第一章   緒   論

        1.1  國內斜拉（lā）橋應用發展概況

        斜拉橋是（shì）一種合理（lǐ）跨徑範圍（wéi）廣、造型美（měi）觀多（duō）樣的橋型,我國至從上世紀 80年代以來,已建成上百座,如 1990 湖南建成（chéng）主跨跨徑為 210 的長沙（shā）湘江北大（dà）橋,雙（shuāng）塔單索麵PC梁,首創（chuàng）輕型掛籃懸澆施工工藝;1991年上海建成主跨徑為423m南（nán）浦（pǔ）大橋,是雙塔雙（shuāng）索麵扇形（xíng）拉索布置的斜拉橋,標誌著我國斜拉橋建造水平已進入國際先進行列;1993 年上海建成主跨跨徑為 602m 的楊浦大橋,為雙塔（tǎ）雙索麵扇形（xíng）拉索布（bù）置的疊合梁斜拉橋;2000 年建成主跨跨徑為 2×310m、三塔PC 的嶽陽洞庭湖大橋;2001 年南京建成主跨跨（kuà）徑為 628  m 的長江二橋建成,主梁結構采用鋼箱梁;2008 年香港建（jiàn）成主跨跨徑為 1018m、塔高 298m 的昂船洲大（dà）橋,是目前世界主跨跨徑排名第三的（de）雙（shuāng）塔斜拉橋;2008  年建成主跨跨徑為1088m 的蘇通長江公路大橋,是工程規模最大、建設條（tiáo）件最複雜、建成時世（shì）界上跨徑最大的斜拉橋,標誌著我國斜拉橋建設水平（píng）已經達（dá）到頂峰[1-3]。 根據受力特征,斜拉橋（qiáo）可（kě）分為矮塔和（hé）高塔之分（fèn）,前者在力學行為上更（gèng）似體外預應（yīng）力的連續梁,一般施工不需要調索,而後者才是真正意義上的斜（xié）拉橋,有更好的工作性能。不管哪類斜（xié）拉橋,一般（bān）其組成有主梁、索塔及拉索。斜拉索（suǒ）是受力主體（tǐ）之（zhī）一,其作用是將主梁上的荷載傳遞給索塔（tǎ）,因此,常把斜拉索作為衡量斜（xié）拉橋承載性能和耐（nài）久性能的重要標（biāo）準。以當前的施工水平,斜（xié）拉索的壽命（mìng）一般遠小於橋梁的（de）使用壽（shòu）命。且受（shòu）到過（guò）去設計（jì）標準、施工水平、長期超載、養護維修不善、偶然撞擊及意外火（huǒ）災事故、腐蝕環境侵蝕等因素的綜合影響,使得斜拉索的使用壽命有所降低。為此,已建斜拉橋結構營運過程中某些構件損壞（huài）尤其是斜（xié）拉索損傷,導致橋梁極（jí）限承載能力降低,造成嚴重隱患,導致險（xiǎn）情事故,甚至突然墜毀事故時有發生,給（gěi）人們（men）生（shēng）活和社會穩定帶（dài）來極大的（de）不利影（yǐng）響。因此,對既有營運斜拉橋（qiáo）病害檢測及通過（guò）車載試驗判定橋梁性能顯得尤為必要。

    .........

