服役公路橋梁承載能力評定探析

馮永航

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110111)

1 緒 論

近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，交通量與日俱增，超重載車輛日益增多，給服役公路帶來巨大的運(yùn)營壓力，服役橋梁長期超負(fù)荷運(yùn)營，導(dǎo)致橋梁缺損狀況快速發(fā)展，橋梁承載能力明顯不足，已不能滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等級要求；急需對此類危橋、險橋進(jìn)行技術(shù)狀況及病害狀態(tài)調(diào)查，依據(jù)規(guī)范對橋梁進(jìn)行技術(shù)狀況評定，并進(jìn)行承載能力評定，為管養(yǎng)部門對服役橋梁的加固、改建決策提供科學(xué)合理的技術(shù)資料和依據(jù)。

2 橋梁概況

G102國道沙河大橋建成于1998年，設(shè)計(jì)荷載等級為汽車-20級、掛車-100。該橋上部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土T梁，跨徑布置為42×20 m，橋梁全長為845.5 m，交角為90°，每孔8片梁，支座為板式橡膠支座，下部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土雙柱式墩，雙柱式橋臺，基礎(chǔ)為灌注樁基礎(chǔ)，橋面鋪裝采用10 cm厚的瀝青混凝土+10 cm厚水泥混凝土。

3 橋梁外觀缺損技術(shù)狀況評定

3.1 外觀缺損狀況調(diào)查

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該橋全橋共106片T梁跨中腹板出現(xiàn)1～17條斜向裂縫，裂縫寬0.1～0.3 mm，長度為0.2～1.1 m，占T梁總數(shù)32%；全橋共17片T梁馬蹄底部出現(xiàn)多條橫向裂縫，裂縫寬0.1～0.2 mm，長度為0.2～0.4 m，部分橫縫向兩側(cè)發(fā)展形成U形裂縫；全橋63個支座老化開裂，占支座總數(shù)的9.4%，47個支座剪切變形5°～15°，占支座總數(shù)的7.0%，14個支座鼓肚。全橋7個蓋梁存在豎向裂縫，占蓋梁總數(shù)的16.7%，部分向上下兩底面發(fā)展，其中3個蓋梁裂縫寬度達(dá)到0.3 mm，最大長度為2 m。5號墩蓋梁受火燒，燒傷高度0.6 m，自蓋梁底部開始，燒傷深度3～5 cm。10個蓋梁斜底面剝落露筋，面積最大為0.2×0.4 m2，3個蓋梁斜底面銹脹剝皮，面積最大為0.2×0.3 m2。該橋2、3、4號墩系梁外露。4-2號樁外露高度達(dá)到1.35 m。

3.2 橋梁技術(shù)狀況評定

根據(jù)《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG/T H21-2011)，該橋總體技術(shù)狀況等級為3類，上部承重構(gòu)件T梁技術(shù)狀況等級為3類，支座技術(shù)狀況等級為3類，橋墩技術(shù)狀況等級為3類，墩臺基礎(chǔ)技術(shù)狀況等級為2類。

4 橋梁材質(zhì)狀況及狀態(tài)參數(shù)評定

4.1 混凝土強(qiáng)度評定

混凝土強(qiáng)度評定采用回彈法進(jìn)行檢測，回彈法檢測混凝土即方便又快捷，在工程檢測中得到廣泛應(yīng)用。測試結(jié)果由表1可見。

表1 混凝土強(qiáng)度評定結(jié)果表

4.2 鋼筋銹蝕電位檢測評定

鋼筋銹蝕電位測試采用單電極法，每個構(gòu)件測試20個點(diǎn)，按測區(qū)內(nèi)最低電位水平，確定鋼筋銹蝕電位評定標(biāo)度，測試結(jié)果見表2。

表2 鋼筋銹蝕電位檢測評定結(jié)果表

4.3 混凝土氯離子含量檢測評定

混凝土氯離子含量檢測評定，通過現(xiàn)場鉆取測試構(gòu)件混凝土粉末后，對不同厚度的混凝土粉末進(jìn)行篩分后，采用氯離子快速滴定儀對混凝土氯離子含量進(jìn)行測試，測試結(jié)果見表3。

