¿Inspección y evaluación de puentes antiguos en carreteras troncales?
En la práctica de mantenimiento y mejora de carreteras troncales, con el fin de aprovechar al máximo los puentes carreteros existentes y hacerlos servir al transporte por carretera de forma segura y económica, de acuerdo con las "Especificaciones de mantenimiento de alcantarillas de puentes carreteros" y " Documentos de diseño de ingeniería de carreteras" De acuerdo con los requisitos de las "Medidas de preparación", es necesario inspeccionar y evaluar el puente. Evaluar la condición técnica del puente, identificar la capacidad de carga y el desempeño del puente y proporcionar una base científica para formular estrategias de mantenimiento del puente o reconstrucción de puentes de carreteras. En muchas prácticas de inspección y evaluación del pasado, el primer método utilizado fue la prueba de carga del puente. Con base en la práctica de inspección y evaluación de más de 50 puentes de carreteras en carreteras troncales en Hunan, el autor cree que la inspección y evaluación generalmente se pueden llevar a cabo mediante una inspección de calidad estandarizada y detallada y un cálculo estructural basado en los resultados de la inspección, y se requieren costosas pruebas de carga. sólo se realiza cuando es necesario.
1. Descripción general de los antiguos puentes de carreteras troncales
La mayoría de los puentes de carreteras troncales en la provincia de Hunan se construyeron en las décadas de 1960 y 1970, y el 80% de los puentes son de varios tipos de puentes en arco. Dado que estos puentes han estado en funcionamiento durante mucho tiempo y estaban limitados por las condiciones de construcción de la época, hubo algunos fallos en el diseño y la construcción. En la última década, debido a la influencia de los vehículos pesados y otros factores, muchos puentes han sufrido diversos grados de enfermedades. Falta la mayor parte de la información técnica, como los dibujos de diseño y los planos de construcción de estos puentes, lo que dificulta la inspección y evaluación de los puentes.
2. Bases y proceso de trabajo para la inspección y evaluación
Las "Especificaciones de Mantenimiento de Alcantarillas de Puentes de Carreteras" (JTGH11-2004) promulgadas por el Ministerio de Transporte son la base para la evaluación general. del estado técnico del puente. El "Método de evaluación de la capacidad portante de puentes de carreteras antiguos (borrador de prueba)" promulgado por el Ministerio de Transporte en 1988 siempre ha sido la base principal para evaluar la adaptabilidad de los puentes antiguos. En la actualidad, las instituciones de investigación pertinentes del Ministerio de Transporte están preparando el "Reglamento para las pruebas y evaluación de la capacidad de carga de puentes de carreteras" y han elaborado un "Borrador para comentarios". El "Borrador para comentarios" estipula en detalle los métodos y procedimientos para el estudio del puente, la inspección de calidad, el cálculo estructural, la prueba de carga, la evaluación del estado técnico y la identificación de la capacidad de carga, lo que está más en línea con las necesidades actuales de inspección y evaluación del tronco antiguo. carreteras y puede utilizarse como referencia principal.
El proceso de inspección y evaluación de puentes carreteros antiguos es el siguiente: investigación de historia estructural y situación actual, plan de inspección, inspección en sitio, análisis de laboratorio, evaluación de resultados de inspección, informe de inspección y recomendaciones de mantenimiento y refuerzo.
3. Estudio e inspección del puente
3.1 Medición del puente
En primer lugar, debemos realizar una inspección in situ del puente para obtener una comprensión preliminar. del estado técnico y los principales problemas del puente, luego recopilar información exhaustiva sobre el estudio y diseño del puente, su construcción, terminación, mantenimiento, refuerzo, etc., y visitar al personal de mantenimiento para investigar el historial de enfermedades del puente y las condiciones del tráfico. Debido a la grave falta de información técnica en las carreteras troncales, los estudios e inspecciones en el sitio deben ser muy detallados, incluyendo eventos especiales en el uso, razones de las restricciones de velocidad y peso, hidrogeología, entorno de uso, etc.
