舊橋靜載試驗及評定

余西成

(武漢輕工大學土建學院，湖北武漢 430023)

0 引言

由于最近30年來交通量逐年增加，車輛超載的現象日趨嚴重，大量的橋梁在超負荷運營，橋況已難以承受未來交通量增長帶來的壓力，為確定永清橋能否滿足最新規范的荷載標準，確定升級改造的必要性，本文將以永清大橋檢測項目為工程實例，對該橋進行了詳細的檢測與靜載試驗，并按公路—Ⅰ級荷載標準進行了承載能力鑒定。總結了相關的測試數據，并進行了分析處理，詳細介紹公路舊橋的靜載試驗技術和評定。

1 大橋概況

永清大橋修建于1988年。查閱當年的設計文件，得到荷載設計等級為汽—20級、掛車—100。橋上部結構為5×20 m鋼筋混凝土簡支T梁，T梁中心間距1 600 mm，梁高1 200 mm，橋面鋪裝采用水泥混凝土。大橋經過30多年的運營，出現了諸多病害和安全隱患，例如橋面鋪裝出現多條大尺寸縱向貫通裂縫，鋼筋混凝土表面破損嚴重;伸縮縫損傷較重，且出現了坑槽及明顯的跳車現象;同時橫隔板連接處鋼板破壞嚴重等等，造成了嚴重的交通安全隱患。因此，我們對大橋的上構進行了結構檢測、評定，為今后的加固工程提供依據，以提高橋梁工作性能和結構技術狀況。

2 大橋檢測

2.1 檢測目的

針對橋梁結構形式和特點，通過全面的質量檢測達到如下目的:

對永清大橋空心板梁進行檢測包括裂縫分布、鋼筋位置和保護層、梁體破損等，全面評估結構的安全現狀，為今后結構的分析鑒定和日后的維修養護提供依據。利用靜載試驗實測橋梁結構的荷載效應，將實測值跟理論計算值進行比較，分析橋梁結構的工作性能，評定營運荷載等級。通過本次觀測所積累的數據，監測今后結構能否穩定安全服役，為今后的橋梁維修、補強和構件更換提供技術依據。

2.2 靜載試驗方案設計

為了更好地評定結構在公路—Ⅰ級荷載下的實際工作狀況和承載能力，我們對該橋進行了靜載試驗。

2.3 靜載試驗項目、測點布置與試驗儀器

靜載試驗項目:本試驗屬鑒定性試驗，布設3個主要內力控制截面，2個附加控制截面，主要測試項目如下:

試驗荷載作用下跨中截面最大應力(或應變)，用以判斷混凝土的應力狀態;試驗荷載作用下跨中截面的最大撓度，用以衡量橋梁結構的實際剛度水平;試驗荷載作用下支點截面的撓度和變形;試驗荷載作用下梁體裂縫擴展情況;試驗荷載下跨中截面撓度的橫向分布規律;試驗荷載作用下主梁撓度的縱向分布;試驗荷載作用下橋墩豎向最大沉降量。

測試截面情況如下:根據簡支梁橋的受力特點，跨中截面和支點附近斜截面是內力(或位移)控制截面，因此，本次試驗選擇試驗孔跨中截面為應變和撓度的測試截面，支點附近斜截面為剪切應變測試截面。

測試點的布控和選擇情況如下:本試驗主要以南邊1號、2號、3號、4號、5號梁為檢測標的，利用檢測設備，在不同等級工況作用下，分別進行應變、撓度的測試，各測點具體設置如下:

1)應變試驗的布置情況。

1號、2號、3號、4號、5號梁跨中，1號、2號、3號、4號、5號梁L/4截面。應變片直接粘貼在梁體上，T梁翼緣底面和腹板底面各貼一片;1號梁南支點處剪切應變測試;北邊第一孔(1號孔)即試驗孔的1號墩北立柱應變測試;1號梁跨中處腹板側面，2號梁L/4截面處腹板側面應變測試，以驗證平截面假定。

在跨中截面各片T梁的腹板及底板上布設應變測點。

2)撓度測點的布置情況。

1號、2號、3號、4號、5號、梁跨中以及1號、2號、3號、4號、5號梁L/4，3L/4截面以及兩支點各布置一個百分表來進行豎向撓曲測試。

2.4 試驗采用的儀器設備

1)應變測試。

梁體表面應變采用膠基應變片，靜態應變測量系統、計算機及其配套設備。

2)撓度測試。

主梁撓度采用數顯百分表和機械式百分表(測試精度0.01 mm)、精密水準儀、鋼尺。

3)裂縫觀測。

采用裂縫觀測儀觀測裂縫。

2.5 試驗荷載及分布

試驗荷載:本橋主梁的荷載試驗采用等效荷載作為檢測用荷載。荷載試驗我們選用與設計荷載活載汽—20接近的重車組作為試驗荷載。

2.6 試驗布點位置與分級

本橋試驗荷載采用6個荷載試驗工況，實際檢測流程如下:

