受車(chē)輛撞擊后人行天橋的損傷評(píng)估

繆　鋒

(福建省永正工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司　福建福州　350012)

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受車(chē)輛撞擊后人行天橋的損傷評(píng)估

繆鋒

(福建省永正工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司福建福州350012)

某人行天橋受重車(chē)撞擊后出現(xiàn)損傷，為評(píng)估損傷后橋梁的技術(shù)狀況，通過(guò)對(duì)該橋采取外觀、無(wú)損檢測(cè)及荷載試驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果表明車(chē)撞主要造成主跨鋼箱梁局部變形，對(duì)焊縫質(zhì)量及橋面線形基本無(wú)影響，橋梁豎向自振頻率大于理論頻率，在靜載試驗(yàn)下主梁強(qiáng)度與整體剛度滿足規(guī)范要求，但主梁局部變形處存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，綜合分析認(rèn)為該車(chē)撞事故并不影響橋梁整體承載能力及其使用要求。

人行天橋；碰撞；損傷；承載能力；評(píng)估

0　引言

隨著城市交通量的增大，為保證行人的通行安全，城市出現(xiàn)越來(lái)越多的跨線鋼箱人行天橋。城市快速路車(chē)流量大且車(chē)速快，人行天橋有可能受到車(chē)輛的撞擊造成損傷，甚至導(dǎo)致整體垮塌。車(chē)-橋撞擊事故有2種類(lèi)型：一種是超高車(chē)輛撞擊橋梁主梁等上部結(jié)構(gòu)；另一種是車(chē)輛撞擊橋墩等下部結(jié)構(gòu)，2類(lèi)事故都可能給橋梁造成致命破壞[1]。

車(chē)輛與橋梁相撞是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題，決定撞擊荷載對(duì)橋梁損傷程度的因素很多，除橋梁本身的結(jié)構(gòu)特性外，撞擊物的結(jié)構(gòu)、剛度、撞擊點(diǎn)的位置、變形能力等都起至關(guān)重要的作用[2]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)車(chē)橋碰撞問(wèn)題進(jìn)行大量的數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究，但既有橋梁受碰撞后的損傷評(píng)估及事故處理方面研究相對(duì)較少。本文通過(guò)對(duì)受撞人行天橋展開(kāi)一系列檢測(cè)工作，分析橋梁損傷性質(zhì)，評(píng)估橋梁技術(shù)狀態(tài)及承載能力，為類(lèi)似橋梁損傷事故提供一定工程借鑒。

1　工程概況

某人行天橋上部結(jié)構(gòu)由主跨、自行車(chē)道和人行階梯三部分結(jié)構(gòu)組成，其中主跨采用鋼箱梁結(jié)構(gòu)，跨徑為29.00m，橋面總寬為3.50m，自行車(chē)道為現(xiàn)澆鋼筋砼連續(xù)梁，橋面寬為2.24m，人行階梯為現(xiàn)澆鋼筋砼斜板梁，梯道寬為1.74m；下部結(jié)構(gòu)采用片石砼擴(kuò)大基礎(chǔ)，鋼筋混凝土柱式墩；除鋼箱梁梁端設(shè)板式橡膠支座，自行車(chē)道與人行階梯均采用現(xiàn)澆梁板柱固結(jié)形式。本橋?yàn)槿诵信c自行車(chē)通道橋，設(shè)計(jì)人群荷載為4.0kN/m2。橋梁立面圖及橫斷面圖如圖1、圖2所示。2013年3月15日凌晨，一輛三軸自卸式載重車(chē)車(chē)重約15t，以約70km/h的速度撞上該橋主跨鋼箱梁，被撞擊主梁腹板、底面出現(xiàn)局部變形及刮痕，現(xiàn)場(chǎng)照片如圖3所示。為查明該橋損傷情況，事故發(fā)生后，立即對(duì)該橋進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢測(cè)評(píng)估。

2　檢測(cè)評(píng)估方案

本次橋梁檢測(cè)包括橋梁外觀檢測(cè)、無(wú)損檢測(cè)及荷載試驗(yàn)：

(1)通過(guò)橋梁外觀檢查，全面了解橋梁技術(shù)狀況，主要包括車(chē)輛撞擊后主體結(jié)構(gòu)的損傷狀況、 梁端和墩臺(tái)的相對(duì)位置、支座變形與移位、 梁體裂縫觀測(cè)， 橋梁附屬設(shè)施檢查。

