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1、南盘江大桥结构检测和承载能力评估,上海同济建设工程质量检测站2008年7月,大桥概况,悬索桥结构，主缆平行高强镀锌钢丝束（1997根5钢丝，直径240mm），岩锚；主跨240m，钢桁架加劲梁（234122.7m）全桥共39对吊杆（61根7钢丝）。钢筋混凝土桥面板和现浇层桥面混凝土。钢筋混凝土桥塔。设计荷载为汽车超20，挂120，人群荷载为3kN/m2。1998年11月建成 2003年被判为危桥 并大修、加固 现单向通行开放交通 车辆过桥桥梁明显振动,项目综述,南盘江大桥,1 南盘江大桥竣工图1998.112 公路桥涵设计通用规范JTG D60-2004，1989版（合订本）3 公路钢筋混凝土及
2、预应力混凝土桥涵设计规范JTG D62-20044 公路养护技术规范JTJ073-965 公路桥涵养护规范JTG H11-20046 公路旧桥承载能力鉴定方法(试行)1988 北京7 钢结构设计规范GB50017-2003 8 参考文献：交通部公路桥梁承载能力检测评定规程（送审稿）2004,检测、评估标准和依据,桥梁线型测量主缆索力和吊杆力测定外观检查和无损检测桥梁技术状态评估,桥梁技术状态检测和评估,桥梁线型测量 主缆（L/8断面）加劲梁（单侧392）索塔（22塔）吊杆倾斜（4组）,桥梁技术状态检测和评估,桥梁线型测量 加劲梁高程数据结果,桥梁技术状态检测和评估,桥梁线型测量 主缆高程数据结
3、果,桥梁技术状态检测和评估,桥梁线型测量 索塔数据结果,桥梁技术状态检测和评估,桥塔塔顶坐标测量结果（单位：m）,吊杆倾斜度测量结果（）,桥梁线型测量 吊杆倾斜数据结果,桥梁技术状态检测和评估,2.主缆索力和吊杆力测定 主缆（22背索）长吊杆（104）,桥梁技术状态检测和评估,桥梁技术状态检测和评估,2.主缆索力和吊杆力测定 主缆（22背索）,南盘江大桥悬索桥主缆直背索恒载索力（单位：kN）,桥梁技术状态检测和评估,2.主缆索力和吊杆力测定 长吊杆（104）,南盘江大桥悬索桥吊杆恒载索力（单位：kN）,桥梁技术状态检测和评估,3.外观检查和无损检测（1）主缆、吊杆和索鞍（2）钢桁架加劲梁（3）
4、主塔（4）桥面系 检查方法和设备 以目测为主 测裂缝用显微镜、裂缝尺,桥梁技术状态检测和评估,3.外观检查和无损检测（1）主缆、吊杆和索鞍 主缆涂料剥落,锚固区基本完好,个别吊杆损坏,个别吊杆损坏,锚固位置锈蚀,主索鞍锈蚀、螺栓缺失,桥梁技术状态检测和评估,3.外观检查和无损检测（2）钢加劲梁（主桁）,钢纵梁上、下桁架工字钢局部油漆开裂、锈蚀,纵梁上桁架大块油漆剥落、锈蚀 纵梁钢板拼接处垫板边缘锈蚀,横梁与纵梁连接处锈蚀明显,横梁钢板翘曲、脱空严重,横梁上桁架中间位置钢板焊接处锈蚀严重、钢板断裂,横梁上桁架钢板锈蚀严重,桥梁技术状态检测和评估,3.外观检查和无损检测（2）钢加劲梁（横梁）,桥梁
5、技术状态检测和评估,3.外观检查和无损检测（2）钢加劲梁（节点螺母缺失）,广西侧主塔混凝土破碎、露筋,桥梁技术状态检测和评估,3.外观检查和无损检测（3）主塔,贵州侧主塔表面网状裂缝,贵州侧主塔底部竖向裂缝,桥梁技术状态检测和评估,3.外观检查和无损检测（4）桥面系（桥面板）,横梁间桥面板底面破碎 横梁间桥面板底面破碎,桥梁技术状态检测和评估,3.外观检查和无损检测（4）桥面系（桥面板）,桥面破碎、坑槽、露筋、坑槽,铺装层横向裂缝,桥梁技术状态检测和评估,4.南盘江大桥主桥技术状态评估,静载试验,目的要求：通过测量桥梁在静力试验荷载作用下的变形和内力，了解实际结构的工作行为和能力，从而对结构的
