石拱桥_双曲拱桥检测与评估

试 验 与 检 测 S HI Y A NY UJ I A NC HE 郝加和 ,等 :石拱桥、双曲拱桥 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 与评估 50　　　 《工程与建设》　2009 年第 23 卷第 1 期 收稿日期 :2008208218 作者简介 :郝加和 (1963 - ) ,男 ,安徽安庆人 ,安庆市公路管理局工程师 ; 奚　勇 (1968 - ) ,男 ,安徽合肥人 ,安徽省公路工程检测中心教授级高工. 石拱桥、双曲拱桥检测与评估 郝加和1 , 　奚　勇2 (1. 安庆市公路管理局 ,安徽 安庆 　246003 ;2.安徽省公路工程检测中心 ,安徽 合肥 　230022) 摘　要 :我国在 20 世纪 50～80 年代修建的大量石拱桥、双曲拱桥仍在服役 ,此类旧桥的技术状况评定是目前亟待研究的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。 该文针对石拱桥、双曲拱桥结构的特点 ,结合工程实例 ,介绍了在役石拱桥、双曲拱桥承载能力检测与评估的方法 ,其方法和思路 为公路桥梁养护管理中类似桥梁的检测和 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 提供借鉴和参考。 关键词 :石拱桥 ;双曲拱桥 ;检测 ;评估 中图分类号 :U448. 22 　　　文献标识码 :A 　　　文章编号 :167325781 (2009) 0120050204 　　20 世纪 50～80 年代 ,我国修建了大量石拱桥、 双曲拱桥。目前在役的公路、铁路及城市桥梁中 , 石拱桥和双曲拱桥仍然占有很大比例。随着社会 经济的发展 ,交通量的不断增长 ,重型车增多 ,导致 该类桥梁中出现了不同程度的病害 ,对此类桥梁如 何进行科学的检测和评定是公路桥梁养护管理面 对的现实问题。本文通过大量类似桥梁养护检测 评定经验 ,结合工程实例 ,介绍了石拱桥、双曲拱桥 检测评定方法。 工程实例 :某大桥位于城市出入口干线公路 ,建 于 80 年代 ,该桥由 5 ×20 m 孔空腹式圬工拱桥和 30 + 3 ×45 + 30 m 双曲拱桥组成 ,孔空腹式圬工拱桥 与双曲拱桥间设置过渡墩。该桥在养护中发现的主 要病害是 :桥台混凝土台身前墙出现横向贯通开裂 , 并有轻度外鼓现象 ;石拱桥主拱圈存在纵向裂缝 ,部 分桥墩存在少量裂缝 ;侧墙局部开裂、渗水。双曲拱 腹拱排架盖梁普遍存在露筋、锈蚀 ,表面混凝土剥落 ; 桥面铺装存在纵横向裂缝、网裂及破损等 ;全桥局部 渗水、漏水严重 ;双曲拱桥拱波渗水等。该桥发现病 害后进行检测评估 ,以确定是否满足目前交通荷载要 求 ,是否需加固提载。该桥设计图纸缺失 ,设计荷载 未知 ,桥梁结构如图 1 所示。 图 1 　桥梁结构示意图 1 　检测主要内容、方法 文献[1 ,2 ]中对桥梁技术状况的检测评估进行了 规定 ,而对于石拱桥、双曲拱桥等类型桥梁 ,这种评定 方法难以反映桥梁具体特点 ,评定结果偏差较大 ,有 局限性 ,难以全面、科学对桥梁作出评价。为此 ,应该 在文献[1 ,2 ]的基础上 ,针对石拱桥和双曲拱桥具体 特点 ,对检测方法、技术状况评估模型进行必要的 试 验 与 检 测 S HI Y A NY UJ I A NC HE郝加和 ,等 :石拱桥、双曲拱桥检测与评估 《工程与建设》　2009 年第 23 卷第 1 期 51　　　 修正。 (1) 拱轴线形的测量。对于石拱桥或双曲拱桥 , 拱轴线形、拱圈或拱肋等部件尺寸的测量尤为重要 , 一方面反映了拱桥实际受力或缺陷状况 ;另一方面 , 这些数据也是实际结构验算的重要依据。传统的测 量方法是 :全站仪法、水准法及钢尺丈量等 ,这些方法 操作繁杂、速度慢、精度低 ,有时甚至受现场条件影响 而无法实施。该桥检测中采用了激光断面仪测量拱 轴线形和横断面构成 ,速度快、精度高及操作简单 ,对 于多肋或多线测量更为有利。