计算值相比较，来说明结构的工作性能和安全储备，其二是将控制测点的实测值与规范规定的允许值进行比较，从而说明结构所处的工作状态，以下对此做详细的说明。

1）校验系数

校验系数的表达式为：

??测点实测值 （1-1）

测点的理论计算值当??1时，说明理论值与实测值完全相符；??1时，说明结构工作性能良好，承载力有一定富余，有安全储备；??1时，说明结构工作性能较差，设计强度不足，不够安全。

因此，《大跨度混凝土桥梁试验方法》规定，在最大试验荷载作用下，实测挠度，实测应变应满足下式要求：

??

wt?? （1-2） wd- 2 -

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式中：??0.7，??1.05，wt为实测值，wd为相应的理论计算值。

同时，对于残余变形，《大跨度混凝土桥梁试验方法》规定，卸载后最大残余变形与该点的最大实测值的比值应满足下式要求：

wpwmax?? （1-3）

式中：wp为卸载后最大残余变形的实测值，wmax为该点试验中的最大实测值。 2）规范允许限值

在设计规范中，从正常使用条件出发，对不同结构形式的桥梁分别规定了允许挠度、允许裂缝宽度的限值，在桥梁静载试验中，可以测出桥梁结构在设计荷载作用下控制截面的最大挠度及最大裂缝宽度，二者比较，即可以作出桥梁工作性能与承载能力的评价，挠度评价指标为：

f'?f???? （1-4） l?l??f式中：??l?'f为规范规定的允许挠度限值，为消除支座沉降影响的跨中截面最大实测??挠度，l为桥梁计算跨度或悬臂长度。 1.3 桥梁结构动载试验研究 1.3.1 动载试验概述

随着力学的发展，传统的非时变动力学的内部参数如几何域、物理特征、边界条件等在给定时段内假定不变，以此作为基础构造简化的物理模型往往不符合实际工程的需要，特别是在结构内物理参数随时间变化的情况下，考虑时变因素的影响成为时变动力学兴起的动力和目的。王光远建议按时变结构变化的速率将时变结构动力学分为三类：1）快速时变结构动力学：研究由于结构本身的急剧变化而引起的剧烈振动的力学分析和控制；2）慢速时变结构动力学：研究施工力学问题，将结构的若干最不利的工作状态冻结，在每个状态中，按时不变结构分析；3）超慢速时变结构力学：研究结构整个服役期间的变化及安全度。

桥梁结构投入使用后，在正常行车条件下，当车辆以一定的速度在桥上通过时，由于发动机的抖动、桥面不平顺等原因会导致桥梁结构产生振动，此外，人群荷载、风动力、

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地震力的作用也会引起桥梁振动。这种在外荷载作用下引起桥梁结构的振动现象属于典型的快速时变结构力学范畴，汽车桥梁系统的振动，使得桥梁结构的内力和变形大于静力车辆荷载作用下的结构内力和变形。为了确保桥梁在车辆运行时的结构安全，在考虑静荷载作用的同时还必须考虑车辆荷载动力效应的影响，这就要求在桥梁检测中还要考察桥梁在行车荷载作用下的动力响应，以保证其运营期间的安全使用，这就是动载试验的目的。

桥梁结构的动载试验是利用某种激振方法激起桥梁结构的振动，测定桥梁结构的固有频率、阻尼比、动力冲击系数、动力响应加速度以及动挠度等参数项目，从而宏观判断桥梁结构的整体刚度、运营性能。桥梁结构的动载试验虽然与静载试验在试验目的、测试内容等方面有所不同，但对于全面分析掌握桥梁结构的工作性能是同等重要的。

桥梁结构动载试验的基本任务大体可归纳为以下几个方面：1）测定结构的动力特性，如测定桥梁结构或构件的自振频率、阻尼特性、振型等；2）测定结构在动荷载作用下的强迫振动响应，如测定桥梁结构或构件在车辆荷载、风荷载作用下的振幅、动应力以及加速度等；3）测定动荷载的动力特性，如测定引起结构振动作用力的大小、方向、频率与作用规律等。

