滬寧高速公路擴建工程

1、 滬寧高速公路擴建工程滬寧高速公路擴建工程橋梁極限狀態(tài)實橋試驗橋梁極限狀態(tài)實橋試驗及橋梁結構物狀況評價及橋梁結構物狀況評價江蘇滬寧高速公路擴建工程指揮部江蘇滬寧高速公路擴建工程指揮部謝家全謝家全二二零零零零八年八月八年八月 一、一、橋梁極限狀態(tài)實橋試驗研究橋梁極限狀態(tài)實橋試驗研究1.11.1研究必要性研究必要性1.21.2研究目的及意義研究目的及意義1.31.3技術難點技術難點1.41.4研究內容及方法研究內容及方法1.51.5主要創(chuàng)新點主要創(chuàng)新點 由于航道等級提高，利用拆除橋梁做橋由于航道等級提高，利用拆除橋梁做橋梁極限狀態(tài)實僑試驗，獲取可靠資料和梁極限狀態(tài)實僑試驗，獲取可靠資料和經(jīng)驗，填補

2、國內空白。經(jīng)驗，填補國內空白。1.11.1研究必要性研究必要性 總體現(xiàn)狀總體現(xiàn)狀1 1、兩種手段：理論分析和試驗分析。、兩種手段：理論分析和試驗分析。2 2、理論分析研究較多，但仍不夠完善。、理論分析研究較多，但仍不夠完善。3 3、模型試驗研究難以與實際情況完全吻合。、模型試驗研究難以與實際情況完全吻合。4 4、實橋破壞性試驗進行的較少，特別是采用實橋破、實橋破壞性試驗進行的較少，特別是采用實橋破壞性試驗方法研究預應力砼橋梁的極限承載力尚屬壞性試驗方法研究預應力砼橋梁的極限承載力尚屬空白?？瞻?。實橋破壞性試驗研究現(xiàn)狀實橋破壞性試驗研究現(xiàn)狀國內：無國內：無國外：主要集中在美國。國外：主要集中在美

3、國。1.21.2國內外研究現(xiàn)狀國內外研究現(xiàn)狀 1.1.為省內外同類橋梁橋梁的承載能力鑒定、橋梁改建和拆除等為省內外同類橋梁橋梁的承載能力鑒定、橋梁改建和拆除等提供重要依據(jù)提供重要依據(jù)2.2.橋型及其病害本身所具有的代表性橋型及其病害本身所具有的代表性, ,有助于研究評定該類既有助于研究評定該類既有橋梁的極限承載能力和安全儲備有橋梁的極限承載能力和安全儲備3.3.為國內相關橋梁規(guī)范的修訂提供重要參考資料為國內相關橋梁規(guī)范的修訂提供重要參考資料 4.4.為以后進行類似破壞性試驗積累經(jīng)驗和知識為以后進行類似破壞性試驗積累經(jīng)驗和知識 1.31.3研究目的和意義研究目的和意義 新興塘大橋（30m50m3

4、0m預應力混凝土等截面連續(xù)箱梁橋） 錫澄運河大橋引橋（20m預應力混凝土簡支T梁橋） 1.41.4技術難點技術難點經(jīng)驗少、項目多、時間短、任務重、風險高、難度大經(jīng)驗少、項目多、時間短、任務重、風險高、難度大”1 1、經(jīng)驗少：國內以往幾乎沒有，試驗過程中加載方式、數(shù)據(jù)采、經(jīng)驗少：國內以往幾乎沒有，試驗過程中加載方式、數(shù)據(jù)采集、安全保障等方案均需進行反復可行性論證后提出；集、安全保障等方案均需進行反復可行性論證后提出；2 2、項目多：試驗機會難得，代價高昂，因此應盡可能多地開展、項目多：試驗機會難得，代價高昂，因此應盡可能多地開展研究項目；研究項目；3 3、時間短：為了盡可能減少對滬寧改造主體工程