3.2 Determinación de parámetros geométricos
La clave y dificultad en la determinación de los parámetros geométricos de puentes troncales de carreteras es determinar el desplazamiento horizontal del eje del arco y del pie del arco. Si el eje del arco de la estructura del arco se desvía del diseño original o el desplazamiento del pie del arco excede un cierto rango, será muy peligroso y tendrá un gran impacto en la conclusión de la evaluación. De acuerdo con la bisectriz l2 del tramo del puente, establezca los puntos de medición del eje del arco en la parte posterior del arco y el plafón respectivamente, y use un distanciómetro con una precisión de 2" para medir. El diseño y la medición de la medición deben ser meticulosos y precisos para reflejar verdaderamente En el estado real, midiendo el hundimiento de la bóveda, se calcula el desplazamiento horizontal relativo del pie del arco según la siguiente fórmula:
En la fórmula, son los valores de las coordenadas de la línea de influencia del empuje de. las secciones l/4 y l/2 respectivamente; son l/4 y l/2 respectivamente El valor de deflexión del eje del arco medido en la sección
3.3 Detección de estructura del puente
La detección de grietas y la detección de cimientos son el foco de la detección estructural de puentes de carreteras troncales antiguos. Las grietas estructurales son la manifestación visual de enfermedades del puente. Si hay una señal, el personal de inspección debe dar prioridad al uso de vehículos de inspección de puentes o a la instalación de soportes para cerrar. observación, distinguir con precisión las grietas superficiales y las grietas estructurales, e identificar y registrar con precisión si los cimientos y los cimientos son estables, lo cual es muy importante para juzgar si el puente de arco es seguro. Importante, la exploración de los cimientos se lleva a cabo mediante pozos exploratorios y trincheras. , métodos geofísicos y de otro tipo; se llevan a cabo pruebas físicas y mecánicas en el suelo no perturbado, como pruebas de carga, pruebas de penetración estática y pruebas de penetración estándar cuando es necesario; p>3.4 Prueba de materiales
Se debe probar la resistencia del material de las principales partes portantes de la estructura del puente. La mayoría de los puentes antiguos en carreteras principales están hechos de mampostería y se puede probar la resistencia de la piedra. mediante muestreo in situ y pruebas de laboratorio. El mortero utilizado para mampostería debe usarse de acuerdo con la condición actual del puente y la situación actual del puente. Si se trata de una estructura de concreto, generalmente se usa el método de rebote para medir la carbonatación. profundidad del hormigón.
3.5 Evaluación global del estado técnico del puente
En base a los resultados de la investigación y ensayos, y de acuerdo con las normas y métodos de evaluación de la “Carretera”. Especificaciones de mantenimiento de alcantarillas de puentes", los puntajes de condición técnica de cada componente se calculan por separado y la condición técnica se evalúa de manera integral. Nivel. Determine las contramedidas de mantenimiento según el nivel técnico e inicialmente determine si se requieren verificación estructural y pruebas de carga.
Se puede ver que la investigación y la inspección son vínculos importantes en la inspección y evaluación de puentes, ya que proporcionan la base para la inspección y el cálculo estructural como referencia para las pruebas de carga.
4. Cálculo de la estructura del puente
Faltan los datos de diseño del puente antiguo en la carretera principal y los datos básicos para la verificación estructural se basan principalmente en datos de inspección, pruebas y estudios. . Los parámetros geométricos se basan en datos medidos en campo y la resistencia del material también se basa en datos experimentales. Debido a que los puentes antiguos en las carreteras principales se construyeron antes, los niveles de carga de diseño son generalmente más bajos y no pueden cumplir con los requisitos de nivel de carga de las nuevas especificaciones. Además, el diseño y la construcción estaban limitados por el nivel técnico en ese momento, lo que puede afectar la seguridad. peligros. Al mismo tiempo, debido al progreso en la investigación teórica sobre estructuras de puentes, se han obtenido nuevos resultados de investigación sobre los modos de influencia de diversas cargas en las estructuras de puentes. Por lo tanto, en general, el cálculo estructural del puente antiguo se basa en las teorías y métodos de cálculo avanzados actuales. Al tiempo que se garantiza la seguridad estructural, se aprovecha al máximo el potencial de carga del puente antiguo para lograr el propósito de determinar. la capacidad de carga del antiguo puente. Al mismo tiempo, el modelo de cálculo debe ser lo más parecido posible a la situación real del puente.