        1.2  典型橋梁事故分析

         近年來,國內外發生（shēng）多起橋梁（liáng）損壞及突然坍塌事故,如 1981 年 7 月,美國（guó）堪薩斯州的海厄特-雷根西飯店的高架人行橋倒（dǎo）塌,造成 114 人傷（shāng）亡。1983 年 6月,美國（guó）米勒斯大橋坍塌（tā）,造成 3 人死亡[4]。1994 年 10 月,韓（hán）國漢城的桑蘇大橋倒塌,造成 31 人死亡;1999 年 1 月,重慶市綦江縣（xiàn）彩虹（hóng）橋在人行載荷超標的情況下發生坍塌,造成 49 人死亡的嚴重後果;2001 年（nián） 11 月,宜賓南門橋在清晨時刻,荷載不大的情況（kuàng）下發生吊杆和橋麵斷裂（liè）,造成 3 人死亡;2006 年12 月,印度一座橋齡 150 年的舊橋坍塌,造成一列火車被壓（yā）,33 人死亡的嚴重後果。2007 年（nián） 6 月,廣東九江橋因貨（huò）船撞擊而坍塌,直接造成（chéng）死亡 8 人 2007年 9 月（yuè）,越南一座正在施工的斜拉橋（qiáo）坍塌（tā）,造成 60 多名工人死亡（wáng）和 100 多人失蹤[5]。斜（xié）拉橋由於營運（yùn）腐蝕作用,很多斜拉橋沒有發生倒塌事（shì）故（gù）,但進行（háng）了（le）換索施工。 橋梁倒塌（tā）事故造成了人員傷亡和經濟財產的（de）損失。交通部多次召開專題會議,明確提出停工整頓施工市場,全國範圍內檢（jiǎn）查橋梁施工及營運狀態。對橋梁潛在安全隱患的檢查和排除越來越被重視。 隨著交通量不斷增長,行車荷（hé）載加大,各種因素造成的橋梁病害逐漸增多,對損傷橋梁的加固與改造,是在通車條件不斷提高情況下,探討如何用較少的投資取得更大的社會（huì）效益和經濟效益的重要課（kè）題。對於產生病害的斜拉橋而（ér）言,實施加固、改造,可以降低投資,節省資源,還具有工期短,一般（bān）情況下不中斷交通的優點（diǎn）。 目前,運營中的很多斜拉橋（qiáo）,工作狀況已發生了變化,尤其對長期（qī）處於高應力（lì）狀態的斜拉索,由於超（chāo）載、拉索及錨頭出現鏽蝕、拉索損傷等原因,會（huì）造成（chéng）斜拉（lā）索索力發生變化,造成斜拉索安全係數降低,甚至威脅到（dào）斜拉橋的結構營運安全。委（wěi）內瑞拉 Maracaibo 橋、法國 St.Nazaire 橋和美國（guó） Paso-Kennewick橋（qiáo）都是因為（wéi）斜拉索的防護缺陷,導致在（zài）遠低於使用（yòng）壽命時就進行（háng）了換（huàn）索[6,7]。我國廣州海印橋僅營運（yùn） 6 年多,濟南黃河大（dà）橋使用僅 13 年,樂山（shān）犍為岷江大橋使（shǐ）用（yòng）僅（jǐn） 11 年,就是因（yīn）為斜拉索的防護問題,進行了（le）換索施工（gōng）[8]。

    ..........

        第二章  橋（qiáo）梁病害檢測

        2.1  工程概況

        某大橋位於省道 S306 線上,南引橋 7×16m=112m(預製分條滾移空心板),北引橋 4×16m+2×20m+10m=114m(支架現澆橫移空心板（bǎn）),主橋(3×25m+20m+30m=125m)(逐孔現（xiàn）澆整體箱梁)+(2×53m=106m)(現澆斜拉橋)+(30m+20m+3×25m=125m)(滑移薄壁箱梁),主跨為斜拉橋,總體布置見圖 2-1。 該橋（qiáo）荷載等級（jí）:汽車—20 級、掛車—100,人群荷載 3.5kN/m2。橋梁寬度:橋寬 15m=3m 人行道+淨 9m+3m 人行道。該橋（qiáo）連接南縣和嶽陽市華容縣,南縣側引橋為預製拚裝分離式空心板結構,每節（jiē）長 3.75m;華容側引橋 5′#~7′#為槽形肋蓋、搭板（bǎn）結構,0′#~5′#為懸臂式空（kōng）心板結構。南縣（xiàn）側主橋為單（dān）箱六室逐孔澆注鋼筋混（hún）凝土薄壁箱形連（lián）續梁（liáng）,頂（dǐng）板、底（dǐ）板（bǎn）現澆,肋板采用臥式預製（zhì）;華容側主橋為五箱四室預（yù）製拚裝分條滾移箱型梁。 斜拉橋部分為懸臂結構、四塔柱,斜拉索采用分束張拉,錨固端設於主梁內。 橋麵采用鋼筋混凝土（tǔ）橋麵,南縣側主橋墩頂處橋麵摻鋼纖維,華容側主橋橋麵內有橫（héng）向預應力,設有防撞欄和人行道鋼護欄（lán）。 該橋基礎采用無承台摩擦樁,主橋為 D250 空心樁結構,引橋 25m 跨和 30m跨為 D150 空（kōng）心樁結構。主橋（qiáo）墩身為（wéi） D220 空心墩,加固（gù）後為 D260 空心墩,引橋為 D120 空心墩,墩（dūn）身及樁身采用分節預製、拚裝,混凝土強度為 C50。主橋 l#~5#獨柱墩的單樁基礎采用（yòng）旋噴壓漿處理。

    .......

