基于橋梁缺損狀況及荷載試驗的橋梁船撞事故損傷分析

■ 連 菁

（1.福建省交通科學技術研究所；2.福建省公路工程試驗檢測中心站，福州 361000）

0 引言

橋梁建設的發展促進了江河兩岸、各海島以及區域之間的陸地交通，卻又對水上船舶的安全通航造成了影響，而這種影響同時也危及到了橋梁自身的結構安全[1]。近年來橋梁船撞事故時有發生，據不完全統計，2012年至2017年間福建省發生橋梁船撞事故逾20起，其中主要集中在漳州市、寧德市、福州市以及泉州市，擁有大型內河流域的城市。

船撞事故不斷地發生，給船舶、車輛操作人員的生命財產以及社會和環境造成極大的損害。橋梁受到沖擊后，橋面交通在橋梁結構損傷探明之前均處于封閉中斷狀態，給居民的日常通行造成較大的影響。因此，如何能夠縮短橋梁結構損傷探明時間，對事故快速處理，最小程度的降低船撞帶來的社會影響是一個有現實意義的難題。

本文結合福建省福安市賽岐大橋船撞事故案例，基于橋梁的缺損狀況檢查、橋梁靜載及動載試驗檢測結果對橋梁的損傷程度進行分析，為事故處理提供參考依據，保障橋面交通和水上航線的安全。

1 項目概況

賽岐大橋位于福安市賽岐鎮，全長487.8m，橋跨結構為 5×30m+45m+3×70m+45m+30m， 主橋為 45m+3×70m＋45m的5跨預應力混凝土箱型連續梁；福州端引橋為5孔30m的預應力混凝土簡支組合箱梁，賽岐端引橋為1孔30m的預應力混凝土簡支組合箱梁。大橋于1991年8月竣工通車，設計荷載為汽-20級，掛車-100，橋面寬度為凈-9.00+2×1.50m，橋面為10cm砼橋面鋪裝層。

主橋上部結構為5跨預應力混凝土箱型連續梁，梁截面為直腹板單箱單室變高度箱型截面，支點梁高4m，跨中及端跨支點梁高2m，其間梁底緣按二次拋物線變化。除0號梁段、跨中合攏段及邊跨12#梁段采用就地澆筑施工外，其余梁段全部采用懸臂拼裝法施工。下部結構為圓端形剛性柱墩，基礎為沉井。大橋全景圖見圖1。

圖1 大橋全景圖

2012年8月18日晚21點23分，一艘武漢冠中航運有限公司所屬的康順8號干貨船（船重495噸，核定載重1020噸）由于液壓錨機油破裂，錨無法拋下，當時潮水急漲，導致該船往上游側飄移，致使該船船尾指揮艙卡在賽岐大橋第五跨下游側箱梁翼緣板處，造成橋梁結構局部損傷，有關部門接到報警后，立即組織施救，同時封閉了過橋的交通。經過努力，貨船于22點43分被脫離大橋。現場事故照片見圖2、圖3。

2 橋梁船撞事故檢測

2.1 船撞事故檢測技術路線

開展船撞事故橋梁工程檢測技術路線：

（1）橋梁缺損狀況檢查，主要關鍵點：①對全橋進行缺損狀況檢查，著重對受撞擊的橋跨；

圖2 現場事故照片1——橋面

圖3 現場事故照片2——梁底

②通過新舊接觸面的變化判斷橋梁的橫向位移情況，并繪制橫向位移分布表格；

③新舊開口裂縫記錄的時候要進行詳細區分，并通過圖形表示出新裂縫的分布情況；

④對裂縫寬度超限的裂縫要對裂縫深度進行測試；⑤分析新缺損狀況的分布的規律。

（2）橋梁靜載及動載試驗：通過缺損狀況檢查結果，針對船撞事故引起的缺損，有針對性的開展橋梁靜載及動載試驗，探明橋梁內部損傷情況。

2.2 船撞事故缺損狀況檢查結果

受管養部門委托，著重對該橋受撞第5跨及其相鄰兩跨進行缺損狀況檢查。檢查結果如下：

（1）碰撞產生病害

① 第5跨左側，距4#墩14.0m處人行道板損壞，長8.0m；距4#墩12m處欄桿損壞，長10.0m。

②第 5跨左側翼緣板距 4#墩 13.0m、15.0m、17.0m處混凝土破碎，鋼筋扭曲3處。破碎面積最大為2.00m×1.00m，其余 2處分別為 1.50m×0.50m，1.00m×0.30m。破碎位置距翼緣板縱向預應力鋼筋橫向距離為0.30～0.50m，現場缺損情況見圖4。

