第四届北京市大学生建筑结构设计竞赛--B组赛题(桥梁方向)

第四届北京市大学生建筑结构设计竞赛

B组赛组（桥梁方向）

一.题目

北京三元桥跨京顺路桥梁改建工程

二.设计资料：

（一）工程概况

1. 原桥概况

三元桥跨京顺路桥（见照1～4）位于东北三环路上，跨京顺路（见图1），桥梁大致为东西走向（西北至东南），共3跨。跨径组合为13.50 m（双T形梁）+27.30 m（双T形梁）+13.50 m（双T形梁），桥梁总长为54.90m。桥梁车行道宽为44.80m。桥梁原设计时考虑了快车道、慢车道及人行道，设计荷载等级快车道为汽-超20，挂-120，慢车道按均布荷载4.0kN/m2，汽-15考虑，人行道为3.5kN/m2。桥梁抗震设防烈度为八度。

三元桥跨京顺路桥

图1 三元桥跨京顺路桥地理位置示意图

照2 三元桥跨京顺路桥外观

照3 三元桥跨京顺路桥桥面外观

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照4 三元桥跨京顺路桥下部结构外观

三元桥跨京顺路桥于1984年建成， 原桥结构形式为边孔设铰的三孔V 型墩刚架体系。上部结构由九根主梁组成，主梁截面为双T 形（也称为π型梁），在V 型墩区域主梁由双T 形合并为实体的实腹梁截面。下部结构采用V 型墩、钢筋混凝土U 型桥台、扩大基础。如下图所示：

图2 三元桥跨京顺路桥平面示意图（单位：mm ）

图3 三元桥跨京顺路桥立面示意图（单位：mm）

图4 三元桥跨京顺路桥Ⅰ-Ⅰ主梁横断面示意图（单位：mm）2003年进行了加固（加固资料不全），2011年进行维修，主要措施为：

主梁采用高强不锈钢绞线网加聚合物砂浆加固。

拆除局部桥面铺装并植筋于桥面板，施工防水层，重新上铺桥面沥青混凝土铺装。

对主梁、桥面板（非拆除重做区域）、桥台部位横向联系及V型墩、桥台等裂缝进行封闭处理，破损处用砂浆修补。

拆除中央隔离带重做防水并恢复重建。

2.现况桥梁技术状况及病害原因分析

2013年，北京某检测中心通过实桥检测表明，该桥目前存在以下病害：

1）桥面系及附属设施

（1）桥梁系及附属设施病害情况

三元桥跨京顺路桥桥面铺装层采用沥青混凝土，桥面宽度为44.80m。桥面系及附属设施存在的主要损伤为：2条伸缩缝阻塞、2条伸缩缝接缝处碎边；铺装层纵向裂缝6条，最大长度L=2.2m；铺装层网裂2处，最大面积S=200.0m2；铺装层坑槽2处，最大面积S=0.05m2；铺装层局部破损2处；雨水管锈蚀2处；路缘石露筋破损4处，具体情况见表1。

表1 桥面系及附属设施检查结果

（2）病害原因分析：

三元桥跨京顺路桥两条伸缩缝均已阻塞，接缝处有混凝土碎边，桥面铺装层存在纵向裂缝、网裂、坑槽、路缘石露筋破损等情况。目前，上述损伤对桥梁结构的承载力及使用安全影响不大，但上述伸缩缝的阻塞、桥面铺装层的开裂、路缘石露筋破损等会对桥梁结构的耐久性及行车舒适性造成不利影响，应对桥面系存在的损伤采取措施进行处理及日常维护。

2）上部结构

（1）上部结构主要病害情况

三元桥跨京顺路桥上部结构主梁为双T形截面梁，主梁之间桥面板采用现浇混凝土联接。目前主梁梁底存在纵向开裂、局部混凝土破损剥落、桥面板(翼缘板)存在横向开裂渗水等损伤，桥台部位横向联系已封闭裂缝有开裂发展趋势、竖向及水平裂缝、渗水等损伤。现场检查主要损伤部分情况见表2。