        2.2  橋梁曆史檢測情況

        該橋於 1997 年 12 月（yuè）底竣工,因各種原因,1998 年 10 月交工驗收後,未進行竣工驗收。2007 年 8 月對該橋伸縮縫、拉索及橋麵進行了維（wéi）護。 依據記載,該橋設計和施（shī）工（gōng）過程（chéng）中發生如下事情: ①原設計斜拉橋 6#主墩為（wéi）雙柱（zhù）式空心樁,由於基礎施工時尚未鑽到設計標高鑽頭掉入鑽孔內,未能及時打撈上來,因此被迫將（jiāng）雙柱改為無承台 4Φ250cm空心樁。 ②考慮與（yǔ） 30m 邊跨箱梁截麵（miàn）的連續性,原設計斜拉橋跨為薄壁箱形截麵,因要求施工工藝較為複雜,簡（jiǎn）化為肋板式截麵,這使得主橋截麵在龍段處截麵不連續（xù）。 ③針對 6#主墩 4 根樁可（kě）能產生的不均勻（yún）沉降,施工過程中進行了達到設計荷載的（de）靜力加載試驗（yàn）,加載時間長達 80 天,當（dāng）時判斷（duàn）樁基基本穩定。 ④由於橋位處（chù）於湖區軟土地基,1#~5#單柱墩的（de）樁基承載力不足,故對這 5根樁的地基進行了旋噴壓漿處治。 1998 年 6 月,對該橋進行了五個係列的現場（chǎng）檢測,包括:橋麵、欄杆、橋麵板(梁)、塔索和下部構造。 檢測結論認為該橋上部構造存在如下問題: 橋麵平整度差（chà）;瀉水管無積水漏鬥,設（shè）計不當存在;施工標高不準（zhǔn）,橋麵（miàn）排水不（bú）暢;箱梁梁底普遍粗糙,局部露筋;下（xià）遊（yóu）索塔洗石子抹（mò）麵開裂（liè）、脫空。 下部（bù）構造（zào）存在的問題有:支（zhī）座墊（diàn）板參差（chà）不齊,個別支座四周泥土未除去,帽梁大麵普遍平（píng）整度差,最深（shēn）凹陷達 5~6cm,修補痕跡明顯（xiǎn）,墩、台接頭處普遍錯台明顯,表麵粗糙,墩、台普遍豎直度差,華容岸護坡（pō）多處鬆動破裂。 2007 年,對該（gāi）橋進行了全麵的外（wài）觀質量（liàng）病害檢測.

    ...........