5、工期的影響，、時間短：為了盡可能減少對滬寧改造主體工程工期的影響，必須極大壓縮試驗時間；必須極大壓縮試驗時間； 4 4、任務重：必須保證現(xiàn)場試驗過程的完備性和試驗數(shù)據(jù)、任務重：必須保證現(xiàn)場試驗過程的完備性和試驗數(shù)據(jù)的準確性，試驗研究面廣、深度大；的準確性，試驗研究面廣、深度大； 5 5、風險高：是國際上首次在雙幅橋一幅正常通車的情況、風險高：是國際上首次在雙幅橋一幅正常通車的情況下進行另一幅的破壞性試驗，試驗中可能帶來災難性后下進行另一幅的破壞性試驗，試驗中可能帶來災難性后果，試驗風險較高、難度極大；果，試驗風險較高、難度極大；6 6、難度大：試驗現(xiàn)場環(huán)境惡劣，需要協(xié)調的單位眾多。、難度大：試

6、驗現(xiàn)場環(huán)境惡劣，需要協(xié)調的單位眾多。1.41.4技術難點技術難點 主要研究內容主要研究內容 試驗方案設計與實施方法的研究試驗方案設計與實施方法的研究 彈性工作狀態(tài)下橋梁工作性能的研究彈性工作狀態(tài)下橋梁工作性能的研究 彈塑性工作狀態(tài)下橋梁工作性能的研究彈塑性工作狀態(tài)下橋梁工作性能的研究 既有橋梁承載力和損傷指標評估方法的研究既有橋梁承載力和損傷指標評估方法的研究 基于結構動力特性的損傷識別方法理論的研究基于結構動力特性的損傷識別方法理論的研究 輔助研究內容輔助研究內容 橋梁外觀檢測橋梁外觀檢測 無損檢測與有損檢測無損檢測與有損檢測 預應力管道壓漿質量檢測預應力管道壓漿質量檢測 常規(guī)靜載試驗及常規(guī)

7、靜載試驗及BDIBDI測試與破壞性試驗實測承載力的對比分析測試與破壞性試驗實測承載力的對比分析 探索性試驗研究內容探索性試驗研究內容 基于分布式光纖傳感器的砼裂縫產(chǎn)生與發(fā)展過程監(jiān)測技術的探索性研基于分布式光纖傳感器的砼裂縫產(chǎn)生與發(fā)展過程監(jiān)測技術的探索性研究究1.51.5研究內容及方法研究內容及方法1.5.1 1.5.1 研究內容研究內容 1.51.5研究內容及方法研究內容及方法試驗前錫澄運河大引橋狀況較好，新興塘大橋梁體裂縫較明顯試驗前錫澄運河大引橋狀況較好，新興塘大橋梁體裂縫較明顯1.5.2 1.5.2 原橋狀況原橋狀況錫澄運河大橋引橋新興塘大橋梁體裂縫 通過對混凝土塊、鋼筋、碎石、反力架、

8、水袋等多種通過對混凝土塊、鋼筋、碎石、反力架、水袋等多種加載方案的比選，首次在大型橋梁現(xiàn)場試驗中采用了鋼筋加載方案的比選，首次在大型橋梁現(xiàn)場試驗中采用了鋼筋與水袋組合加載，試驗證明效果良好，對今后類似試驗有與水袋組合加載，試驗證明效果良好，對今后類似試驗有較大指導意義。較大指導意義。1.5.3 1.5.3 加載方式確定加載方式確定1.51.5研究內容及方法研究內容及方法現(xiàn)場鋼筋加載現(xiàn)場水袋加載 試驗終止條件要滿足試驗規(guī)范規(guī)定，且對于新興塘大橋當橋試驗終止條件要滿足試驗規(guī)范規(guī)定，且對于新興塘大橋當橋梁實測參數(shù)達到以下任一條件時即可終止試驗：梁實測參數(shù)達到以下任一條件時即可終止試驗：u中跨跨中撓度