Algunos problemas comunes a los que se debe prestar atención al inspeccionar estructuras de puentes antiguos.
4.1 Impacto del proceso de construcción y la tecnología de construcción
Aunque el puente antiguo ya se encuentra en la etapa de uso en el momento de la verificación, no es necesario considerar la verificación durante la etapa de construcción. Sin embargo, debido al impacto de la tecnología y la tecnología de la construcción en la tensión estructural después de que se completa el puente, el impacto de la tecnología y la tecnología de la construcción aún debe considerarse al revisar el puente antiguo. Durante el estudio del puente, se debe entrevistar al personal de construcción o mantenimiento para obtener información relevante para que sus efectos puedan considerarse adecuadamente en los cálculos.
4.2 Coeficiente de distribución transversal
Los arcos de losa generalmente no consideran la influencia de la distribución de carga lateral para arcos nervados y arcos de doble curvatura, la influencia de la distribución de carga lateral en cada nervadura del arco; debe ser considerado. Los arcos nervados pueden estar soportados elásticamente por vigas continuas.
Método, el arco de doble curva se puede calcular mediante el método de presión excéntrica; el método de elementos finitos espaciales también se puede utilizar para modelar las nervaduras completas del arco del puente y los edificios en el arco, y calcular directamente el tensión de cada costilla del arco. Para estructuras importantes de gran envergadura, es necesario utilizar el método de elementos finitos espaciales.
4.3 Desplazamiento básico
Debido a la estructura pesada y al gran empuje horizontal del puente de arco, los cimientos son propensos a desplazarse. Al inspeccionar estructuras de puentes antiguos, se debe considerar el impacto del desplazamiento de los cimientos sobre la tensión estructural en función de los resultados de las mediciones reales. Para puentes que han estado en uso durante muchos años y no se han encontrado en las mediciones reales, se puede ignorar el impacto del desplazamiento de los cimientos. . Por otro lado, para puentes con desplazamiento de cimientos medido, el impacto debe considerarse con base en el desplazamiento real de cimientos, y se deben proponer medidas basadas en los resultados de la investigación de las condiciones geológicas básicas para evitar que el desplazamiento de cimientos continúe o para mejorar el Desplazamiento de cimientos existentes.
4.4 Puente de arco hueco
Para los arcos abdominales en forma de arco, la forma del arco abdominal tiene un mayor impacto en la respuesta de carga de la estructura. Arco de bisagra simple, doble. se debe utilizar un arco de bisagra o un arco de tres bisagras que se reflejen con precisión en el modelo de cálculo; las propiedades del material del arco abdominal también deben ajustarse a la situación real, y el material del arco principal no se puede aplicar simplemente.
4.5 Puentes de arco de vientre macizo
Hay un gran número de puentes de arco de vientre macizo de luz pequeña en las carreteras principales de las zonas montañosas del oeste y sur de Hunan. La mayoría de estos puentes están diseñados según manuales de puentes de arco o dibujos estereotipados, y sus superestructuras están en su mayoría estandarizadas. Este tipo de puente puede recopilar planos de construcción y planos de obra, y realizar cálculos basados en los planos, si no se pueden recopilar los planos, se pueden encontrar los dibujos estandarizados correspondientes en función de los parámetros geométricos medidos y se pueden realizar cálculos en base a ellos; los dibujos. Dado que la protección del arco de un puente de arco de vientre sólido es un proyecto oculto, la protección del arco debe inspeccionarse mediante perforación y la influencia del arco de protección debe considerarse en forma de una sección convertida en el cálculo estructural. A través de cálculos en casi 20 puentes de arco de alma sólida, el autor descubrió que la mayoría de los puentes de arco de alma sólida necesitan ser reforzados debido a su temprana vida útil y su bajo nivel de carga de diseño. El método de refuerzo consiste en cambiar el relleno del respaldo del arco de tipo relleno a tipo de mampostería y, al mismo tiempo, la pared posterior del pilar debe engrosarse para adaptarse al aumento del nivel de carga.
