空腹式鋼筋混凝土拱橋檢測試驗淺談

季永明 季永興

近年來,隨著我國路網(wǎng)改造和道路等級的提升,交通量的日漸增大,對道橋通行能力的要求越來越高,加之20世紀建設(shè)的多數(shù)鋼筋混凝土拱橋已接近或超過橋梁設(shè)計年限,為保證橋梁正常使用功能,排除安全隱患,確定此類橋梁的實際使用狀況和承載能力顯得尤為迫切,如何對橋梁結(jié)構(gòu)進行質(zhì)量檢評成為熱點問題。本文以蘇州市工業(yè)園區(qū)跨塘老橋的檢測為例,對空腹式鋼筋混凝土拱橋檢測試驗方案及加固措施進行淺述。

1 橋梁概況

跨塘老橋位于蘇州工業(yè)園區(qū)友達光電與312國道之間,跨越運河——簍江。該橋上部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土肋拱橋,實測橋梁凈跨徑為45 m,橋梁凈寬5.8 m。

該橋建于20世紀70年代,橫向由4榀拱肋組成。橋梁主體結(jié)構(gòu)的兩側(cè)邊拱肋有局部損壞,拱上結(jié)構(gòu)立柱、橋面及欄桿等老化及破壞相當嚴重。為確定橋梁現(xiàn)有工作狀況,確保今后交通的安全和為橋梁加固(按設(shè)計荷載人群荷載3.5 kN/m2考慮)提供可靠的試驗依據(jù),本次檢測按人群荷載3.5 k N/m2對該橋進行荷載試驗測試。

2 荷載試驗測試

根據(jù)交通部頒試行辦法[1],結(jié)合跨塘老橋的結(jié)構(gòu)特征,選取主拱肋跨中、實腹段與空腹段交界處和拱腳截面為重點觀測對象。

2.1 測試檢測內(nèi)容

2.1.1 橋梁現(xiàn)有狀況檢查

1)試驗孔的結(jié)構(gòu)主要尺寸檢查;2)用回彈儀實測主拱的混凝土強度和碳化深度;3)結(jié)構(gòu)各主要部位的外觀質(zhì)量、裂縫觀察。

2.1.2 靜載試驗

1)檢測在外荷載作用下橋梁跨中截面、1/4跨截面和拱腳截面的應(yīng)變分布情況;2)各拱肋在試驗荷載下,有無裂縫展開;3)兩拱腳是否存在水平位移。

2.2 測試截面

根據(jù)交通部頒試行辦法[1],結(jié)合跨塘老橋特性,選取拱肋跨中、實腹段與空腹段交界處和拱腳截面作為主要觀測截面,測試時注意隨時觀測各截面可能出現(xiàn)的裂縫及其展開值。截面及測點布置見圖1。

2.3 測試方法

1)應(yīng)變測試:本試驗采用靜態(tài)電阻應(yīng)變儀測量混凝土及鋼筋的應(yīng)變;2)撓度觀測:在試驗橋跨的拱腳通過裝置在獨立的剛性比較大的支撐上的數(shù)顯式電子位移計或百分表直接測讀拱腳的水平位移;3)裂縫觀測:每一級加載前后,用裂縫觀測儀測讀裂縫寬度及裂縫的展開情況。

表1 主要構(gòu)件混凝土強度回彈測試表

2.4 試驗荷載及加載試驗程序

根據(jù)要求按照人群荷載3.5 k N/m2的荷載要求進行加載試驗。因此,經(jīng)過計算分析,采用一輛軸重為100 kN的試驗車輛(前軸重30 k N,后軸重70 k N)加載。

加載試驗效率按照人群荷載3.5 kN/m2的荷載要求控制在0.95～1.05之間。橋梁加載后工作狀況較差時,加載試驗效率取低限,試驗過程中對控制點的位移(或應(yīng)變)進行監(jiān)控。

3 試驗測試結(jié)果分析

3.1 橋梁裂縫調(diào)查及試驗情況

1)主拱肋除被船撞擊損壞之外,未檢查到垂直于拱肋方向的裂縫,試驗過程中亦未發(fā)現(xiàn)新的裂縫出現(xiàn)。2)拱肋橫向微彎板發(fā)現(xiàn)有兩條裂縫,裂縫寬度分別為0.22 mm和0.18 mm,試驗過程中裂縫的長度和寬度未見擴展。3)拱上結(jié)構(gòu)中,立柱混凝土出現(xiàn)鼓裂,鋼筋外露銹蝕嚴重。4)橋面鋪裝層大面積損壞,橋梁欄桿混凝土嚴重脫落、老化。

3.2 混凝土強度回彈測試

從表1中可以看出,拱肋混凝土強度大于30 MPa;立柱混凝土強度低于20 MPa;微彎板混凝土強度低于25 MPa。該橋主拱肋的混凝土強度滿足要求,而其他部分混凝土強度不能滿足要求。

3.3 變形測試

試驗加載工況下,測試截面實測撓度分析值及殘余撓度值見表2。

表2 試驗加載跨中、拱腳截面實測撓度及殘余撓度表

從表2中可以看出:1)拱肋跨中的實測撓度較小,橫向分布不均勻,表明橋梁在跨中截面處的橫向連接較差。但是測試工況中殘余撓度不大,說明該橋梁結(jié)構(gòu)剛度在試驗荷載范圍內(nèi)工作正常;2)拱腳處在試驗荷載各工況下沒有附加位移發(fā)生,說明橋臺處的抗推能力滿足要求。

3.4 應(yīng)變測試分析

從應(yīng)變測試結(jié)果可以看出:1)該鋼筋混凝土肋拱橋跨中截面在試驗荷載各工況下混凝土實測應(yīng)變離散較大,橋梁的橫向作用不太明顯。但是殘余應(yīng)變在20%之內(nèi),主拱肋的回彈性能較好,說明該鋼筋混凝土肋拱橋跨中截面結(jié)構(gòu)強度在恒載和試驗荷載共同作用下工作正常。2)該空腹式鋼筋混凝土拱橋1/4截面在試驗荷載下,混凝土實測應(yīng)變分布比較均勻,表現(xiàn)出良好的整體性能,而且殘余應(yīng)變較小,說明該空腹式鋼筋混凝土拱橋1/4截面結(jié)構(gòu)強度在恒載和試驗荷載共同作用下工作正常。

4 結(jié)構(gòu)性能評定

1)該橋梁主拱肋在試驗前后均未發(fā)現(xiàn)裂縫,其結(jié)構(gòu)強度、剛度在恒載和試驗荷載共同作用下工作正常,該橋主拱肋目前能滿足人群荷載3.5 k N/m2的荷載要求;2)全橋橫向整體性能相對較差,橋面鋪裝大面積破壞,拱上立柱破壞嚴重,混凝土強度較低,已不能滿足運營要求;3)橋欄桿混凝土嚴重老化剝落,不能滿足使用要求;4)兩側(cè)橋臺有較大的抵抗水平推力的能力,橋梁有維修加固的潛力。

5 加固建議

1)對兩側(cè)邊拱外側(cè)及底部用鋼板粘貼補強,以增強防撞能力。2)拱上結(jié)構(gòu)(包括立柱、橫系梁、橋面鋪裝及欄桿)全部拆除重建,并在橫向連接方面作相應(yīng)的加強。

[1]交通部頒標準,公路舊橋承載能力鑒定方法[S].

[2]交通部頒標準,公路橋涵設(shè)計規(guī)范[S].