9、為中跨跨中撓度為50cm50cm，相當于，相當于f fL/100L/100；u中跨跨中撓度值隨時間不收斂。中跨跨中撓度值隨時間不收斂。持荷持荷1010分鐘后，每分鐘后，每5 5分鐘讀一次跨中位移計讀數(shù)，最多六次，分鐘讀一次跨中位移計讀數(shù)，最多六次，如如3030分鐘內位移增量大于分鐘內位移增量大于6mm6mm或最后或最后5 5分鐘單次實測跨中撓度分鐘單次實測跨中撓度增量不能減小到增量不能減小到0.5mm0.5mm以內，則認為位移不收斂，停止加載。以內，則認為位移不收斂，停止加載。u兩邊跨支座處有明顯脫空現(xiàn)象，結構體系已發(fā)生改變。兩邊跨支座處有明顯脫空現(xiàn)象，結構體系已發(fā)生改變。對于錫澄運河大橋引橋

10、以對于錫澄運河大橋引橋以T T梁垮塌為終止條件梁垮塌為終止條件1.51.5研究內容及方法研究內容及方法1.5.4 1.5.4 終止條件終止條件 受拉主鋼筋處最大裂縫寬度達到1.2cm 邊跨支座上翹 新興塘大橋試驗終止狀態(tài)新興塘大橋試驗終止狀態(tài) 新興塘大橋（三跨預應力連續(xù)箱梁橋） 全橋整體跨塌 梁間橫隔板錯開錫澄運河大橋引橋試驗終止狀態(tài)錫澄運河大橋引橋試驗終止狀態(tài) 1.51.5研究內容及方法研究內容及方法1.5.5 1.5.5 安全保障措施安全保障措施一方面制訂了詳細的安全管理要求，設置了專門的安全一方面制訂了詳細的安全管理要求，設置了專門的安全管理員，另一方面還針對試驗橋段的特點，建立了專門管

11、理員，另一方面還針對試驗橋段的特點，建立了專門的安全保障體系：的安全保障體系：1）梁底設置一定高度的土壩，以承擔塌落的梁體和加）梁底設置一定高度的土壩，以承擔塌落的梁體和加載設備；載設備；2）土壩之間預留安全通道，便于試驗過程中人工觀測）土壩之間預留安全通道，便于試驗過程中人工觀測項目的測試；項目的測試；3）靠近新橋側設置臨時防護網(wǎng)，防止試驗過程中構件）靠近新橋側設置臨時防護網(wǎng)，防止試驗過程中構件飛出危及人身和設備的安全；飛出危及人身和設備的安全；4）充分考慮現(xiàn)場試驗過程中的風險，建立了包括非預）充分考慮現(xiàn)場試驗過程中的風險，建立了包括非預想性倒塌、亂石飛濺危及另一幅通車等想性倒塌、亂石飛濺危

12、及另一幅通車等18種風險預案。種風險預案。 新興塘橋安全通道保障系統(tǒng)梁底設置土壩，土壩之間預留安全通道梁底設置土壩，土壩之間預留安全通道 錫澄運河大橋引橋安全通道保障系統(tǒng)梁底設置土壩，土壩之間預留安全通道梁底設置土壩，土壩之間預留安全通道 1.51.5研究內容及方法研究內容及方法1.5.6 1.5.6 新型檢測技術和方法新型檢測技術和方法u混雜碳纖維傳感器監(jiān)測技術混雜碳纖維傳感器監(jiān)測技術u基于基于BOTDRBOTDR的混凝土橋梁裂縫檢測技術的混凝土橋梁裂縫檢測技術uX X射線無損檢測預應力混凝土密實度技術射線無損檢測預應力混凝土密實度技術本試驗對上述三項先進的檢測技術在實橋中進行本試驗對上述三

13、項先進的檢測技術在實橋中進行了探索性應用，為這些技術逐步走向實用化提供了探索性應用，為這些技術逐步走向實用化提供了寶貴數(shù)據(jù)和經(jīng)驗了寶貴數(shù)據(jù)和經(jīng)驗 混雜碳纖維傳感技術混雜碳纖維傳感技術 基于基于BOTDRBOTDR的混凝土橋梁裂縫檢測技術的混凝土橋梁裂縫檢測技術 基于基于X X射線探傷的預應力孔道灌漿密實度檢測技術射線探傷的預應力孔道灌漿密實度檢測技術 新興塘大橋主橋結構有限元網(wǎng)格頂視圖 新興塘大橋主橋結構有限元網(wǎng)格底視圖 1.51.5研究內容及方法研究內容及方法1.5.7 1.5.7 分析方法分析方法 錫澄大橋引橋結構有限元網(wǎng)格圖 u驗證了一系列傳統(tǒng)結論，完善了現(xiàn)有證明體系，也得驗證了一系列傳