表3 混凝土氯離子含量檢測評定結(jié)果表

4.4 混凝土電阻率檢測評定

混凝土電阻率測試采用四電極法，每個構(gòu)件測試30個點(diǎn)，按測區(qū)內(nèi)最低電阻值水平，確定混凝土電阻率評定標(biāo)度，測試結(jié)果見表4。

表4 混凝土電阻率評定結(jié)果表

4.5 混凝土碳化狀況檢測評定

混凝土碳化狀況檢測評定，通過對測試構(gòu)件進(jìn)行鉆孔后，采用酚酞試劑進(jìn)行測試，出現(xiàn)明顯粉紅色和無色分界線后，說明鉆孔深度滿足測試要求，通過游標(biāo)卡尺測試分界線的深度，即為混凝土碳化深度結(jié)果，測試結(jié)果見表5。

表5 混凝土碳化狀況檢測評定結(jié)果表

4.6 鋼筋保護(hù)層厚度檢測評定

鋼筋保護(hù)層厚度檢測評定，采用鋼筋探測儀對測試構(gòu)件的主要受力部位進(jìn)行鋼筋保護(hù)層厚度無損檢測，實(shí)測厚度值與鋼筋保護(hù)層厚度值進(jìn)行比較，評定測試構(gòu)件的鋼筋保護(hù)層評定標(biāo)度，測試結(jié)果見表6。

表6 混凝土碳化狀況檢測評定結(jié)果表

4.7 橋梁自振頻率檢測評定

橋梁結(jié)構(gòu)自振特性不僅能夠反映結(jié)構(gòu)整體性能和受力體系，而且還能夠反映結(jié)構(gòu)損傷情況，進(jìn)而引起結(jié)構(gòu)的動力特性和動力響應(yīng)。通過對橋梁自振頻率測試，可以分析橋梁的結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行評估。本次測試選取上部結(jié)構(gòu)T梁進(jìn)行測試，具體測試結(jié)果見表7。

表7 橋梁自振頻率檢測結(jié)果評定表

5 橋梁承載能力檢算參數(shù)確定

按照《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/T J21-2011)，橋梁外觀缺損狀況的檢查評定，橋梁材質(zhì)狀況與狀態(tài)參數(shù)檢測評定后，引入承載能力檢算系數(shù)Z1，承載能力惡化系數(shù)ξe，混凝土截面折減系數(shù)ξc，鋼筋截面折減系數(shù)ξs，對橋梁進(jìn)行承載能力評定。

5.1 承載能力檢算系數(shù)Z1

綜合考慮橋梁缺損狀況、材質(zhì)強(qiáng)度和橋梁自振頻率確定構(gòu)件承載能力檢算系數(shù)評定標(biāo)度D，然后根據(jù)承載能力檢算系數(shù)評定標(biāo)度得出檢算系數(shù)Z1。

表8 承載能力檢算系數(shù)(Z1)計(jì)算結(jié)果表

5.2 承載能力惡化系數(shù)ξe

承載能力惡化系數(shù)考慮橋梁缺損狀況、材質(zhì)狀況等影響因素，并綜合環(huán)境條件(本橋取干、濕交替，凍，無侵蝕性介質(zhì))加以確定。

表9 承載能力惡化系數(shù)ξe計(jì)算結(jié)果表

5.3 混凝土截面折減系數(shù)ξc

綜合考慮材料風(fēng)化、碳化、物理與化學(xué)損傷三項(xiàng)檢測指標(biāo)的評定標(biāo)度，得出截面損傷的綜合評定標(biāo)度R，最終確定截面折減系數(shù)ξc。

表10 混凝土截面折減系數(shù)ξc計(jì)算結(jié)果表

5.4 鋼筋截面折減系數(shù)ξs

根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/T J21-2011)，結(jié)合橋梁外觀缺損狀況調(diào)查情況，該橋鋼筋截面折減系數(shù)ξs=0.98。

