裝配式公路鋼筋混凝土空心板梁試驗評定

劉伯奇

(中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所，北京 100081)

近幾十年來，我國道路交通事業蓬勃發展。而隨著時間的推移，橋梁在服役期間，在自然環境和荷載的共同作用下，橋梁會產生病害、損壞，嚴重時會影響到正常使用甚至發生安全事故。為了保證橋梁結構的正常運營，需要對橋梁進行一定的維修、加固及改造。在對橋梁進行維修、加固或改造之前往往需要對病害橋梁進行綜合評定。

裝配式空心板橋由于其預制、安裝、施工工藝簡單、工程造價較低，同時板橋具有建筑高度小等優點，所以在中小跨徑橋梁中得到廣泛應用。但從已建成橋梁的運營狀況來看，也存在一些較為典型的病害。通過對廣東省內多條高速公路以及深圳市內部分市政裝配式混凝土空心板梁工作狀況進行調查，發現引起裝配式板橋結構承載能力不足的原因:一是由于主梁自身的強度不足導致結構整體承載能力不足;二是由于橫向聯系(鉸縫)偏弱，或鉸縫受損甚至破壞，造成結構各主梁協同受力能力下降，從而導致結構承載能力下降。

目前，我國大部分于20世紀70—90年代建造的橋梁仍在使用中，而當時橋梁設計荷載水平較低，該荷載水平已不能適應日益增長車流量的需要，使得舊橋加固維修工作的重要性也日益突顯。在維修加固前，一般對結構的實際工作狀態進行評估，為橋梁的加固和改造提供數據支持。筆者在板梁結構的評估工作中發現，僅通過常規的靜動力荷載試驗有時很難發現結構存在的一些問題。但如果輔助以橫向分布測試，則可以使評估結果更加準確。本文以一座實橋的試驗評估介紹這一方法。

1 工程概況

深圳市某公路上有一座跨徑為10 m的裝配式混凝土空心板梁橋。該橋分左幅和右幅，上部結構單幅橋橫向布置9片鋼筋混凝土板梁，梁高45 cm、寬1.2 m，梁間采用35 cm的長鉸縫連接，現澆層鋪裝層設計厚度為10 cm，見圖1。該橋計算跨徑為9.6 m，橋面凈寬10.5 m。空心板梁及鉸縫采用C40混凝土，橋面鋪裝采用C30混凝土，普通鋼筋采用Ⅰ級。相關部門擬對該橋所處路段進行拓寬改造，本橋原設計荷載等級為汽超-20，掛-120，改造后為公路-Ⅰ級。

圖1 空心板梁橫向布置(單位:cm)

2 試驗評定

選取病害較為嚴重的左幅橋進行橫向分布系數測試、常規靜載試驗測試以及動載測試。

2.1 橫向分布系數測試

橫向分布測試在1#～9#梁跨中部位各布置一個撓度測點，采用一輛加載車進行測試，測點布置及加載輪位如圖2所示。

圖2 橫向分布測試測點布置及加載輪位

由各測點的實測位移值推算得到各片梁的實測荷載橫向分布，及按鉸接板法計算的相應荷載橫向分布理論值，如圖3。從圖3可以看出，實測影響線數值與理論值存在一定的差異，實測影響線峰值均大幅超過了理論計算值，影響線在6#梁與7#梁位置出現突變，說明各梁間聯系相對理論計算值偏弱，6#梁與7#梁間鉸縫可能已經破壞。

圖3 橫向分布影響線實測值與理論值對比

2.2 常規靜載試驗

2.2.1 測點布置

該橋為簡支結構，測試截面選取跨中截面(A截面)進行。在7#～9#板測試截面底板處分別布置應力測點和撓度測點。應力測點處布置振弦式應變計，撓度測點處布置百分表，測點布置見圖4。

2.2.2 加載值的確定及加載方法

采用分級加載的方式。由于該橋原設計荷載為汽超-20，掛-120，改造后為公路-Ⅰ級，在加載時分別考慮兩種荷載等級，在加載值達到原設計荷載等級后分兩級加載至改造后荷載等級，并在加載過程中注意各測試參數的變化以保證試驗安全。通過荷載等效的方式加載，利用Midas Civil建立結構有限元模型計算得到本橋靜載試驗采用4輛約40 t的重車進行加載，加載示意見圖5。

2.2.3 測試結果

圖4 測點布置示意(單位:cm)

在最大級試驗荷載作用下，實測7#～9#梁A截面下緣混凝土平均拉應變分別為 307×10－6，303×10－6，201 ×10－6，理論計算值分別為657 ×10－6，642 ×10－6，598 × 10－6，應變(或應力)校驗系數分別為0.467，0.472，0.336，滿足《評定規程》中鋼筋混凝土板橋0.3～0.7的要求。如果按照全截面受力計算應變值分別為243 ×10－6，221 ×10－6，214 ×10－6，可以看出板梁目前已出現開裂但較接近全截面受力狀態。另外，從實測數據來看，各測點卸載工況下殘余數值較小，卸載后應變相對殘余均不大于20%，表明截面處于彈性工作狀態。

圖5 跨中截面加載示意(單位:m)

2.3 動載試驗

2.3.1 測點布置

在跨中部位1#梁與9#梁對應橋面處分別布置縱向及豎向拾振器，測點布置見圖6。

圖6 動載試驗測點布置

2.3.2 測試內容

測試內容主要包括脈動試驗、跑車試驗、跳車試驗及制動試驗。其中跑車試驗及跳車試驗分別在靠近S1測點及靠近S2測點附近車道各進行兩次，對兩次測試結果進行對比分析。

2.3.3 測試結果

①實測自振頻率為13.38 Hz，理論計算值為7.78 Hz，實測值大于理論計算值。②行車試驗結果表明，在行車狀況下跨中豎向測點S1，S2的最大振動響應單峰值分別為1.402 3 mm，0.188 0 mm，S1測點所測得值均遠大于S2測點，說明結構個別鉸縫連接較弱，與靜載試驗所得的結論一致。結構振動響應隨車速的增大而增大。③在跳車工況下跨中S1，S2測點最大豎向振幅分別為4.801 7 mm，0.722 4 mm(單峰值)，測試結果較行車明顯增大。S1測點所測得值遠大于S2測點，說明結構個別鉸縫連接較弱，與靜載試驗所得的結論一致。④制動工況下，跨中Z1，Z2測點縱向振動幅值(單峰值)分別為0.033 4 mm，0.050 6(跨中制動)，數值均較小。

2.4 試驗小結

通過對該橋的橫向分布系數測試、常規靜載試驗以及動載試驗主要可以得到以下結論:①從橫向分布測試結果來看，6#與7#梁間鉸縫已經失效;②結構主控截面的承載能力試驗表明，試驗的各項指標均滿足設計要求和試驗規范要求，結構承載能力、結構剛度滿足要求;③在行車及跳車工況下S1測點所測得值均遠大于S2測點，說明結構個別鉸縫連接較弱，與橫向分布系數測試所得的結論一致。

3 結語

單從常規靜載試驗結果來看結構基本上能滿足結構改造后設計荷載等級的要求，但是結合橫向分布系數測試以及動載試驗的結果可知結構的個別鉸縫已經失效。這樣形成單板受力對主梁的受力是不利的。利用本文的方法可以對裝配式空心板梁進行更為全面的評定，可以為后期的維修、加固及改造工作提供有效的數據。

［1］張勁泉，王文濤.橋梁檢測與加固手冊［M］.北京:人民交通出版社，2007.

［2］姚玲森.橋梁工程［M］.2 版.北京:人民交通出版社，2008.

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