基于橋梁缺損狀況及荷載試驗的橋梁船撞事故損傷分析

■ 連 菁

（1.福建省交通科學技術(shù)研究所；2.福建省公路工程試驗檢測中心站，福州 361000）

0 引言

橋梁建設的發(fā)展促進了江河兩岸、各海島以及區(qū)域之間的陸地交通，卻又對水上船舶的安全通航造成了影響，而這種影響同時也危及到了橋梁自身的結(jié)構(gòu)安全[1]。近年來橋梁船撞事故時有發(fā)生，據(jù)不完全統(tǒng)計，2012年至2017年間福建省發(fā)生橋梁船撞事故逾20起，其中主要集中在漳州市、寧德市、福州市以及泉州市，擁有大型內(nèi)河流域的城市。

船撞事故不斷地發(fā)生，給船舶、車輛操作人員的生命財產(chǎn)以及社會和環(huán)境造成極大的損害。橋梁受到?jīng)_擊后，橋面交通在橋梁結(jié)構(gòu)損傷探明之前均處于封閉中斷狀態(tài)，給居民的日常通行造成較大的影響。因此，如何能夠縮短橋梁結(jié)構(gòu)損傷探明時間，對事故快速處理，最小程度的降低船撞帶來的社會影響是一個有現(xiàn)實意義的難題。

本文結(jié)合福建省福安市賽岐大橋船撞事故案例，基于橋梁的缺損狀況檢查、橋梁靜載及動載試驗檢測結(jié)果對橋梁的損傷程度進行分析，為事故處理提供參考依據(jù)，保障橋面交通和水上航線的安全。

1 項目概況

賽岐大橋位于福安市賽岐鎮(zhèn)，全長487.8m，橋跨結(jié)構(gòu)為 5×30m+45m+3×70m+45m+30m， 主橋為 45m+3×70m＋45m的5跨預應力混凝土箱型連續(xù)梁；福州端引橋為5孔30m的預應力混凝土簡支組合箱梁，賽岐端引橋為1孔30m的預應力混凝土簡支組合箱梁。大橋于1991年8月竣工通車，設計荷載為汽-20級，掛車-100，橋面寬度為凈-9.00+2×1.50m，橋面為10cm砼橋面鋪裝層。

主橋上部結(jié)構(gòu)為5跨預應力混凝土箱型連續(xù)梁，梁截面為直腹板單箱單室變高度箱型截面，支點梁高4m，跨中及端跨支點梁高2m，其間梁底緣按二次拋物線變化。除0號梁段、跨中合攏段及邊跨12#梁段采用就地澆筑施工外，其余梁段全部采用懸臂拼裝法施工。下部結(jié)構(gòu)為圓端形剛性柱墩，基礎為沉井。大橋全景圖見圖1。

圖1 大橋全景圖

2012年8月18日晚21點23分，一艘武漢冠中航運有限公司所屬的康順8號干貨船（船重495噸，核定載重1020噸）由于液壓錨機油破裂，錨無法拋下，當時潮水急漲，導致該船往上游側(cè)飄移，致使該船船尾指揮艙卡在賽岐大橋第五跨下游側(cè)箱梁翼緣板處，造成橋梁結(jié)構(gòu)局部損傷，有關部門接到報警后，立即組織施救，同時封閉了過橋的交通。經(jīng)過努力，貨船于22點43分被脫離大橋?，F(xiàn)場事故照片見圖2、圖3。

2 橋梁船撞事故檢測

2.1 船撞事故檢測技術(shù)路線

開展船撞事故橋梁工程檢測技術(shù)路線：

（1）橋梁缺損狀況檢查，主要關鍵點：①對全橋進行缺損狀況檢查，著重對受撞擊的橋跨；

圖2 現(xiàn)場事故照片1——橋面

圖3 現(xiàn)場事故照片2——梁底

②通過新舊接觸面的變化判斷橋梁的橫向位移情況，并繪制橫向位移分布表格；

③新舊開口裂縫記錄的時候要進行詳細區(qū)分，并通過圖形表示出新裂縫的分布情況；

④對裂縫寬度超限的裂縫要對裂縫深度進行測試；⑤分析新缺損狀況的分布的規(guī)律。

（2）橋梁靜載及動載試驗：通過缺損狀況檢查結(jié)果，針對船撞事故引起的缺損，有針對性的開展橋梁靜載及動載試驗，探明橋梁內(nèi)部損傷情況。

2.2 船撞事故缺損狀況檢查結(jié)果

受管養(yǎng)部門委托，著重對該橋受撞第5跨及其相鄰兩跨進行缺損狀況檢查。檢查結(jié)果如下：

（1）碰撞產(chǎn)生病害

① 第5跨左側(cè)，距4#墩14.0m處人行道板損壞，長8.0m；距4#墩12m處欄桿損壞，長10.0m。

②第 5跨左側(cè)翼緣板距 4#墩 13.0m、15.0m、17.0m處混凝土破碎，鋼筋扭曲3處。破碎面積最大為2.00m×1.00m，其余 2處分別為 1.50m×0.50m，1.00m×0.30m。破碎位置距翼緣板縱向預應力鋼筋橫向距離為0.30～0.50m，現(xiàn)場缺損情況見圖4。

