桥面改造

桥面改造（精选4篇）

桥面改造 篇1

摘要：桥面铺装层的质量好坏和使用耐久性直接影响到行车的安全性、舒适性、桥梁的耐久性及投资效益。所以, 桥面铺装的养护与维修至关重要。本文通过大碾桥桥面铺装改造对相关问题进行了研究。

关键词：桥面铺装,植筋,改造

近年来, 随着我国社会经济的快速发展, 公路交通量增长迅速, 超载超限车辆不断增加, 桥梁安全运营已成为公路建设和养护的首要问题。桥面铺装作为桥面行车体系的重要组成部分, 能大大缓和行车对桥面板的冲击, 达到运营中平稳、舒适的要求。铺装层的质量好坏和使用耐久性直接影响到行车的安全性、舒适性、桥梁的耐久性及投资效益。所以, 桥面铺装的养护与维修至关重要。

1. 桥面铺装层的常见缺陷及成因

桥面铺装层的常见缺陷有沉陷、纵裂、龟裂、车辙、推移、波浪、壅包、收缩裂缝、老化开裂、磨耗、松散、泛油等。

1.1 沥青铺装层常见的缺陷及成因

纵向裂缝、横向裂缝、龟裂:施工不当, 基层的裂缝反射。

老化开裂:沥青材质不良。

收缩裂缝:由材料收缩引起的温度应力超过了材料的抗拉强度, 为寒冷地区的一种常见缺陷。

车辙:为铺装层的各层在汽车荷载重复作用下进一步压实和沥青层中材料的侧向位移而形成的永久变形。热稳定性差的面层材料, 侧移下沉现象严重, 侧移下沉现象严重, 即车辙明显。

磨光、剥落、松散、坑槽:面层混合材料不良, 主要是石料抗磨性能不好, 石料与沥青的粘附力不良, 碾压不足等。光滑桥面铺装层上高速行驶的汽车在雨天时, 轮胎与地面之间易形成水膜, 造成汽车的“水漂”祸害, 因此, 必须注意提高路面的抗滑性能。

1.2 水泥混凝土铺装层常见的缺陷及成因:

常见缺陷为表面裂缝、表面磨耗、露骨、坑槽等。其中裂缝最为常见。

(1) 大面积裂缝:大面积裂缝一般呈均匀分布的龟状细裂缝, 通常是在水泥混凝土板铺装过程中, 由于表面整修收水不当、气温较高、养护不周等原因, 导致混凝土板表面因失水过快而引起的表面收缩裂缝, 这种裂缝一般只是深入混凝土表面几毫米, 不会随时间延长而发展。

另外由于混凝土材料的不稳定, 如采用的材料产生了碱集料反应等原因, 也会引起铺装层大面积的开裂, 裂缝呈不规则状况, 有些会引起翘曲等。

(2) 局部裂缝:局部裂缝一般分施工时产生的初期裂缝和使用后产生的纵横向裂缝、板角裂缝及结构附近裂缝等几种。

初期裂缝产生的原因一般是水泥混凝土硬化过程中表面砂浆开裂及早期混凝土塑性收缩而产生的开裂, 其长度一般为数厘米到数十厘米。

纵横方向和板角处的裂缝均为贯通裂缝。

2. 桥面铺装养护

2.1 桥面应经常清扫, 排除积水, 清除泥土、杂物、冰棱和积雪, 保持桥面平整、清洁。

2.2 沥青混合料桥面出现泛油、壅包、裂缝、波浪、坑槽、车辙等病害时, 应及时处治。当损坏面积较小时, 可局部修补;损坏面积较大时, 可将整跨铺装层凿除, 重铺新的铺装层。一般不应在原桥面上直接加铺, 以免增加桥梁恒载。

2.3 水泥混凝土桥面出现断缝、拱胀、错台、起皮、露骨等病害时, 应及时处理。损坏面积较大时, 应将原铺装整块或整跨凿除, 重铺新的铺装层。

2.4 桥面防水层如有损坏, 应及时修复。

3. 方案实例

3.1 桥梁概况

3.1.1省道S222大海线大碾桥位于河南省鹤壁市浚县大碾村, 桩号为K64+537, 现有桥梁分两幅, 南幅全宽12米于1993年修建, 2003年在原桥北侧加宽5米。现桥面宽为净16+2×0.5米防撞栏杆。上部结构为6孔16米预应力混凝土空心板, 桥面三孔一联, 设三道伸缩缝;下部结构为钻孔灌注桩基础, 南半幅为双柱式墩台, 北半幅为单柱式墩台。

