載荷試驗在橋梁火燒受損檢測評估中的應用

劉佩佩

（河北省道橋工程檢測有限公司，河北 石家莊 050021）

1 工程概況

宣大高速公路K208＋323中橋，上部結構為5～13m普通鋼筋混凝土空心板，板高75cm，為先簡支后連續結構，混凝土設計標號為C30；下部結構為樁柱式基礎，柱直徑達110cm，混凝土設計標號為C25。橋梁設計等級為汽車—超20級、掛車—120。

2012年7月16日上午6時許，一輛柴油罐車由東向西行至該橋時發生側翻，柴油泄漏至北京方向橋面并起火燃燒，柴油順泄水孔流至橋下，導致該橋北京方向外側嚴重受損。橋梁被大火燃燒近兩小時，起火物為柴油。

橋面及西橋頭引路瀝青混凝土路面均被柴油腐蝕，面積為79×12m2，局部瀝青被燒融，松散；西橋頭引路路基邊坡被柴油腐蝕，面積為15×6m2；波形防撞護欄損壞長度為101m；立柱損壞42根；防眩板損壞22片；0＃臺、1～4＃墩頂部支座存在火燒煙熏痕跡；水泥混凝土防撞護欄燒毀長度為51m，混凝土脫落面積為20×0.3m2。

2 載荷試驗

2.1 靜力試驗荷載的確定

本次試驗的主要目的是檢驗結構承載能力是否符合設計要求，故采用基本荷載加載。就每一加載試驗項目而言，其所需加載的數量，根據設計標準活載產生的該加載試驗項目對應的控制截面內力或變位等的最不利效應值，按下式所確定的原則等效換算而得：

式中：η——靜力試驗荷載效率系數；

Sstat——試驗荷載作用下，某一加載項目對應的控制截面內力或變位等的最大計算效應值；

S——設計標準活荷載不計沖擊荷載作用時產生的該加載試驗項目對應的控制截面內力或變位等的最不利計算效應值；

（1＋μ）——設計計算取用的動力系數，其中μ為按規范采用的沖擊系數。

綜合考慮靜力試驗荷載效率、控制斷面的設計彎矩值及加載車輛的來源等因素，本次等效荷載采用2輛四軸重載汽車充當，試驗車輛的軸距以及滿載重量見表2－1。

表2-1 加載車輛規格表

2.2 測試位置及項目

該橋為5～13m先簡支后連續結構，根據結構受力特點，本次試驗測試位置有：北京方向第1孔跨中截面、1＃墩墩頂截面、第2孔跨中截面。測試項目有控制截面應變及撓度。

2.2.1 應變測試斷面及測點布置

由于本橋為普通鋼筋混凝土結構，所以控制截面應力測試采用鋼筋表面粘貼式應變計方式獲得。關鍵應力測試截面共布置3個，分別為北京方向第1孔跨中截面、1＃墩頂截面和第2孔跨中截面。由于本次試驗主要目的是確定火災對結構的影響，故主要測試在偏載作用下外側1～4＃板底應變及撓度。

2.2.2 撓度測試斷面及測點布置

考慮到本橋的受力特點及本橋測試工況，本次靜載試驗撓度測點縱向布置在支點及試驗孔四分點上。

2.2.3 各工況加載位置

為了確定火災對橋梁的影響，本次靜載試驗選取了北京方向第1孔、第2孔偏心最不利加載，工況有：第1孔跨中正彎矩最不利偏心工況、1＃墩頂負彎矩最不利偏心工況和第2孔跨中正彎矩最不利偏心工況。

2.3 試驗荷載效率系數

該橋主要測試斷面靜力試驗荷載效率系數見表2－2。

表2-2 試驗荷載效率

2.4 試驗加載程序

該橋靜力荷載加載的試驗程序見表2－3。

表2-3 橋梁靜載試驗工況表

2.4.1 為了使結構進入正常的工作狀態，在進行正式加載試驗前，用一輛試驗車在試驗孔跨中部位進行2～3次橫橋向對稱的反復預加載。

2.4.2 預加載卸至零荷載，并在結構得到充分的零荷載恢復后，進入正式加載試驗。正式加載試驗按加載工況序號進行，完成一個序號的加載工況，在結構得到充分的零荷載恢復后，再進入下一個序號的加載工況。

