預應力混凝土橋梁承載力鑒定

推布拉旺堆 許長城

摘要：文章通過對無設計資料施工便橋進行外觀檢查，荷載試驗及結構檢算，對橋梁進行綜合評定，為橋梁的安全運營提供了保障，解決了無資料預應力混凝土結構承載力鑒定問題，創造了良好的社會效益和經濟效益。

關鍵詞：無資料施工便橋；外觀檢查；荷載試驗；結構檢算；承載能力鑒定

中圖分類號：U448 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）01-0110-03

一、概述

明心橋上部結構縱向布置為3×20.0m預應力混凝土空心板，橋面全寬5.5m，橫向布置為：0.5m（護欄）+4.5m（行車道）+0.5m（護欄），每跨橫向布置4塊空心板。橋梁下部結構橋墩采用雙柱式橋墩、橋臺采用重力式U型橋臺。

本橋原設計使用性質為高速公路施工便橋，高速公路竣工后，為了充分利用施工便橋，發揮其潛在的巨大經濟效益及社會效益，節省修建新橋的費用及時間，擬將明心橋繼續使用。但該橋的設計圖及竣工圖難以查詢，相關資料缺失，為了橋梁的使用安全，在對該橋進行利用前，有必要對該橋進行了專項檢測。

二、專項檢測內容

（一）橋梁現狀檢查內容

因無原橋設計及竣工資料，因此本次現狀檢查包含以下幾個內容：

1．結構各部分尺寸調查和測量。

2．梁體鋼筋分布情況檢查。

3．梁體混凝土強度檢查。

（二）結構檢算內容

根據實測橋梁尺寸和混凝土強度，并結合類似結構的細部構造和預應力鋼絞線的配置情況，對空心板進行極限承載能力和使用階段應力檢算，判斷橋梁在現狀下的承載能力。

（三）靜荷載試驗內容

在結構檢算基礎上，通過荷載試驗進一步明確現狀下橋梁承載能力，荷載試驗主要包含以下內容：

1．測試受檢橋跨控制截面在試驗荷載作用下各測點的應變，通過實測值與理論計算值的對比，評價結構的整體強度。

2．測試受檢橋跨控制截面在試驗荷載作用下各測點的撓度，通過實測值與理論計算值的對比，評價結構的整體剛度。

3．測試受檢橋跨控制截面的裂縫變化情況。

三、檢測結論

（一）橋梁現狀檢查結論

本次承載力鑒定前，橋梁管理部門對橋梁進行了病害維護設計：（1）對梁體裂縫進行灌漿封閉，對梁底外露的鋼筋進行除銹處理，修補梁底的空洞；（2）在梁底粘貼碳纖維布，并涂抹防護砂漿；（3）更換支座；（4）更換橋面鋪裝。

通過查閱維護設計資料發現，橋梁維修處治前主要存在以下病害：（1）梁體存在多處破損、空洞、開裂及露筋銹蝕現象，其板內鋼筋和鋼絞線與梁體混凝土接合狀況差；（2）較多支座存在剪切變形、脫空、部分完全脫空等病害；（3）橋墩擋塊普遍存在破損開裂現象；（4）橋面鋪裝縱向開裂，局部坑槽。

（二）梁體鋼筋分布情況檢查

為了明確梁體配筋情況，采用用博泰克RIS探地雷達進行鋼筋分布檢測，檢查結論如下：

1．沿空心板底板橫向掃描。

沿著掃描方向，可見每塊空心板在5cm深度共有5根鋼筋。

2．沿空心板底板縱向掃描。

沿空心板腹板縱向掃描，可見在空心板端部2.3m范圍內箍筋間距為10cm，在2.3m至跨中箍筋間距為20cm。

3．沿空心板腹板縱向掃描。沿空心板腹板縱向掃描，可見在空心板腹板70cm高度范圍內共有3根鋼筋。

（三）混凝土強度及碳化深度檢測

在T梁側面布置10個混凝土回彈測區。混凝土回彈測區均為20cm×20cm正方形，每個測區測試16個測點，并在每個構件的10個回彈測區中選取3個測區測試混凝土碳化深度，碳化深度為3mm。最終推定混凝土強度為54.2MPa。

四、結構檢算

因本橋無設計及竣工資料，橋梁內部結構尺寸及預應力鋼筋配置不詳，但橋梁原使用性質為高速公路施工便橋，通行荷載較大，因此擬按照公路-II級荷載進行結構檢算。

空心板外部結構尺寸、跨徑、普通鋼筋數量按實測值取用。空心板混凝土強度等級按C40取用。空心板內部結構尺寸和預應力鋼筋配置參照20.0m跨徑的空心板標準圖取用，并假定空心板為全預應力構件。舊橋檢算系數Z1取為0.9，未考慮維修處治新增碳纖維的作用。

實測空心板標準跨徑20.0m、計算跨徑19.2m，全橋共2塊中板，2塊邊板，每塊板的寬度為1.2m，高度0.9m，空心板內部構造尺寸是根據實測并參考了類似橋梁結構取得。空心板底面普通鋼筋按實測取5ф12鋼筋，空心板鋼絞線參照1.0m寬20.0m空心板鋼絞線配置，本次結構檢算鋼絞線采取如下圖4所示的布置，其中N1采用5Φ15.24（7Φ5），N2采用5Φ15.24（7Φ5）。