3.1.2经过多年的运营, 近年来桥面行车道部分连续出现裂缝、空心板板顶塌陷、企口缝处损坏现象, 尤其是西边孔损坏严重。经调查发现: (1) 原空心板为老式空心板, 南半幅板厚75厘米, 北半幅厚70厘米, 小企口缝; (2) 填缝前板两侧未凿毛, 施工时企口缝内混凝土不密实, 板间横向联系联结薄弱, 铰缝破坏, 形成单板受力; (3) 近期部分超重车料车分流到该桥, 使该桥超重车辆交通量大大增加, 进一步加快了该桥桥面系的损坏。

3.1.3 该桥按照《公路工程技术标准》、《公路桥涵设计通用规范》、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》、《公路圬工桥涵设计规范》等现行设计规范设计。

3.1.4 大桥改造主要对桥面进行整体化处理, 凿除原桥面铺装及企口缝混凝土后, 作厚12厘米C50钢筋混凝土铺装+黏层油+5厘米中粒式沥青混凝土。

3.2 桥梁改造方案

3.2.1 凿除原桥的沥青混凝土、钢筋混凝土铺装层及企口缝处混凝土。注意在凿除铺装层时尽量不要将空心板顶凿破, 如果板顶破损洞口较大应在作铺装层前将该破损处用直径8mm的带肋钢筋网修补, 修补时应将钢筋网置于原板顶钢筋高度, 钢筋网下模板可用吊拉钢筋固定。在凿除企口缝混凝土时, 上部菱形口处混凝土必须凿除, 下部板间缝混凝土尽可能清除并用鼓风机吹净。对板间缝充填M12.5水泥砂浆, 要求填料密实, 填缝前应采取有效措施堵塞板缝低, 以免漏浆。

3.2.2 本次改造在空心板顶植筋。首先按照设计尺寸、位置在空心板顶进行钻孔;植筋用直径为17mm的钻头成空, 孔的设计深度为75mm。用高压水枪清理钻孔, 必须保证将孔中的杂质清理干净。植筋必须和铺装层中的钢筋网焊接, 边板上植一排钢筋。在钻孔内干燥后灌注结构胶, 灌注的数量不宜少于孔深度的1/3。锚固结构胶采用专业胶, 结构胶在配制过程中, 必须按照配制说明中的要求进行配制。在已注过胶的孔中植入预先成型的钢筋, 并在该筋的设计位置上进行暂时固定, 对于锈蚀钢筋在植筋前进行除锈, 在结构胶的固化过程中, 严禁触动被植入的钢筋。钢筋植栽完毕后, 要对每一根植栽的钢筋进行检验, 凡不符合设计要求的钢筋, 须在该钢筋一侧5cm处按设计要求补植一对符合设计要求的钢筋。植筋纵向间距2 0 c m, 所植钢筋为直径1 6 m m的螺纹钢。植筋植入空心板长度为8cm, 外漏部分长度中板为12.5cm, 其他板外漏长度依次较内侧板外漏长度少0.5cm。最外侧板外漏长度为8.5cm。

3.2.3 植筋完毕后, 对空心板顶的破损处绑扎钢筋网, 对板间缝用压浆机压注M12.5水泥砂浆, 水泥砂浆应填实板间缝隙。企口缝灌注砂浆前采取有效措施, 防止漏浆。将空心板顶面清扫干净后, 做桥面铺装。桥面铺装铺设双层钢筋网, 钢筋采用R335级直径10mm钢筋。上下层钢筋保护层厚度为净2cm, 并与板顶植筋焊接。桥面铺装钢筋绑扎在下层钢筋网上, 新老桥纵向接缝处在下层钢筋网处加密。待钢筋网铺设完毕后浇筑C50混凝土, 浇筑时确保企口缝处混凝土密实饱满。混凝土浇筑后, 应加强养护, 避免使补强层过早受力。桥面铺装边部厚度12厘米, 中间厚度16厘米, 路面横坡0.5%。

