缺失資料既有橋梁無損檢測及承載力評定

劉 喆 夏葉飛

1江蘇寧杭高速公路有限公司（211200） 2江蘇華通工程檢測有限公司（211100）

橋梁建成通車以后，隨著時間的推移，由于種種因素會使橋梁安全度有所下降，以至影響車輛運(yùn)營的安全。對既有橋梁進(jìn)行科學(xué)的檢測和評估，充分了解橋梁的實際狀況既可以為經(jīng)濟(jì)可靠地利用既有橋梁提供依據(jù),也可以避免災(zāi)難性事故的發(fā)生，同時根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行加固，提高其承載力，使其滿足日益增長的交通量需求，繼續(xù)為現(xiàn)代交通運(yùn)輸服務(wù),可以給國家?guī)盹@著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，我國橋梁建設(shè)方可真正步入“建養(yǎng)并重”的可持續(xù)發(fā)展道路。但在實際檢測工作中，往往發(fā)現(xiàn)橋梁相關(guān)資料丟失現(xiàn)象嚴(yán)重，有些橋梁甚至無任何原始資料，給檢測工作帶來了很大困難。結(jié)合某舊橋檢測，介紹了對缺失資料既有橋梁進(jìn)行無損檢測和承載力評定的實用方法。

1 資料收集

檢測橋為跨徑59.5 m，橋面寬8 m的上承式桁架拱橋。桁架拱由2片拱肋組成，靠橋臺處拱肋由上弦桿、下弦桿和斜桿組成，跨中拱肋由I字型截面組成，拱肋間距4.8m，拱肋寬0.5m，拱上立柱間距3.5 m一道，共16道，立柱上設(shè)置蓋梁，蓋梁上設(shè)置連續(xù)橋面板拱。橋面采用瀝青混凝土鋪裝，兩側(cè)伸縮縫均采用毛肋伸縮縫，漿砌塊石橋臺。上承式拱橋由于缺少設(shè)計圖紙，所有結(jié)構(gòu)尺寸均為現(xiàn)場測量。為方便現(xiàn)場檢測、利于后期養(yǎng)護(hù)、維修加固，現(xiàn)對本橋各構(gòu)件進(jìn)行統(tǒng)一編號。構(gòu)件總體編號按照從北向南， 橋臺編號為 0#、1#， 板拱編號為 1#、2#、……、17#，立柱編號為 1#、2#、……、16#，拱肋從左向右編號為1#、2#，拱肋實腹段和弦桿段；弦桿段分上弦桿、下弦桿和斜撐，斜撐的編號從南往北依次為1#、2#、……、20#，橫向聯(lián)系編號為 1#、2#、……、10#。

2 主體結(jié)構(gòu)的無損檢測

2.1 外觀檢查

采用電磁無損檢測法確定鋼筋的位置和混凝土保護(hù)層厚度，回彈法測試橋墩、梁體混凝土強(qiáng)度，回彈法測試混凝土強(qiáng)度，在新鮮混凝土斷面噴灑酚酞試劑的方法測定碳化深度。

橋面系裂縫調(diào)查結(jié)果:橋面護(hù)欄之間連接局部松動，橋面伸縮縫錨后混凝土與瀝青連接部位少量破損；橋面瀝青鋪裝基本平順，無明顯破損和開裂。

上部結(jié)構(gòu)裂縫調(diào)查結(jié)果:靠近橋臺兩根立柱的拱肋上弦桿構(gòu)件出現(xiàn)環(huán)向裂縫，裂縫一般在上弦桿底面和側(cè)面連通；拱腳附近拱肋局部出現(xiàn)混凝土剝落，鋼筋銹蝕現(xiàn)象。拱肋之間橫向聯(lián)結(jié)構(gòu)件松散，部分脫落。拱上立柱上橫梁與微彎板連接部位局部開裂明顯。

下部結(jié)構(gòu)裂縫調(diào)查結(jié)果:拱腳處拱座局部混凝土開裂，拱座局部蜂窩空洞現(xiàn)象明顯。橋臺錐坡局部防護(hù)破損。

2.2 靜載試驗

2.2.1 測試截面及加載車輛

本次靜載試驗采用等效荷載法，采用30 t重的汽車組成的汽車車隊進(jìn)行加載。

應(yīng)力采用表面振弦式應(yīng)變傳感器。對于橋臺處、拱腳處和靠近岸側(cè)弦桿位移測試采用百分表測量，跨中和實腹段與弦桿交接處附近位移測試采用棱鏡測量。

