某舊橋安全運(yùn)營狀況分析

馬 超，楊魯生，劉近龍，劉 恒，蔡玉鵬

1.山東省建筑工程質(zhì)量檢驗(yàn)檢測中心有限公司，山東 濟(jì)南 250031

2.濰坊市市政工程和建筑業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，山東 濰坊 261000

二十世紀(jì)五六十年代所設(shè)計的懸臂梁橋在過去交通量不大和車輛荷載較小的情況下可以滿足當(dāng)時的交通需求，經(jīng)過多年的運(yùn)營使用后，懸臂橋梁因其建設(shè)年代久遠(yuǎn)、設(shè)計荷載等級較低等原因，會出現(xiàn)技術(shù)狀況逐年下降的問題，特別是當(dāng)超載車輛通行時，加速了梁、板的破壞，造成梁、板的撓度過大或斷裂，影響行車安全及橋涵的使用壽命。

1 橋梁概況和安全運(yùn)營監(jiān)測內(nèi)容

1.1 橋梁概況

某橋?yàn)槿鶚蚱唇佣桑蟹鶚驗(yàn)閼冶哿簶?，建成?954年；南北兩幅橋?yàn)?987年擴(kuò)建的簡支梁橋。橋梁全長39.9m、寬23.6m。南北兩幅橋邊跨上部結(jié)構(gòu)為簡支板，主跨上部結(jié)構(gòu)為簡支T形梁；中幅橋上部結(jié)構(gòu)為變截面梁。主梁混凝土采用C28級混凝土，設(shè)計荷載采用汽-20級。該橋由于建設(shè)年代久遠(yuǎn)，設(shè)計荷載等級較低，在長期的運(yùn)營過程中該橋技術(shù)狀況逐年下降，目前在車輛荷載作用下該橋存在一定的安全隱患。為了實(shí)時掌握該橋的技術(shù)狀況，相關(guān)工作人員對該橋安裝了安全運(yùn)營監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)。

1.2 安全運(yùn)營監(jiān)測內(nèi)容

該項(xiàng)目中所用的安全運(yùn)營監(jiān)測系統(tǒng)是一個由不同種類的參數(shù)測量系統(tǒng)、報警抓拍系統(tǒng)、主控制器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、后臺服務(wù)器、客戶端軟件以及信息顯示系統(tǒng)組成的，涉及多種參數(shù)（包括溫度、應(yīng)力、撓度等）的監(jiān)測系統(tǒng)。該監(jiān)測系統(tǒng)是利用設(shè)置在橋梁關(guān)鍵部位上的測試元件、測試系統(tǒng)、測試儀器實(shí)時測量橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)營過程中的各種反應(yīng)，可以事先設(shè)置撓度閥值，當(dāng)移動荷載效應(yīng)使動撓度和主梁裂縫超過閥值時，監(jiān)測系統(tǒng)會自動拍照記錄當(dāng)時的車輛，提供具體數(shù)據(jù)便于分析該橋的狀態(tài)。通過對橋梁所處環(huán)境及其響應(yīng)的實(shí)時監(jiān)測，可分析橋梁的損傷情況，給出橋梁的狀態(tài)評估，為橋梁的養(yǎng)護(hù)、維修提供依據(jù)。

2 實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)

根據(jù)該橋圖紙、設(shè)計規(guī)范以及其他資料，確定各測點(diǎn)的撓度閥值。該橋?qū)嶋H監(jiān)測數(shù)據(jù)是2018年第二、三、四季度的數(shù)據(jù)。

2.1 動撓度監(jiān)測

該橋撓度測點(diǎn)布置如圖1所示。

圖1 橋梁撓度測點(diǎn)布置示意圖

該橋裂縫監(jiān)測對象主要是邊幅T梁腹板處的豎向裂縫、T梁端部腹板斜向裂縫以及中幅懸臂梁負(fù)彎矩區(qū)頂板橫向裂縫，具體為北幅3#梁、北幅5#梁、中幅西側(cè)、中幅東側(cè)、南幅4#梁、南幅5#梁，共計6個測點(diǎn)。

2018年第二季度該橋經(jīng)統(tǒng)計由重車引起的主梁跨中撓度超限報警次數(shù)合計32316次，由于該橋邊幅技術(shù)狀況被評定為四類橋，故橋梁管養(yǎng)單位進(jìn)行了限行（限速和限載）處理。2018年第三季度該橋經(jīng)統(tǒng)計由重車引起的主梁跨中撓度超限報警次數(shù)合計17163次。2018年10月1日至2018年12月31日期間，經(jīng)統(tǒng)計由重車引起的主梁跨中撓度超限報警次數(shù)合計41786次，其中中幅北梁報警次數(shù)多達(dá)24145次，最大動撓度值為-16.19mm。各撓度測點(diǎn)報警數(shù)量及撓度值如表1所示。