6、刚度、强度和整体性能进行评价。针对本桥不同控制断面布置加载车辆（试验荷载）然后测量试验荷载作用下加劲梁的变形及加劲梁若干控制断面桁架的应力等。采用原设计荷载控制试验加载，静力试验荷载效率系数0.9。根据静力试验荷载效率要求及主要控制断面的设计内力计算结果，选用4辆 单车满载重300kN左右的载重车作加载车辆。,静载试验,试验荷载布置,静载试验测试内容,应力：跨中和四分点 两个控制断面,挠度：全垮八分点断面,静载试验测试内容,北侧加劲梁纵梁八分点截面变形，南侧加劲梁纵梁四分点截面变形,静载试验测试内容,跨中、四分点截面附近南、北纵梁桁架和横梁应力,广西端,贵州端,四分点截面横桁,静载试验挠度结果
7、,跨中加载全桥挠曲线,静载试验挠度结果,四分点对称加载全桥挠曲线,跨中偏心加载全桥挠曲线,静载试验应力结果,加劲梁钢桁架跨中截面应力（单位：MPa）,0.99,3.07,静载试验应力结果,加劲梁钢桁架四分点截面应力（单位：MPa）,2.79,2.46,静载试验小结,静载试验结果与理论值比较：（1）挠度：校验系数0.760.89，整体挠曲线与计算一致。（2）跨中截面应力：对称加载和偏心加载下，主要杆件（下弦杆）校验系 数大于1（1.08）。（2）四分点截面应力：对称加载和偏心加载下，主要杆件（下弦杆）校验 系数大于1（1.05）。以上情况说明桥梁结构目前状态下整体刚度基本能够满足规程要求，但加
8、劲梁主要杆件的强度低于设计要求。,结构动力特性测定,（1）对理论计算得到的固有频率和振型进行校核，从而完善计算 有限元模型（2）获得大桥各阶振型阻尼比（理论计算无法得到）（3）桥梁在车辆荷载作用下的振动与 其结构本身自振特性有关，分析“动载试验”中桥梁振动情况，研 究桥梁车致振动等都必须先了解 大桥结构的自振特性,目的意义：,结构动力特性测定,采用环境随机振动法测定桥梁结构的竖向、侧向弯曲和扭转振动频率、振型和阻尼比。（在17各断面上布测点）,结构动力特性测定,实测功率谱例,结构动力特性测定数据结果,结构动力特性测定小结,实测结构自振特性及与理论值比较，竖桥向各阶固有频率及振型吻 合得较好；其
9、中大部分实测竖向振动频率小于理论计算值，说明实 际结构动力刚度略偏小。大桥侧向弯曲 和扭转振动频率与计算值基本一致。环 境振动下，大桥桥面各振型的阻尼比大 致介于0.545.68%之间。桥面系人行道板对结构自振特性的影 响不大。,动载试验,桥梁在移动车辆荷载作用下产生的振动等动力反应：与桥梁及车辆的结构特性（质量、刚度、阻尼）有关。与桥梁和车辆两个振动系统相互作用、车行速度和桥面平整度有关。移动车辆荷载作用下桥梁整体结构会随车辆一起产生某种程度的受迫 振动，一般大型悬索桥这种振动表现不会很明显，但南盘江大桥因为 结构体系相对较弱，车致振动问题就比较突出，具体表现为加劲梁随 车行进过程不时产生的
10、较大动态反应。反映在结构抗力上，桥梁各构 件除承受静应力外，还将承受动应力，其中最不利的状态是最大静态 应力出现的同时发生较大的动态应力增量。,动载试验主要内容,（1）实测、计算特定移动车辆荷载作用下主桥加劲梁控制断面、杆件 的应力动态响应，即最大静、动应力、应力时程曲线和应力动态 增量（放大系数）。（2）开放交通情况下，长时间（一昼夜）实测主桥加劲梁控制断面、杆件的应力动态响应（主要是动应力时程曲线），为构件疲劳计 算和分析收集基本数据。（3）实测上述两种荷载作用下主跨的加速度（位移）响应。,动载试验具体内容,1）一辆重车分别以不同车速（10km/h30km/h）驶过桥面，记录 所有动应变和