③第5跨腹板與底板交接處混凝土掉塊露筋2處，距 4#墩 17.0m、19.0m，面積均為：0.20m×0.50m。

④第5跨箱外左側翼緣板下緣，距4#墩14.0m處，出現2條縱向裂縫，其中1條長1.35m，寬0.16mm，距翼緣板根部1.0m，另一條長5.00m，寬0.20mm，距翼緣板根部1.5m，現場缺損情況見圖5。

圖4 翼緣板混凝土掉塊露筋

圖5 翼緣板縱向裂縫

（2）橋梁原有病害

①第4跨箱內腹板共計斜向裂縫18條，縫寬0.08～0.24mm，縫長0.30～2.20m；箱外腹板共計斜向裂縫2條，縫寬0.14～0.22mm，縫長均為0.60m，橋跨腹板斜向裂縫主要出現于1/4及3/4跨徑附近，且呈八字形對稱分布；箱外梁底底板共計縱向裂縫2條，縫寬0.12～0.14mm，縫長均為0.50m。

②第5跨箱內腹板共計斜向裂縫14條，縫寬0.10～0.24mm，縫長0.50～2.20m（見圖6所示）；箱外腹板共計斜向裂縫 3條，縫寬 0.14～0.16mm，縫長 0.60～1.30m。橋跨腹板斜向裂縫主要出現于1/4及3/4跨徑附近，且呈八字形對稱分布。

③第6跨箱內外梁體無明顯病害。

2.3 橋梁靜動載試驗檢測結果

本座橋梁檢測過程中，對橋梁進行了靜載及動載試驗，主要情況如下：

圖6 箱內斜裂縫分布

2.3.1 靜載試驗檢測結果

（1）撓度測試結果：主梁結構撓度校驗系數為0.62～0.79，小于或處于荷載試驗方法[2]規定的合理常值范圍內，主梁結構剛度良好；（2）應力測試結果：試驗表明，主梁結構整體殘余應力較小，低于規范[2]要求的20%，結構應變校驗系數為0.72～0.92，處于或大于規范中的常值范圍，部分校驗系數偏大，主梁結構強度儲備偏低。

2.3.2 動載試驗檢測結果

（1）結構自振特性測試結果：試驗結果表明結構剛度良好，實測振型與理論計算振型一致；（2）結構動力反應試驗：行車沖擊系數介于1.05～1.07之間，行車對橋梁結構的沖擊作用處于正常范圍內。

3 橋梁缺損狀況成因分析

（1）第5跨左側翼緣板混凝土破碎、人行道板及欄桿損壞是由于船體指揮艙頂升造成的。

（2）第5跨左側翼緣板下緣縱向裂縫是由于船體指揮艙頂升翼緣板時，造成翼緣板下緣局部受拉，產生縱向裂縫。

（3）第4、5跨箱梁腹板的斜向裂縫主要出現于1/4及3/4跨徑附近，且呈八字形對稱分布，可能是因為橋跨結構豎向預應力松弛、抗剪強度不足造成的，屬于結構先天不足引起。

4 結論

通過對船撞事故中橋梁的缺損狀況檢查、橋梁靜載及動載試驗檢測結果對橋梁的損傷程度進行分析，可以得到：

（1）船只對橋梁撞擊所造成的結構損傷在一定程度上降低了橋梁在設計壽命期內的承載能力和耐久性。除了橋梁工程的缺損狀況的檢查，對于受損較為嚴重的結構有必要通過試驗的方式獲得橋梁的整體內部損傷情況。

（2）此次船撞事故，對本橋橋梁上部結構存在一定的結構損傷影響，但對主梁的主要構件受力情況影響程度較小。

（3）由于事故的發生，橋梁的外觀缺損。為降低社會影響，建議委托有相關資質的設計單位進行加固設計，對受損的翼緣板和人行道板進行加固處理。

（4）橋梁靜載及動載試驗能夠為探明橋梁是否存在內部損傷提供充分的判斷依據。本橋的靜載及動載試驗結果反應良好，結構未發現內部損傷情況。

[1]蔡敏，張飛帆.船舶撞擊橋梁后的結構損傷分析[A].浙江水利水電專科學校學報，2007，（4）.

[2]JTG/T J21-01——2015.公路橋梁荷載試驗規程.交通運輸部公路科學研究院.2016.