首先獲得支點處的最大豎向支反力工況→測試支座處最大剪力的工況→測試梁體跨中L/4處最大正彎矩，中載布置工況→檢測舊橋梁體處L/4處最大正彎矩，偏載布置工況→檢測橋梁跨中最大彎矩，中載布置工況→最后檢測跨中最大彎矩，偏載布置工況。

在現實檢測過程中，保持逐級加載的方式，各加載等級之間不卸載，一直到測試全部完成后，最后一次卸載。

支點最大豎向力工況加載等級Ⅰ為2輛加載車橫向并列布置，加載等級Ⅱ為4輛加載車兩行兩列布置;支點最大剪力工況加載等級Ⅰ為2輛加載車橫向并列布置，加載等級Ⅱ為4輛加載車兩行兩列布置;橋梁L/4處最大正彎矩，偏載布置工況加載等級Ⅰ為2輛加載車并列布置在橋面一側，加載等級Ⅱ為2輛加載車前后布置在橋面一側;橋梁L/4處最大正彎矩，中載布置工況加載等級Ⅰ為2輛加載車并列布置在橋面中間位置，加載等級Ⅱ為4輛加載車兩行兩列布置在橋面中間位置;跨中最大彎矩，中載布置工況加載等級Ⅰ為2輛加載車并列布置在橋面中間位置，加載等級Ⅱ為4輛加載車兩行兩列布置在橋面中間位置;跨中最大彎矩，偏載布置工況加載等級Ⅰ為1輛加載車布置在跨中位置，加載等級Ⅱ為2輛加載車并列布置在跨中位置，加載等級Ⅲ為2輛加載車前后布置，加載等級Ⅳ為4輛加載車兩行兩列布置。

3 靜載試驗過程

由于該橋運營已有30多年，橋上交通量大而且超載運輸車輛較多，在試驗前不需要預壓，而直接進入加載過程。本試驗的流程如下。

3.1 試驗儀器準備工作

由于設備儀器的準確程度，關系到試驗結果的好壞。試驗前，試驗工作人員對所有測試儀器、設備進行了仔細的檢查、標定與調試，然后在正式試驗開始前，事先用一輛荷載試驗車進行了預加載工作。

3.2 靜載初讀數

靜載初讀數是試驗正式開始時的零荷載讀數。開始處讀數標志著荷載試驗的正式開始，測量、讀數記錄人員進入現場各司其職，同時要密切注意人員移動過程中避開檢測支架。

3.3 加載過程

在正式加載試驗前，針對不同的加載項目，按照試驗方案用醒目顏色的油漆在橋上標記詳細加載位置，同時安排專人指揮加載車輛的停放。施加每級荷載后，即可進行初讀數。每級荷載后的初讀數是檢驗終讀數正確與否、判斷結構是否進入穩定狀態的重要手段。

3.4 穩定讀數

按照慣例，試驗以控制點的應變值或撓度值穩定為準，只要讀數波動值在測試儀器的量程范圍之內，就可以進行穩定讀數。

3.5 卸載后讀數

測試結束后，加載車輛退出試驗橋，待穩定后，各測點要回零值。靜載試驗進程中，實驗人員密切重視所有關鍵控制點的檢測結果數值，如果出現異常情況，如與計算值偏離較大、不符合規律、儀器故障等，要重新加載測試，以避免實測資料出現差錯。

4 靜載試驗成果與分析

本試驗采用原規范的等效荷載，對舊橋進行靜載試驗。

4.1 主梁撓度結果分析

主梁撓度檢測結果如下:

跨中最大彎矩偏載工況撓度結果:主梁撓度采用百分比測量，對5片主梁全部進行了撓度檢測，跨中最大彎矩偏載工況下，各梁撓度實測值見表1。

表1 跨中最大彎矩偏載下各梁撓度測試值

主梁撓度殘余變形結果:主梁控制測點的相對殘余變位的大小直接反映了結構的彈性工作狀況，相比于殘余變位越小，則說明結構近似于彈性工作狀態，通常要求卸載后相對殘余變形和最大試驗值的比值不大于20%，在試驗荷載卸載后，各測點的殘余撓度值很小，小于0.1 mm，故滿足要求。