5.5 活載影響修正系數(shù)ξq

根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/T J21-2011)，結(jié)合近一年的實(shí)際交通量調(diào)查情況，綜合考慮典型交通量影響修正系數(shù)ξ1=0.98，大噸位車輛混入影響修正系數(shù)ξ2，軸荷分布影響修正系數(shù)ξ3，最終得到活載影響修正系數(shù)ξq=1.12。

6 橋梁承載能力評定計(jì)算

6.1 承載能力評定原理

按照《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/T J21-2011)，配筋混凝土橋梁承載能力評定計(jì)算時，荷載效應(yīng)值計(jì)入活載影響修正系數(shù)ξq影響，結(jié)構(gòu)抗力值計(jì)算時引入承載能力檢算系數(shù)Z1，承載能力惡化系數(shù)ξe，混凝土截面折減系數(shù)ξc，鋼筋截面折減系數(shù)ξs進(jìn)行折減計(jì)算，具體計(jì)算公式如下

γ0·S≤R(fd,ξcαdc,ξsαds)Z1(1-ξe)

(1)

式中：γ0為結(jié)構(gòu)重要系數(shù)，S為荷載效應(yīng)函數(shù)，R為結(jié)構(gòu)抗力函數(shù)，fd為材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，αdc為構(gòu)件混凝土幾何參數(shù)值，αds為構(gòu)件鋼筋幾何參數(shù)值。

6.2 承載能力評定結(jié)果

按照上述公式對鋼筋混凝土T梁進(jìn)行承載能力評定計(jì)算：荷載效應(yīng)按原設(shè)計(jì)荷載汽車-20級、掛車-100選取，并考慮活載影響修正系數(shù)ξq，結(jié)構(gòu)重要系數(shù)選取1.0，橫向分布系數(shù)跨中采用鉸接板梁法計(jì)算，支點(diǎn)附近采用杠桿法計(jì)算，混凝土強(qiáng)度值按實(shí)測強(qiáng)度推定值選取，承載能力檢算系數(shù)Z1，承載能力惡化系數(shù)ξe，混凝土截面折減系數(shù)ξc，鋼筋截面折減系數(shù)ξs分別按第5小節(jié)數(shù)值選取。

通過建立平面桿系模型，對簡支鋼筋混凝土T梁建結(jié)構(gòu)分析，分別對T梁正截面抗彎承載能力，斜截面抗剪承載能力及T梁翼緣板抗彎承載能力進(jìn)行驗(yàn)算，具體結(jié)構(gòu)如表11～表13。

表11 T梁正截面抗彎承載能力評定計(jì)算結(jié)果表

表12 T梁斜截面抗剪承載能力評定計(jì)算結(jié)果表

表13 T梁翼緣板抗彎承載能力評定計(jì)算結(jié)果表

6.3 結(jié)論

通過以上承載能力檢算結(jié)果可見，該橋上部結(jié)構(gòu)T梁正截面抗彎承載能力、斜截面抗剪承載能力及T梁翼緣板抗彎承載能力均不能滿足設(shè)計(jì)荷載等級要求。該橋應(yīng)進(jìn)行加固或改建處理。

7 結(jié) 語

橋梁的實(shí)際承載能力是評定橋梁結(jié)構(gòu)安全的重要依據(jù)之一，是橋梁養(yǎng)護(hù)工作中一項(xiàng)重要而復(fù)雜的工作內(nèi)容。本文以一座鋼筋混凝土T梁橋?yàn)槔?，從橋梁外觀缺損技術(shù)狀況評定，橋梁材質(zhì)狀況及狀態(tài)參數(shù)檢測評定，承載能力檢算系數(shù)確定和承載能力評定計(jì)算四方面入手，簡要介紹了服役公路橋梁承載能力評定的過程，為橋梁養(yǎng)護(hù)從業(yè)者對橋梁承載能力評定工作提供有利依據(jù)和實(shí)例參考。