在测得拱轴线各点坐 标后 ,拟合出各跨悬链线方程 ,作为结构分析依据。 (2) 材质的检测。一般石拱桥使用年限较长 ,而 且当初建造时对材料质量要求不一。从大量石拱桥 检测来看 ,石料材质明显衰退情况较普遍 ,如石料严 重风化、砌缝脱落等 ,导致截面削弱 ,联结性能衰减 , 影响整体承载能力。该桥采用现场目测、敲击查看 , 个别材料风化较严重处采用小孔径取芯机取芯试验。 (3) 拱上建筑的检测。拱桥受力较复杂 ,拱上建 筑联合作用在整体承载能力中发挥了较大作用 ,这也 是拱桥承载能力潜力较大的原因之一。该桥在检测 时 ,着重检测了侧墙、桥面系状况、填料种类及质量状 况等 ,作为结构分析和承载能力综合评定的依据。 2 　桥梁技术状况评估模型修正 桥梁技术状况综合评定常用 3 种方法 : ①采用 考虑各部件缺损程度、缺损对结构的影响及缺损发展 变化的量化评定方法。②以重要部件最差的缺损状 况评定。③按技术状况 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的描述凭经验判断。 比较而言 ,推荐的考虑部件缺损程度、影响及缺 损发展变化的标度法 ,对各部件均进行了权重考虑及 量化评分 ,比另外两种方法全面、细致。对于拱桥而 言 ,由于构件组成较多 ,有些非主要承重构件往往在 整体承载能力中发挥重要作用 ,所以评定时 ,要考虑 各部件在桥梁结构整体受力中的联合作用 ,进行“串 联”分析。因此 ,桥梁技术状况评估模型也应根据具 体情况作必要的修正 ,修正后权值分配见表 1 所列。 由此看出 ,对于石拱桥或双曲拱桥 ,影响评定的部件 多 ,权值较均匀分散。 表 1 　权值分配表 上部构造 42 主拱圈 28 腹拱 14 下部构造 42 桥台及基础 18 桥墩及基础 24 其他构件 16 防、排水设施 4 纵向裂缝 6 拱圈开裂 3 裂缝 4 裂缝 5 桥头及路堤 2 横向裂缝 6 腹拱墩 4 耳墙开裂 2 材料劣化 3 锥坡、护坡 2 其他裂缝 4 侧墙 3 材料劣化 2 不均匀沉降 4 桥面铺装 3 线形 5 铰接缝 2 桥台沉降、变形 4 倾斜 4 灯具、标志 1 材料劣化 3 材料劣化 2 基础侵蚀 3 基础侵蚀 4 伸缩缝 2 拱波、拱上填料等 4 地基冲刷 3 地基冲刷 4 人行道 1 栏杆、护栏 1 3 　承载能力验算 承载能力检算系数是根据结构或构件的实际技 术状况 ,对结构或构件的抗力进行折减或提高。砖、 石及混凝土结构与配筋混凝土结构的承载能力检算 系数 ,应综合考虑桥梁结构或构件表观缺损状况、材 质强度和桥梁结构固有模态等的检测结果加以确定。 根据相关规定 ,在结构表观质量检查、材质状况检测 试验和活载调查结果等基础上 ,引入承载能力恶化系 数、截面折减系数和活载影响修正系数等 ,进行结构 承载能力检算分析 ,其公式为 Sd γS0Ψ∑γS1 Q ≤Rd R j γm ,αk Z1ξC (1) 其中 , Z1 是拱桥折减系数 ;ζC 是截面折减系数 ,在现有 旧桥承载能力评定的基础上 ,通过表观缺损检查结果、 混凝土强度检测和结构模态测试等结果综合确定。 如果检测结果表明 ,结构工作状况、裂缝及其扩 展情况等满足有关规定时 ,可采用荷载试验实测的主 要挠度测点和主要应力测点的校验系数 (两者中取较 大者)作为桥梁承载能力检算系数 ,进行承载能力极 限状态、正常使用极限状态鉴定计算 ,以此评定桥梁 承载能力是否满足荷载要求。对某些高速公路集散 道路、城市出入口干线公路 ,由于大吨位车辆较多 ,结 构分析中应考虑实际运营荷载状况对结构承载能力 所造成的不利影响 ,在进行荷载效应组合时可引入活 载影响修正系数 Ψ ,适当提高汽车检算荷载效应的 分项系数 ,以反映桥梁实际承受载情况。 截面折减系数ζC 主要是考虑砖、石及混凝土结 构与配筋混凝土结构由于材料风化、碳化、物理与化 学损伤 ,以及由于钢筋腐蚀剥落造成的钢筋有效面积 试 验 与 检 测 S HI Y A NY UJ I A NC HE 郝加和 ,等 :石拱桥、双曲拱桥检测与评估 52　　　 《工程与建设》　2009 年第 23 卷第 1 期 损失对结构构件截面抗力效应的影响。