14、統(tǒng)結論，完善了現(xiàn)有證明體系，也得到了一些與傳統(tǒng)認識不同之處。到了一些與傳統(tǒng)認識不同之處。 首先開裂位置、裂縫寬度、頻率隨損傷的變化首先開裂位置、裂縫寬度、頻率隨損傷的變化u影響系數(shù)影響系數(shù) 、 動態(tài)可靠度分析方動態(tài)可靠度分析方法法u對我國公路舊橋檢算評定公式的改進建議對我國公路舊橋檢算評定公式的改進建議u試驗指南（加載方式、控制方式、終止條件）試驗指南（加載方式、控制方式、終止條件）u新型檢測技術的實橋應用新型檢測技術的實橋應用混雜碳纖維傳感器監(jiān)測技術混雜碳纖維傳感器監(jiān)測技術基于基于BOTDR的混凝土橋梁裂縫檢測技術的混凝土橋梁裂縫檢測技術X射線無損檢測預應力混凝土密實度技術射線無損檢測預應力

15、混凝土密實度技術191919, 1.61.6主要研究成果主要研究成果 二、二、橋梁結構物狀況評價橋梁結構物狀況評價2.12.1目的及意義目的及意義2.22.2研究方法研究方法2.32.3主要研究成果主要研究成果 2.12.1目的及意義目的及意義滬寧高速公路（江蘇段）擴建工程滬寧高速公路（江蘇段）擴建工程全線全線既有橋梁共有主既有橋梁共有主線橋線橋348348座，匝道橋座，匝道橋8181座，跨線橋座，跨線橋4949座，總共座，總共478478座。橋座。橋梁上部結構類型有：先張法預應力混凝土空心板梁，鋼梁上部結構類型有：先張法預應力混凝土空心板梁，鋼筋混凝土實心板梁，預應力混凝土組合筋混凝土實心板

16、梁，預應力混凝土組合T T梁，預應力混梁，預應力混凝土凝土T T梁，預應力混凝土箱梁及鋼筋混凝土箱梁等；結梁，預應力混凝土箱梁及鋼筋混凝土箱梁等；結構體系分為簡支橋面連續(xù)和結構連續(xù)兩種?，F(xiàn)有橋梁結構體系分為簡支橋面連續(xù)和結構連續(xù)兩種?，F(xiàn)有橋梁結構物經(jīng)過多年的使用構物經(jīng)過多年的使用 ，存在很多病害，因此非常有必，存在很多病害，因此非常有必要對現(xiàn)有橋梁進行合理、客觀的評價，并對舊橋提出相要對現(xiàn)有橋梁進行合理、客觀的評價，并對舊橋提出相應的技術建議。應的技術建議。 既有橋梁橋面系、上部結構以及下部結構存在病害既有橋梁橋面系、上部結構以及下部結構存在病害伸縮縫損壞伸縮縫損壞上部結構主梁鋼筋外漏上部結構

17、主梁鋼筋外漏2.12.1目的及意義目的及意義 2.12.1目的及意義目的及意義支座變形支座變形 露筋及銹蝕露筋及銹蝕 2.12.1目的及意義目的及意義正截面開裂正截面開裂 板底縱向裂縫板底縱向裂縫 2.12.1目的及意義目的及意義 腹板腹板4545斜裂縫斜裂縫 橋臺臺背斜向裂縫橋臺臺背斜向裂縫 2.22.2研究方法研究方法1 1、通過歷年養(yǎng)護資料、現(xiàn)場調查對全線橋況作、通過歷年養(yǎng)護資料、現(xiàn)場調查對全線橋況作出初步評價為后續(xù)工作打下基礎；出初步評價為后續(xù)工作打下基礎；2 2、對既有橋梁進行現(xiàn)場檢測查明擴建前橋梁結、對既有橋梁進行現(xiàn)場檢測查明擴建前橋梁結構物的各類病害分布情況；構物的各類病害分布情