表2 上部结构检测结果

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照13 L3-9-1梁东端底空鼓检验

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上部结构病害示意图：

病害总体布置图：

图5 上部结构病害示意图（单位mm）

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图6 桥面系及附属设施病害示意图（重叠）

注：灰色代表桥面系及附属设施病害，彩色线条代表桥面板病害

（2）病害原因分析：

① 主梁未加固区域存在梁底纵向裂缝，经检测分析为非受力裂缝。加固区域外砂浆层开裂空鼓是由于砂浆层的收缩导致，但外抹砂浆层内的钢绞线聚合物砂浆加固层未见异常。

② 主梁桥跨铰处开裂渗水严重是由桥面防水层破损导致；悬臂板开裂渗水是由于浇筑接缝混凝土时冷缝处理不当等因素造成的；桥面板存在横向裂缝，并伴有渗水（裂缝已贯通桥面板厚度），此类裂缝应属混凝土收缩等引起的非结构性裂缝，检测发现部分

严重渗水区域对应桥面位置铺装层存在不同程度的开裂（或网裂）情况，上述裂缝数量较多且已贯通桥面板厚度，对桥面板局部承载力及结构的耐久性已造成不利影响，应采取措施进行加固处理。

③横向联系竖向裂缝、水平方向裂缝及斜向裂缝应为混凝土收缩和车辆荷载等（以

混凝土收缩为主）多种因素造成的，目前横向联系裂缝的最大长度为1.5m，最大宽度为

0.5mm，这些裂缝对横向联系受力造成不利影响，也降低了桥梁结构的整体受力性能，应

采取适当措施对横向联系进行加固补强处理。

3）下部结构

（1）下部结构病害情况

全桥墩柱网裂1处；桥台3条竖向裂缝；桥台耳墙开裂2处。

支座：支座存在剪切变形等病害（见表3）。

抗震挡块：抗震挡块未发现有明显可见的结构性损伤。

墩柱：除个别墩柱有局部开裂外，其它墩柱未发现存在有结构性损伤。墩柱检测结果见表4。

桥台：对各桥台进行了详细检查，桥台的主要损伤为存在竖向裂缝。其检查结果见表5。

表3 支座检测结果

表4 墩柱检测结果

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表5桥台检测结果

（2）病害原因分析：

病害原因可推测为：桥台竖向裂缝主要由混凝土收缩或不均匀沉降引起，会影响桥台结构的耐久性。三元桥跨京顺路桥下部结构桥台、墩柱等未发现有由于承载力不足而引起的结构性开裂及损伤，但支座存在老化、剪切变形等，未见有明显脱空情况。桥梁下部结构墩柱、桥台局部开裂破损、桥台竖向裂缝等损伤对桥梁结构的承载力影响不大，但会对下部结构的耐久性造成不利影响。支座老化、剪切变形也会对主梁的受力造成不利影响。

3.原桥材质检测结果

桥梁自建成运营后，在荷载作用、环境作用等因素的影响下，材料强度及结构的耐久性均受到了不同程度的影响，专项无损检测的主要目的是为测试混凝土劣化程度及目前结构的耐久性能指标，包括以下内容：混凝土强度、混凝土碳化深度、钢筋位置及保护层厚度、混凝土构件钢筋锈蚀检测，其检测结果如下所述：

1）混凝土强度

采用无损回弹法对三元桥跨京顺路桥承重构件的混凝土强度进行检测。根据该桥梁的现场实际条件，对桥梁上部结构主梁、下部结构墩柱的混凝土强度进行了检测，在构件检测单元上布置了规范所要求的回弹测区，每个测区记取16个回弹值，回弹读数精确至1。

依据《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》的相关规定及要求，按指定的全国统一测强曲线，考虑非水平方向以及不同角度检测面的修正值，测得三元桥跨京顺路桥构件混凝土强度推定值，检测结果表明：

（1）主梁（原结构）的混凝土强度推定值约为30.0MPa，满足原设计图纸要求。

（2）墩柱的混凝土强度推定值约为45.0MPa，满足原设计图纸要求。

2）混凝土碳化深度

混凝土碳化深度检测的主要目的是对结构的耐久性指标进行评价，并间接评价钢筋的锈蚀状况。碳化检测使用1％的酚酞试剂进行测试，用碳化深度测量仪进行深度测量，每个构件抽取3个点进行碳化测试，并取其平均值作为该构件实测碳化深度值。

混凝土碳化反应最直接的影响就是改变混凝土的碱性环境，使混凝土中性化，钢筋脱钝后在潮湿环境下可能发生锈蚀，影响结构的耐久性。本次桥梁混凝土构件的碳化深度测试结果如下：

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