2.2.2 加載工況

根據(jù)結(jié)構(gòu)相應(yīng)截面的內(nèi)力影響線進(jìn)行加載，在實際荷載試驗中通過控制相應(yīng)的加載車輛的數(shù)量及位置使該檢驗項目的荷載效率系數(shù)η滿足:0.8≤η≤1.05，并盡可能使其荷載效率系數(shù)在0.9～1.0之間。共有以下六種加載工況:

1）1-1截面的最大彎矩對應(yīng)的正應(yīng)力和1-1截面的位移；2）2-2截面的最大正彎矩對應(yīng)的正應(yīng)力和2-2截面的位移；3）4-4截面和6-6截面的最大軸力對應(yīng)的正應(yīng)力；4）3-3截面最大軸力對應(yīng)的正應(yīng)力；5）5-5截面、7-7截面最大軸壓力對應(yīng)的正應(yīng)力和7-7截面的位移；6）破損伸縮縫處橋臺處豎向的位移。

2.2.3 試驗結(jié)果及分析

用MIDAS結(jié)構(gòu)分析軟件按梁格法建立空間有限元模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算，工況2作用下的計算結(jié)果及實測值見表1、表2所示。

表1 本次（上次）試驗2-2截面應(yīng)力數(shù)據(jù)分析MPa

測試數(shù)據(jù)表明，結(jié)構(gòu)應(yīng)力校驗系數(shù)大于1，結(jié)構(gòu)相對殘余應(yīng)變小于20%。說明結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度不滿足設(shè)計荷載正常使用要求。

表2 本次（上次）試驗2-2截面位移數(shù)據(jù)分析

測試數(shù)據(jù)表明，上次結(jié)構(gòu)位移校驗系數(shù)大于1，結(jié)構(gòu)相對殘余變形小于20%，說明結(jié)構(gòu)的剛度不滿足設(shè)計荷載使用要求。實測偏載系數(shù)為1.40，小于理論偏載系數(shù)為1.88，說明橋梁的抗扭剛度滿足設(shè)計要求，但富余量很小。

2.3 動載試驗

2.3.1 模態(tài)試驗

采用脈動法進(jìn)行自振特性測試，測試結(jié)果如表3所示。

表3 測試1階頻率與計算頻率對比

測試結(jié)果表明，本次實測結(jié)構(gòu)一階正對稱豎彎振型對應(yīng)的頻率為3.46，比上次實測結(jié)構(gòu)一頻率3.42偏高,本次實測頻率比理論一階頻率3.426略微偏高,表明橋梁測試動剛度基本滿足設(shè)計要求。一般鋼筋混凝土橋梁的阻尼比在0.014～0.36之間，本橋本次結(jié)構(gòu)阻尼比為0.0149，在正常范圍之內(nèi)。

2.3.2 動力荷載試驗

試驗數(shù)據(jù)表明，本橋跑車沖擊系數(shù)滿足結(jié)構(gòu)評定要求。如果橋上有剎車和跳車現(xiàn)象，橋梁沖擊系數(shù)將不合要求。因此應(yīng)保證橋面平整，避免車輛在橋上剎車。

3 鑒定結(jié)論與加固維修建議

因橋梁拱腳拱肋上弦桿附近拱圈橫向裂縫（繞構(gòu)件環(huán)向裂縫）最大縫寬已達(dá)0.4～0.5mm,已超過《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T J21-2011）中規(guī)定限值（持久狀況下混凝土拱構(gòu)件橫向裂縫限值0.3mm）；橋梁的強(qiáng)度、剛度和沖擊系數(shù)等相關(guān)指標(biāo)仍不滿足汽車-15級，掛車-80設(shè)計荷載的正常使用要求,橋梁拱肋主要裂縫仍處于發(fā)展中。

鑒于該橋交通流量較大,且有超重車輛通行，應(yīng)立即進(jìn)行交通管制，限制10 t以上車輛通過，如必須通行超載車輛，需拆除重建。

表4 沖擊系數(shù)評定表

[1] 劉菊玖.模態(tài)試驗在舊橋損傷識別中的應(yīng)用[J].華中科技大學(xué)學(xué)報,2005,5.

[2] 楊文淵,等.橋梁維修與加固[M].人民交通出版社,1989.