③第5跨腹板與底板交接處混凝土掉塊露筋2處，距 4#墩 17.0m、19.0m，面積均為：0.20m×0.50m。

④第5跨箱外左側(cè)翼緣板下緣，距4#墩14.0m處，出現(xiàn)2條縱向裂縫，其中1條長1.35m，寬0.16mm，距翼緣板根部1.0m，另一條長5.00m，寬0.20mm，距翼緣板根部1.5m，現(xiàn)場缺損情況見圖5。

圖4 翼緣板混凝土掉塊露筋

圖5 翼緣板縱向裂縫

（2）橋梁原有病害

①第4跨箱內(nèi)腹板共計斜向裂縫18條，縫寬0.08～0.24mm，縫長0.30～2.20m；箱外腹板共計斜向裂縫2條，縫寬0.14～0.22mm，縫長均為0.60m，橋跨腹板斜向裂縫主要出現(xiàn)于1/4及3/4跨徑附近，且呈八字形對稱分布；箱外梁底底板共計縱向裂縫2條，縫寬0.12～0.14mm，縫長均為0.50m。

②第5跨箱內(nèi)腹板共計斜向裂縫14條，縫寬0.10～0.24mm，縫長0.50～2.20m（見圖6所示）；箱外腹板共計斜向裂縫 3條，縫寬 0.14～0.16mm，縫長 0.60～1.30m。橋跨腹板斜向裂縫主要出現(xiàn)于1/4及3/4跨徑附近，且呈八字形對稱分布。

③第6跨箱內(nèi)外梁體無明顯病害。

2.3 橋梁靜動載試驗檢測結(jié)果

本座橋梁檢測過程中，對橋梁進行了靜載及動載試驗，主要情況如下：

圖6 箱內(nèi)斜裂縫分布

2.3.1 靜載試驗檢測結(jié)果

（1）撓度測試結(jié)果：主梁結(jié)構(gòu)撓度校驗系數(shù)為0.62～0.79，小于或處于荷載試驗方法[2]規(guī)定的合理常值范圍內(nèi)，主梁結(jié)構(gòu)剛度良好；（2）應力測試結(jié)果：試驗表明，主梁結(jié)構(gòu)整體殘余應力較小，低于規(guī)范[2]要求的20%，結(jié)構(gòu)應變校驗系數(shù)為0.72～0.92，處于或大于規(guī)范中的常值范圍，部分校驗系數(shù)偏大，主梁結(jié)構(gòu)強度儲備偏低。

2.3.2 動載試驗檢測結(jié)果

（1）結(jié)構(gòu)自振特性測試結(jié)果：試驗結(jié)果表明結(jié)構(gòu)剛度良好，實測振型與理論計算振型一致；（2）結(jié)構(gòu)動力反應試驗：行車沖擊系數(shù)介于1.05～1.07之間，行車對橋梁結(jié)構(gòu)的沖擊作用處于正常范圍內(nèi)。

3 橋梁缺損狀況成因分析

（1）第5跨左側(cè)翼緣板混凝土破碎、人行道板及欄桿損壞是由于船體指揮艙頂升造成的。

（2）第5跨左側(cè)翼緣板下緣縱向裂縫是由于船體指揮艙頂升翼緣板時，造成翼緣板下緣局部受拉，產(chǎn)生縱向裂縫。

（3）第4、5跨箱梁腹板的斜向裂縫主要出現(xiàn)于1/4及3/4跨徑附近，且呈八字形對稱分布，可能是因為橋跨結(jié)構(gòu)豎向預應力松弛、抗剪強度不足造成的，屬于結(jié)構(gòu)先天不足引起。

4 結(jié)論

通過對船撞事故中橋梁的缺損狀況檢查、橋梁靜載及動載試驗檢測結(jié)果對橋梁的損傷程度進行分析，可以得到：

（1）船只對橋梁撞擊所造成的結(jié)構(gòu)損傷在一定程度上降低了橋梁在設計壽命期內(nèi)的承載能力和耐久性。除了橋梁工程的缺損狀況的檢查，對于受損較為嚴重的結(jié)構(gòu)有必要通過試驗的方式獲得橋梁的整體內(nèi)部損傷情況。

（2）此次船撞事故，對本橋橋梁上部結(jié)構(gòu)存在一定的結(jié)構(gòu)損傷影響，但對主梁的主要構(gòu)件受力情況影響程度較小。

（3）由于事故的發(fā)生，橋梁的外觀缺損。為降低社會影響，建議委托有相關資質(zhì)的設計單位進行加固設計，對受損的翼緣板和人行道板進行加固處理。

（4）橋梁靜載及動載試驗能夠為探明橋梁是否存在內(nèi)部損傷提供充分的判斷依據(jù)。本橋的靜載及動載試驗結(jié)果反應良好，結(jié)構(gòu)未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部損傷情況。

[1]蔡敏，張飛帆.船舶撞擊橋梁后的結(jié)構(gòu)損傷分析[A].浙江水利水電?？茖W校學報，2007，（4）.

[2]JTG/T J21-01——2015.公路橋梁荷載試驗規(guī)程.交通運輸部公路科學研究院.2016.