1.3.2 桥梁结构动力性能的分析评价

桥梁结构动力性能的一些参数如固有频率、阻尼比、振型、动力冲击系数以及动力响应的大小，是宏观评价桥梁结构的整体刚度、运营性能的重要指标也是一些规范评价桥梁安全性能的主要尺度。目前，虽然国内外规范对桥梁结构的动力响应、动力特性尚无同一的评价尺度，但一般认为桥梁结构的动力特性反映了结构的整体刚度、桥面的平整程度及耗散外部振动能量输入的能力，同时，过大的动力响应会影响车辆的安全行驶，会引起司机、乘客的不舒适，应予以设法避免。在实际测试中，通常通过以下几个方面来评价桥梁结构的动力性能：

1. 比较桥梁结构频率的理论计算值与实测值，如果实测值大于理论计算值，说明桥梁结构的实际刚度较大，反之则说明桥梁结构的刚度偏小，可能存在开裂或其它不正常现象。一般地，在进行理论计算时，常常会作出一些假设，忽略了一些次要因素，故理论计算值要大于实测值。

2. 根据动力冲击系数的实测值来评价桥梁结构的行车性能，实测冲击系数较大则说明桥梁结构的行车性能较差，桥面的不平整程度不良，反之亦然。在我国《城市桥梁设计准则》（CJJ11-93），将城市桥梁汽车荷载分为车道荷载和车辆荷载。桥梁的主梁等整体结

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构计算采用车道荷载，横隔梁、行车道板等局部结构计算采用车辆荷载，用?表示车道荷载与车辆荷载的冲击系数，其计算公式如：

车道荷载冲击系数：

??20/(80?l) （1-4） 式中：l为桥梁跨径(m)。 车辆荷载冲击系数：

??0.6686?0.3032lgl

3. 根据实测加速度量值的大小，评价桥梁结构的行车舒适性。根据国内外研究资料，一般地，车辆在桥梁结构行驶时最大竖向加速度不宜超过0.065g，其中g为重力加速度，否则就会引起司乘人员的不适。

4. 实测阻尼的大小反映了桥梁结构耗散外部能量输入的能力，阻尼比大，说明桥梁结构耗散外部能量输入的能力强，振动衰减的快阻尼比小，说明桥梁结构耗散外部能量输入的能力差，振动衰减得慢。但是，过大的阻尼比则说明桥梁结构可能存在开裂或工作状态不正常等现象。 1.4 本文的主要研究内容

各章的主要内容如下：

第一章：详细介绍了研究目的和意义，关于静动载试验的国内外研究现状以及论文的主要内容。

第二章：介绍了魏荆输油管道汉江桥概况，检测评定的目的和仪器设备，检测内容、原理及技术方案，静、动载检测试验方案以及试验荷载工况等内容。

第三章：对桥梁的现状进行普查量测和基本参数检测，桥梁的动态特性测试，索力测试，主塔防腐涂层，索及主塔的防腐测试。

第四章：基于ANSYS本文运用分别建立桥梁的结构总体模型和钢桥塔模型，在两种模型下对该桥进行了结构成桥静力状态分析，结构模态分析，结构抗震分析和结构抗风分析，结果表明各项指标都有一定的问题。

第五章：对本文得到的结论进行了总结，并对需进一步研究的问题进行了展望。

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第二章 工程概况、检测依据和检测方案

2.1 魏荆输油管道汉江管桥概况概况

魏荆线于1978年10月投产，承担着河南魏岗南阳油田一荆门石化总厂原油输送任务。全长226.38km，管径Ф426mm，壁厚7mm，管外壁采用石油沥青玻璃布防腐，外加电流阴极保护，原设计年输能力为350×104t，设计压力为6.4MPa，最高工作压力4.15MPa，最高输油温度70 oC。目前，管线采用正反输的方式输送原油。

汉江跨越管桥位于湖北省襄樊市，汉江中游，距武汉长江入江口距离约300公里，管桥北岸为襄阳区东津镇，南岸为襄城区余家湖镇，其地理坐标为东经112°10′～112°15′，北纬31°50′～32°00′。

管桥总长1045m，其中主跨500m，南北岸引桥各长275m和270m，管材X-60，聚氨酯泡沫保温。1984年建成投产，至今已安全平稳运行25年。

其中在1994年9月，对管桥主要承载件、主索、斜索网丝绳进行过钢丝绳防腐。 2001年对管桥钢结构进行过一次防腐涂装。

2007年对管桥江心墩进行了大修，主要内容有塔基墩顶裂缝修复及钢板加固、塔基墩身弧端及两侧裂缝修复和粘贴碳纤维布加固，以及墩顶钢板、墩身碳纤维布表面防护。

魏荆输油管道汉江管桥的全景图如图2-1所示。

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图2-1 大桥全景图

该桥自建成二十多年来，基本上未进行定期的检测和较全面的维修。在日常巡检中发现：一是两岸锚固墩内钢索与基础连接处出现腐蚀，风索、主索部分出现腐蚀，二是北岸铁塔钢结构出现焊缝裂纹，三是钢结构部分涂层脱落。