(2)通過(guò)橋面線形觀測(cè)、焊縫無(wú)損探傷評(píng)估橋梁材質(zhì)狀況與狀態(tài)參數(shù)。

(3)通過(guò)橋梁荷載試驗(yàn)，掌握橋梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)階段的實(shí)際工作狀態(tài)，并與理論計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析，綜合判定橋梁的承載能力狀況。

2.1靜載試驗(yàn)方案

(1)靜載工況

根據(jù)橋梁主跨的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及損傷狀況，選取跨中斷面及受損斷面作為控制斷面，如圖4所示，靜載試驗(yàn)工況及測(cè)試內(nèi)容如表1所示。

(2)試驗(yàn)荷載效率

本次靜載試驗(yàn)采用水箱加載方式，依據(jù)設(shè)計(jì)人群荷載進(jìn)行等效布載，試驗(yàn)效率為 =0.95～0.98，滿足《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》(JTG/T J21—2011)[3]規(guī)定的荷載效率 的范圍要求，各工況試驗(yàn)內(nèi)力及荷載效率如表3所示。

表2　各工況試驗(yàn)內(nèi)力及試驗(yàn)效率

(3)測(cè)點(diǎn)布置

應(yīng)變測(cè)試采用電阻應(yīng)變片和DH3815N型靜態(tài)應(yīng)變儀進(jìn)行采集?？刂茢嗝鏋榭缰袛嗝?1-1)、受損斷面(2-2)，1-1斷面布置3個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)；2-2斷面布置4個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，其中測(cè)點(diǎn)4布置在梁底受損處。具體測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖5。

撓度采用精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)試。撓度測(cè)點(diǎn)布置在跨中斷面(1-1)、受損斷面(2-2)，每個(gè)斷面布置2個(gè)撓度測(cè)點(diǎn)，如圖6所示。

2.3環(huán)境脈動(dòng)試驗(yàn)方案

橋梁自振特性試驗(yàn)是利用橋梁結(jié)構(gòu)在各種隨機(jī)環(huán)境激勵(lì)(包括日常隨機(jī)車(chē)輛、行人、天然風(fēng)、水流、地脈動(dòng)的組合)下引起的振動(dòng)響應(yīng)，以分析橋跨結(jié)構(gòu)的自振特性。測(cè)量采用DH5920動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試分析系統(tǒng)，系統(tǒng)對(duì)位移、速度、加速度等物理量進(jìn)行自動(dòng)、準(zhǔn)確、可靠的動(dòng)態(tài)測(cè)試和分析。在主跨橋面一側(cè)布置豎向加速度傳感器，以觀測(cè)橋梁測(cè)試跨豎向前幾階振動(dòng)頻率及振型，測(cè)點(diǎn)布置在主跨8等分點(diǎn)處，詳見(jiàn)圖7。

3　檢測(cè)結(jié)果與評(píng)定

3.1損傷檢測(cè)結(jié)果

通過(guò)對(duì)全橋外觀進(jìn)行詳細(xì)檢查，由車(chē)輛撞擊造成的橋梁表觀損傷情況如下：

(1)主跨梁體腹板存在1處車(chē)輛刮擦痕跡，刮擦處梁體涂層剝落、鋼板外露銹蝕，面積約2.5m×0.2m；累計(jì)存在2處車(chē)輛碰撞痕跡，碰撞處鋼腹板最大凹陷深度約5.0mm，面積均約為0.2m×0.2m。主跨梁體底板存在1處車(chē)輛刮擦痕跡，面積約2.0m×1.8m，刮擦處鋼板最大凹陷深度約4.0mm，面積約0.8m×0.5m。

