在用老橋承載能力檢測評定及限載建議

張 巍 （安徽省建筑科學研究設計院，安徽 合肥 230031）

0 前言

橋梁不可能永久完好，不管使用何種結構型式、采用哪種材料，因設計細部、施工質量、自然環(huán)境、交通荷載等因素都會出現退化。根據發(fā)達國家使用狀況看，混凝土橋梁在使用20～30年后，即會出現安全性、適用性和耐久性方面的問題。安全性和適用性問題籠統(tǒng)地稱為承載能力問題，對承載能力進行評定主要采用兩種方式實現：一是根據橋梁實體檢測判定值以及設計、施工、運營、管養(yǎng)等資料，通過結構檢算給出評定結論；二是在檢算之后仍不能判定承載能力時通過結構實體載荷試驗進行評定。因此從承載能力評定的程序來看，首先應進行檢算評定，然后根據檢算結果再決定是否實施荷載試驗評定。承載能力檢算評定是在對結構構件缺損狀況、材質狀況與狀態(tài)參數以及實際運營荷載狀況等進行檢查評估的基礎上，按照現行設計、檢測規(guī)范和分別檢算結構或構件在持久狀況下承載能力極限狀態(tài)下的強度、穩(wěn)定性和正常使用極限狀態(tài)下的剛度和抗裂性。

1 工程概況

圖1 第20跨中梁跨徑布置（單位：cm）

該橋共20跨，跨徑布置為12×10m（橋面連續(xù)）+9.3m（不規(guī)則斜板）+（16+20+16）m（斜交鐵路線）+9.3m（不規(guī)則斜板）+3×10m（橋面連續(xù)）。設計標準為一級公路，汽-20級，掛-100級，人群3.5kN/m2。下部結構按凈-15設計，近期設計為凈-9，遠期設計為凈-15，于1986年建成通車。后于2000年進行了拓寬改造，在原有預留墩臺兩側各增設2片梁，改造標準為凈-15.6，荷載等級按原設計不變。該橋上部結構10m、16m、20m 跨采用簡支T梁，T梁之間采用濕接縫（拓寬部分）、鉸縫（老橋部分）及橫隔梁連接。下部結構橋臺采用重力式U型橋臺，擴大基礎。橋墩采用排柱式，樁基礎。拓寬部分主梁、橫隔梁及濕接縫均采用C30混凝土，橋臺加固部分采用C25混凝土，橋面鋪裝采用80～178mm厚C30混凝土。該橋原設計資料缺失，相關參數不詳。

2 承載能力檢測評定內容

2.1 對象選取

依據相關規(guī)范規(guī)定，對于多跨或多孔橋梁，應根據橋梁技術狀況檢查評定情況選擇具有代表性的或最不利的橋跨進行承載能力檢測評定。結合該橋結構布置、歷次檢測報告和現場檢查，選取第20跨上部結構（10m簡支T梁）為檢測評定。

2.2 工作內容

2.2.1 缺損狀況檢查評定

對上部結構各構件進行仔細的檢查，了解其外觀和功能的缺損狀況，并做詳細記錄。根據檢查結果按相關規(guī)范的評分等級、扣分值對其進行評定。

2.2.2 材質狀況與狀態(tài)參數檢測評定

橋跨材質狀況與狀態(tài)參數檢測評定包括以下指標：結構幾何參數、構件材質強度、鋼筋保護層厚度、混凝土碳化深度、結構自振頻率、鋼筋銹蝕電位、混凝土電阻率、氯離子含量。

2.2.3 承載能力檢算評定

配筋混凝土橋梁承載能力極限狀態(tài)，應根據橋梁檢測結果按下式進行計算評定：

配筋混凝土橋梁正常使用極限狀態(tài)，按現行設計、養(yǎng)護規(guī)范及檢測結果分以下三方面進行計算評定：

3 缺損、材質狀況與狀態(tài)參數檢測評定結果

3.1 結構幾何參數檢測

由于該橋原設計資料缺失，為滿足承載能力檢算要求，在現有資料的基礎上，現場對第20跨中梁的跨徑布置和截面尺寸進行測量，具體測量結果如圖1、圖2所示。

3.2 檢測指標評定標度匯總

通過現場檢測并根據規(guī)范要求對各檢測指標的標度進行評定，具體結果如表1。

4 承載能力檢算評定結果

圖2 第20跨中梁截面尺寸（單位：cm）

計算橋跨結構或構件抗力效應和作用效應，采用引入分項檢算系數修正承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)計算表達式的方法進行檢算評定。

4.1 分項檢算系數匯總

根據選定橋跨的缺損狀況檢查評定結果和材質狀況與狀態(tài)參數檢測評定結果確定各分項檢算系數如表2所示。

4.2 計算模型的建立

由于該橋部分設計資料缺失，本次結構檢算模型的建立，除依據現存的部分設計資料外，還結合現場實測結果對相關參數進行修正，使計算結果盡量與實際情況相吻合。

4.2.1 主要技術指標

①橋梁設計安全等級為一級

②檢算作用

結構自重：主梁、橫隔板、二期鋪裝層。

汽車荷載：先采用《城市橋梁設計規(guī)范》（CJJ 11-2011）規(guī)定的城-A級、城B級和小型車專用道路汽車荷載分別進行計算，確定是否符合當前的使用條件，若不符合再采用原設計規(guī)范《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTJ 021-89）規(guī)定的汽-20級和汽-15級汽車荷載，按現行的荷載組合分別進行計算，以確定橋跨結構現階段所能承受的荷載水平。