5. Prueba de carga
En la inspección de puentes antiguos, el puente puede aplastarse o dañarse durante la inspección de carga es costosa y requiere mucho tiempo. Para los puentes antiguos de carreteras troncales, si se realiza una prueba de carga sin comprender completamente la condición técnica del puente, es probable que cause pérdidas irreparables al puente y agrave la enfermedad. Por lo tanto, antes de realizar la prueba de carga, es necesario aclarar el propósito de la prueba de carga y analizar si la prueba de carga es necesaria en función de los resultados de la prueba. Las pruebas de carga solo se pueden realizar cuando la capacidad de carga del puente no se puede determinar basándose en los cálculos de inspección del puente. La información estructural del puente de arco de placa en T se obtiene mediante la medición de parámetros geométricos, la inspección de la calidad estructural y la inspección de la resistencia del material. La capacidad de carga del puente se puede determinar con precisión mediante el cálculo estructural, por lo que no se requiere prueba de carga. Dado que los puentes de arco nervado y de arco de doble curvatura tienen una gran influencia en el coeficiente de distribución de carga lateral, y debido a que la influencia de las enfermedades de la construcción en el coeficiente de distribución de carga lateral en el arco es difícil de determinar mediante cálculos, se recomienda realizar una prueba de carga. prueba. La siguiente es una breve introducción a la prueba de carga del Puente Medio de Shiban Village (puente de doble arco) en un proyecto de reconstrucción de una carretera principal.
El puente es un arco de doble curvatura de 1-35 m, construido en 1988, con una capacidad de carga diseñada de 20 t para automóviles y 100 t para remolques. Ancho del puente: acera de 1,5 m + calzada de 9,0 m + acera de 1,5 m, compuesto por 6 nervaduras de arco en la dirección transversal, hay dos arcos abdominales a ambos lados del arco principal, de los cuales los arcos abdominales laterales están diseñados como tres bisagras; arcos; la relación de luz es 1/6. Después de la inspección in situ, se encontró que la alineación del eje del arco del puente estaba entre el eje del arco diseñado y el eje del arco diseñado, incluida la contraflecha. La base del pilar está ubicada en esquisto, que es la base de la ocurrencia; la resistencia de las nervaduras del arco, las ondas del arco y las placas del arco se determinó con base en pruebas de campo.
Principios de cálculo de verificación estructural: ① El eje del arco se basa en el eje del arco diseñado, incluida la contraflecha. La secuencia de construcción de las nervaduras del arco, las ondas del arco y las placas del arco se tiene en cuenta en el cálculo con precisión. reflejar la contracción del hormigón en diferentes períodos La influencia de la fuerza interna secundaria de fluencia en la estructura; ② El coeficiente de distribución transversal se calcula utilizando el método de presión excéntrica; ③ No se considera el asentamiento de la base; anillo del arco principal, muros verticales, arcos abdominales y tablero de puente virtual, entre los que se encuentran los flancos. El arco se modela como un arco de tres bisagras, y el tablero de puente virtual sólo está diseñado para transmitir cargas de vehículos sin considerar la resistencia. efecto conjunto de los edificios en el arco ⑤ Debido a los nuevos resultados en el método de cálculo teórico de la contracción y la fluencia del hormigón, la contracción del hormigón La fluencia se calcula de acuerdo con el método de cálculo del "Código de diseño para puentes y alcantarillas de hormigón armado y hormigón pretensado para carreteras"; (JTG D62-2004), en lugar del método de enfriamiento equivalente estipulado en el código anterior ⑥ Dado que la carga del vehículo se cambió a uno después de la reconstrucción de la carretera, Nivel 2, la carga del vehículo se calcula de acuerdo con el Nivel 1 y el Nivel 2; El método de combinación de carga se implementa de acuerdo con las "Especificaciones Generales para el Diseño de Puentes y Alcantarillas de Carreteras" (JTGD60-2004).