11、振动加速度响应时程信号。2）三辆重车（相互保持一定间距）依次 以10km/h驶过桥面，记录所有动应变 和振动加速度响应时程信号。3）桥梁开放交通情况下，长时间记录所 有动应变和振动加速度响应时程信号。,动载试验跨中断面,动载试验跨中断面,上弦,斜杆,下弦,动载试验四分点断面,动载试验四分点断面,上弦,斜杆,下弦,动载试验四分点断面加速度和位移响应,f=2.713Hz,动载试验开放交通情况,加速度响应谱阵,加速度时域信号,动载试验车桥耦合振动,对南盘江大桥进行车桥耦合振动模拟计算的目的主要是考核结构计 算数值模型，并与动载试验的实测数据进行比较分析。,单辆车加载情况下，理论分析结果和实测结果符合
12、得很好，说明理论模型与实桥基本一致。三辆车加载时，实测值偏小于计算值，其中实测值在每辆车通过截面位置时一般都有明显的峰值，而计算值没有如此明显的峰值。估计与实际行车距离、位置存在误差，与桥面板的破损（造成的冲击）也不无关系。,动载试验车桥耦合振动,下弦杆动应力响应（一辆试验车辆以10km/h车速行驶过桥）,动载试验车桥耦合振动,斜杆动应力响应（一辆试验车辆以10km/h车速行驶过桥）,动载试验车桥耦合振动,下弦杆动应力响应（三辆试验车辆以10km/h车速行驶过桥）,动载试验车桥耦合振动,斜杆动应力响应（三辆试验车辆以10km/h车速行驶过桥）,动载试验小结,（1）一辆重车以不等车速匀速行驶过桥
13、时，加劲梁跨中和四分点主桁和横梁 被测杆件的动态应力放大系数分别小于等于1.15和1.20，且应力动态放 大系数与行车速度无明显关系；桥面加速度和动位移绝对值比较小，桥 面加速度和动位移绝对值基本随车速增大而增大。车行过桥时桥面振动 频率基本集中在2.73.4Hz之间，基本对应结构高阶竖向振动模态。（2）开放交通情况下，桥面振动基本随车辆自振频率；频率响应范围基本集 中在2.04.0Hz之间。桥面振动的加速度比单车试验荷载作用下大56 倍，绝对值接近0.1g。（3）一辆重车匀速驶过桥试验的荷载作用模式比较清楚，对应的实测和计算 结果均能一一对应和比较。（4）本桥振动问题和动态响应与动荷载作用（
14、形式和大小）关系非常密切，中型载重汽车的弹簧频率一般在2.7左右，从试验结果看出，本桥有车 辆激发桥梁产生较大振动的可能。,加劲梁疲劳分析,针对南盘江大桥目前存在的车致振动问题，有理由关注大桥加劲梁钢桁架梁的构件及其连接的疲劳问题。,加劲梁疲劳分析交通量统计,据此推算出大桥运营至今的车流量,加劲梁疲劳分析动应力时程曲线,加劲梁疲劳分析雨流法统计,由实测（24h）样本推算出大桥运营至今的应力幅频次,按规范，当应力循环次数取 5106 时，杆件和连接的疲劳极限值计算如下：桁架杆件 连接节点,加劲梁疲劳分析,按实测统计，杆件和节点的疲劳极限值分别超过 的如下：单车道 双车道 桁架杆件 15杆，均无
15、5杆，8次 连接节点 3 5 1 2 3 4 5 次数 27 121 1 185 790 259 904,着重对3和5节点进行验算,工程应用角度可以认为，当 时产生疲劳破坏。运用式：可以求使用年限Y。具体考虑两种情况：（1）（保守）3#和5#杆件对应节点在疲劳损伤作用下的使用 年限。（2）（最不利）5#杆件和5根杆件对应节点在疲劳损伤作用下 的使用年限。,加劲梁疲劳分析疲劳累积损伤评估,疲劳累积损伤度：,加劲梁疲劳分析疲劳累积损伤评估,第一种情况下不同节点的使用年限,第二种情况下不同构件或节点的使用年限,结论和建议,1）大桥结构总体技术状态评定 南盘江大桥加劲梁空间位置已发生较大变异，主桁高程
