第一章 緒論

1.1 必要性及可行性
隨著我國(guó)改革開(kāi)放的深入和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通運(yùn)輸量保持著大幅度增長(zhǎng)，以及更高強(qiáng)度的行車(chē)密度及車(chē)輛載重，日益增多的重型車(chē)輛，都將成為我國(guó)現(xiàn)有公路的面臨的新問(wèn)題[1]。作為本次研究的依托工程，福州洪塘大橋建于上世紀(jì) 90 年代初期，當(dāng)時(shí)以其總跨徑之大、施工方法之新穎、結(jié)構(gòu)形式之特殊在國(guó)內(nèi)首屈一指。洪塘大橋與 1900年底通車(chē)，至今已運(yùn)營(yíng) 20 余年，是一座跨越越閩江的特大橋梁。在運(yùn)營(yíng)期間，橋梁出現(xiàn)過(guò)多處病害，，如支座老化、脫落，墊塊損壞，梁體裂縫等，這些病害直接或間接影響到洪塘大橋的安全。預(yù)應(yīng)力混凝土桁架 T 構(gòu)的檢測(cè)評(píng)估以及維修加固技術(shù)研究意義重大，其研究成果可直接應(yīng)用于洪塘大橋，保證其安全運(yùn)營(yíng)。本文以洪塘大橋?yàn)橐劳泄こ蹋槍?duì)該類(lèi)型預(yù)應(yīng)力混凝土三角桁架特殊結(jié)構(gòu)形式的橋梁，對(duì)其健康檢測(cè)、狀態(tài)評(píng)估、維修加固以及加固效果評(píng)估的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，為此類(lèi)橋梁的安全運(yùn)營(yíng)提供必要的技術(shù)支持，對(duì)推動(dòng)公路橋梁工程學(xué)科的進(jìn)步及此類(lèi)型橋梁結(jié)構(gòu)和施工方法的推廣應(yīng)用都具有非常重要的意義。鋼筋混凝土桁架之前較多應(yīng)用在桁架拱橋當(dāng)中，針對(duì)類(lèi)似洪塘大橋這樣的預(yù)應(yīng)力混凝土桁架 T 構(gòu)橋，國(guó)內(nèi)的研究還比較少。目前國(guó)內(nèi)雖然有不少專(zhuān)家學(xué)者對(duì)節(jié)段預(yù)制拼裝的施工方法進(jìn)行了研究并且已經(jīng)取得一定成果，根據(jù)現(xiàn)有資料來(lái)看這些研究都針對(duì)設(shè)計(jì)及施工過(guò)程，對(duì)桁架 T 構(gòu)橋這種特殊橋型的檢測(cè)評(píng)估、維修加固方面的研究都比較少。洪塘大橋已運(yùn)營(yíng)二十余年，急需對(duì)其健康狀態(tài)作出準(zhǔn)確評(píng)估，并給出合理的維修加固方案。雖然現(xiàn)在針對(duì)一般常見(jiàn)橋梁的狀態(tài)評(píng)估以及維修加固方法已經(jīng)較為成熟，但針對(duì)洪塘大橋這樣特殊橋梁的相關(guān)研究較少。對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行深入研究，不僅可以彌補(bǔ)我國(guó)在該領(lǐng)域研究上的不足，而且還可以推動(dòng)公路工程科學(xué)研究的進(jìn)步。
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1.2 國(guó)內(nèi)外概況及發(fā)展趨勢(shì)
桁架結(jié)構(gòu)在世界建造史上發(fā)揮著不可替代的重要的作用，從最開(kāi)始的木竹桁架到后來(lái)的鋼筋混凝土桁架以及預(yù)應(yīng)力混凝土桁架，再到當(dāng)今被大規(guī)模應(yīng)用的鋼桁架、鋼管混凝土桁架等等。鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土桁架應(yīng)用非常廣泛，多用于屋架、塔架、棧橋和吊車(chē)梁，以鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土桁架為主要受力結(jié)構(gòu)的橋梁也為數(shù)不少[2-3]。1970 年，相關(guān)部門(mén)通過(guò)對(duì)新建的西護(hù)塘橋的研究，使我們對(duì)斜桿式和三角形式桁架拱橋的承載能力、計(jì)算方法，結(jié)點(diǎn)次應(yīng)力等關(guān)鍵問(wèn)題有了進(jìn)一步掌握，總結(jié)出了與實(shí)際情況比較符合的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法。1971 年浙江省內(nèi)新建了多座桁架拱橋，并對(duì)其中的部分橋梁進(jìn)行了檢測(cè)與試驗(yàn)，收集到了大量的相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過(guò)這些橋梁的設(shè)計(jì)、施工和試驗(yàn)，為日后桁架 T 構(gòu)橋的發(fā)展積累了可靠的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和施工經(jīng)驗(yàn)[4-5]。預(yù)應(yīng)力混凝土 T 構(gòu)橋的迅速的發(fā)展始于 20 世紀(jì) 50 年代，我國(guó)第一座預(yù)應(yīng)力混凝土T 構(gòu)橋與 1967 年建成，即柳州橋。本次研究的洪塘大橋建于 1990 年，主橋?yàn)椋?0+120+60）m 預(yù)應(yīng)力混凝土三角桁架 T 構(gòu)，采用了跨中設(shè)鉸的結(jié)構(gòu)形式。預(yù)應(yīng)力混凝土桁架 T 構(gòu)橋兼具預(yù)應(yīng)力混凝土桁架和 T 構(gòu)的待點(diǎn)。在當(dāng)時(shí)生產(chǎn)能力和技術(shù)條件下，節(jié)約了大量鋼材，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)性的要求。預(yù)應(yīng)力混凝土桁架結(jié)構(gòu)在混凝土桁架拱橋中應(yīng)用的比較多，像洪塘大橋這種預(yù)應(yīng)力混凝土三角桁架 T 構(gòu)這種結(jié)構(gòu)比較少見(jiàn)，所以對(duì)其運(yùn)營(yíng)期間的檢測(cè)評(píng)估與維修加固技術(shù)等方面的研究幾乎是空白�；炷令A(yù)制拼裝技術(shù)在我國(guó)也已經(jīng)發(fā)展了二十余年，但相關(guān)研究工作幾乎全部集中于該類(lèi)型橋梁的設(shè)計(jì)與施工，對(duì)其檢測(cè)評(píng)估與維修加固技術(shù)的研究較少。洪塘大橋自建成通車(chē)以來(lái)，分別在 2001、2004、2009 年由相關(guān)單位對(duì)其進(jìn)行了定期的結(jié)構(gòu)檢查工作。最近一次檢查結(jié)果表明，該預(yù)應(yīng)力混凝土三角桁架 T 構(gòu)發(fā)生較大空間變形，支座和剪力鉸破壞嚴(yán)重，基礎(chǔ)沖刷嚴(yán)重等多種病害。本文擬對(duì)這種特殊橋型進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估方法的研究，并分析這些病害對(duì)大橋安全運(yùn)營(yíng)的影響情況，深入研究維修加固技術(shù)，制定維修加固方案。
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第二章 預(yù)應(yīng)力混凝土桁架 T 構(gòu)病害機(jī)理分析