3.2.4 由于现有伸缩缝混凝土部分剥落, 凿除现有伸缩缝混凝土, 保留原伸缩缝内钢筋, 仅更换异型钢, 根据现有横坡重新浇筑C50混凝土, 并渗入聚丙烯纤维, 纤维掺量为2kg/m3。

3.2.5 为确保工程质量, 应采取有效措施避免超重超载车辆的通行, 防止对强度未达到要求的混凝土的振动。

3.2.6 施工时可采用半幅施工半幅通车的方法, 妥善安排施工场地及施工工序, 尽量在半幅的桥面上做到各工序互不影响。同时注意安全施工, 做好施工安全标志、安全网等。

3.2.7 原桥为6～16米预应力空心板桥, 三孔一联, 共两联。本次设计铺装内设双层钢筋网, 顶、底层钢筋保护层厚度为净2cm。

3.2.8 桥面横坡在铺装上调整, 为避免过大增加自重, 桥面横坡设计为0.5%。桥面铺装混凝土浇筑后, 应加强养护, 避免使桥面铺装过早受力。

3.2.9 全桥共设4道桥面连续。桥面连续钢筋与上层、底层铺装钢筋分别绑扎在一起。其中上层钢筋网只在桥纵向布设;本桥原桥为12米宽, 后加宽5米, 共17米宽, 本次设计在新老桥接缝处下层铺装钢筋加密。连接钢筋施工前应先除污除锈。303树脂胶配合比为 (303-1) : (303-2) =1:2。

4. 结论

本文对大碾桥桥面铺装改造进行探讨, 桥面铺装的研究成果将直接影响能否设计出具有良好使用性能和耐久性的铺装。桥面铺装的破坏严重影响车辆行驶的舒适性及安全性, 给管理部门养护和维修带来较大的难度。应加强对桥面铺装建设和养护的研究, 并在铺装施工中切实保证质量, 从根本上解决桥面铺装损坏的问题。

参考文献

[1]公路桥涵养护规范 (JTG H11-2004) .人民交通出版社

[2]刘自明, 王邦楣, 陈开利.桥梁工程养护与维修手册.人民交通出版社

桥面改造 篇2

桥面铺装层直接承受行车荷载、梁体变形和环境因素的作用, 一方面可分散荷载并参与桥面板的受力, 另一方面起到联结各主梁共同受力的作用, 因此桥面铺装既是桥面保护层又是桥面结构的共同受力层。随着交通量的快速增长和重型车辆的不断增加, 桥面在荷载反复作用下, 出现裂缝、沉陷、坑槽等病害及单板受力现象, 严重影响了车辆的安全行驶和桥梁的使用寿命。针对上述桥面铺装常见病害, 简要分析了其成因, 并对改造方法进行了探讨。

2 桥面铺装常见病害及其成因分析

2.1 铺装层裂缝

2.1.1 铰接空心板出现沿铰缝和翼板的纵

向裂缝十分普遍。由于桥梁的横向刚度较小, 板间横向传力靠铰缝和铺装层共同完成, 铰缝间的铺装层受剪力作用, 在多次重复荷载的作用下, 沿铰缝纵向开裂。该病害不但导致雨水沿铰缝下流, 造成梁板混凝土侵蚀和钢筋锈蚀。同时, 进一步削弱了各梁板间的横向联接, 导致各梁板受力不均匀, 严重时造成单板受力的不利工作状态。

2.1.2 铺装层内横向伸缩缝处因荷载冲击

造成铺装层横向开裂, 多处横向裂缝扩散发展甚至会出现局部坑槽。

2.1.3 设计计算中多侧重于主梁纵向的计

算分析, 对桥梁横向刚度重视不足, 横向构造措施不利使桥面铺装分担了过多的次内力而产生裂缝。

2.1.4 为了减轻恒载, 通过增加钢筋用量或

采用高强度钢筋来减小桥面板的厚度。致使桥面板因刚度不足而导致抗变形能力较低, 在重荷载的作用下引起较大的变形, 从而使桥面铺装容易出现裂缝, 造成桥面铺装的破坏。