16、纵桥向呈S 形，纵向最大高差达27cm；横向也有25cm不等高差。实测主缆恒载拉力不对称，吊杆力实测结果与理论计算值比较离散。悬索结构的恒载受力状态已偏离设计值。结构在车辆荷载下振动明显、摇晃，人感不适。重要部件有较多中等缺损，次要部件20%有严重缺损，功能降低，进一步恶化将有损重要构件使用安全或影响正常交通。大桥结构总体技术状态评定为4类（差）。,结论和建议,2）静载试验 大桥主跨控制断面变形校验系数为0.760.89，说明（主要由主缆提 供的）结构整体静力刚度能满足规程要求；跨中和四分点两控制断面加劲梁主要受力构件的应力校验系数均已超 过1（分别为1.08和1.05），说明加劲梁截面强度存
17、在问题。由于静力试验荷载是按照检测标准和规程要求（加载效率大于0.90）施加的，根据实测应力数据结果，可以确定大桥目前的承载能力已 不能满足原设计荷载的要求,结论和建议,3）自振特性测定 大桥实测自振特性及与理论值比较，竖桥向各阶实测固有振动频率及 振型阶次与理论计算值吻合较好。大桥侧向弯曲和扭转振动频率与计算值基本一致。环境振动下，大桥桥面各振型的阻尼比介于0.545.68%之间。,结论和建议,4）动载试验 一辆重车匀速行驶过桥情况下，加劲梁跨中和四分点主桁和横梁被测 杆件的动态应力放大系数分别小于等于1.15和1.20；桥面加速度和动 位移绝对值也比较小。开放交通情况下，主桥基本随车辆自振
18、频率振动，频响范围基本集中 在2.04.0Hz之间，对应的基本都是结构竖向振动模态；桥面振动加 速度接近0.1g。从试验结果看出，本桥有车辆激发桥梁产生较大振动的可能。,结论和建议,5）疲劳问题 大桥加劲梁跨中截面下弦杆及其对应连接节点为本桥疲劳分析控制；按照目前大桥一直采用单车道且沿中间通行条件，主桁下弦杆对应的 连接节点可使用约70年；按照大桥一直采用双车道通行，对应下弦杆连接节点只可使用4年；大桥使用年限在471年之间，实际情况偏向第二种情况；大桥主桁部分杆件存在疲劳问题。,结论和建议,6）建议（1）南盘江大桥目前的工作状态已不能满足原设计要求，需对大桥进行结构性改造。建议拆除现有加劲梁
19、和桥面系，重新设计、建造一个刚度较大的加劲梁;再考虑新桥面板形式。维护破损的主缆、吊杆和桥塔。重建方案总的原则是桥面系总重不能增加，否则悬吊系统需要加强。（2）继续维持目前交通管制状态（只允许单行交通），但需要对大桥已破 损、锈蚀的钢构件进行适当养护，修缮桥面行车道板。原已拆除的人 行道板可放回。,MajpjMVcyzj21HLfrvy96dv02lPPfYgxUS7IYmZkyEmZ0kGeYZS3bpLCkYH1lt4EK7CxmUX3ijoYSOer7ZuaVWYgz4EpZrUirVpMzzvNtf1XZw5oswSXOtFaejnOcmfE1lZgnN1RSXg8wLCG8CVQ3X
20、PJMvodPFWcpiYJgZazNSEPNIaklYSu7qSd1UpaxmZDlpN9zW7kljfsLCLi26Yv109ffbnDH8LbUN1G6ACURQ39eG12KHL9tXsZ1jzgoCK8g1kuNOh5eFvcmVT5ZYVQt9zk3rp3qLnf02FovEXxVRxjCcFRNppiJljNiOuk6fONnyX7fyGg7sXZ49BmCN5oy9VesHpKzdjTKwjrkCEQCFDehVmGax3lrOEbw63VscA3YSijtUKoCyiLzAlVRp7l4QgPNHxvJFFDyjUVN3oHlMah0XBd4uTbkfPIhHtw0evPmY
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