貝雷梁橋安全評估研究

于海龍，楊 奎

(1.安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230000;2.四川建筑職業技術學院，四川 成都 610000)

0 引 言

貝雷梁橋由于構件標準、適應性強、互換性好、裝配方便，作為臨時跨越結構在工程中得到廣泛的運用。在一些低等級公路上甚至采用該類型結構作為永久橋梁使用。貝雷梁橋構件通過銷軸或螺栓連接，橋梁結構整體性不如鋼筋混凝土橋梁。貝雷梁橋在運營荷載反復沖擊作用下易造成部分連接構件失效，或施工質量原因造成連接缺陷，或在長期不利自然條件中鋼構件發生銹蝕，這些不利因素對橋梁運營安全存在較大影響，甚至造成坍塌事故。2011年3月3日杭州杭寧高鐵施工現場發生貝雷梁坍塌事故，同年12月5日，合肥市包河大道高架橋第二聯貝雷梁在預壓過程中發生坍塌，2013年8月19日寧波輕軌一號線二期工程一工地發生貝雷梁坍塌事故。因此，對該類型橋梁進行安全性評估具有重要意義。

1 工程概況

某貝雷鋼便橋位于川西高原，跨越大渡河，作為某水電站淹沒區村民整體搬遷通行橋梁，為臨時性過渡橋梁。橋梁全長120 m，總寬5.50 m，凈寬4.2 m。橋梁上部結構為3×36.576 mHD200加強型單層三排簡支貝雷梁橋；下部結構為柱式橋墩、雙層擴大基礎，重力式U型橋臺；橋面結構為工字鋼縱橫梁+鋼板組合式橋面。橋面橫向布置為：0.35 m(路肩)+3.50 m(行車道)+0.35 m(路肩)。橋頭設置鋼筋混凝土搭板，墩頂處橋面連續。設計荷載等級：公路-Ι-級。

2 橋梁技術狀況評定

2.1 檢測結果

上部結構：個別貝雷梁片、銷軸、銷孔安全銷銹蝕，油漆層局部剝落，1處貝雷片局部變形；個別螺栓松動、缺失，部分支撐架松動，2處支撐架局部變形；橋面鋪裝少量局部坑槽；個別橫梁、橋面鋼板焊縫有氣孔。下部結構：混凝土墩臺局部有裂縫和露筋現象。

2.2 技術狀況評定

根據《公路橋梁技術狀況評定標準》JTG/T H21-2011，該橋總體技術狀況評定為2類橋梁，即個別構件有輕微缺損，對橋梁使用功能無影響。

3 靜載試驗

通過測定橋梁試驗跨控制截面在試驗靜荷載作用下的應力和撓度，并與理論計算值比較，檢驗橋梁結構控制截面應力與撓度值是否與設計要求相符。根據試驗結果，對橋梁的整體結構強度、剛度、穩定性作出評定，以判斷橋梁結構的實際承載能力是否滿足設計荷載要求；并為日后橋梁的運營、養護和管理提供依據。

3.1 測點布置

應變測點布置在試驗跨L/2截面，截面上布置12個測點(即貝雷梁6排上下弦桿各一個)，如圖1所示。應變采用金屬應變片BX120-5AA和靜態應變測試儀TST3826EW測試，以半橋方式貼片。應力通過實測應變和材料的彈性模量理論值換算得到。撓度測點布置在試驗跨L/2截面，截面上沿橫向布置3個測點，采用精密水準儀進行撓度測量。

圖1 試驗跨L/2截面應變測點布置

3.2 靜載試驗結果

本次試驗選用2臺420 KN加載車輛加載，荷載效率為0.98，滿足《公路橋梁荷載試驗規程》(JTG/T J21-01-2015)荷載效率為0.85～1.05的規定。采用橋梁結構計算分析軟件MIDAS對該橋結構進行分析，建立全橋計算模型如圖2所示。選定第一跨跨中截面作為控制斷面。

圖2 全橋計算模型

表1 測點實測撓度與計算值比較(mm)

說明：撓度負值表示下撓。

從表中分析得出，試驗荷載作用下，撓度校驗系數在0.75～0.80范圍內，撓度測點相對殘余最大為5.90%，處于《公路橋梁荷載試驗規程》(JTG/T J21-01-2015)鋼橋撓度檢驗系數0.75～1.00范圍之內，說明該橋縱向抗彎剛度有一定的安全儲備。

表2 測點實測應變與計算值比較(με)

在試驗荷載作用下，應變校驗系數在0.76～0.87范圍內，處于《公路橋梁荷載試驗規程》(JTG/T J21-01-2015)鋼橋應力檢驗系數0.75～1.00范圍之內，說明該橋縱向抗彎強度有一定的安全儲備。

在各種工況試驗荷載作用下各測點相對殘余變形小于《公路橋梁承載能力檢測評定規程》(JTG/T J21-2011)規定的20%。結合校驗系數綜合判斷，結構目前處于彈性工作狀態。

4 動載試驗內容

4.1 試驗內容

脈動試驗，用于測定橋跨結構固有振動特性，包括自振頻率和阻尼比；無障礙行車試驗，主要測定第一跨跨中截面、在運行車輛荷載作用下，橋跨結構的動力響應；制動試驗，主要測定第一跨跨中截面、在運行車輛荷載作用下，橋跨結構的動力響應。

4.2 動載試驗測點布置

脈動測試測點：振動測試采用TST126V拾振器，拾振器測點布置在橋梁第一跨L/2截面中線處。動應變測點：第一跨和第二跨跨中截面梁底各布置一個測點(即9#和10#測點)。

4.3 無障礙行車試驗測試結果

無障礙行車激振作用下，由實測動應變時程數據推算所得的動應力增大系數見表3，行車激振工況下各試驗截面處的行車應變時程曲線見圖3。

表3 無障礙行車沖擊系數檢測結果

圖3 第一跨15 km/h無障礙行車(跑車)測點動應變曲線

由試驗結果知，試驗橋跨無障礙行車試驗(跑車試驗)沖擊系數(1+μ)對行車速度敏感度不高，試驗車速15 km/h內所測試的沖擊系數(1+μ)小于理論計算值1.12，表明該橋整體性能良好。

4.4 制動試驗測試結果

車輛制動作用下，由實測動應變時程數據推算所得的動應力增大系數見表4，行車激振工況下各試驗截面處的行車應變時程曲線見圖4。

表4 跳車沖擊系數檢測結果

圖4 第一跨15 km/h制動測點動應變曲線

由試驗結果知，試驗橋跨有障礙行車試驗(制動試驗)沖擊系數(1+μ)對行車速度總體較敏感(放大效應總體較明顯)，試驗車速范圍內所測試的沖擊系數(1+μ)均大于理論計算值1.12。與無障礙行車試驗結果(跑車試驗)相比較知，沖擊系數大幅增加；因此在橋梁的運營管理過程中應注意對行駛車輛車速的限制，避免因車速過高遇緊急情況制動時造成的不利影響。

5 試驗結論與建議

通過對橋梁進行靜載、動載試驗，結果表明：該橋滿足公路-Ⅰ級荷載等級使用要求。

建議：

(1)貝雷梁鋼便橋作為臨時性橋梁，其結構整體性較鋼筋混凝土梁橋差，所以應加強橋梁在運營過程中的養護維修工作。

(2)對貝雷梁、銷軸、鋼梁、限位板、分配梁、陽頭鋼支座、鋼墊塊構件中出現銹蝕的部位進行除銹并按設計要求重新涂裝，及時擰緊松動螺栓。

(3)對該橋按進行限速、限重處理，建議限速15 km/h，限載40 t。