（一）結構離散圖

因邊板橫向分布系數較大，本次僅對邊板進行檢算，空心板計算模型采用平面桿系有限元計算，在計算模型中，空心板共劃分22個單元，單元劃分如圖5所示：

（二）持久狀態承載能力極限狀態計算

計算結果表明，考慮承載能力折減系數0.9時，在現狀下邊板跨中截面極限承載能力滿足規范要求，抗力/彎矩最小值為1.2。

（三）正常使用極限狀態檢算

短期組合作用下，邊板截面上緣最大正應力為2.90MPa、最小正應力為1.28MPa，下緣最大正應力為4.77MPa、最小正應力為0.37MPa，邊板各截面上下緣均未出現拉應力，全截面處于受壓狀態,斜截面上主拉應力最大值為-0.08MPa，小于《預規》限值。

邊板在正常使用極限狀態標準值效應組合作用下，截面上緣最大壓應力為13.3MPa，下緣最大壓應力為8.23MPa，斜截面上主壓應力最大值為13.3MPa，邊板各截面上下緣正應力及主應力均小于《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62-2004）限值。

由檢算結果可知，正常使用極限狀態下空心板截面正應力和主應力均滿足《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62-2004）要求。

（四）檢算結論

1．本橋在公路-II級荷載最不利組合下，邊板在正常使用的極限狀態下，主梁各截面上、下緣正應力及斜截面主應力均滿足《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62-2004）的要求。

2．在承載能力的極限狀態下，邊板主梁各截面的極限承載力大于截面的最大彎矩，邊板結構抗力/彎矩最小值為1.2。

五、靜載試驗

（一）試驗截面及測點

根據明心橋的結構特點，共選取1個正彎矩控制截面進行靜載試驗。

1．撓度測點。由于橋下跨越河流，無法在橋下設立撓度基準點，因此采用在人行道護欄上固定標尺的方法，在正彎矩測試截面上下游護欄上各布置一個撓度測點，用精密水準儀進行觀測讀數。

2．應變測點。通過在測試截面各片空心板梁的下緣粘貼混凝土應變片，以靜態電阻應變儀自動掃描觀測混凝土的表面應變。

（二）試驗用加載車的確定

以計算分析的內力和變位作為控制值，采用350kN級載重車按照彎矩等效的原則，在其影響線上按最不利位置分級布載。按《試驗方法》規定，試驗荷載效率滿足：0.80<η≤1.05的要求，以此確定最大用車數和車輛加載的縱向位置。

式中各符號含義如下：

η——靜載試驗效率；

Sstate——靜載試驗荷載作用下，控制截面內力計算值；

S——控制荷載作用下控制截面最不利內力計算值（不計沖擊作用）；

μ——按規范采用的沖擊系數。

經計算分析，完成全部試驗工況，共需1輛350kN級載重汽車，本次試驗實際加載車為1臺358.3kN的4軸載重汽車。

（三）靜載試驗工況及加載效率

六、靜載試驗結果及評定

（一）應變觀測結果

在最大試驗荷載作用下，各控制截面應變觀測結果列于表2～表3中：

（二）撓度觀測結果

在最大試驗荷載作用下，各控制截面撓度觀測結果列于表4中：

（三）靜載試驗的結果評定

1．截面應變。從上述試驗結果看出，測點實測應變值小于其對應的理論計算值，正載應變校驗系數范圍為0.41～0.66，偏載應變校驗系數范圍為0.39～0.64。卸載后相對殘余應變均小于20%，表明橋梁的強度滿足要求。

2．截面撓度。從上述試驗結果看出，測點實測撓度小于對應理論計算值，正載作用下撓度校驗系數范圍為0.33～0.43，偏載作用下撓度校驗系數范圍為0.17～0.34。卸載后相對殘余變形均小于20%，表明結構處于彈性工作狀態，橋梁剛度滿足要求。

3．截面裂縫。試驗加載過程中，未觀察到受檢橋跨出現裂縫。

七、綜合評估

綜合上述各項檢查結論，明心橋能夠滿足公路-II級荷載作用下的正常使用要求，可交付使用。

八、結語

1．明心橋改變使用性質通車至今，運營狀況良好，未見原有橋梁病害發展，未見新增病害。

2．采用上述方法對無資料預應力橋梁進行承載能力鑒定，取得了較好的經濟效益和社會效益，可供類似橋梁承載力鑒定時進行借鑒。

參考文獻

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所．重慶市北碚明心橋檢測評估報告[R]．

作者簡介：推布拉旺堆（1975-），男（藏族），西藏那曲地區安多人，西藏公路管理局公路工程中心試驗室工程師，研究方向：公路橋梁檢測及工程管理；許長城（1978-），男，吉林松原人，招商局重慶交通科研設計院有限公司工程師，碩士，研究方向：橋梁檢測及加固設計。

（責任編輯：趙秀娟）