2.1.5 由于温度的影响, 混凝土发生干缩也

会使桥面产生裂缝。近年来, 随着交通量快速增长及重型车辆的日益增加, 桥面铺装层的负荷增加, 也会造成桥面的过早损坏。

2.2 局部网状开裂及坑槽

2.2.1 桥面铺装参与结构共同受力, 要求铺装层与桥面之间必须有效地结合,

但施工中常出现铺装层厚薄不匀, 桥面钢筋网未按设计要求布设, 在浇注桥面混凝土时钢筋网往往紧贴桥面板, 致使桥面混凝土变成了素混凝土。在混凝土收缩、徐变及温度的影响下, 导致铺装层局部网状开裂。

2.2.2 由于在桥面混凝土铺装施工前未将梁体顶面冲洗干净,

梁体表面未凿毛或凿毛的密度和深度不够, 降低了铺装层与梁体之间的粘结力, 使铺装层与梁体之间未形成整体。当混凝土收缩或温度变化时, 铺装层与梁体间就产生了剪切破坏, 加之雨水沿桥面裂缝下渗侵蚀, 致使铺装层与梁体剥离而成为悬浮体, 荷载不能传递至梁体, 引起桥面应力集中, 在没有足够的钢筋共同受力时, 铺装层因不堪重负而产生网状开裂及坑槽。

2.3 脱层及推移

脱层主要表现在车辆通行中, 因梁板的振动而逐步产生的沥青铺装层与水泥混凝土铺装层脱落。推移则主要表现在铺装层的横向推移以及桥头搭板和伸缩缝两侧的纵向推移。

2.4 混凝土强度低, 影响铺装层的整体性。

原材料质量低劣、砂率过大、砂石级配差、水灰比控制不当、混凝土拌合物和易性差、施工时漏振、模板漏浆等, 会使混凝土出现蜂窝、气孔过多等缺陷, 造成其强度降低, 耐久性不足, 从而破坏铺装层的整体性, 降低铺装层的抗裂、抗冲击、抗弯曲、抗耐磨能力。此外, 施工粗糙, 未按设计图纸施工, 忽视混凝土强度的要求;在进行桥面铺装施工时, 施工缝处理不当, 未按规定设置施工缝;浇注混凝土过程中间歇时间控制不好等, 也都会影响混凝土的连续性和整体性。

2.5 养生措施不到位

施工完成后不及时进行全覆盖、全湿润养生等因素, 都易出现桥面早期裂缝。目前普遍存在着忽视混凝土养生现象, 这更加促使温度收缩和干缩裂缝的发育, 造成桥面的过早损坏。在桥面铺装完成不久立即开放通车, 致使桥面在强度不高、形变未稳定的情况下过早地承受外来重荷载的作用, 从而造成桥面过早的损坏。

2.6 由于北方冬季多采用撒盐除冰雪, 在冻融循环作用下,

造成桥面铺装混凝土盐蚀和水损坏, 使混凝土表层剥落, 混凝土强度降低, 严重的会造成混凝土铺装的局部破损脱落, 危害结构的耐久性和安全。

3 桥面铺装改造方法

3.1 桥面铺装的养护与病害维修

为减少和延缓桥面铺装病害的发生和发展, 应进一步加强桥面铺装的养护管理工作, 保持桥面的清洁, 及时清除散落在桥面的砂、石等;同时, 应保持桥面铺装的完整性, 及时排除桥面积水, 以保证行车安全、舒适, 提高结构的耐久性, 延长结构使用年限。

对出现破损的混凝土铺装层, 可采用注入环氧树脂胶来封闭裂缝;采用快硬水泥混凝土、环氧树脂砂浆或高性能混凝土复合砂浆修补坑槽和局部破损。

3.2 桥面铺装层的大修

3.2.1 对于破坏严重的桥面铺装层必须进行彻底的大修,

目前我们采用的主要改造方法为凿除原有破损混凝土铺装层, 重新浇筑钢筋混凝土桥面铺装。铺装内布设钢筋网, 采用两层直径12mm罗纹钢筋网, 纵横间距10mm, 混凝土强度为C40。然后沿铰缝边缘用环氧砂浆或其他粘合剂植入一定长度的竖向短钢筋, 该钢筋伸入铺装层, 与桥面铺装钢筋网绑扎在一起, 起到层间抗剪传力作用, 使桥面铺装与主梁联为一体, 铺装层有效参与主梁受力。并且交互搭接, 以加强铰缝横向传力。