        第三章   基於檢測結果的承載力評定 ..... 25

        3.1   箱梁（liáng）承（chéng）載力評定（dìng） .... 25

        3.1.1   承載力檢（jiǎn）算方（fāng）法 ..... 25

        3.1.2   承載（zǎi）力檢算係數（shù）的確定 ......... 25

        3.1.3   箱梁承載能力驗算 ......... 27

        3.2   斜拉橋承載力檢算 ........ 27

       3.2.1   承（chéng）載（zǎi）力檢算係數的確定 ......... 27

       3.2.2   斜拉橋計算（suàn）模型 ..... 29

        3.2.3   荷（hé）載取值 ......... 30

        3.2.4   成橋階段承載能（néng）力極限狀態（tài）分（fèn）析 ......... 30

        3.3   本章小結 ........ 34

         第四章   荷載試驗 ..... 35

        4.1   靜載試驗 ........ 35

        4.2   動載試驗（yàn） ........ 62

        4.3   主橋斜拉橋技術狀況評分 .... 69

        4.3.1   主橋斜拉橋上部結構（gòu）技（jì）術（shù）狀況評分 ..... 69

        4.3.2   主橋斜拉橋（qiáo）下部結構技術狀（zhuàng）況評分 ..... 70

        4.3.3   橋麵係技術狀況評分 ..... 71

        4.3.4   主橋斜拉橋技術狀況評分（fèn） ..... 72

        4.4   建議 ........ 72

        4.5   本章小結 ........ 73

        第五章   結論與（yǔ）展望 ......... 74

        5.1   結論 ........ 74

        5.2   展望 ........ 75   

         第四章   荷載試驗

        4.1 靜載試驗（yàn）

         該橋橋型為主橋(3×25m+20m+30m=125m)(逐孔現澆整體箱梁)+(2×53m=106m)(現澆斜拉橋)+(30m+20m+3×25m=125m)(分（fèn）條滾移薄壁箱梁),根據該橋特點（diǎn）,選取斜（xié）拉橋跨進行試驗,測試橋墩和橋塔的剛度、應力及承載能力是否符合設計要求。 對於（yú）主梁,選取斜拉橋主橋（qiáo）(5#~7#跨)共兩跨進行加載工況試驗,斜拉橋主（zhǔ）橋分（fèn）別進行塔柱支點最大（dà）負彎矩(圖 4-1 中Ⅰ)、5#~6#跨跨中正彎矩(圖（tú） 4-1中Ⅱ)、5#~6#跨跨中偏（piān）載(圖 4-1 中Ⅲ)及塔頂最大（dà）偏位試驗(圖 4-1 中Ⅳ),工況選取見圖（tú） 4-1。 橋梁撓度以吊百分表方式觀測為主,精密水準儀進行支點沉降觀測及數（shù）據複核,百分表撓（náo）度觀測橋下遊側（cè） 1/4L、1/2L、3/4L 及上遊側 1/2L 測點,精密水準儀觀測 1/4L、1/2L、3/4L 及支點斷麵,墩塔偏位用全站儀進行測試[22]。 本次試驗需觀測橋跨跨中及支點應變,試驗時在 5#~6#跨跨中底麵、外側腹板及（jí） 6#墩（dūn）支點腹板處粘貼型號為 BX120-100AA 的結構表麵電阻應變計進行應變測試,其中（zhōng）斜拉橋肋板梁（liáng）縱梁底麵粘貼 4 組,腹板 10 組應變計,北主橋箱梁（liáng）底麵及腹板分別（bié）粘貼（tiē） 10 組應（yīng）變（biàn）計,元件均采用（yòng） DH3815 靜態應變測試係統測試.    ........

        結論

        針對某營運斜拉橋（qiáo）,對橋梁（liáng）病害進行了全麵檢測,通過靜載、動載試驗,並結（jié）合軟件建模分析,對橋梁的工作狀態進行了評價,給出了橋梁養護維修建議。

        通過檢測得出以下結論:

        (1)全橋拉索有 5 根（gēn）斜拉（lā）索截麵存在輕微截麵損失,截麵損失占比小於0.5%,其餘斜拉索截麵在測試區段內均無顯見性（xìng）截麵損失（shī）,但拉索外層防（fáng）護纖維（wéi）大多破損;抽樣檢測的 4 個斜拉索錨頭護筒內均積（jī）滿水,斜拉索及（jí）錨頭上僅有少量黃油包裹,目測（cè）錨頭及拉索 2 個有表麵鏽斑,2 個無（wú）鏽蝕;全橋斜拉索橋麵護筒內水泥漿均飽滿;索塔目視外飾層未出現明顯剝落、開（kāi）裂現象;實測拉索頻率（lǜ）與 2008 年測試結果比較（jiào）表明,斜拉索索力無明顯變化,斜拉索處於正常工作狀態。

         (2)主橋斜拉橋縱梁及橫梁部（bù）分（fèn）未見明顯病害;主橋（qiáo）箱梁底板存在較多縱向（xiàng）裂縫(個別裂（liè）縫寬度超限),共計發現 2 條橫向裂縫,局部（bù）有破損、露筋、滲水、表觀粗糙等病害。

         (3)斜拉（lā）橋 6#墩(4 個墩柱)頂部（bù）有 20 條豎向裂縫,其它墩柱局部存在破損、露筋、鏽蝕現象（xiàng）。

         (4)主橋支座鋼墊板（bǎn）表麵均輕微鏽蝕,多數支座老化開裂,部分支座剪切（qiē）變形（xíng）,個別（bié）支座安裝（zhuāng）不到位,局部脫（tuō）空,部分支座（zuò）上下不規則放置多塊鋼墊板。

         (5)全橋上、下部結構混凝土強（qiáng）度狀況良好,滿足（zú）設計要求;全橋上、下部結構構件,鋼筋無鏽蝕活動性。