缺失資料既有橋梁無(wú)損檢測(cè)及承載力評(píng)定

劉 喆 夏葉飛

1江蘇寧杭高速公路有限公司（211200） 2江蘇華通工程檢測(cè)有限公司（211100）

橋梁建成通車(chē)以后，隨著時(shí)間的推移，由于種種因素會(huì)使橋梁安全度有所下降，以至影響車(chē)輛運(yùn)營(yíng)的安全。對(duì)既有橋梁進(jìn)行科學(xué)的檢測(cè)和評(píng)估，充分了解橋梁的實(shí)際狀況既可以為經(jīng)濟(jì)可靠地利用既有橋梁提供依據(jù),也可以避免災(zāi)難性事故的發(fā)生，同時(shí)根據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行加固，提高其承載力，使其滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的交通量需求，繼續(xù)為現(xiàn)代交通運(yùn)輸服務(wù),可以給國(guó)家?guī)?lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，我國(guó)橋梁建設(shè)方可真正步入“建養(yǎng)并重”的可持續(xù)發(fā)展道路。但在實(shí)際檢測(cè)工作中，往往發(fā)現(xiàn)橋梁相關(guān)資料丟失現(xiàn)象嚴(yán)重，有些橋梁甚至無(wú)任何原始資料，給檢測(cè)工作帶來(lái)了很大困難。結(jié)合某舊橋檢測(cè)，介紹了對(duì)缺失資料既有橋梁進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)和承載力評(píng)定的實(shí)用方法。

1 資料收集

檢測(cè)橋?yàn)榭鐝?9.5 m，橋面寬8 m的上承式桁架拱橋。桁架拱由2片拱肋組成，靠橋臺(tái)處拱肋由上弦桿、下弦桿和斜桿組成，跨中拱肋由I字型截面組成，拱肋間距4.8m，拱肋寬0.5m，拱上立柱間距3.5 m一道，共16道，立柱上設(shè)置蓋梁，蓋梁上設(shè)置連續(xù)橋面板拱。橋面采用瀝青混凝土鋪裝，兩側(cè)伸縮縫均采用毛肋伸縮縫，漿砌塊石橋臺(tái)。上承式拱橋由于缺少設(shè)計(jì)圖紙，所有結(jié)構(gòu)尺寸均為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。為方便現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、利于后期養(yǎng)護(hù)、維修加固，現(xiàn)對(duì)本橋各構(gòu)件進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)。構(gòu)件總體編號(hào)按照從北向南， 橋臺(tái)編號(hào)為 0#、1#， 板拱編號(hào)為 1#、2#、……、17#，立柱編號(hào)為 1#、2#、……、16#，拱肋從左向右編號(hào)為1#、2#，拱肋實(shí)腹段和弦桿段；弦桿段分上弦桿、下弦桿和斜撐，斜撐的編號(hào)從南往北依次為1#、2#、……、20#，橫向聯(lián)系編號(hào)為 1#、2#、……、10#。

2 主體結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)

2.1 外觀檢查

采用電磁無(wú)損檢測(cè)法確定鋼筋的位置和混凝土保護(hù)層厚度，回彈法測(cè)試橋墩、梁體混凝土強(qiáng)度，回彈法測(cè)試混凝土強(qiáng)度，在新鮮混凝土斷面噴灑酚酞試劑的方法測(cè)定碳化深度。

橋面系裂縫調(diào)查結(jié)果:橋面護(hù)欄之間連接局部松動(dòng)，橋面伸縮縫錨后混凝土與瀝青連接部位少量破損；橋面瀝青鋪裝基本平順，無(wú)明顯破損和開(kāi)裂。

上部結(jié)構(gòu)裂縫調(diào)查結(jié)果:靠近橋臺(tái)兩根立柱的拱肋上弦桿構(gòu)件出現(xiàn)環(huán)向裂縫，裂縫一般在上弦桿底面和側(cè)面連通；拱腳附近拱肋局部出現(xiàn)混凝土剝落，鋼筋銹蝕現(xiàn)象。拱肋之間橫向聯(lián)結(jié)構(gòu)件松散，部分脫落。拱上立柱上橫梁與微彎板連接部位局部開(kāi)裂明顯。

下部結(jié)構(gòu)裂縫調(diào)查結(jié)果:拱腳處拱座局部混凝土開(kāi)裂，拱座局部蜂窩空洞現(xiàn)象明顯。橋臺(tái)錐坡局部防護(hù)破損。

2.2 靜載試驗(yàn)

2.2.1 測(cè)試截面及加載車(chē)輛

本次靜載試驗(yàn)采用等效荷載法，采用30 t重的汽車(chē)組成的汽車(chē)車(chē)隊(duì)進(jìn)行加載。

應(yīng)力采用表面振弦式應(yīng)變傳感器。對(duì)于橋臺(tái)處、拱腳處和靠近岸側(cè)弦桿位移測(cè)試采用百分表測(cè)量，跨中和實(shí)腹段與弦桿交接處附近位移測(cè)試采用棱鏡測(cè)量。