表1 各撓度測點(diǎn)報警數(shù)量及撓度值

在該橋2018年特殊檢測結(jié)果的基礎(chǔ)上，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，通過動撓度長期增大趨勢反映了所監(jiān)測主梁剛度的衰減情況。

（1）南、北幅橋。在2018年7月19日對邊幅橋進(jìn)行限行后，超重車輛對南、北幅橋影響不明顯，具體南、北幅橋各主梁動撓度數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 該監(jiān)測期內(nèi)南、北幅橋各主梁動撓度數(shù)據(jù)分析結(jié)果

（2）中幅橋。結(jié)合抓拍照片對監(jiān)測期內(nèi)主梁動撓度數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，采用最小二乘法進(jìn)行線性擬合，數(shù)據(jù)樣本區(qū)間為2018年8月9日至2018年12月31日。經(jīng)監(jiān)測得出，中幅主梁最大動撓度線性擬合曲線呈下降趨勢，即隨著時間推移，由車輛荷載引起的最大動撓度值逐漸增大。按照以上假定條件，可認(rèn)為主梁截面剛度在監(jiān)測期內(nèi)逐漸衰減。

2.2 裂縫監(jiān)測

該橋裂縫監(jiān)測對象主要是邊幅T梁腹板處的豎向裂縫、T梁端部腹板斜向裂縫以及中幅懸臂梁負(fù)彎矩區(qū)頂板橫向裂縫，共計6個測點(diǎn)，該期監(jiān)測數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 裂縫監(jiān)測數(shù)據(jù)

從第四季度所監(jiān)測的裂縫寬度數(shù)據(jù)來看，裂縫寬度并未出現(xiàn)持續(xù)開展的情況，裂縫寬度的變化趨勢主要由季節(jié)性升降溫造成，邊幅橋由車輛荷載引起的裂縫寬度變化幅度并不明顯，中幅橋裂縫寬度有輕微發(fā)展，增大了0.046mm，但由于主梁已存在的裂縫數(shù)量較多，不排除其他裂縫存在持續(xù)開展的情況。

2.3 超重車統(tǒng)計

根據(jù)統(tǒng)計，該橋超重車通行數(shù)量多達(dá)455輛/d；按通行時間來看，主要集中在21：00至次日8：00，在此時間段通行的重車數(shù)量占全天的95.5%；從車型上來看，主要是6軸半掛載重卡車。一天時間內(nèi)超重車數(shù)量具體分布如圖2所示。

圖2 一天時間內(nèi)超重車數(shù)量分布圖

經(jīng)調(diào)查，超重車為掛車和渣土車，這類車型較寬，一般都超載行駛，為躲避交警檢查，故23：00至次日6：00是其主要的出行時間，這與安全監(jiān)測系統(tǒng)記錄的超載記錄是一致的。

3 結(jié)論

基于荷載試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合該期內(nèi)動撓度和裂縫寬度監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，得出以下結(jié)論：

（1）該橋重載車輛通行繁忙，從2018年度監(jiān)測數(shù)據(jù)看，主要集中在11月，最大通行數(shù)量多達(dá)455輛/d；按通行時間來看，主要集中在21：00至次日8：00，在此時間段通行的重車數(shù)量占全天的95.5%；從車型上來看主要為6軸半掛載重卡車。

（2）第四季度由重車引起的主梁最大動撓度值為-16.2mm，為閾值的2.7倍，與上季度持平，該橋仍處于“超負(fù)荷運(yùn)營”狀態(tài)。

（3）在2018年7月19日對邊幅橋進(jìn)行限行后，超重車輛對南、北幅橋影響不明顯。

（4）中幅橋主梁由重載車輛產(chǎn)生的動撓度值呈增大趨勢，說明該橋主梁損傷狀況進(jìn)一步發(fā)展。

（5）邊幅橋由車輛荷載引起的裂縫寬度變化幅度并不明顯，中幅橋頂板負(fù)彎矩區(qū)橫向裂縫寬度有明顯增大趨勢。由于主梁已存在的裂縫數(shù)量較多，不排除其他裂縫存在持續(xù)開展的情況。

綜上所述，在邊幅橋限行后，南、北幅橋技術(shù)狀況穩(wěn)定；中幅橋主梁損傷狀況進(jìn)一步發(fā)展，橫向聯(lián)系出現(xiàn)新增裂縫，主梁西側(cè)負(fù)彎矩監(jiān)測裂縫寬度持續(xù)增大，說明該橋在超重車輛頻繁通行下技術(shù)狀況持續(xù)退化。