本方法适用于公路桥涵桥面铺装改造及小桥涵单板受力桥面处理。本方法主要工艺是采用冲击钻打孔植筋, 增加桥面铺装与原梁板的结合, 增大桥面钢筋直径, 加厚桥面铺装厚度, 使新桥面形成一个整体, 将桥梁荷载均匀分布, 使梁体共同受力, 从而避免单板受力。

3.2.2 提高施工质量确保桥面混凝土铺装的强度及水泥混凝土桥面铺装与板梁顶面混凝土的粘接能力

a.对预制梁体顶面进行拉毛处理, 保证其表面有足够的粗糙度。

b.应加强铺装混凝土的振捣, 特别是接缝或绞缝处的振捣, 确保其与梁板结合的牢固。

c.混凝土骨料要采用复合级配, 级配合理, 混凝土要具有良好的和易性。

d.桥面如有积水应清除后再浇注混凝土, 用人工拉平板振捣器振捣与振动梁振捣, 然后用滚杠、刮杠人工抹面压实找平。

e.及时养生, 防止水分蒸发过快造成裂纹, 降低混凝土强度。

4 结论

桥面改造 篇3

关键词：改造,桥面铺装,施工工艺

随着我国经济的持续快速发展,交通量不断增加,一些修建年代久远的桥梁由于设计标准较低,通行能力不能满足日益增长的交通需求,从而制约了经济的快速发展,为了提高桥梁的通行能力,消除安全隐患,我们有必要对不能满足正常使用要求的桥梁进行改造。

1工程概况

1.1 基本情况

柏井桥建于1993年,位于108国道K580+737处,桥梁上部为9 m～13 m钢筋混凝土空心板,下部结构为重力式墩台,基础为扩大基础。桥面宽12 m,全桥长138.14 m。该桥使用年限较长,并出现疲劳性破坏,故板底出现纵向裂缝、空洞露筋等病害,严重影响该桥的正常使用。为有效解决这一问题,改造前就该桥的改造方案是拆除重建还是改造利用的问题进行过专家论证。若拆除重建考虑到该桥位于国道,车流量大,届时会影响交通。经综合分析论证,选定柏井桥危桥改造方案。

1.2 改造方案

1)拆除该桥上部结构,更换全部空心板。2)重做桥面铺装:15 cm双层钢筋网混凝土+10 cm沥青混凝土铺装层,重做毛勒式伸缩缝4道。3)重做两侧防撞式护栏。

2桥面铺装施工工艺

2.1 材料要求

2.1.1 钢筋

1)钢筋表面应平直、无锈和无油。2)钢筋必须按不同种类、等级、牌号、规格分别堆存,且应立牌以便于识别。3)所有钢筋的试验必须在监理工程师同意的试验室进行。

2.1.2 混凝土

用于拌制混凝土的水泥、石子、砂和水必须满足《桥涵施工技术规范》和《水泥混凝土路面施工及验收规范》的有关要求。

2.1.3 泄水管

1)泄水管采用矩形铸铁管,且不得有裂缝、砂眼和其他影响强度及使用价值的缺陷。2)铸件的边缘应做成整齐的圆角,并清除所有铸铁件的鳞屑,使表面光洁均匀。3)钢管托架的尺寸、外形、质量及其他允许偏差要符合国家标准。4)护栏用钢管为热轧无缝钢管,其抗拉强度不小于400 MPa,屈服点不小于200 MPa,伸长率不大于20%。

2.2 桥面铺装混凝土施工

空心板上采用的是15 cm厚C40的现浇混凝土桥面铺装。

2.2.1 施工放样

按图纸设计要求的标高检测安装好的预应力混凝土空心板,满足要求后,按施工规范要求在空心板上放出若干个控制点。

2.2.2 钢筋加工

桥面现浇混凝土的钢筋加工包括以下几项内容:现浇层混凝土的钢筋网加工、钢筋混凝土护栏座和波形护栏座的预埋钢筋、伸缩缝预埋钢筋和桥面连续钢筋网片。

加工时必须满足以下规定:1)钢筋表面应洁净,使用前将表面的油渍、漆皮、鳞锈等清除干净。2)钢筋应平直,无局部弯折,成盘的钢筋和弯曲的钢筋均应调直。3)采用冷拉方法调直钢筋时,Ⅰ级钢筋的冷拉率不宜大于2%。4)用Ⅰ级钢筋制作的箍筋,其末端应做弯钩,弯钩的弯曲直径应大于受力主钢筋的直径,且不小于箍筋直径的2.5倍。弯钩平直部分的长度,一般结构不宜小于箍筋直径的5倍。5)在钢筋网组成、安装以前,首先进行绞缝筋的搭接绑扎,检查合格后即可进行钢筋网施工。6)我们在施工现场用钢筋切割机、弯曲机完成钢筋的下料、加工和绑扎。7)在现场绑扎钢筋网时,钢筋接头的布置应符合《桥涵施工技术规范》中钢筋接头的有关规定。钢筋的交叉点应用铁丝绑扎结实,必要时进行点焊焊牢。