2.2.2 加載工況

根據(jù)結(jié)構(gòu)相應(yīng)截面的內(nèi)力影響線(xiàn)進(jìn)行加載，在實(shí)際荷載試驗(yàn)中通過(guò)控制相應(yīng)的加載車(chē)輛的數(shù)量及位置使該檢驗(yàn)項(xiàng)目的荷載效率系數(shù)η滿(mǎn)足:0.8≤η≤1.05，并盡可能使其荷載效率系數(shù)在0.9～1.0之間。共有以下六種加載工況:

1）1-1截面的最大彎矩對(duì)應(yīng)的正應(yīng)力和1-1截面的位移；2）2-2截面的最大正彎矩對(duì)應(yīng)的正應(yīng)力和2-2截面的位移；3）4-4截面和6-6截面的最大軸力對(duì)應(yīng)的正應(yīng)力；4）3-3截面最大軸力對(duì)應(yīng)的正應(yīng)力；5）5-5截面、7-7截面最大軸壓力對(duì)應(yīng)的正應(yīng)力和7-7截面的位移；6）破損伸縮縫處橋臺(tái)處豎向的位移。

2.2.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

用MIDAS結(jié)構(gòu)分析軟件按梁格法建立空間有限元模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，工況2作用下的計(jì)算結(jié)果及實(shí)測(cè)值見(jiàn)表1、表2所示。

表1 本次（上次）試驗(yàn)2-2截面應(yīng)力數(shù)據(jù)分析MPa

測(cè)試數(shù)據(jù)表明，結(jié)構(gòu)應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)大于1，結(jié)構(gòu)相對(duì)殘余應(yīng)變小于20%。說(shuō)明結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)荷載正常使用要求。

表2 本次（上次）試驗(yàn)2-2截面位移數(shù)據(jù)分析

測(cè)試數(shù)據(jù)表明，上次結(jié)構(gòu)位移校驗(yàn)系數(shù)大于1，結(jié)構(gòu)相對(duì)殘余變形小于20%，說(shuō)明結(jié)構(gòu)的剛度不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)荷載使用要求。實(shí)測(cè)偏載系數(shù)為1.40，小于理論偏載系數(shù)為1.88，說(shuō)明橋梁的抗扭剛度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，但富余量很小。

2.3 動(dòng)載試驗(yàn)

2.3.1 模態(tài)試驗(yàn)

采用脈動(dòng)法進(jìn)行自振特性測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表3所示。

表3 測(cè)試1階頻率與計(jì)算頻率對(duì)比

測(cè)試結(jié)果表明，本次實(shí)測(cè)結(jié)構(gòu)一階正對(duì)稱(chēng)豎彎振型對(duì)應(yīng)的頻率為3.46，比上次實(shí)測(cè)結(jié)構(gòu)一頻率3.42偏高,本次實(shí)測(cè)頻率比理論一階頻率3.426略微偏高,表明橋梁測(cè)試動(dòng)剛度基本滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。一般鋼筋混凝土橋梁的阻尼比在0.014～0.36之間，本橋本次結(jié)構(gòu)阻尼比為0.0149，在正常范圍之內(nèi)。

2.3.2 動(dòng)力荷載試驗(yàn)

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，本橋跑車(chē)沖擊系數(shù)滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)評(píng)定要求。如果橋上有剎車(chē)和跳車(chē)現(xiàn)象，橋梁沖擊系數(shù)將不合要求。因此應(yīng)保證橋面平整，避免車(chē)輛在橋上剎車(chē)。

3 鑒定結(jié)論與加固維修建議

因橋梁拱腳拱肋上弦桿附近拱圈橫向裂縫（繞構(gòu)件環(huán)向裂縫）最大縫寬已達(dá)0.4～0.5mm,已超過(guò)《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/T J21-2011）中規(guī)定限值（持久狀況下混凝土拱構(gòu)件橫向裂縫限值0.3mm）；橋梁的強(qiáng)度、剛度和沖擊系數(shù)等相關(guān)指標(biāo)仍不滿(mǎn)足汽車(chē)-15級(jí)，掛車(chē)-80設(shè)計(jì)荷載的正常使用要求,橋梁拱肋主要裂縫仍處于發(fā)展中。

鑒于該橋交通流量較大,且有超重車(chē)輛通行，應(yīng)立即進(jìn)行交通管制，限制10 t以上車(chē)輛通過(guò)，如必須通行超載車(chē)輛，需拆除重建。

表4 沖擊系數(shù)評(píng)定表

[1] 劉菊玖.模態(tài)試驗(yàn)在舊橋損傷識(shí)別中的應(yīng)用[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào),2005,5.

[2] 楊文淵,等.橋梁維修與加固[M].人民交通出版社,1989.