服役期空心板橋承載力判定及試驗方案分析

馬學亮 周國偉 劉富昌

摘 要：隨著社會經濟的快速發(fā)展，道路運輸荷載越來越重，這對很多原設計荷載較低的老舊橋梁非常不利。對舊橋的承載能力檢測是后期進行加固設計的基礎，如何對現(xiàn)役舊橋的承載能力進行檢測評估，是對橋梁進行病害防治、加固的前提。因此檢測舊橋的承載能力必須嚴格保證精準度。本文采用靜載檢測技術對某服役20年的空心板橋的承載力及試驗進行分析，其結論具有較大的應用意義。

關鍵詞：空心板橋;承載力;檢測方案;加載車

中圖分類號：U446 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? 文章編號：1003-5168（2021）30-0081-03

Abstract： With the rapid development of social economy， the road transportation load is becoming heavier and heavier， which is very unfavorable to many old bridges with low original design load. The bearing capacity test for the old bridge is the basis of reinforcement design in the later stage， and how to test and evaluate the bearing capacity of existing bridges is the premise of disease prevention and reinforcement of bridges. Therefore its accuracy must be strictly guaranteed in the bearing capacity test for the old bridge. Static load detection method is adopted to analyze the bearing capacity and test scheme for a hollow slab bridge in service for 20 years in this paper. The conclusion has great application significance and engineering application prospect.

Keywords： hollow slab bridge; bearing capacity; testing scheme; loading car

我國作為世界基建大國之一，基礎設施建設正處在飛速發(fā)展的階段。中小型橋梁作為基礎設施的常用結構形式，對促進各地區(qū)之間經濟發(fā)展、擴大經濟規(guī)模以及加強地方文化交流等起到重要作用。據(jù)統(tǒng)計，截至2020年底，我國已建成運行的公路橋梁超過90萬座，是世界上橋梁數(shù)量最多的國家，其中中小橋梁占比達86.2%。中小橋梁的設計使用年限為100年，隨著橋梁運營年限的增加，已有相當一部分橋梁出現(xiàn)不同程度的病害，部分舊橋的設計承載能力已不能滿足當前重載交通的要求。這類橋梁的“亞健康”運營狀態(tài)存在著巨大的安全隱患，近年來頻頻發(fā)生橋梁安全事故，提醒著人們重視橋梁安全問題已刻不容緩[1-4]。對服役期中小橋的承載能力進行檢測評估，是對橋梁進行病害防治、加固的前提。本文針對某服役超過20年的空心板橋的承載力檢測方案進行分析，得出的結論具有較大的現(xiàn)實意義和工程應用前景。

1 工程概況

本橋位于鄭州市管城回族區(qū)，服役期超過20年，無設計圖紙資料。上部結構為4×8 m鋼筋混凝土空心板，下部結構為柱式墩、重力式臺（見圖1）。橋面布置為0.5 m護欄+4.8 m機動車道+0.5 m護欄。

2 橋梁技術狀況評定

根據(jù)《城市橋梁養(yǎng)護技術標準》（CJJ 99—2017）的規(guī)定[5]，應根據(jù)養(yǎng)護等級對橋梁進行技術狀況評估。將Ⅰ類城市橋梁完好狀態(tài)分為2個等級：

①合格級——橋梁結構完好或結構構件有損傷，但不影響橋梁安全，應進行保養(yǎng)、小修。

②不合格級——橋梁結構構件損傷，影響結構安全，應立即修復。

將Ⅱ～Ⅴ類養(yǎng)護的城市橋梁完好狀態(tài)和橋梁結構狀況分為A級、B級、C級、D級和E級共5個等級。

Ⅱ～Ⅴ類養(yǎng)護的城市橋梁技術狀況的評估包括：按分層加權法根據(jù)定期檢測記錄，對橋面系、上部結構、下部結構進行評估。以橋梁狀況指數(shù)BCI確定橋梁技術狀況的評估指標，以橋梁結構指數(shù)BSI確定橋梁不同組成部位的結構狀況。

整個橋梁的技術狀況指數(shù)BCI、BSI可根據(jù)橋面系、上部結構和下部結構的技術狀況指數(shù)、結構指數(shù)，按下式計算：

如表1，根據(jù)《城市橋梁養(yǎng)護技術標準》（CJJ 99—2017）4.5.7的規(guī)定[4]，計算得出本橋的橋梁狀況指數(shù)BCI和橋梁結構指數(shù)BSI。本橋橋梁狀況指數(shù)BCI為81.2，即90>BCI≥80，橋梁整體完好狀態(tài)均評定為B級——保養(yǎng)小修;橋梁結構指數(shù)BSI為74.7，即80>BCI≥66，橋梁結構狀況評定為C級——針對性小修或局部中修工程。

3 承載力檢測方案

經檢測，本橋結構狀況評估等級為C級，橋梁狀態(tài)較差，需通過靜載試驗進一步檢測評估。由于本橋圖紙缺失，原設計荷載不明，且上部結構損傷較為嚴重，不能按照現(xiàn)行規(guī)范某一等級的荷載進行試驗。

首先，按照實測得到的結構幾何尺寸、鋼筋配置、混凝土強度等參數(shù)對橋梁進行檢算，并按照技術狀況評定結果對檢算結果進行修正。計算模型采用梁單元模型，不僅能體現(xiàn)結構特點，而且滿足計算需求。根據(jù)計算，本橋可承載約80 t載重車。

其次，結合上部結構現(xiàn)狀，準備1輛40 t載重車，如圖2、圖3和表2所示，設定加載工況，根據(jù)測試結果逐步加大加載等級。靜力分級加載只有在前一級荷載作用時的結構變位相對穩(wěn)定后，才能施加下一級荷載。某級荷載作用下，結構最大變位測點在最后5 min的變位增量小于前一個5 min變位增量的15%，或小于量測儀器的最小分辨率，即可認為結構變位相對穩(wěn)定。本橋為鋼筋混凝土結構，時間間隔取30 min。

最后，對一輛加載車的測試結果進行分析，若超過設計或規(guī)范限制，則立即停止試驗，試驗結束;若低于規(guī)范限制，則加大荷載值，重新進行承載力試驗。

4 承載力測試結果分析

在一輛40 t加載車的試驗荷載作用下，試驗橋跨的撓度及應變結果如表3所示。

由表3可知，在試驗荷載作用下，控制截面全部測點撓度校驗系數(shù)均小于1，但應變校驗系數(shù)大于1;控制截面的相對殘余撓度均小于20%，但01號測點的相對殘余應變大于20%，說明雖然該試驗橋跨控制截面的豎向剛度滿足要求，但是其抗彎強度不滿足要求，橋跨結構已處于非彈性工作狀態(tài)。

由于在1輛40 t加載車的荷載作用下，上部結構已處于非彈性工作狀態(tài)，根據(jù)檢測結果，加載試驗結束，最終判定本橋的承載力小于40 t，遠小于優(yōu)化模型的計算值。

5 結語

隨著時間的推移，橋梁管養(yǎng)問題也逐漸凸顯，對當前舊橋檢測評估的準確性直接影響到維護管養(yǎng)的效果。本文通過計算—模型優(yōu)化—階段性加載—判斷分析的加載方案，較為準確地確定了本橋的承載力。本方案不僅提高了檢測的準確性，而且避免了結構損傷，保障了橋梁安全。

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