汉江跨越管桥是我国跨度较大的输油（气）管桥，也是魏荆输油管道的要害部位，为确保魏荆管道的安全，就必须确保管桥的安全，否则，一旦管桥发生事故，即管道溢油原油外泄，将会造成河南油田、荆门石化总厂停产，并且外汇的石油会直接流入汉江，不仅会造成污染，还会污染长江，因为汉江跨越段入长江入口处的距离约300公里。

鉴于该桥在各个方面出现的病害及结构的损伤，存在一定的安全隐患，为了查清产生病害的原因，保证该桥的安全运行，管道储运分公司襄樊输油处委托华中科技大学土木工程检测中心，于次日对该桥现状、损伤破坏、病害等进行一次全面的检测，并对其综合技术水平进行检测评定，为桥梁的进一步维修加固提供科学依据。

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2.2 检测评定的目的和依据 2.2.1 检测评定的目的

对桥梁的基本技术状况、缺陷和损伤程度进行全面、细致、深入地现场调查检测，查明结构所用工程材料参数；查明构件和结构存在的缺陷及损伤的性质、所在部位、严重程度及发展趋势等，分析了解产生缺陷及损伤的原因；通过现场静载和动载试验，结合理论分析，确定桥梁的实际承载力水平和动力特性。综合分析评价桥梁的技术状况，对桥梁的运营提出正确合理的结论，并为今后的维修加固提供准确详实的技术资料。 2.2.2 检测评定的依据和技术标准

（1）《原油与天然气输送穿跨越工程设计规范跨越工程》（SY/T0015.2--98） （2）《油气管道架空部分及其附属设施维护保养规程》（SY/T 6068-2008） （3）《涂装前钢材表面预处理规范》 （SY/T0407-97）

（4）《石油天然气钢制管道对接焊缝超声波探伤及质量分类》 （SY4065-93） （5）《石油天然气管道跨越工程施工及验收规范》（SY0470-2000） （6）《输油管道工程设计规范》 （GB50253-94） （7）《铁路管桥钢结构设计规范》(TB 10002.2-2005) 2.3 检测内容、原理及技术方案 2.3.1 检测的内容

根据桥梁检测评定的相关技术标准、规程和规范以及双方拟定的技术合同要求本次检测的具体内容包括以下几个方面。 一、桥梁现状的普查与量测

对桥梁的主要部件桥面系、上面结构及下部结构等进行现状及缺损状况的普查。对桥梁的总体尺寸，各部分构件的截面尺寸，钢筋的直径和分布，支座的位置等进行详细的量测。

调查了解桥梁的营运状况，对桥梁存在的缺陷和病害进行仔细的观测和检查。检查主要受力构件的挠度和位移；混凝土的施工质量，风化、剥落以及局部损伤情况；裂缝宽度、

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深度、分布情况以及发展趋势，检查钢筋的锈蚀情况；桥面系铺装以及其它辅助设施的状况。

二、桥梁结构构件混凝土强度检测

依据相关的国家现行检测规范标准，采取超声-回弹综合法及其它非破损或半破损方法结合局部破损(取芯法)，对桥面板、挑梁、立柱、桥台等受力构件的混凝土强度进行综合检测评定。

三、定量测定混凝土的缺陷

鉴于混凝土缺陷测定的工作量大，费用较高，因此在混凝土超声回弹测定强度的基础上选择性进行。重点在受力构件裂缝较多以及表观有明显缺陷的部位，以便对受力构件内部的缺陷有较为全面的了解。 四、量测全桥的线型和标高