承载能力恶 化系数γm 是考虑鉴定期内桥梁结构质量状况进一步 衰退恶化产生的不利影响 ,通过承载能力恶化系数反 映不利影响可能造成的结构抗力效应的降低。 4 　结构分析 结构分析是桥梁荷载试验的基础和评价标准 ,结 构分析的合理性直接影响了荷载试验的方法和结论 , 有限元结构分析软件的使用 ,使桥梁荷载试验结构分 析更为精确和方便。但是 ,在建立有限元模型时 ,往 往对结构边界条件、材料特性、构件联结状况及结构 几何构造等进行了简化 ,使得有限元模型与实际桥梁 结构状况之间存在误差 ,影响计算结果的精度 ,对在 役桥梁 (老桥)由此引起的误差可能很大 ,这一点不容 忽视 ,所以有限元模型修正显得尤为重要。 (1) 计算荷载标准的确定。该桥服役已超过 20 年 ,且设计荷载不详 ,存在病害较多 ,为了使结构分析 与实际桥梁状况相符 ,根据该桥梁所处位置和将来可 能承担的交通特性 ,分别在汽车220 和城市 B 级两种 荷载标准要求下进行结构分析和荷载试验加载 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的确定 ,并按两种计算结果分别进行了荷载试验。 (2) 连拱效应。该桥无详细设计资料 ,在进行结 构分析和荷载试验时首先要考虑其连拱作用。因此 , 根据外观和尺寸检测结果计算墩台和拱圈刚度 ,结果 表明 ,在不计拱上建筑联合作用前提下 ,即按裸拱计 算 ,双曲拱桥段主跨桥墩抗推刚度近似为主拱圈刚度 的 8 倍 ,石拱桥段桥墩抗推刚度近似为主拱圈刚度的 12 倍 ,因此必须考虑连拱效应 ,不宜按照固定拱计 算[3 ] 。荷载试验按照连拱作用加载和布设测点。有 限元分析和实际测试结果表明 ,该桥连拱效应明显 , 在考虑了拱上建筑联合作用的影响下 ,理论计算与实 际情况基本相符。石拱桥段和双曲拱桥段 MIDAS/ Civi1 计算模型 ,如图 2 和图 3 所示。 (3) 主拱圈抗弯刚度。石拱桥由于没有配置钢 筋 ,一般计算时在拱脚按铰处理 ,即拱脚处弯矩为零。 但该桥在荷载试验时 ,在拱脚布设了应变计 ,各跨测 试结果均表明拱脚有明显弯拉应变。在拱脚外观检 测中发现 ,拱脚处未见严重开裂等现象。因此 ,在实 际计算时按照无铰拱计算 ,但予以一定的刚度释放 , 计算值与实际检测结果较吻合。 (4) 拱上建筑对分析模型的影响。由于侧墙和 填料的作用 ,加强了拱圈 ,提高了整体刚度。如果边 腹拱破坏非常严重 ,刚度很小 ,那么结构分析时可以 将边腹拱视为三铰拱 ,其抗推刚度为零。但该桥边腹 拱状况基本较好 ,所以验算时将边腹拱近似简化为具 有一定抗推刚度的两铰拱 ,仍能传递弯矩 ,这样既能 保证其抗推刚度对主拱的有利作用 ,又能避免或减轻 在降温和墩台位移时对主拱产生的不利影响 ,与桥梁 实际状态较为符合。 (5) 开裂的影响。拱上建筑开裂后 ,对主拱圈的 加强作用下降 ,但是仍然可以承担部分荷载 ,不宜在 开裂处设置为理想铰 ,应该根据开裂、填料整体性等 缺损程度采用适当降低局部构件的刚度等方法来处 理。该桥虽然有侧墙开裂、桥面开裂、渗水等病害 ,但 侧墙基本上仍可视为完整结构。因此 ,计算时仅考虑 侧墙的刚度加强作用 ,但计入了一定的刚度损失。 (6) 严重破损影响。该桥桥面铺装出现局部开 裂 ,个别桥面裂缝横向贯穿桥面 ,并有较长的纵向裂 缝。但取芯检测发现 ,下部填料压实度较大 ,并未松 散 ,铺装基层为水稳层 ,并未贯通开裂 ,整体刚度仍然 较大。按通常方法计算 ,将铺装和填料等作为恒载考 虑 ,忽略拱上建筑的联合作用 ,即将主拱圈按裸拱模 型计算 ,虽结果偏安全 ,但与桥梁实际状态相差较大 , 严重影响承载能力评定结果。因此 ,实际计算时仍考 虑了拱上建筑作用 ,根据破损程度予以折减。在考虑 上述因素后 ,采用 MIDAS/ Civil2006 空间结构分析 软件 ,分别计算两种荷载作用下的轴力图和弯矩包络 图 ,如图 4 和图 5 所示。根据相关规定 ,并经过精确 的结构分析计算确定该桥的内力控制断面。 