2.4.3 為保證結構及整個試驗過程的安全，本次加載采用分級加載，通過調整上車數量及車輛加載位置實現分級加載。

2.5 靜力試驗結果與分析

下面對本次靜載試驗結果按應力測試、撓度測試、殘余變形及抗裂性的順序進行分析。

2.5.1 應力測試結果與分析

在進行應力數據對比分析時，選取了對應加載工況的測試值與對應位置的理論值進行對比分析，各工況應力對比數據見表2－4～表2－6（應力正向規定：拉為正，壓為負）。

表2-4 第1孔跨中斷面空心板底部應力數據

表2-5 第2孔跨中斷面空心板底部應力數據

表2-6 1#墩頂斷面1-1#空心板側面應力數據

由實測應力數據可知：

a）第1孔跨中控制截面：各測點鋼筋應力最大為50.20MPa，小于理論值71.00MPa；該控制截面各應力測點校驗系數最大為0.71，小于規范允許值1.0；

b）第2孔跨中控制截面：各測點鋼筋應力最大為44.70MPa，小于理論值67.60MPa；該控制截面各應力測點校驗系數最大為0.66，小于規范允許值1.0；

c）1＃墩墩頂控制截面：截面底緣測點鋼筋應力為－20.90MPa，大于理論值－15.70MPa；該測點校驗系數為1.33，大于規范允許值1.0。

綜上所述，該橋北京方向1＃墩頂負彎矩控制截面受壓區應力校驗系數不滿足規范要求，說明該斷面經火災后底部混凝土強度降低，導致鋼筋受壓應力偏大。

2.5.2 撓度測試結果與分析

該橋試驗孔不同荷載工況下作用撓度的具體測試數據及理論值見表2－7～2－8及圖1、圖2（撓度數據：向下為正，向上為負）。

由實測撓度數據可知：

a）在第1孔正彎矩偏心荷載作用下，第1孔跨中最大撓度值為3.85mm，小于理論值4.59mm；各撓度測點校驗系數最大值為0.84，小于規范允許值1.0；

b）在第2孔正彎矩偏心荷載作用下，第2孔跨中最大撓度值為3.80mm，大于理論值3.67mm；各撓度測點校驗系數最大值為1.10，大于規范允許值1.0。

綜上所述，該橋第2孔由于受火嚴重，結構剛度已經低于設計要求。

表2-7 第1孔偏心加載工況邊孔1#～4#梁撓度數據

圖2-1 第1孔偏載工況邊孔1至4#梁撓度對比曲線

表2-8 第2孔偏心加載工況次邊孔1#～4#梁撓度數據

圖2-2 第2孔偏載工況次邊孔1#～4#梁撓度對比曲線

3 結論

3.1 由實測應力數據可知，北京方向第1孔、第2孔跨中控制截面各測點鋼筋應力校驗系數均小于規范允許值1.0；1＃墩墩頂控制截面底緣測點鋼筋應力校驗系數為1.33，大于規范允許值1.0。

從理論受力角度考慮，第1、2孔跨中加載工況為正彎矩工況，在正彎矩作用下，空心板頂部受壓、底部受拉，頂部混凝土受火災影響較小，底部混凝土雖然影響較大，但底部拉應力主要由鋼筋承擔，因此，這兩個截面的應力校驗系數仍能滿足原設計要求。1＃墩墩頂斷面承受負彎矩作用，頂部受拉、底部受壓，經火災后底部混凝土強度降低，導致鋼筋受壓應力偏大，因此該斷面校驗系數不滿足原設計要求。

3.2 由實測撓度數據可知，第1孔跨中各撓度測點校驗系數均小于規范允許值1.0；第2孔跨中各撓度測點校驗系數最大值為1.10，大于規范允許值1.0。

該橋第2孔校驗系數超限的原因主要有：

a）第2孔受火災影響最大，1～5＃板板底混凝土強度均明顯降低，混凝土對鋼筋的握裹作用也相對降低，整體剛度減小；

b）1＃墩頂斷面受火災影響也較大，第1、2孔之間的結構連續性能降低，該斷面對相鄰兩孔的彎矩抵消作用降低。

綜上所述，受火災影響，該橋第2孔整體剛度、1＃墩頂負彎矩底面強度均明顯降低，第2孔撓度校驗系數、1＃墩頂斷面底部壓應力校驗系數均超過了規范要求的1.0。

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