(2)1#墩東側(cè)防震擋塊存在剪切開(kāi)裂現(xiàn)象，墩帽處支座橫向移位2.0mm。

3.2無(wú)損檢測(cè)結(jié)果

采用精密水準(zhǔn)儀對(duì)主跨橋面進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量，觀測(cè)橋梁的縱向線形。測(cè)線布置在橋面東側(cè)、西側(cè)及中心位置，按8等分布置，每條測(cè)線布設(shè)9個(gè)測(cè)點(diǎn)，全橋累計(jì)布設(shè)27個(gè)測(cè)點(diǎn)。橋面縱向線形觀測(cè)結(jié)果表明，主跨橋面實(shí)測(cè)線形基本平順，高程無(wú)明顯突變情況，如圖8所示。

對(duì)主跨鋼箱梁受損截面及未受影響截面焊縫進(jìn)行超聲波探傷檢驗(yàn)，分析車(chē)撞對(duì)焊縫質(zhì)量的影響。檢測(cè)結(jié)果表明，所檢焊縫均未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷，焊縫質(zhì)量均達(dá)到《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB50205-2001)[4]規(guī)定的一級(jí)焊縫質(zhì)量等級(jí)要求。

3.3靜載試驗(yàn)結(jié)果

本次靜載試驗(yàn)分四級(jí)加載，分別測(cè)試各級(jí)荷載作用下的控制斷面的應(yīng)變與撓度，并觀測(cè)受損鋼箱梁底板的局部應(yīng)力情況。

(1)控制截面應(yīng)變測(cè)試結(jié)果

在各級(jí)荷載作用下，控制截面測(cè)點(diǎn)應(yīng)變值與理論值的關(guān)系曲線如圖9、圖10所示。從圖中可看出主跨最大正彎矩?cái)嗝?1-1)理論應(yīng)變與實(shí)測(cè)應(yīng)變曲線規(guī)律一致，內(nèi)力與應(yīng)變基本成線性關(guān)系；而受損斷面(2-2)在各級(jí)荷載作用下實(shí)測(cè)應(yīng)變與理論應(yīng)變規(guī)律不一致，實(shí)測(cè)應(yīng)變值加載前期相對(duì)較小，后期應(yīng)變有點(diǎn)突變。

控制截面滿載應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果由表3可知：在各工況荷載作用下，實(shí)測(cè)控制截面的應(yīng)變值均小于理論值，應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在0.95～1.00之間，滿足規(guī)程(JTG/T J21—2011)中規(guī)定的校驗(yàn)系數(shù)不大于1.0的要求。相對(duì)殘余應(yīng)變?cè)?～2.56%之間，滿足規(guī)程(JTG/T J21—2011)中規(guī)定的相對(duì)殘余應(yīng)變不大于20%的要求。

表3　應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果

備注：表中應(yīng)變以受壓為負(fù)值，受拉為正值

(2)控制截面撓度測(cè)試結(jié)果

在各級(jí)荷載作用下，控制截面測(cè)點(diǎn)撓度值與理論值的關(guān)系曲線如圖11、圖12所示。從圖中可看出主跨最大正彎矩?cái)嗝?1-1)及受損斷面(2-2)理論撓度與實(shí)測(cè)撓度曲線規(guī)律基本一致，隨著荷載的增加，截面內(nèi)力與撓度近似線性增長(zhǎng)。

控制截面滿載撓度檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4，由表4可知：在各工況荷載作用下，實(shí)測(cè)控制截面的撓度值均小于理論值，撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.61～0.76之間，滿足規(guī)程(JTG/T J21—2011)中規(guī)定的校驗(yàn)系數(shù)不大于1.0的要求。相對(duì)殘余變位為0.00%之間，滿足規(guī)程(JTG/T J21—2011)中規(guī)定的相對(duì)殘余變位不大于20%的要求。

表4　撓度檢測(cè)結(jié)果

備注：表中撓度以向下為負(fù)值，向上為正值

(3)受損處局部應(yīng)力觀測(cè)

表5列出各級(jí)荷載作用下受損處應(yīng)變測(cè)點(diǎn)應(yīng)變與斷面測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)平均值，受損截面凹陷處存在局部應(yīng)力集中問(wèn)題，滿載作用下受損截面凹陷處局部應(yīng)變?yōu)?44με，是同一截面未受損部位實(shí)測(cè)平均值75με的1.92倍，退載后應(yīng)變完全恢復(fù)。