2.2.3 安装模板

模板采用长度为3 m,高度为11 cm钢制模板,接头处应有牢固的拼装配件,装拆应简易。

安装时模板支设在钢筋混凝土护栏座和波形护栏座混凝土的内侧,用钢筋与预埋在空心板边板中N13钢筋进行固定,模板底面应与空心板顶面紧贴。

模板安装完毕后,宜再检查一次模板相接处的高差和模板内侧是否有错位和不平整等情况,高差大于3 mm或有错位和不平整的模板应重新安装。如果正确,则在模板内侧均匀涂刷一薄层机油,以利脱模。

2.2.4 浇筑混凝土

浇筑混凝土前,应先检查模板的高度和位置是否符合要求,钢筋的安设是否准确和牢固。合格后即可浇筑混凝土。

混凝土由拌合站集中拌合,并应检查混凝土的均匀性和坍落度。浇筑时,应从一侧向另一侧进行。

混凝土的铺设要均匀,铺设的高度应略高于完成的桥面标高;要用振动梁压实整平,振动梁移动的速度要缓慢而均匀,前进速度以1.2 m/min～1.5 m/min为宜。对有不平之处,应及时以人工挖填补平。补平时应用较细的混合料,严禁用纯砂浆填补。振动梁行进时,不允许中途停留。绞缝混凝土应采用插入式振捣。

2.2.5 混凝土的修整和养生混凝土的最终修整工作,应包括镘平及清理。

在修整前要大木模清理所有的表面自由水,但不能用如水泥、石粉或砂子来吸干表面水分。在一段桥面混凝土抹面2 h,并拉毛后,其表面已有相当的硬度,用手指压不出现痕迹时,即尽快予以覆盖和进行洒水养生。养生期限不少于7 d,在养生期间禁止车辆通行。

2.2.6 拆模

模板可在浇筑混凝土20 h后拆模,拆模时不应损坏混凝土和模板。

3质量控制

1)预制板与桥面现浇混凝土的龄期相差应尽量缩短,以避免两者之间产生过大的收缩差。

2)为使桥面现浇混凝土与下面的预应力混凝土空心板紧密结合,应对桥面现浇混凝土下面的空心板拉毛,并用高压水冲洗干净。

3)桥面上设置的钢筋网,应采取间隔焊接短钢筋的方法保证其位置正确和保护层厚度。现浇混凝土时,施工人员和机具不得踩踏在钢筋网上。

4)浇筑桥面现浇混凝土前,应在桥面范围内布点测量高程,以确保浇筑后的混凝土厚度满足规范要求。

5)在进行现浇混凝土桥面时,应按图纸所示预留好伸缩缝的工作槽。

6)现浇桥面混凝土宜在全桥宽上同时进行,或按监理工程师的指示办理。

4结语

桥面改造 篇4

1.1 桥梁概况

某钢筋混凝土简支T梁桥, 见图1, 采用先简支后桥面连续的形式, 该桥全长304.4m, 跨径组成为4×20m+4×20m+4×20m+3×20m。上部结构采用20米T梁 (4片主梁) , 梁高1.5米。桥面宽度为净7+2×1m。下部结构采用双柱式墩台, 钻孔灌注桩基础。桥台锥坡根据实地地形设置考虑与老桥及道路的衔接。设计荷载为汽-20级、挂-100, 1998年1月建成投入使用。

1.2 桥面改造情况

由于原T梁存在的大量开裂, 且混凝土强度比较低, 桥面铺装破坏比较严重, 因此首先对桥面进行改造, 主要包括:

(1) 原桥面铺装凿除, 重新浇注C40桥面铺装砼, 并布设钢筋网, 桥面横坡1.5%, 由桥面铺装层调整, 桥面铺装厚度为边缘10cm, 中心处为15.3cm。改造后横断面如图2, 桥面铺装必须小心凿除, 避免过大震动, 以免对桥梁造成损伤;

(2) 更换伸缩缝。本次改造设计在两桥台及4#、8#、12#墩处设置伸缩缝, 全桥共设置5道伸缩缝;

(3) 桥梁人行道、栏杆进行全面检查和更换。

改造后的桥面见图3, 可以看出其使用状况得到明显改善, 为了进一步了解其静动力特性的变化, 对该桥进行了环境振动测试, 并在此基础上进行相应的桥梁铺装改造效果评估。

2 桥面改造前后动力特性分析

2.1 环境振动测试及模态识别

2.1.1 测点布置

全桥共十五跨, 每跨20米, 测试对第12跨到第15跨进行。测试时按单侧布置传感器, 每跨的测点布置是相同的, 其中测点布置如图4, 主桥共布置 36个横桥向测点+1个横桥向参考点、36个竖桥向测点+1个竖桥向参考点以及36个纵桥向测点+1个纵向参考点。

2.1.2 环境振动试验

环境振动测试, 具有方便和不中断交通的特点, 在桥梁测试和评估中得到了越来越多的应用。测试时桥梁振动的加速度信号由传感器拾振, 由采集仪采集大量的加速度信号。采样频率为500Hz, 每测站采样时间为10分钟。加速度传感器和数据采集系统见图5和图6。

2.1.3 模态参数识别

通过随机子空间 (SSI) [2]方法获得结构的频率和振型。其中桥面改造前后的频率见表1, 桥面改造前后的振型见表2。

其中用MAC表示的实测动力特性和计算动力特性的相关程度。

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式中:φa与φe分别代表计算与实测模态振型向量。

2.2 有限元模型

2.2.1 计算模型

有限元模型用ANSYS前处理[3]建立, 本文取第十四跨, 按结构的实际尺寸建立模型。模型采用笛卡尔三轴坐标。X轴沿桥纵轴方向, Y轴竖向向上, Z轴为水平横桥方向, 垂直桥纵轴线。有限元模型共有单元2308个, 节点3040个, 有限元模型见图7。

2.2.2 单元类型和材料参数

在有限元模型中, T梁腹板采用shell63单元模拟, 桥面铺装层及T梁翼缘采用solid45单元模拟, 用combin14模拟横向、纵向及其竖向的桥梁约束状况。

混凝土基本材料参数如下:

(1) 桥主梁和横隔板:弹性模量E= 3.05×104MPa, 容重Dens=2500kN/ m3, 密度为2550kg/ m3, 泊松比0.167。

(2) 新铺桥面铺装:弹性模量E= 3.25×104MPa, 容重Dens=2500kN/ m3, 密度为2550kg/ m3, 泊松比0.167。

(a) 整体有限元模型 (b) 有限元模型横断面

2.2.3 边界条件

根据实际位置施加约束, 在桥墩位置的节点竖向施加约束模拟实际固结状况, 横向、纵向施加横、纵向弹簧, 横向弹簧刚度取7.0×106N/m, 纵向弹簧刚度取7.0×106N/m;桥面则施加横向和纵向的弹簧, 以模拟伸缩缝的约束情况, 一端横向弹簧刚度取6.0×106N/m, 纵向弹簧刚度取4.0×106N/m, 另一端横向弹簧刚度取1.8×106N/m, 纵向弹簧刚度取2.5×106N/m。

通过参数修正的办法, 对初始有限元模型进行必要的修正[4], 使得有限元计算结果与实测结果比较吻合。上述参数是修正后有限元模型的参数, 有限元计算得到桥梁动力特性结果参见表1和表2。

2.3 桥面改造前后动力特性

通过表1可以看出, 铺装改造后竖向频率略有减小, 约降低0.6%, 主要是因为改造后桥梁整体质量和刚度都有所增加, 而横向和纵向频率都比原实测频率大, 增大分别为51.2%和32.0%。可见, 其竖向刚度改变不大, 具体提高值要根据静力计算结果进一步分析, 而纵向刚度和横向刚度提高比较明显。加固前后振型没有改变, 见表2