2.1 依托工程
福建洪塘大橋簡(jiǎn)介如下[6-10]：福建洪塘大橋位于福州市洪塘鎮(zhèn)附近，全橋長(zhǎng) 1849.5m，是閩江上最長(zhǎng)的公路特大橋（如圖 2.1.1）。全橋一共 48 孔，主要結(jié)構(gòu)為 60m+120m+60m（下承式預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土三角桁架T 構(gòu)）。主橋橋主墩 3#、4#是 V 型墩，兩側(cè)橋墩 2#、5#是雙柱式橋墩，全橋基礎(chǔ)都是鉆孔樁基礎(chǔ)。本文采用大型有限元程序 midas/civil2012 建立空間三維模型，對(duì)洪塘大橋進(jìn)行仿真模擬分析，洪塘大橋有限元模型如圖 2.1.2，洪塘大橋主橋桿件編號(hào)如圖 2.1.3。全橋共1431 個(gè)節(jié)點(diǎn)，1611 個(gè)梁?jiǎn)卧?38 個(gè)板單元，預(yù)應(yīng)力鋼束 1006 根。
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2.2 洪塘大橋主要病害
3#、4#V 型墩上部蓋梁閩侯側(cè)有數(shù)條貫穿豎向裂縫，并且流白灰現(xiàn)象比較嚴(yán)重。福州側(cè)也有數(shù)條貫穿豎向裂縫，蜂窩麻面現(xiàn)象，只有些微流白灰現(xiàn)象出現(xiàn)。除此之外，V型墩斜撐處有幾條豎向裂縫，3#墩墩身上有流白灰現(xiàn)象等。大橋 3#和 4#橋墩有 1 個(gè)承臺(tái)、5 根樁基存在比較明顯的缺陷或病害，即 4#橋墩承臺(tái)側(cè)面有 4 處裂縫，部分樁有混凝土剝落且形成凹洞、露筋、承臺(tái)底部刷深等缺損或病害，樁基四周河床有明顯沖刷現(xiàn)象。洪塘大橋三角桁架節(jié)點(diǎn)三維坐標(biāo)的監(jiān)測(cè)采用全站儀配合反光棱鏡測(cè)量，主要監(jiān)測(cè)下游桁架，棱鏡固定于節(jié)點(diǎn)處；墩身的傾斜度測(cè)量采用全站儀配合反光棱鏡測(cè)量，實(shí)體墩布置于蓋梁下 20cm 位置，V 型墩布置于斜撐與墩身的節(jié)點(diǎn)處。
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第三章 預(yù)應(yīng)力混凝土桁架 T 構(gòu)評(píng)估方法研究..........22
3.1 常用評(píng)估方法......22
3.2 實(shí)橋評(píng)估......27
第四章 預(yù)應(yīng)力混凝土桁架 T 構(gòu)養(yǎng)護(hù)管理對(duì)策..........51
4.1 橋梁檢查.......51
4.1.1 經(jīng)常性檢查.......51
4.1.2 定期檢查....53
4.1.3 特殊檢查[38]......53
4.2 預(yù)應(yīng)力混凝土桁架 T 構(gòu)主要病害的養(yǎng)護(hù)加固方法........54
第五章 結(jié)論與展望.....63
5.1 結(jié)論........63
5.2 展望........63