Resultados del cálculo estructural: de acuerdo con los principios de cálculo anteriores, mediante el análisis de elementos finitos, la resistencia de la bóveda del puente y la sección de 1/4L cumple con los requisitos de la especificación, pero la sección del pie del arco es ligeramente insuficiente. Valor de la resistencia de la sección y efecto de la carga de la sección. La relación es 0,85. Teniendo en cuenta la complejidad del coeficiente de distribución de la sección del puente de arco hiperbólico y la pequeña diferencia entre la resistencia de la sección del puente y el valor de cálculo teórico, la prueba de carga es segura y necesaria, por lo que se llevó a cabo la prueba de carga en el puente.
A través de la prueba de carga se midió la tensión normal de las secciones de pie del puente y arco y la deflexión de la bóveda, 1/4L y pie de arco. Los resultados de la prueba de carga muestran que el coeficiente de verificación de tensión del puente es inferior a 0,9 y el coeficiente de verificación de deflexión es inferior a 0,6. Según el "Método de evaluación de la capacidad de carga de puentes de carreteras antiguos (borrador de prueba)", la capacidad de carga del puente se puede aumentar en un 10% según el valor calculado antes de que finalmente se complete el puente. Según el "Código para el mantenimiento de alcantarillas de puentes de carreteras" (JTG H11-2004), si la capacidad de carga cae un 10% en comparación con el valor de diseño, debe reconocerse como un puente de Clase III. Las contramedidas de mantenimiento de tuberías determinadas por la conclusión de la inspección son: cambiar el tablero del puente a hormigón armado para mejorar la integridad estructural y utilizar hormigón proyectado para reforzar adecuadamente las secciones de los pies del arco. Mediante la prueba de carga, se puede identificar con precisión la capacidad de carga del puente, se pueden proporcionar contramedidas específicas para el mantenimiento del puente y se puede lograr el propósito de la prueba de carga.
6. Análisis y evaluación de la capacidad portante de puentes
6.1 Evaluación de resistencia y estabilidad de estructuras o componentes
La resistencia y estabilidad de estructuras o componentes de puentes se pueden evaluar La evaluación se lleva a cabo en base a los resultados de las pruebas y estudios del puente, las conclusiones de la verificación estructural y las conclusiones de las pruebas de carga.
6.2 Cimientos y evaluación de cimientos
La estabilidad de los cimientos se puede evaluar en función de los resultados de los cimientos y de la exploración de los cimientos, los resultados de la verificación estructural y las conclusiones de las pruebas de carga.
6.3 Evaluación de rigidez de estructuras o componentes
Con base en los resultados de deflexión calculados de la estructura y los resultados medidos de la deflexión del ensayo de carga, se puede evaluar la rigidez de la estructura o componente. .
6.4 Evaluar la situación de fisuración de estructuras o componentes
Evaluar el estado actual de las fisuras estructurales en función de los resultados de la medición de fisuras en obra, y al mismo tiempo, en base al cálculo resultados del ancho de la grieta estructural y la medición real del ancho de la grieta en la prueba de carga. Como resultado, se evalúa el ancho de la grieta de la estructura o miembro en servicio.
6.5 Análisis y evaluación de la capacidad de carga
Con base en las cuatro conclusiones de la evaluación anteriores, se puede evaluar la adaptabilidad de la capacidad de carga del puente en uso, la capacidad de carga actual del puente se puede determinar y los requisitos de límite de carga.
7. Conclusiones y sugerencias de la inspección y evaluación
Las conclusiones y sugerencias de la inspección y evaluación del puente están relacionadas con la seguridad y el desempeño de la antigua estructura del puente después de la reconstrucción de la carretera, por lo que Las conclusiones y sugerencias de la inspección y evaluación del puente son Las sugerencias deben incluir los siguientes aspectos: ① La capacidad de carga actual del puente, aclarar la conclusión del uso directo, refuerzo o reconstrucción del puente durante la reconstrucción de la carretera (2) Proponer la gestión; y contramedidas de mantenimiento para puentes que pueden usarse directamente para tratar defectos estructurales (3) Para puentes reforzados, se debe señalar claramente la ubicación y extensión de los defectos estructurales, se debe proponer un plan de refuerzo y se deben brindar orientaciones para el diseño del refuerzo; siempre que; ④ Debe haber razones suficientes para decidir reconstruir el puente.
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