主要量测全桥拱肋、梁、板、柱等重要结构的尺寸；主要控制点及桥面标高；主拱肋的线形等。对比设计施工图，分析桥台有无变形，拱上建筑结构是否有较大的损伤和变形。

对比设计施工资料，基本判断桥梁设计施工水准和质量。 五、其它

观测桥台沉降、位移及倾斜，调查检测其它构造物的情况，全面掌握了解桥梁的技术状况。

2.3.2 检测的方法和原理

一. 结构缺陷检测及裂缝普查

对所出现的缺陷（裂缝）进行普查检测，对存有裂缝、露筋及锈蚀等受损的构件区域进行普查，并以图表形式作好详细记录，旨在为以后的进一步的处理意见提供准确的依据。

1. 裂缝观测点的布置及保护

每条裂缝观测点依据现场情况，选择其中较大者观测且不少于三个。所有观测点设置完后，及时编号做好保护，以免在以后观测过程中将其损坏、混淆而影响观测的准确性。

2. 裂缝观测的精度

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按照相关标准规定裂缝宽度量测器具的精度为0.05mm。 3. 裂缝观测方法

观察裂缝分布和走向，绘制成裂缝分布图。在裂缝的一侧用毛笔或粉笔沿裂缝画线，然后依据同样的位置翻样到记录纸上，并且拍摄彩色照片和摄像。

构件表面的裂缝对其长度宽度方向和数量进行全面的检测，并分析裂缝产生的原因。在现场用钢尺量取典型裂缝的长度，记录其数量、走向和裂缝变化规律。用塞尺、卡尺、裂缝宽度比测表和读数显微镜量测其宽度，以此确定裂缝变化规律及其产生的原因。

4. 裂缝深度的观测

依据现场实际情况，对裂缝没有贯穿的构件测点，采用塞尺插入裂缝，粗略地测量其宽度，对混凝土构件也可沿裂缝方向钻取芯样或用超声波仪，采用平测法、斜测法测定裂缝深度。超声测缺是利用超声波在混凝土内部传播过程中的声学参量（声速、波幅、波形、频率等）与混凝土缺陷的密切相关关系，判断混凝土内部的缺陷。一般对混凝土不密实区和空洞的检测可采用平面对测法和平面斜测法，本次检测采用平面对测法，其检测原理如下图所示，首先在测区两对相互平行表面上，分别画出间距为100 mm～200mm的网格，并逐点编号，定出测点位置，然后将发射换能器T和接收换能器R置于对测点上，并将T耦合好保持不动，逐点测定相应的声时值ti、波幅A，并测量测试声程li。最后利用统计学方法判定混凝土内部是否存在不密实区和空洞。 图2-2 超声测缺检测示意图 - 10 -

武汉工程大学本科毕业论文 图2-3 超声法测定裂缝深度示意图 5. “石膏饼”法观测裂缝的发展情况 在裂缝的最大宽度位置、裂缝的端点及其他有代表性的位置摸上一层薄石膏饼，放置一段时间后，观察在受荷情况下，石膏是否开裂，因此判断裂缝是否为受力裂缝，并观测结构裂缝是否张合或发展。

二. 构件截面尺寸及轴线尺寸检查

现场测试混凝土构件的尺寸及轴线尺寸，与设计图纸进行比较，检查桥梁的施工质量，为验算提供数据。

三. 混凝土构件碳化深度检测

用钻机在测区表面形成直径约15mm的孔洞，其深度大于混凝土的碳化深度，然后除净孔洞中的粉末和碎屑，不得用水冲洗。立即用浓度为1％的酚酞酒精溶液滴在孔洞内壁的边缘处，再用深度测量工具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多次，取其平均值，该距离即为混凝土的碳化深度值，每次读数精确至0.5mm。 四. 超声-回弹综合法检测混凝土构件强度

此次检测混凝土强度采用超声－回弹综合法。超声－回弹仪检测设备采用汕头超声波仪器有限公司生产的CTS-45型非金属声波检测仪和HT－225回弹仪。超声检测混凝土强度是以人工激振的方法向混凝土构件发射声波，在一定的空间距离上接受混凝土物理特性调制的声波，观测和分析声波在混凝土中的传播速度、振幅、频率等声学参数，然后结合构件混凝土表面回弹值，从中推断出相当于同条件养护的边长为150mm的立方体混凝土试块的抗压强度。超声波测试原理方框图如下图2-4。

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声波在混凝土中传播接受其物理及结构特性调制 声波发 射系统 换能发射器 换能发射器 接收放大 器 数据 采集 波形显示 存储系统 分析系统及微机接口 图2-4 超声波测试原理

根据《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》CECS02:88的规定，混凝土构件强度推定计算公式如下：