表5　受損處應(yīng)變結(jié)果

備注：表中應(yīng)變以受壓為負(fù)值，受拉為正值

3.4環(huán)境脈動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果

實(shí)測(cè)橋梁在環(huán)境荷載作用下加速度傳感器采集到的信號(hào)如圖13所示。將實(shí)測(cè)的加速度信號(hào)經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析可得，人行天橋?qū)崪y(cè)豎向一階自振頻率為4.30Hz，大于理論計(jì)算值4.03Hz，實(shí)測(cè)振型與理論計(jì)算振型一致，且符合《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》(CJJ69-95)[5]規(guī)定天橋上部結(jié)構(gòu)豎向自振頻率不應(yīng)小于3.00Hz的要求。實(shí)測(cè)與理論豎向第一階振型如圖14所示。

3.5檢測(cè)結(jié)果分析評(píng)定

(1)車(chē)輛撞擊對(duì)主跨鋼箱梁局部腹板與底板造成一定的損傷。

(2)主跨橋面線形基本平順，焊縫質(zhì)量良好，基本未受車(chē)輛撞擊影響。

(3)橋梁靜載試驗(yàn)表明，在等效設(shè)計(jì)荷載作用下，橋梁整體工作情況較好，主跨鋼箱梁截面強(qiáng)度與整體剛度均滿足規(guī)范要求。但受損鋼箱梁處局部存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，在試驗(yàn)滿載作用下局部應(yīng)力為30.24MPa，遠(yuǎn)小于鋼材屈服應(yīng)力。受損截面處實(shí)測(cè)應(yīng)變規(guī)律與理論變化規(guī)律存在一定差異，這主要是由于箱梁局部變形后，應(yīng)力重分布引起的。

(4)環(huán)境脈動(dòng)試驗(yàn)表明，人行天橋?qū)崪y(cè)豎向一階自振頻率大于理論值，橋梁整體剛度較大，未受車(chē)輛撞擊影響。

綜上所述，本次車(chē)輛撞擊事故對(duì)橋梁局部造成一定損傷，但并不影響橋梁的整體使用功能，橋梁承載能力滿足設(shè)計(jì)荷載等級(jí)使用要求。

4　結(jié)語(yǔ)

結(jié)合橋梁檢測(cè)與分析評(píng)定結(jié)果，建議對(duì)該橋主跨鋼箱梁刮痕處進(jìn)行涂層修復(fù)，對(duì)墩頂防震擋塊進(jìn)行修補(bǔ)，箱梁局部變形可不處理。在橋梁后續(xù)使用過(guò)程中，日常巡查表明橋梁運(yùn)營(yíng)狀況良好，未發(fā)現(xiàn)異常情況。

[1]畢晨華.橋梁被車(chē)輛撞擊損傷后的承載力研究及損傷評(píng)估[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2012.

[2]馬祥祿．跨線橋在超高車(chē)輛撞擊下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析[D]．北京：北京工業(yè)大學(xué)，2009.

[3]JTG/T J21—2011中華人民共和國(guó)行業(yè)推薦性標(biāo)準(zhǔn).公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程[S].北京：人民交通出版社，2011.

[4]CJJ69-95 中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1996.

[5]GB50205-2001中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2002.

Damage evaluation of pedestrian bridge after vehicle collision

MIAO Feng

(Fujian Yongzheng Construction Quality Inspection Co.,Ltd,Fuzhou 350012)

A pedestrian bridge injured after heavy vehicles crash.To evaluate the technical condition of the bridge after injury,take the bridge appearance inspection,non-destructive testing and loading test.Test results show that the car hit the main cause local deformation of the main span steel box girder.It have almost no effect on the weld quality and deck line.Bridge vertical natural frequency is greater than the theoretical frequency.Under static load test,main beam strength and overall stiffness to meet regulatory requirements.But the site of the main beam local deformation stress concentration phenomenon.Comprehensive analysis indicated that the car accident does not affect the overall carrying capacity of the bridge and with the requirements.

Pedestrian bridge; Collision; Damage; Bearing capacity; Evaluation

繆鋒(1986-)，男，工程師。

E-mail:153849276@qq.com

2016-03-04

U44

A

1004-6135(2016)04-0089-05