注:原实测未得到竖向3阶频率值。

3 桥面改造前后静力性能分析与评估

3.1 桥面改造前荷载试验概况

根据桥面改造前的静载测试情况, 桥面改造后选取第14跨进行静力分析。分析荷载采用原汽车试验荷载 (30吨载重汽车两部) , 各工况荷载布置图见图8, 测试断面见图9。

3.2 桥面改造后静力分析

3.2.1 挠度计算结果分析

分别按工况一和工况二布载计算。各片主梁的跨中截面和1/4截面的挠度计算值与原实测值和原计算值的比较分别见表3和表4, 可以看出: (1) 在各工况作用下, 原实测挠度、原计算挠度和铺装改造后计算挠度变化规律相同, 且变化连续平稳, 说明该桥具有比较好的横向的连接; (2) 桥面改造后, 跨中截面和1/4截面的变形值比原计算值有一定程度的降低。在工况一作用下, 跨中截面最大变形原实测值、原计算值和铺装改造后计算值分别为6.59mm、6.54mm和5.99mm, 桥面改造后计算值比原实测值下降9.1%, 比原计算值降低8.4%;1/4截面最大变形值分别为4.22mm、4.43mm和4.06mm, 桥面改造后计算值比原实测值降低3.8%, 比原计算值下降8.4%。桥面改造后跨中截面和1/4截面的变形计算值比原实测值和原计算值均有所下降, 说明桥面改造后, 桥梁整体刚度有了一定程度的提高。

注:测点A1、A2、A3、A4分别布置在各主梁跨中截面梁底。

注:测点B1、B2、B3、B4分别布置在各主梁跨中截面梁底。

3.2.2 应变计算结果分析

各片主梁的跨中截面和1/4截面的应变计算值与原实测值和原计算值的比较分别见表5和表6, 可以看出: (1) 原实测值、原计算值和桥面改造后计算值大部分都是拉应变, 原实测应变比较离散, 原计算应变和铺装改造后计算应变变化规律相同; (2) 在工况一荷载作用下, 跨中截面最大应变原实测值、原计算值和铺装改造后计算值分别为291με、198με和188με, 1/4跨截面最大应变值分别为116με、104和95με。说明桥面改造后, 跨中截面和1/4跨截面应变值均比原模型应变计算值有一定程度的降低。说明桥面铺装改造后, 桥梁的整体受力性能得到改善。

4 结论

(1) 通过环境振动测试和模态分析可以得到桥梁的模态特性, 共得到竖向3阶, 横向2阶和纵向1阶模态, 其中竖向、横向和纵向的基频分别5.49 Hz、6.20 Hz和4.813Hz。理论模态分析结果与实验模态分析结果比较吻合, 表明有限元建模的尺寸以及基本材料参数是正确的, 由此建立的有限元模型基本能反映桥梁当前的状态。

(2) 根据动力特性的比较, 可以认为, 桥面改造后竖向改变不大, 而纵向刚度和横向刚度提高比较明显。

(3) 结合静力分析得出:桥梁铺装改造后, 各个截面计算挠度都有所降低, 桥梁整体刚度有了一定程度的提高, 提高值位于1.8%～8.4%。跨中截面和1/4跨截面的应变值均比原模型应变计算值也有一定程度的降低, 说明桥梁整体受力性能得到改善。

(4) 桥面改造一定程度上提高桥梁整体刚度, 改善其受力性能, 但是没有改变桥梁T梁存在的大量开裂和混凝土强度品质比较差的基本状况, 对提高承载能力也是有限的, 所以进一步针对主梁的改造时需采取必要的, 如封闭裂缝, 粘钢等加固措施, 以提高桥梁的承载能力。

参考文献

[1]公路桥涵养护规范[S], JTG H111-2004,

[2]任伟新, 环境振动系统识别方法的比较分析[J], 福州大学学报 (自然科学版) , 2001.12, 29 (6) :80-86.

[3]刘涛, 杨凤鹏, 精通ANSYS[M], 北京:清华大学出版社, 2002年。

[4]夏樟华, 宗周红。基于动力的预应力混凝土连续梁桥有限元模型修正[J], 第17届全国桥梁学术会议论文集[C], 北京:人民交通出版社, 2006年5月。

[5]公路旧桥承载能力鉴定方法 (试行) [M], 中华人民共和国交通部部标准, 1988年, 北京。

[6]公路桥涵设计通用规范[S], JTG D60-2004