第四章 預(yù)應(yīng)力混凝土桁架 T 構(gòu)養(yǎng)護(hù)管理對(duì)策

由上一章的分析結(jié)果可知，該橋更接近于三類(lèi)橋，需進(jìn)行中修。洪塘大橋在運(yùn)營(yíng)中一直以來(lái)承受著車(chē)輪的磨耗、車(chē)輛荷載的反復(fù)沖擊，受自然環(huán)境如暴雨、大風(fēng)、洪水，受天氣溫度變化如日曬、凍融等因素的影響，一些建筑材料的性質(zhì)已經(jīng)發(fā)生衰變。特別是近年來(lái)交通量大幅度增加，重型車(chē)輛的增多，加上由于設(shè)計(jì)和施工中留下的一些缺陷和不完善之處，比如基礎(chǔ)不均勻沉降等，已經(jīng)造成橋梁使用功能的下降和行車(chē)服務(wù)質(zhì)量的降低。如果不對(duì)這些影響因素進(jìn)行及時(shí)的改善，隨著橋梁結(jié)構(gòu)的功能不斷退化，任由病害發(fā)展下去，將會(huì)導(dǎo)致橋梁在一定的使用期后存在更大的安全隱患，嚴(yán)重時(shí)甚至存在損毀、垮塌的危險(xiǎn)[34]。為保證洪塘大橋的耐久性和正常運(yùn)營(yíng)，橋梁的養(yǎng)護(hù)與管理工作便十分重要。以下將從洪塘大橋外觀檢測(cè)所列具體病害出發(fā)，分析其產(chǎn)生的原因從而制定配套的橋梁加固與養(yǎng)護(hù)措施。

4.1 橋梁檢查
除了針對(duì)具體病害要特別注意的養(yǎng)護(hù)與管理外，還需要對(duì)橋梁制定完善的檢查機(jī)制以監(jiān)測(cè)大橋工作狀況。檢查可以分為三類(lèi)[35]，按照不同的檢查頻率，不同檢查部位，不同檢查粗細(xì)度進(jìn)行。經(jīng)常檢查[36]主要以目測(cè)方式配合簡(jiǎn)單工具來(lái)進(jìn)行的，檢查周期如表 4.1.1。汛期應(yīng)增加檢查的頻率。檢查過(guò)程中應(yīng)填寫(xiě)“洪塘大橋經(jīng)常檢查記錄表”，實(shí)時(shí)纖細(xì)記錄所檢查的項(xiàng)目和出現(xiàn)問(wèn)題的類(lèi)型以及程度，提出相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)措施并估測(cè)完成養(yǎng)護(hù)的相應(yīng)的工程量，為以后的保養(yǎng)計(jì)劃提供必要的依據(jù)[37]。經(jīng)常性的檢查內(nèi)容見(jiàn)表 4.1.2。

結(jié)論

1. 本文以洪塘大橋?yàn)橐劳泄こ�，列舉了當(dāng)前該橋存在的多重病害類(lèi)型。主要有混凝土三角桁架 T 構(gòu)空間變形較大，拉壓支座及剪力鉸破壞嚴(yán)重，局部混凝土破碎脫落，基礎(chǔ)沖刷嚴(yán)重等。
2. 本文應(yīng)用層次分析法（AHP 法）建立了洪塘大橋這種特殊橋型整體工作狀態(tài)評(píng)估的詳細(xì)模型，并以此建立了個(gè)層次的判斷矩陣，計(jì)算得到了各個(gè)層次下各因素的權(quán)重。并應(yīng)用模糊貼近度綜合評(píng)判法對(duì)洪塘大橋整體以及上、下部結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀況進(jìn)行了評(píng)估。本文針對(duì)這種特殊橋型形成了一套完整的評(píng)估指標(biāo)體系和評(píng)估等級(jí)體系。
3. 本文對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土桁架 T 構(gòu)的維修加固關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)研究，并將研究成果應(yīng)用于洪塘大橋，為洪塘大橋的維修加固工作提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。
4. 通過(guò)對(duì)洪塘大橋各種病害成因的分析，提出有針對(duì)性的橋梁檢查機(jī)制和檢查內(nèi)容。對(duì)該類(lèi)型橋梁預(yù)防病害的發(fā)生，阻止病害的繼續(xù)加重進(jìn)行了研究。
5. 不同結(jié)構(gòu)形式的橋梁，其病害發(fā)生機(jī)理各不相同。根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)受力形式及病害機(jī)理，研究了預(yù)應(yīng)力混凝土桁架 T 構(gòu)的養(yǎng)護(hù)處理辦法。
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參考文獻(xiàn)（略）