吉林市江南大橋檢測與荷載試驗

楊開生

(開封市通達公路工程有限公司)

1 工程概況

江南大橋,位于吉林市內,由新、舊兩幅構成,橋面寬度為 17.0m+2×2.75m人行道。新、舊橋間設假縫。舊橋建成于 1940年,橋面寬 9m,全長 448.77m,共分 15孔,其中兩個邊孔跨徑 23m,中間 13孔跨徑 28.59～31.665m不等,橋梁上部形式為帶掛孔的雙懸臂鋼筋混凝土簡支梁橋,橋梁橫斷面由 3根T梁構成。1974年對吉林大橋向上游一側進行了加寬,加寬的新橋部分為懸鏈線混凝土雙曲拱橋,橫斷面內由9根拱肋構成,孔徑分布為23m+30.59×3+31.0× 8+31.5×2+23m。

2 混凝土強度評定與外觀檢測

2.1 混凝土強度評定

采用回彈法分別對主梁、拱圈、橋墩、橋臺的混凝土抗壓強度進行了測試,并用酚酞試劑測試了相應測區的混凝土碳化深度。評定結果見表 1。

表1 簡支雙懸臂梁橋構件強度檢測表

表中數據表明,梁橋混凝土強度評定值偏低。這些測試數據表明由于橋梁年代久,碳化深度大,測試條件已不符合測強表的應用條件,因此該評定值僅供參考,不能作為評定的依據。

2.2 外觀檢測

試驗前,分別對橋梁各控制截面進行裂縫外觀檢查。試驗中,觀察橋梁在試驗荷載作用下是否有裂縫產生,記錄裂縫產生的部位、長度、寬度、間距、方向和性狀,以及卸載后的閉合情況。

3 靜載試驗

3.1 試驗內容、試驗孔的選擇、控制斷面的選擇

根據橋梁結構的特點和現場的具體條件,選取 2孔和3孔為梁橋試驗孔。各斷面測試內容:①1-1斷面、7-7斷面:支點沉降;②2-2斷面:跨中梁肋下緣撓度;梁側混凝土應變沿梁高的分布規律;梁肋底緣鋼筋應變;③3-3斷面:梁側混凝土應變沿梁高的分布規律;梁肋上緣鋼筋應變;④4 -4斷面:基礎沉降;⑤5-5斷面:牛腿處主拉應力;懸臂端撓度;⑥6-6斷面:掛孔跨中梁肋下緣撓度;梁側混凝土應變沿梁高的分布規律;梁肋底緣鋼筋應變;⑦8-8斷面:懸臂端撓度。

3.2 測點布置

混凝土應變測點采用了標距為 10cm的電阻應變片與DH3815靜態電阻應變儀組成的電測系統測定,應變測點布置于跨中截面 1#和 2#梁的側面,各梁沿梁高設一定數量的應變測點,共設 20個測點,梁底受拉鋼筋共設 2個測點。

每片主梁相應斷面下緣設1個豎向撓度測點。

(1)掛梁跨中斷面與簡支雙懸臂梁跨中斷面測點布設跨中斷面測點布置如圖2。

(2)簡支雙懸臂梁支點負彎矩斷面測點布設。

主梁支點斷面的混凝土應變測點采用了標距為 10cm的電阻應變片與DH3815靜態電阻應變儀組成的電測系統測定,應變測點布置于 1#和 2#梁支點截面的側面,各梁沿梁高設一定數量的應變測點。在 1#梁支點斷面梁頂設一個鋼筋應變測點。具體情況見圖 3。

(3)簡支雙懸臂梁懸臂端最大支點反力。在 2#墩墩身低面設2個百分表沉降測點。

3.3 加載工況與靜載試驗效率評價

(1)加載工況。

①工況 1:加載車重軸加載掛梁跨中,在另一方向以規范要求的最小距離加載另一輛加載車,檢驗掛梁跨中斷面的正彎矩;

②工況 2:在懸臂梁中跨同方向加載三輛加載車,按跨中彎矩影響線最不利位置布載,檢驗簡支雙懸臂梁跨中的正彎矩;

③工況 3:在懸臂端與掛梁上,按支點彎矩影響線最不利位置布載,檢驗簡支雙懸臂梁支點的負彎矩;

④工況 4:以最重加載車后輪加載到掛梁端,檢驗簡支雙懸臂梁懸臂端最大支點反力。

(2)靜載試驗加載的充分程度可采用靜載試驗效率來評價,靜載試驗效率ηq按下式計算

式中:SS為靜載試驗荷載作用下控制截面內力計算值;S為設計荷載作用下控制截面最不利內力計算值;μ為按規范采用的沖擊系數。

梁橋和拱橋各加載工況的試驗荷載效應見表 2。

表2 試驗荷載效應與標準荷載效應對比

由表 2可見,梁橋各截面的荷載效率均在 0.857～0.995之間,與我國《公路舊橋承載能力檢測評定規程》建議值0.8～1.05基本一致,說明試驗加載是基本充分的,因此可以根據靜載試驗的結果來推定橋梁在設計荷載下的結構響應。