测区平均声速值v?L/tm；

测区平均声时值tm??L/v1?L/v2?L/v3?/3；

c1.721.57f?0.0080*(v)*(R)cu,i测区混凝土强度推定值：；

公式中：L――测距(m);

v1、v2、v3――测区中3个测点的声速(km/s)；

R――测区混凝土平均回弹值(MPa)；

v――测区混凝土平均声速值(km/s)；

为了提高测试准确性及效率，现场检测采用回弹法、超声－回弹综合法对比试验方法。 五. 混凝土耐久性检测

混凝土结构的耐久性检测包括混凝土碳化深度测定、钢筋位置和保护层厚度的测定、钢筋锈蚀程度以及混凝土蚀层深度的检测等。采用钢筋探测仪测定钢筋位置和保护层厚度的目的，在于查明钢筋混凝土结构构件的实际配钢筋情况。钢筋配置是否正确对结构构件的受力性能有直接影响，而且保护层厚度对结构构件的耐久性也有影响。如受弯构件受拉主筋配置过高（保护层过大），将使构件横截面的内力臂减小，从而使截面的抗弯曲强度降低；反之保护层过薄，则混凝土碳化深度易达钢筋部位，钢筋的抗锈蚀性能降低，构件的耐久性随之降低。此外，超声测试强度、取芯法钻取芯样时，需要以此来避开钢筋。

本次对现场结构构件（梁、墩）的受力主筋的位置、数量、保护层厚度（特别对板的

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钢筋的情况）进行一定数量的抽测；混凝土碳化深度的测量是选在构件有代表性的部位，一般在构件中部，避开较宽裂缝和较大的孔洞，每测区3测孔的算术平均值即为该区碳化深度的代表值。

2.4 桥梁静动载检测试验方案 2.4.1 动态特性测试点

在第一跨1/4、1/2截面，第二跨1/4、1/2截面以及第三跨1/4、1/2截面应变测点以及挠度测点作为动态测点，另外，对主塔也进行了动态测试。 2.4.2 动态特性测试激励

动态测试激励采用风荷载作为动载试验荷载 2.5 本章小结

本章对魏荆输油管道汉江桥的概况进行了简单的介绍，然后介绍了本次检测的主要目的、依据、检测内容、原理以及技术方案，确定了桥梁的静动载试验方案。

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第三章 桥梁结构综合检测

3.1桥梁现状普查量测及基本参数检测 3.1.1 检测分区编号

为了报告表达清楚和叙述方便，将检测分区为上游、下游及南岸和北岸，构件轴线编号基本依据原设计图纸。

图3-1 索、塔布置

3.1.2 构件普查结果 如表3-1

表3-1 构件普查结果

南

S0-S1 S2-S3 S3-S4 S4-S5 S5-S6 S6-S7 S7-S8 S8-S9 S9-S10 S10-S11 S11-S12 S12-S13 S13-S14 S14-S15 S15-S16 S16-S17 S17-塔座 塔座-′S17 ′S 17-′S16

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脚踏板表面大半段生锈 1、2、 1、2、3 1 1、5 1 1、3 1 1、2、3 1 1、3 1、2、3 1 1、2 1 1 1 1 武汉工程大学本科毕业论文

′S16-′S15 ′S15-′S14 ′S14-′S13 ′S13-′S12 ′S12-′S11 ′S11-′S10 ′S10-′S9 ′S9-′S8 ′S8-′S7 ′S7-′S6 ′S6-′S5 ′S5-′S4 ′S4-′S3 ′S3-′S2 ′S2-′S1 S26 S26-S27 S27-S28 S28 塔座 S0-S1 S1-S2 S2-S3 S3-S4 S4-S5 S5-S6 S6-S7 S7-S8 S8-S9 S9-S10 S10-S11 S11-S12 S12-S13 S13-S14 S14-S15 S15-S16 S16-S17 S17-塔座 塔座-′S17 ′S 17-′S16 ′S16-′S15 ′S15-′S14

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5 2 3 3 1侧架杆扭曲，扭弓往北岸 1立架杆倾斜，方向西低东高 支架横杆防护层严重老化锈蚀，1片形支架横杆与塔座主架连接处已损坏 北 脚踏板1铁片板与主板分离 2 3 2 脚踏板一螺丝松扭 武汉工程大学本科毕业论文