18、況；3 3、提出簡單、適用、可靠的既有橋梁狀況評價、提出簡單、適用、可靠的既有橋梁狀況評價方法，并提出滬寧高速公路既有橋梁狀況評價結方法，并提出滬寧高速公路既有橋梁狀況評價結果，供設計參考；果，供設計參考；4 4、基于評價結果及病害調查分析，提出擴建工、基于評價結果及病害調查分析，提出擴建工程中既有橋梁結構的合理利用與處置對策。程中既有橋梁結構的合理利用與處置對策。 現(xiàn)場橋梁檢查2.22.2研究方法研究方法試驗室混凝土抗壓強度試驗 2.32.3主要成果主要成果通過研究提出三類處治建議：通過研究提出三類處治建議：（1 1）第一類病害屬于輕微的病害）第一類病害屬于輕微的病害表現(xiàn)：表現(xiàn)：（a a）橋

19、面系損害（如路面坑塘、擁包、車轍等）橋面系損害（如路面坑塘、擁包、車轍等）（b b）附屬設施損壞（如護欄損壞、伸縮縫損壞等）附屬設施損壞（如護欄損壞、伸縮縫損壞等）（c c）支座輕微損壞（不對結構受力造成大的影響）支座輕微損壞（不對結構受力造成大的影響）（d d）非受力裂縫（如溫度裂縫、收縮裂縫等）非受力裂縫（如溫度裂縫、收縮裂縫等）（e e）非局部壓碎型混凝土破損）非局部壓碎型混凝土破損（f f）規(guī)范限值范圍內的混凝土裂縫）規(guī)范限值范圍內的混凝土裂縫影響：影響：對行車舒適性、橋梁外觀及長期耐久性有不利影響，對行車舒適性、橋梁外觀及長期耐久性有不利影響，但承重結構完好，不影響結構安全，對橋梁的

20、設計使用年限基但承重結構完好，不影響結構安全，對橋梁的設計使用年限基本不造成影響。本不造成影響。處理方式：處理方式：可以直接拼接，但橋梁的輕微病害需要維修，維可以直接拼接，但橋梁的輕微病害需要維修，維修工作宜在拼接施工之前進行，計劃安排有困難時也可在拼接修工作宜在拼接施工之前進行，計劃安排有困難時也可在拼接后組織維修。后組織維修。 2.32.3主要成果主要成果通過研究提出三類處治建議：通過研究提出三類處治建議：（2 2）第二類病害屬于較嚴重的病害）第二類病害屬于較嚴重的病害表現(xiàn)：表現(xiàn)：（a)a)重要部件材料有較多（重要部件材料有較多（1010以內）嚴重缺損；以內）嚴重缺損；（b)b)次要部件材

21、料有大量（次要部件材料有大量（10102020）嚴重缺損，功）嚴重缺損，功能降低，進一步惡化恐將不利于重要部件；能降低，進一步惡化恐將不利于重要部件；（c)c)出現(xiàn)超過規(guī)范限值的結構性裂縫；出現(xiàn)超過規(guī)范限值的結構性裂縫；（d)d)支座嚴重損壞，已影響結構受力；支座嚴重損壞，已影響結構受力；（e)e)經(jīng)檢算承載能力較設計值降低經(jīng)檢算承載能力較設計值降低1010以內；以內；影響：影響：其結構安全雖基本能夠保證，但影響其設計使用其結構安全雖基本能夠保證，但影響其設計使用壽命；壽命；處理方式：處理方式：需要補強加固或更換構件才能達到設計使用需要補強加固或更換構件才能達到設計使用年限的要求，補強加固工作必須在新舊橋拼接前完成。年限的要求，補強加固工作必須在新舊橋拼接前完成。 2.32.3主要成果主要成果通過研究提出三類處治建議：通過研究提出三類處治建議：（3 3）第三類病害屬于危橋的嚴重病害，）第三類病害屬于危橋的嚴重病害，表現(xiàn)：表現(xiàn)： （a)a)重要部件材料有大量（重要部件材料有大量（ 1020）嚴重缺損；嚴重缺損； （b)b)次要部件材料有次要部件材料有2020以上嚴重缺損，失去應有功能以上嚴重缺損