汽車沖擊力：根據計算基頻按《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTG D60-2015）取值。

溫度梯度：溫度梯度按《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTG D60-2015）計算。

4.2.2 計算原則

本次計算執(zhí)行《城市橋梁設計規(guī)范》（CJJ 11-2011）、《公路橋涵設計通用規(guī)范》(JTG D60-2015)、《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTJ 021-89）和《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTG 3362-2018)。

各檢測指標評定標度匯總 表1

分項檢算系數取值匯總 表2

檢算作用指標 表3

4.2.3 有限元模型

選定的第20跨上部結構為裝配式正交T梁結構，橫向聯(lián)系構造比較薄弱且接縫處有貫通縱縫并伴有滲水病害，為真實模擬T梁最不利受力狀態(tài)，本次采用Midas civil 2019建立中梁（單梁）模型進行計算分析，反映空間效應的汽車荷載橫向分布系數采用鉸接板法和空間梁格法分別計算取最不利值。模型中共25個節(jié)點，22個單元，如圖3所示。

圖3 中梁計算分析模型

4.3 承載能力檢算評定

4.3.1 持久狀況承載能力極限狀態(tài)

①正截面抗彎承載力檢算

不同汽車荷載作用下正截面抗彎承載力檢算結果如表4所示，主梁最不利基本組合彎矩效應值和抗力值如圖4所示（圖中抗力值只進行了和修正）。

圖4 不同汽車荷載下最不利基本組合彎矩效應和抗力包絡圖

②斜截面抗剪承載力檢算

不同汽車荷載作用下斜截面抗剪承載力檢算結果如表5所示，主梁最不利基本組合剪力效應值和抗力值如圖5所示（圖中抗力值只進行了和修正）。

4.3.2 持久狀況正常使用極限狀態(tài)

①裂縫寬度檢算

該橋上部結構為普通鋼筋混凝土結構，不同汽車荷載作用下裂縫寬度檢算結果如表6所示。

②剛度檢算

不同汽車荷載作用下?lián)隙葯z算結果如表7所示。

4.4 承載能力檢算評定結論

圖5 不同汽車荷載下最不利基本組合剪力效應和抗力包絡圖

根據以上計算分析可知，該橋選定橋跨上部結構現階段的承載能力不滿足現行行業(yè)標準《城市橋梁設計規(guī)范》（CJJ 11-2011）城-A級、城B級和原設計標準《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTJ 021-89）汽-20級汽車荷載的通行要求，尚能滿足現行行業(yè)標準小型車專用道路和原設計標準汽-15級汽車荷載的通行要求。

5 限載建議

在用橋梁承載能力檢測評定的目的在于確定橋跨結構是否滿足當前的使用要求，若不滿足還需進一步確定其現階段所能承受的荷載水平，并在今后運營過程中進行限制使用。其中限載通行是最主要的限制手段，根據評定結果合理的設置限載噸位，既能保障橋跨安全通行又能充分發(fā)揮使用價值。

隨著在用老橋數量的不斷增多，安全事故也時有發(fā)生，橋梁限載問題引起了廣泛研究，各地主管部門也在開展相關標準的編制工作，但目前只有上海市出臺了橋梁限載標準，在日常管理中可以參考使用?！渡虾３鞘袠蛄合掭d標準》（SZ-C-E02-2007）中關于不同荷載標準對應的限載噸位值如表8所示。

因此該橋可按15t進行限載使用。

6 結語

①在用橋梁應根據承載能力檢測評定結果提出合理的使用限制，其中限載是最主要的手段，包括在橋梁兩頭設置限載牌、限高架和超限檢測系統(tǒng)等。

②在用橋梁承載能力評定包括檢算評定和荷載試驗評定兩種方法，但按照程序，首先應進行的是檢算評定，只有當檢算之后仍不能判定承載能力時，才采用載荷試驗進行評定。因此需要進行荷載試驗評定的在用橋梁只是少數，在不了解橋梁實際技術狀態(tài)和拋開檢算的基礎上貿然進行荷載試驗會存在較大的安全風險。

不同汽車荷載作用下正截面抗彎承載力檢算評定結果（單位：kN·m） 表4

不同汽車荷載作用下斜截面抗剪承載力檢算評定結果（單位：kN） 表5

不同汽車荷載作用下裂縫寬度檢算評定結果（單位：mm） 表6

不同汽車荷載作用下?lián)隙葯z算評定結果（單位：mm） 表7

不同荷載標準對應的限載值 表8

③在用老橋除了關注承載能力外，還需重視其安全防護能力，全面評估護欄安全風險并科學制定升級改造方案，確保車輛和行人通行安全。

④對于處在交通要道上且承載能力無法滿足現行汽車荷載通行要求的老橋，應結合政府建設計劃及時進行大修、加固或改擴建。

⑤要達到設計使用年限，正常養(yǎng)護是基本條件之一，而且養(yǎng)護工作貫穿整個壽命周期，科學的養(yǎng)護管理是確保城市橋梁處于正常工作狀態(tài)和安全運營最切實可行的方法，要摒棄重建設、輕養(yǎng)護的思想。