′S14-′S13 ′S13-′S12 ′S12-′S11 ′S11-′S10 ′S10-′S9 ′S9-′S8 ′S8-′S7 ′S7-′S6 ′S6-′S5 ′S5-′S4 ′S4-′S3 ′S3-′S2 ′S2-′S1 ′S1-S0 S0-S0锚固墩 3 2、小段脚踏板生锈 锚固墩最上部大面积出现裂痕 注：1、立架框生锈 2、钢索连接处局部面生锈 3、锚连接处局部生锈 4、锚固点局部面生锈 5、侧架杆局部生锈

图3-2 墩台表面开裂

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图4-5 一阶振型侧视

图4-6 一阶振型俯视

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图4-7 三阶振型俯视

图4-8 四阶振型俯视

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图4-9 六阶振型侧视

图4-10 八阶振型轴测

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从表4-2可以看出，管桥的整体刚度较小，体现在特征频率较小，而且管桥的特征频率较为接近。从振型来看，振型主要分布在水平方向，说明结构在水平方向的刚度较小，这可能对结构在风荷载和水平地震荷载下的安全不利，但是，需进一步分析。 4.4 结构抗震分析

抗震分析采用反应谱法。

抗震设防烈度为6度，管桥属重要结构，抗震设防烈度提高一级，设计基本地震加速度为0.10g，场地土的卓越周期为0.35s。根据现行规范，地震频谱值如表4-3。

表4-3 地震频谱值

自振周期 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.16 0.2 0.24 0.28 频率 50 25 16.667 12.5 10 8.333 6.25 5 4.167 3.571 谱值 0.056 0.0670 0.078 0.089 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 自振周期 0.3 0.35 0.4 0.8 1.2 1.6 2 2.4 2.8 3.0 频率 3.333 2.857 2.5 1.25 0.833 0.625 0.5 0.416 0.357 0.333 谱值 0.1 0.1 0.088676 0.04752 0.032992 0.025466 0.020832 0.01768 0.015390 0.014462 一般认为竖向地震影响系数的曲线形状与水平地震响应系数大体相同，可直接使用水平地震影响系数的曲线，数值上一般取水平值的0.5~0.667，偏于安全考虑，这里取值0.667。

地震作用下的位移响应如图4-11，4-12。

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图4-11 跨中油管位移响应

图4-12 塔顶位移响应

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图3-3 对接脱出

由普查结果可知，结构腐蚀较为严重，混凝土墩台也有损伤。结构的重新防腐势在必行。

3.1.3 超声-回弹综合法检测混凝土强度

1. 混凝土强度检测

依据现场实际情况，有代表性的选取各种构件，采用超声－回弹综合法进行混凝土强度检测。

根据《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》CECS02:88的规定，所检测的混凝

ccc土构件均应按单个构件评定期强度。构件混凝土强度推定值fcu?min(fcu,i),其中min(fcu,i)为构件测区混凝土强度最小推定值(MPa)。结合检测经验，一般判定强度降低一个级别。所检测的北岸钢管桩桩内混凝土为200#，承台底部1m的混凝土为300#，其余部分采用250#，II即钢筋。墩台内可抛25%的干净毛石，毛石粒径不大于200mm，标号大于200#。北岸锚固墩混凝土为200#，墩内加入废钢锭628吨。

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图3-4 混凝土超声检测

2. 混凝土碳化深度的检测

在混凝土构件上钻取小孔，滴上已经配置好的无色酚酞试剂，根据酚酞颜色的变化来测定混凝土碳化的深度；如果酚酞试剂变成红色，则表明该处混凝土没有碳化，如果试剂没有变色，则表明该处混凝土已经碳化。每个测区取三个点，以3个测点的平均值作为该点的碳化深度值。

3 超声法检测混凝土构件内部缺陷

对桥塔塔座、墩台混凝土进行了超声检测，声时均在正常值，波形无奇异。反映出构件内部无裂缝、酥松、空洞等缺陷，质量完好。 3.1.4 桥梁线形测量

以墩台与管线的连接点以及拉索与管线的连接点为线形坐标，依照由南至北的顺序，对总共88个测点进行了坐标测量，测量结果如下表。

表 3-2线形测量坐标(X,Y,Z)结果

南

南墩台

5212.969,5266.145,4.239 - 18 -

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S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11 S12 S13 S14 S15 S16 S17 ST1 5210.528,5248.464,6.717 5209.00,5236.620,8.013 5207.466,5224.769,9.179 5205.981,5212.918,10.345 5204.397,5201.067,11.211 5202.853,5189.135,11.949 5201.330,5177.233,12.500 5199.783,5165.348,12.938 5198.222,5153.442,13.186 5196.669,5141.537,13.376 5195.095,5129.653,13.546 5193.538,5117.749,13.707 5191.979,5105.846,13.806 5190.417,5093.959,13.852 5188.876,5082.054,13.877 5187.394,5070.154,13.898 5185.984,5058.211,13.945 5185.345,5051.886,13.961 ′ST1 ′S17 ′S16 ′S15 ′S14 ′S13 ′S12 ′S11 ′S10 ′S9 ′S8 ′S7 ′S6 ′S5 ′S4 ′S3 ′S2 ′S1 S26 ′S26 S27 北