3.4 試驗數據分析及承載能力評定

(1)撓度分析。

由表 3可以看出工況 1、工況 2、工況4的撓度值都是1#梁梁肋底最大,1#梁的實測撓度分別為2.11mm、3.59mm、2.26mm均比試驗荷載作用下計算撓度值小,考慮混凝土撓度長期效應后的相對撓度分別為 1/4440、1/5400、1/2200,這說明結構的豎向剛度滿足設計要求。汽車荷載的橫向分布系數與理論計算的橫向分布系數的分布規律是一致的,且實測的汽車荷載的橫向分布系數的最大值與理論計算值十分接近,2#和 3#梁的實測橫向分布系數比理論均勻,這對結構的受力是有利的。

(2)綜合因素分析。

表3 撓度分析表

綜合因素主要有以下幾方面。

①跨中撓度相對殘余變形,當其值小于 5%,表明主梁結構處于良好的彈性工作狀態。

②撓度校驗系數,當其值小于 1.0,且小于鋼筋混凝土梁橋撓度校驗系數常見值 0.5～0.90的下限值,說明結構的豎向剛度滿足使用要求,且有較大的儲備。③應力校驗系,其值在 0.4～0.80范圍內,說明掛梁跨中斷面的抗彎承載能力滿足設計和使用要求。

表4 綜合因素分析

由表 4可以看出橋梁在荷載作用下,能基本滿足要求,但安全儲備不足,另因為建造時間較長,體系內進水,鋼筋受腐蝕,建議重新修建。

4 動態特性分析

進行動荷載試驗或沖擊荷載作用,橋梁結構的動力特性是振動系統的基本特征,如結構的固有頻率(自振頻率)f0,阻尼特性(阻尼比 ζ)及振型等,其數值大小與結構形式、材料性質和質量分布等結構的本身固有性質有關。結構或構件的固有頻率(自振頻率)和阻尼特性可由橋梁起振后所測得的有阻尼衰減自由振動記錄曲線中求得。

4.1 江南大橋自振頻率f

離試驗橋跨后或給結構沖擊荷載,由于慣性的作用試驗橋跨結構的振動不會立即恢復到平衡位置,仍在自振。在進行沖擊荷載試驗時,突然施加于橋面的沖擊荷載激起橋跨結構產生自由振動。上述兩種激振方式都可使橋跨結構產生自振,但由于阻尼作用的存在,消耗了振動的能量,結果振動在不長的時間內逐漸衰減,直到橋跨結構恢復到穩定平衡位置為止。

利用放置在雙懸臂簡支梁跨中橋面上的加速度傳感器與速度計測得沖擊荷載及跑車作用下橋跨結構自由衰減振動的時域曲線,對波形進行頻譜分析,獲得結構的自振頻率f0。實測的雙懸臂簡支梁的豎向固有頻率為:雙懸臂簡支梁:f0=3.36(Hz)

根據 2004公路橋涵設計的結構的豎向振動的基頻為:雙懸臂簡支梁f0=2.59(Hz)。實測的f0=3.36(Hz),高于按規范計算值,說明實際結構的豎向剛度略高于理論值,這與靜載試驗的結論是一致的。

4.2 阻尼特性

江南大橋簡支雙懸臂梁和掛梁的實測阻尼比分別為0.0507、0.049,在鋼筋混凝土橋常見范圍2.2%～5.72%內,且接近上限值,說明結構具有較大的阻尼比,這對減少結構振動有利。

5 結 論

由于鋼筋混凝土梁橋漏水嚴重,其中牛腿處和支點斷面附近混凝土破損嚴重,牛腿處破損尤為嚴重,存在嚴重的安全隱患。牛腿處和支點斷面附近鋼筋銹蝕嚴重;梁橋的豎向剛度滿足檢算荷載的設計和使用要求。支點斷面的抗彎承載能力滿足汽車 -15設計和使用要求,但無安全儲備,不能滿足掛 -80的設計和使用要求?；A的豎向承載能力滿足檢算荷載的設計和使用要求。

根據 2004公路橋涵設計的雙懸臂簡支梁基頻f0=2.59 (Hz)。實測的f0=3.36(Hz),高于按規范計算值,說明實際結構的豎向剛度略高于理論值,這與靜載試驗的結論是一致的;江南大橋鋼筋混凝土梁橋簡支雙懸臂和掛梁的實測阻尼比分別為 0.0507、0.049,在鋼筋混凝土梁橋的常見范圍2.2%～5.72%內,且接近上限值,說明結構具有較大的阻尼比,這對減少結構振動有利。

[1] 崔國宏.鋼筋混凝土橋梁安全檢測方法研究[D].武漢大學碩士學位論文,2004.

[2] 交通部.公路舊橋承載能力鑒定方法(試行)[M].人民交通出版社,1988.

[3] 范立礎.橋梁工程(上冊)[M].北京:人民交通出版社,2001. 40-233.