4.2 裂紋檢測

在加載試驗過程中試驗員用專用刻度放大鏡對1號梁跨中截面彎曲裂縫進行了測量。在整個加載試驗過程中，主梁表面沒有出現新的可視裂縫，原有的裂縫寬度擴展明顯，長度無明顯擴展。跨中最大彎矩偏載工況下，加載前裂縫寬度 0.04 mm，一級、二級、三級裂縫寬度分別為0.09 mm，0.12 mm，0.15 mm，最大加載等級下裂縫寬度達 0.19 mm，盡管加載過程中裂縫寬度呈現明顯增加的趨勢，但卸載后基本能夠恢復，表明其已大體穩定。

5 舊橋的評定

5.1 橋梁技術狀況評價

橋梁部件缺損狀況評定標準和方法，橋梁各部件技術狀況的評定按以下標準進行:首先根據缺損程度、缺損時結構使用功能的影響程度和缺損發展變化狀況累加平分方法對各部件缺損狀況作出等級評價，與此同時，重要構件以其中缺損最嚴重的構件評分，其他部件根據多數構件缺損狀況評分。

對橋梁的各部件進行標度評定后，再根據《公路橋涵養護技術規范》中采用考慮各部件權重的綜合判斷方法并輔以按部件評定的方法對橋梁的總體技術狀況進行等級評定。

橋梁整體技術狀況評定情況:

永清大橋根據《公路橋涵養護技術規范》的橋梁使用功能評價結果即各部件權重及其相應的得分和全橋總體質量狀況的評定，可知該橋總體質量狀況得分為53.5分，橋梁技術狀況評定等級分為五類，根據各部件權重的綜合評定方法該橋評為三類橋，需根據實際對橋梁進行定期觀測或中修。

5.2 橋梁工作狀況評價

通過對全橋各構件的檢查評定和分析，發現永清大橋行車道橋面鋪裝磨損及縱橋向開裂、坑槽較嚴重;人行道護欄破損及缺失嚴重;伸縮縫存在斷裂缺失;橫隔梁鋼板搭接出現普遍的斷裂破壞，橫向聯系嚴重削弱，主梁出現規則的彎曲裂縫和剪切裂縫。從保證橋梁的安全性和耐久性出發，需要盡快對其進行改善或處置。

6 檢測與試驗結論

通過永清大橋的現場檢測試驗數據結果，經分析可以得出以下結論:

1)本次靜載試驗屬承載能力鑒定試驗，規范規定靜載試驗效率應介于0.85～1.05之間。本次試驗中1號主梁跨中最大彎矩加載工況的計算試驗荷載效率為1.5，大于規范建議值，所以完全滿足公路Ⅰ級荷載的鑒定要求。

2)根據試驗數據顯示表明，在承受較大的試驗荷載，舊橋的工作性能也較好，基本處于彈性工作范圍。在試驗過程中，由于荷載試驗效率較大，主梁梁肋的彎曲裂縫寬度明顯擴展，但裂縫高度并未發展，卸載后，裂縫可完全恢復;試驗橋孔的橋墩產生了最大為0.41 mm的沉降，卸載后可基本恢復;在跨中最大彎矩中載工況下，跨中最大撓度為15.11 mm，小于規范規定的L/600的撓度極限。

綜上所述，永清大橋的承載能力完全達到公路—Ⅰ級荷載等級的要求，且使用性能良好。在檢算荷載作用下，主梁和基礎承載能力能夠滿足現行橋梁檢測、設計規范的要求，可以繼續使用。但鑒于該橋按原橋規汽車—20、掛車—100設計，設計荷載等級偏低，且通行車輛較多，已出現如下病害:橋面鋪裝破損嚴重，沿T梁翼緣板接縫處出現多條嚴重的縱向開裂，梁底接縫處存在較為明顯的泛白、漏水現象;上部結構橫隔梁鋼板搭接出現普遍的斷裂破壞，導致橫向聯系嚴重削弱;主梁跨中區域已出現規則的彎曲裂縫;主梁支點到L/4區域存在肉眼可視的剪切裂縫，裂縫寬度達到 0.1 mm。

7 結語

本次荷載試驗的目的在于結合橋梁調查、檢測與檢算結果，合理評定永清大橋橋梁結構在公路—Ⅰ級荷載等級下的實際工作狀況、承載能力和使用條件，分析病害成因，提出建議，具體措施如下:由于主梁梁肋的裂縫高度較高，主梁支點處出現了剪切裂縫，并且比較嚴重。所以建議對支點到L/4區域內采取抗彎和抗剪加固工程。同時由于橫隔梁連接處部位大量斷裂，破損嚴重，所以應該對橫隔梁選用粘貼高強材料的方法進行加固補強。