′S27 S28 ′S28 ′S1 ′S2 ′S3 ′S4 ′S5 ′S6 ′S7 ′S8 ′S9 ′S10 ′S11 ′S12 ′S13 ′S14 ′S15 ′S16 ′S17 ′ST2

5183.271,5036.280,14.083 5182.121,5028.548,14.385 5180.497,5016.633,14.781 5178.980,5004.734,15.143 5177.501,4992.837,15.495 5176.049,4980.924,15.813 5174.569,4968.988,16.106 5173.075,4957.112,16.431 5171.514,4945.235,16.446 5170.019,4933.331,16.808 5168.475,4921.427,17.011 5166.931,4909.536,17.105 5165.394,4897.620,17.149 5163.916,4885.704,17.145 5162.434,4873.782,17.158 5160.923,4861.894,17.135 5159.382,4849.970,17.089 5157.862,4838.068,17.024 5156.304,4826.180,17.011 5154.304,4814.247,16.994 5153.308,4802.349,17.002 5119.802,4540.533,13.960 5118.890,4533.449,13.913 5117.428,4521.535,13.904 5115.973,4509.615,13.966 5114.527,4497.674,14.044 5113.020,4485.787,14.102 5111.475,4473.892,14.054 5109.902,4461.969,13.993 5108.347,4450.082,13.913 5106.799,4438.172,13.820 5105.302,4426.264,13.674 5103.772,4414.368,13.499 5102.205,4402.459,13.286 5100.681,4390.568,13.019 5099.142,4378.649,12.692 5097.616,4366.750,12.354 5096.067,4354.827,11.961 5094.536,4342.932,11.574 5093.009,4331.034,11.150 5091.462,4319.106,10.667 5089.961,4307.225,10.163 5151.795,4790.426,16.963 5150.274,4778.511,16.954 5148.703,4766.599,16.930 5147.194,4754.680,16.917 5145.686,4742.774,16.971 5144.158,4730.875,17.029 5142.625,4718.974,17.066 5141.129,4707.067,17.101 5139.612,4695.174,17.136 5138.153,4683.272,17.193 5136.636,4671.337,17.150 5135.169,4659.428,17.028 5133.697,4647.538,16.843 5132.193,4635.642,16.562 5130.641,4623.733,16.214 5129.150,4611.844,15.873 5127.62,4599.955,15.445 5126.080,4588.076,14.994 5124.491,4576.202,14.604 5122.958,4564.340,14.245 5121.968,4556.318,13.986 - 19 -

ST2 S17 S16 S15 S14 S13 S12 S11 S10 S9 S8 S7 S6 S5 S4 S3 S2 S1 S18 S19 S20 武汉工程大学本科毕业论文

S21 S22 S23 S24 S25 北墩台 5088.406,4295.281,9.747 5086.906,4283.399,9.257 5085.382,4271.502,8.729 5083.849,4259.624,8.006 5082.338,4247.788,6.748 5080.250,4230.770,5.456

图3-5 侧面线形

图3-6 俯视线形

可见，管桥的管道线形在索面上基本保持直线，没有明显偏位。在立面上部分地方和设计线形稍有偏差。

3.2 桥梁动态特性测试

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图3-7动力特性测试

3.2.1 自振频率

测点方向 序号 1 2 3 4 5 6 7 8

位置 竖向 第一跨1/2截面 第一跨1/4截面 第二跨1/2截面 第二跨1/4截面 第三跨1/2截面 第三跨1/4截面 1#主塔 2#主塔 0.24 0.24 0.15 0.24 0.15 0.15 9.89 0.29 横桥向 0.15 0.15 0.10 0.10 0.10 0.20 0.15 0.15 顺桥向 0.24 0.24 0.10 0.29 0.10 0.20 0.15 0.15 3.2.2 第一跨1/2测点 1. 竖向

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