该桥评定时 ,按照公路和城市道路两种要求进行 评定 ,依据文献[ 2 ]规范评定 ,得分为 73. 4 分 ,即为 C 类桥 ;依据文献 [ 1 ]评定得分为 61. 2 分 ,为二类桥。 荷载试验中荷载的效率系数值大部分在规定的 0. 80～1. 05 范围内 ,满足城市 B 级要求 ,基本达到公 路汽220 级、挂 100 要求。 (下转第 69 页) 工 程 设 计 GO N GC H E N GS H E J I徐 　华 :关于高层建筑天然气管道设计问题的探讨 《工程与建设》　2009 年第 23 卷第 1 期 69　　　 (2) 波纹管补偿器的计算公式为 n = ΔL/ L com (6) 其中 , n 为波节数 ; L com为一个波节的补偿能力 ,一般 取 20 mm。 当设计温差取 20 ℃时 ,100 m 的高层建筑需要 在 15 层处设 1 个双波节的补偿器 ,即可消除立管伸 缩的影响。若更大限度地消除热应力 ,需适当增加补 偿器的数量。 (3) 补偿措施。为使燃气立管自重得到均衡分 摊 ,通常在设计中要求每一层 (按标准层层高)设一活 动支架 ,以免立管底部压缩应力过于集中 ;在立管底 部及立管中部补偿器的上部设置固定支架 ,从而进一 步承受立管自重。另外 ,根据实际情况 ,在高层燃气 立管上设波纹管补偿器和分段阀门 ,可以克服管道因 温差而引起的应力和形变。 4 　高层建筑的燃气计量和安全措施 (1) 燃气计量。合肥市燃气计量表分普通表和 IC 卡计量表 ,设计时依据燃气居民用户要求选择不 同的燃气表。普通表采用人工逐户抄表收费的方式 , 劳动强度大、效率低、不便于管理 ,但由于质量稳定 , 价格低廉 ,深受普通居民用户欢迎。IC 卡智能型燃 气表具有能够减轻劳动强度、提高收费效率、保证住 宅的私密性以及方便管理等优点 ,但价格偏高。 (2) 安全措施。鉴于高层建筑的特殊性 ,在燃气 设计过程中需采取相应的安全措施 : ①在室外燃气 引入管上宜设紧急自动切断阀 ,紧急自动切断阀前应 设手动快速切断阀[ 3 ,4 ] 。②用气的厨房内应设置燃 气泄漏报警装置 ,其报警探头应安装在燃气管道附近 的吊顶下 20 cm 处。③燃气泄漏报警装置、送排风 系统等须与紧急自动切断阀连锁。④对于一类高层 民用建筑 ,其楼内宜设燃气泄漏集中监视装置和压力 控制装置 ,并有检修值班室 ,由值班人员 24 h 进行监 控 ,值班室须设置移动式燃气报警仪[2 ] 。 5 　结束语 高层建筑的天然气管道设计应综合考虑 ,尤其是 对于高度逐步增加的高层建筑 ,必须综合考虑消防、 建筑结构特点、安全美观、稳定供气以及远期发展等 诸多因素 ,确定切实可行的设计方案。除此之外 ,还 必须考虑管道走向的规范要求、管道的连接方式。 〔参考文献〕 [ 1 ] 　GB50028 - 2006 ,城镇燃气设计规范[ S] . [ 2 ] 　袁国汀. 建筑燃气设计手册 [ M ] . 北京 : 中国建筑工业出版 社 ,2001. [ 3 ] 　鲁德宏 ,阎海鹏. 高层建筑燃气引入管的补偿措施[J ] . 煤气与热 力 ,2001 (1) :82 - 83. [ 4 ] 　GB50045 - 95 ,高层民用建筑设计防火规范[ S] . (上接第 52 页) 5 　结束语 现有文献大多是关于钢筋混凝土梁桥检测的研 究 ,而对于石拱桥、双曲拱桥等的检测评价方法研究 较少。由于石拱桥、双曲拱桥结构特性与梁桥差异较 大 ,在结构验算和分析评价时 ,应该充分考虑拱桥实 际结构的连拱作用、铰接特性及拱上建筑联合作用等 受力特性 ,调整结构计算模型和评定方法 ,充分考虑 拱桥的承载潜力和各种因素的综合影响 ,使其与桥梁 实际结构和工作性能相符 ,科学、合理地给出评价 结论。 〔参考文献〕 [ 1 ] 　J T G H11 - 2004 ,公路桥涵养护规范[ S] . [ 2 ] 　CJJ 99 - 2003 ,城市桥梁养护技术规范[ S] . [ 3 ] 　王国鼎. 拱桥连拱计算[ M ] . 北京 :人民交通出版社 ,1998.